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虚拟制造在产品研发中的应用

发布时间:2011/8/27 16:42:32 访问次数:930

    当今世界,制造企业面对着一个急需解决的实际问题,就是如何适应快速变化的市场,尽快推出用户需要的产品。传统的产品开发中,一件产品往往要经过多次反复的试制才能进入市场,产品开发时间太长。以往已经实施的技术和过程变革,仍无法在缩短上市
时间上取得实质上的突破。基于计算机技术的数字化虚拟技术在制造技术领域发展,为解决这个矛盾提供了强有力的武器。
    1.虚拟产品开发      KID65003AF
    虚拟产品开发(virtual prouduct development,VPD)是基于计算机技术完成产品研发全过程的一种虚拟制造技术。设计师完全是在计算机上建立产品模型,对模型进行分析,然后改进产品设计方案,用数字模型代替原来的实物原型,进行分析、试验、改进原有的设计。
    VPD以CADlCAM/CAElPDM(简称C3P)为强大支撑技术,将快速原型(RP)、虚拟现实(VR)、Internet(互联网)作为实施VPD的手段,能够在虚拟状态下构思、设计、制造、测试和分析产品,以有效解决那些在时间、成本、质量上存在的问题。
    VPD的实施涉及从事产品设计、分析、制造、仿真和支持等技术人员的合作,他们通过网通信组建成虚拟的产品开发小组,将设计人员、工程分析专家、供应厂商以及客户联成一体,实现协同合作开发。
    VPD技术极大地增强了企业的创新能力,目前,一些有优势的制造厂商和产品开发公司都把VPD作为一项总体经营战略,努力发挥它的最大潜力。VPD已经在汽车、飞机、航天、机车、医疗用品等诸多领域获得成功,对工业界产生了强大的冲击作用。
    新产品开发实质上就是产品的工程设计过程。传统的方法是由工程师设计出产品,并制造出样机(又称原型),然后进行测试和验证,因此样机制造是新产品开发的关键。对于VPD来说,虚拟样机是它的核心技术。

    2.虚拟样机技术      KL5C8400C 
    1)物理样机
    在传统的产品研发工作中,设计者需要考虑很多方面的问题,包括零部件形状/尺寸/公差、零部件连接方式、结构强庋和刚度、振动情况、散热情况、电磁兼容性、可装配性、可维护性、美观性、制造成本、安全性、可靠性等。因此设计工作纷繁复杂,不可避免地存在各种设计缺陷和问题。这些设计缺陷发现得越早,修改这些缺陷而引起的设计变更影响
就越小,所需更改周期越短、费用越少。
    为了及早发现设计缺陷,传统设计阶段中主要依靠两种途径。一是依靠设计者的经验、测算、规则判断等。这些方法在解决同类产品或简单产品设计中可能行之有效,但对于创新产品和复杂产品就捉襟见肘了。二是依靠物理样机。通过样机的制作、装配与试验可以发现并解决设计缺陷,这些缺陷单纯依赖经验可能无法做到。
    尽管物理样机对检验设计缺陷非常有效,但缺点是明显的:
    ①制作周期长  在产品研制不同阶段可能需要制造多个样机,制造流程长;
    ②成本高样机制造一般无法采用低成本规模制造,人工及材料费用很高;
    ③无法及时修改物理样机一般不具有重用性。
    2)虚拟样机
    虚拟样机(virtual prototyping,VP),又称电子样机、数字样机(digital mockup),是虚拟现实技术在产品样机制造中的应用,一种基于计算机仿真技术的数字化产品模型。
    虚拟样机实际是一种计算机数字化产品模型,它能够反呋实际产品的特性,包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性,具有与物理样机接近的功能和性能。它融合信息技术、先进制造技术和先进仿真技术,并将这些技术应用于复杂系统的全生命周期和全系
统,以便对系统进行综合管理。
    虚拟样机可以取代大部分物理样机功能,对产品进行几何尺寸、外观、运动和动力特性以及功能、制造等许多方面的交互分析、测试和评估,可缩短开发周期、降低成本、改进产品设计质量、提高面向客户与市场需求的能力。
    虚拟样机技术主要用于引导产品从思想到物理实体的设计,强调子系统的优化与组合,而不是实际的硬件系统。因此目前还不能完全代替物理样机的作用。

