产品快速开发在工业设计中的应用

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1、基于先进制造技术的产品快速开发在工业设计中的应用李阳天津大学机械学院工业设计专业2012级硕士生摘要：木文介绍了基丁•先进制造技术的产品快速开发模式在丁.业设计中的应用，并对反求技术、计算机辅助丁.业设计、模拟仿真和虚拟实现技术、快速原型制造技术这四部分的研宂分析中加入汽车应用方M的例子论证丫该模式的可行性。该模式冇助于企业能够快速开发出高质量的产品以响应市场的需求，提高自身的竞争力。关键词：产品快速开发模式工业设计先进制造技术汽车0前言工业设计真正为人们所认识和发挥作用是在工业革命爆发之后，以工业化大批量生产为条件发展起來的。当时大量工业产品粗制滥造，已严重影响了人们的日常生

2、活，工业设计作为改变当时状况的必然手段登上了历史的舞台。M际工业设计协会把工业设计描述为是一种创造性活动，其H的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。从世界工业设计发展史可以知道，工业没计是从手工艺发展而来的，手工艺强调的是艺术性，生产率低、周期长、生产方式不能快速适应新材料的不断涌现，随着全球市场一•体化的形成，制造业的竞争从过去的单纯质量竞争，发展到要求在全生命周期内的全方位竞争，产品的开发制造速度日益成为竞争的主要矛盾，同时制造业既需要满足FI益变化的用户需要，乂要求制造技术有较强的灵活性，所以能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本

3、的制造技术变得十分关键。基于先进制造技术的产品快速开发使得企业能够快速开发出高质量的产品以响应市场的需求，提高自身的竞争力。鉴于新车身开发的特点和开发过程中存在的问题，国际上福特、通用等著名汽车公司早已从经验、类别、静态设计，过渡到建模、虚拟装配、虚拟运动仿真、分析优化设计，这样可以提高新车身幵发质:W:，减少大M样车实验费用，适应了快速变化的巾场需求。所以快速开发是提高竞争力必不可少的一部分。1产品快速开发模式探讨和确定工业设计领域的产品开发分为两种情况，一种是设计开发新型产品，这类产品是创新性产品，开发之前没宥相同或相似产品，H的是为了实现新的功能或者解决新的问题；第二种

4、是在现有产品的基础上所进行的改进或完善。第一种产品在工业设计领域的开发模式通常是通过市场调研制定需求表之后，先进行平面图的构思，形成较为完整的方案之后，开始利用计算机辅助没计的方式绘制三维模型，然后通过计算机模拟仿真和虚拟现实技术对得到的三维模型进行模拟分析，得到所需的数据分析并对其验证，再通过修改完善得到满足要求的结构和造型。最后通过快速原型制造技术建立原型來验证相关的设计是否成功。验证“成功”的设计有很多的方面，包括：正确的外形和尺寸，足够的强度等等。而第二种产品开发与第一种相比不同的地方在于，在现有产品的基础上通过求反工程得到3维离散数据作为初始素材，借助专用曲面处理软件

5、和CAD系统构造实物的CAD模型。然后在CAD模型的基础上再对产品进行分析改进和完善，如阁1。本文以汽车设计开发为例对产品快速开发模式进行分析。2产品快速开发过程研究2.1反求工程反求工程技术，是指用一定的测呈手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。反求关键技术在于形状表面数字化、三维模型重建、数字化制造、模拟仿,真和庞拟实现技术/灯助？2ci计轴业<醐型•盂求分图1产品快速丌发模式样品=i

6、3D扫描11CAD/CAM•模祇分析软件J咖速成唞逆向丄程处理软件反求工程集成。反求工程是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够

7、进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对K•进行处理。一般来说，产品反求工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业设汁领域的实际应用屮，主要包括以下几个闪容：(1)新产品的设计，即主要用于产品的改型或仿型设计；(2)已有产品的复制，再现原产品的设计意图;(3)损坏或磨损产品的还原；(4)复杂产品的特征断面设计；(5)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较；(6)在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设H•广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，此时需用反求工程的设计方法。随着CAD/CAM技术的广泛应用

8、，相比之下，在如何准确、有效地从实物样件上采集复杂三维表而数裾，进而能快速地转变成高质S的计算机软件中的三维数学模型成为工业设汁产品快速原型的重要方法。比较分析图2反求丁.程流程图以汽车车灯设H•为例介绍逆向工程的实施步骤。在汽车灯具的设计和制造过程屮，目前存在的难题:产品仿制或面对以手工制作或轻手工进行局部修改(光顺处理)后的模型或实物样件，如果仍用传统的测S:技术，有以下多方而的技术和工艺上的限制:测量速度慢，周期长而且精确度难以保证，特别是针对很复杂的曲谢，离散点不能准确地定义它的形