隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展吞滞,消費(fèi)者對機(jī)電產(chǎn)品除了必須滿足其基本要求外撕第,還對質(zhì)量和外觀造型有愈來愈高的期望勇震。這就要求企業(yè)的開發(fā)人員根據(jù)市場需求沽糕,迅速地設(shè)計多品種啤糙、多規(guī)格的新產(chǎn)品。為適應(yīng)快速變化的市場發(fā)展纪立,20世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)一種新的先進(jìn)制造技術(shù)-虛擬制造技術(shù)休台。
機(jī)電產(chǎn)品的傳統(tǒng)開發(fā)模式是一種線形階段模式征啦,產(chǎn)品開發(fā)過程是順序過程,在設(shè)計早期不能全面地預(yù)見產(chǎn)品的可制造性桦闪、可裝配性和質(zhì)量可靠性侠坎、用戶滿意度等多種因素,從設(shè)計到樣機(jī)制作需要反復(fù)修改完善裙盾,使產(chǎn)品開發(fā)的周期長实胸、成本高,質(zhì)量也難以達(dá)到最優(yōu)番官。隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展庐完,人們對機(jī)電產(chǎn)品的要求已不再停留在可用的基礎(chǔ)上,而是逐漸進(jìn)入個性化的消費(fèi)階段徘熔。產(chǎn)品既要好用门躯,外觀造型、顏色等又要符合消費(fèi)者個人的審美情趣酷师,這就要求企業(yè)的開發(fā)人員根據(jù)市場的需求,很快地設(shè)計多品種山孔、多規(guī)格荷憋、小批量的新產(chǎn)品褐望,供消費(fèi)者作多向選擇。傳統(tǒng)串行的設(shè)計與制造技術(shù)難以適應(yīng)快速變化的市場要求贵式,為解決制造業(yè)面臨的問題,在20世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)了一種新的先進(jìn)制造技術(shù)-虛擬制造技術(shù)衬榕。
虛擬制造(Virtual Manufacturing)是虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用。它利用信息技術(shù)杈夜、仿真技術(shù)篓羊、計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物六赢、信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真。虛擬制造技術(shù)應(yīng)用於產(chǎn)品開發(fā)中誉简,稱為虛擬產(chǎn)品開發(fā)∶斯悖現(xiàn)有的CAD/CAPP/CAM/CAE、ERP筋量、PDM、SCM桨武、CRM等制造系統(tǒng)模塊,主要針對產(chǎn)品全生命周期某些階段的解決方案只损,難以支持企業(yè)作為一個整體來獲得更高的效率及更強(qiáng)的創(chuàng)新力七咧,以及滿足客戶的多樣化需求顿储;而產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)(Product Lifecycle Management System溺联,PLMS)提供了強(qiáng)有力的信息協(xié)同平臺捻境,將上述獨(dú)立的子系統(tǒng)結(jié)合在一起戳酒,支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計與企業(yè)業(yè)務(wù)過程的協(xié)同運(yùn)作。
PLMS的核心技術(shù)-面向產(chǎn)品全生命周期的虛擬產(chǎn)品開發(fā)伟杂,其內(nèi)涵為:在產(chǎn)品設(shè)計階段,充分考慮產(chǎn)品的性能要求距肯、制造過程成本和市場銷售等產(chǎn)品全生命周期(從需求分析、產(chǎn)品概念設(shè)計到產(chǎn)品報廢)的所有因素棺衬,在計算機(jī)上實時时鸵、并行地動態(tài)模擬產(chǎn)品的幾何建模、工藝設(shè)計初坠、制造過程、生產(chǎn)管理囊拜、質(zhì)量控制、應(yīng)用維護(hù)等一系列活動南誊。虛擬制造不會消耗現(xiàn)實資源和能量蜜托,所進(jìn)行的制造過程是虛擬的,所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的橄务,因而可以減少產(chǎn)品的投資風(fēng)險,而且采用并行工程能更有效细周、更經(jīng)濟(jì)毫例、更靈活地組織生產(chǎn)苫七,以達(dá)到新產(chǎn)品的開發(fā)周期最短遮结、成本最低、設(shè)計質(zhì)量最優(yōu)的目的鸭荡。