    当今世界,制造企业面对着一个急需解决的实际问题,就是如何适应快速变化的市场,尽快推出用户需要的产品。传统的产品开发中,一件产品往往要经过多次反复的试制才能进入市场,产品开发时间太长。以往已经实施的技术和过程变革,仍无法在缩短上市
时间上取得实质上的突破。基于计算机技术的数字化虚拟技术在制造技术领域发展,为解决这个矛盾提供了强有力的武器。
    1.虚拟产品开发      KID65003AF
    虚拟产品开发(virtual prouduct development,VPD)是基于计算机技术完成产品研发全过程的一种虚拟制造技术。设计师完全是在计算机上建立产品模型,对模型进行分析,然后改进产品设计方案,用数字模型代替原来的实物原型,进行分析、试验、改进原有的设计。
    VPD以CADlCAM/CAElPDM(简称C3P)为强大支撑技术,将快速原型(RP)、虚拟现实(VR)、Internet(互联网)作为实施VPD的手段,能够在虚拟状态下构思、设计、制造、测试和分析产品,以有效解决那些在时间、成本、质量上存在的问题。
    VPD的实施涉及从事产品设计、分析、制造、仿真和支持等技术人员的合作,他们通过网通信组建成虚拟的产品开发小组,将设计人员、工程分析专家、供应厂商以及客户联成一体,实现协同合作开发。
    VPD技术极大地增强了企业的创新能力,目前,一些有优势的制造厂商和产品开发公司都把VPD作为一项总体经营战略,努力发挥它的最大潜力。VPD已经在汽车、飞机、航天、机车、医疗用品等诸多领域获得成功,对工业界产生了强大的冲击作用。
    新产品开发实质上就是产品的工程设计过程。传统的方法是由工程师设计出产品,并制造出样机(又称原型),然后进行测试和验证,因此样机制造是新产品开发的关键。对于VPD来说,虚拟样机是它的核心技术。

    2.虚拟样机技术      KL5C8400C 
    1)物理样机
    在传统的产品研发工作中,设计者需要考虑很多方面的问题,包括零部件形状/尺寸/公差、零部件连接方式、结构强庋和刚度、振动情况、散热情况、电磁兼容性、可装配性、可维护性、美观性、制造成本、安全性、可靠性等。因此设计工作纷繁复杂,不可避免地存在各种设计缺陷和问题。这些设计缺陷发现得越早,修改这些缺陷而引起的设计变更影响
就越小,所需更改周期越短、费用越少。
    为了及早发现设计缺陷,传统设计阶段中主要依靠两种途径。一是依靠设计者的经验、测算、规则判断等。这些方法在解决同类产品或简单产品设计中可能行之有效,但对于创新产品和复杂产品就捉襟见肘了。二是依靠物理样机。通过样机的制作、装配与试验可以发现并解决设计缺陷,这些缺陷单纯依赖经验可能无法做到。
    尽管物理样机对检验设计缺陷非常有效,但缺点是明显的:
    ①制作周期长  在产品研制不同阶段可能需要制造多个样机,制造流程长;
    ②成本高样机制造一般无法采用低成本规模制造,人工及材料费用很高;
    ③无法及时修改物理样机一般不具有重用性。
    2)虚拟样机
    虚拟样机(virtual prototyping,VP),又称电子样机、数字样机(digital mockup),是虚拟现实技术在产品样机制造中的应用,一种基于计算机仿真技术的数字化产品模型。
    虚拟样机实际是一种计算机数字化产品模型,它能够反呋实际产品的特性,包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性,具有与物理样机接近的功能和性能。它融合信息技术、先进制造技术和先进仿真技术,并将这些技术应用于复杂系统的全生命周期和全系
统,以便对系统进行综合管理。
    虚拟样机可以取代大部分物理样机功能,对产品进行几何尺寸、外观、运动和动力特性以及功能、制造等许多方面的交互分析、测试和评估,可缩短开发周期、降低成本、改进产品设计质量、提高面向客户与市场需求的能力。
    虚拟样机技术主要用于引导产品从思想到物理实体的设计,强调子系统的优化与组合,而不是实际的硬件系统。因此目前还不能完全代替物理样机的作用。

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