产品的虚拟开发技术初探(6)(1).doc

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1、产品的虚拟开发技术初探0、引言   全球市场的形成加剧了当前的市场竞争，我国制造业的产值约占国民经济总值的30％以上，它作为国民经济的一个重要支柱，既要生产高质量、高性能和低成本的产品来提高本行业的竞争能力，又要开发先进、高效和可靠的产品为其它行业提供生产和生活装备。面临着这种严峻挑战，要求不断地发展和应用先进的生产制造技术来适应这一需求，其中新产品的快速响应开发更是提高企业市场竞争能力的关键环节。   虚拟产品开发技术，虽然它不是直接建立智能化的思维模型，但由于它发展了过程仿真技术并与拟实环境相结合，使开发人员能通过视觉和感觉来感知拟实环境中的产品运行情况

2、，并可进行交互作用，因而能较完善地把人与计算机结合成一体，使人的智慧得到充分的发挥和应用，而不仅仅是计算机的辅助作用，使产品的开发技术有了新的突破。   本文将探讨虚拟产品开发的使能技术，并重点讨论机床设计、工艺设计和生产线运行作业设计等的动态仿真建模技术。   1、产品开发面临的挑战   1.1产品开发的特点  （1）产品适销期明显缩短。以中型加工中心为例，新产品的销售旺期从80年代5～8年降至90年代3～5年。  （2）产品品种数急剧增加。适应用户需求，发展订货式的个性化的产品。即使大批量生产产品，也可根据顾客多样化的功能要求和喜爱实现订货方式的销售模式

3、。  （3）产品开发周期极大压缩。中型数控机床的新型产品开发周期从80年代前期的15个月压缩为90年代前期的9个月，预计到2000年将压缩为6个月。   1.2我国产品开发存在的主要问题  （1）产品仿制多、创新少、市场竞争能力不强，获利不高。  （2）设计耗时多，设计成功率低，反复试制使开发周期长，产品更新换代慢，一般开发周期为国外同类产品的一倍左右。  （3）通用型产品多，面向用户的功能多样化的产品少。  （4）产品设计从技术上考虑多、经济分析少、成本高。  （5）设计方法和手段不先进。  （6）产品的标准化通用化程度不高，生产准备工作量大，产品投产上市

4、速度慢。   2、虚拟产品开发的特征与研究内容   产品开发包括：产品设计（含概念设计、技术设计、结构设计、工程设计）、工艺设计、样机（原型）制造、检测和修改定型、投产技术准备、生产质量控制以及产品应用支持等过程。产品的结构、功能和成本主要取决于设计（产品和工艺）阶段的完善化，而缩短产品开发周期的关键在于使各个阶段紧密合作、并行作业，并能集中多学科知识和专业经验做到产品开发一次成功、避免反复试制。产品的设计技术就是一直遵循着这些原则在不断地发展。   虚拟产品开发技术主要有下列三方面内容：  （1）在整机几何模型的基础上，发展可模拟产品实际运行时的运动和动力

5、特征的仿真模型，所生成的虚拟样机（生产线）通过屏幕三维直视，可真实地观察其动态形象。建立动态仿真模型的基础在于专业理论分析和科学实验，它是赋予虚拟图像以真实产品动作和性能的关键。  （2）开发一系列使工作人员能直接参与虚拟样机运作的交互设备及相应的软件，它能形成如同实际一样从不同视角进行观察，也能获得触觉和听觉的感觉，这种虚拟现实的技术是使人机进行交互的主要工具。  （3）高性能计算机支撑条件，采用多处理器高性能工作站（如双奔腾处理器和64M内存等）保证高速实时运算，并具有查询方便的统一建模的产品数据管理系统和遵循标准（如CALS）的网络信息共享系统。   

6、虚拟产品开发的主要特点：   首先它把人在CAD环境下的活动提升到人机融成一体的积极参与的主动活动，因而构成了融入型的智能化开发系统，使CAD难于实现的产品概念（方案）设计，在应用了虚拟产品开发技术以后能充分发挥人的智慧和决策作用。   其次它又是以支持和推进并行工程实施的使能技术，由于虚拟技术能模拟产品的实际运行，并具有高度可视化，使各方面专业人员和用户通过直观的感受来了解产品，有助于深化理解和统一意见，保证了团队人员间的有效合作。   此外在设计阶段通过对虚拟样机多方位的分析、评定和修改。保证产品结构的合理性，从而可取消或缩短样机的实物制造、检测和修改定

7、型等过程，进一步压缩产品开发周期。   现以机床的结构设计、工艺设计和生产线运行的动态仿真建模为例，对虚拟产品开发技术作初步探讨。   3、机床结构设计的仿真技术   机床结构设计中的仿真建模有下列四类：  （1）各部件间动作协调性和运动位置准确性仿真，如刀具交换装置抓取和存放动作的顺序和时间分配、工作空间的无干涉运动和零件装配拆卸调整的便捷性等。  （2）机床操作和维修方便性仿真，如：操作台位置、加工观察窗布置、刀具和工件更换方便性以及维修工作空间的合适性等。  （3）机床工作安全性仿真，如在偶发碰撞冲击下保险机构的可靠性、砂轮破碎飞溅时的防护能力等。  

8、（4）机床工作性能的适应性仿真，如：机床运行的平稳性