面向產(chǎn)品全生命周期的虛擬產(chǎn)品創(chuàng)新和協(xié)同管理方案
面向產(chǎn)品全生命周期的虛擬開發(fā)系統(tǒng)往蝉,借助於并行工程管理策略和PDM集成技術(shù),在設(shè)計產(chǎn)品時不僅考慮產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)纸措,而且考慮產(chǎn)品全生命周期的所有環(huán)節(jié),如規(guī)劃涝焙、設(shè)計孕暇、制造、營銷妖滔、運(yùn)行、使用沮翔、維護(hù)曲秉、服務(wù)、環(huán)保承二、回收等,以求產(chǎn)品的綜合優(yōu)化规倚。虛擬產(chǎn)品開發(fā)過程中雖然存在局部串行現(xiàn)象,但從系統(tǒng)的整體來看奸涤,各模塊又是并行作業(yè)。
面向產(chǎn)品全生命周期的虛擬產(chǎn)品創(chuàng)新和協(xié)同管理方案如圖1所示涣恤。該方案打破了產(chǎn)品設(shè)計人員與生產(chǎn)制造人員插撩、銷售人員及產(chǎn)品最終使用者之間溝通的技術(shù)障礙,借助網(wǎng)絡(luò)協(xié)同管理摹院,使企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力獲得極大提升。圖中各功能模塊依賴PDM進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成彼硫,這里的集成包括兩方面的含義:一是PDM與系統(tǒng)各工具軟件的集成凌箕,二是各工具軟件自身眾多模塊的集成。通過PDM集成系統(tǒng)的圖形和文檔數(shù)據(jù)牵舱、業(yè)務(wù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)、交流和溝通數(shù)據(jù)礁凡,使虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的各功能模塊相互聯(lián)系慧妄、相互依存、協(xié)同發(fā)揮塞淹、共享資源及并行工作,保證信息流在虛擬企業(yè)內(nèi)外暢通無阻迄咸。
虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
零件三維造型
零件三維造型是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的核心內(nèi)容萨宙,其進(jìn)一步的應(yīng)用是虛擬裝配、動態(tài)過程仿真承副、圖形數(shù)據(jù)處理爪辟、有限元分析和動畫制作等。零件三維造型的方法有曲面造型、實體造型或?qū)嶓w曲面一體化混合造型等崎北。目前四洗,實體造型技術(shù)主要以參數(shù)化設(shè)計和面向特征設(shè)計為主。參數(shù)化設(shè)計是虛擬設(shè)計的重要方向每庆,目前大多數(shù)CAD軟件都提供這項功能,讓用戶方便地反復(fù)修改設(shè)計參數(shù)伦籍。此外腮出,采用的“精確特征實體造型”技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)的體素拼合和交并差的繁瑣方式,使整個設(shè)計過程更加直觀胚嘲、簡單。大多數(shù)三維CAD軟件都提供獨(dú)立環(huán)境的曲面造型工具立倍,可任意造型與編輯復(fù)雜曲面,并通過曲面和實體之間的相互配合口注,實現(xiàn)曲面裁剪實體相询、曲面生成實體、曲面約束實體等混合造型操作褒谒。
虛擬裝配
在對部件或整機(jī)進(jìn)行有限元分析或動態(tài)分析之前,要先對已完成造型設(shè)計的虛擬零件進(jìn)行虛擬裝配您奶。虛擬裝配是零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程摧篱,它根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的形狀特性及精度特性,真實地模擬產(chǎn)品的三維裝配過程摘链。常見裝配方法有約束裝配法(如共軸羔仅、平衡沉桌、重合算吩、垂直等約束關(guān)系)和借助精確定位工具(如CAXA實體設(shè)計V2軟件的三維球)進(jìn)行無約束裝配。裝配完後一般進(jìn)行干涉檢查赌莺,以檢驗零件間有否發(fā)生干涉或超過了定義的間隙限制,虛擬裝配直接影響後續(xù)的有限元分析和動態(tài)仿真的結(jié)果。
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