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虚拟产品开发环境中逆向设计方法的研究

2006/11/11    来源:e-works    作者:张心忠      
关键字:虚拟产品开发环境  逆向设计  研究  PDM  VPD  
信息时代的到来为机械制造业的发展提供了强大的支持,各种技术层出不穷,尤其是虚拟产品开发的应用极大地提高了产品开发的效率和质量。

    本文论述了基于PDM的虚拟产品开发环境,介绍了在VPD环境中逆向设计的方法。阐述了样机分析在逆向设计中的数字样机建立的核心地位。论述了VPD环境中各种分析工具在样机分析中的作用和各软件数据之间的相互调用关系。

    一、前言

    加入WTO后,我国逐渐变为世界工厂,经济大国的地位进一步确立;但是,在世界范围的竞争力排名却逐渐下降。如何由一个经济大国转变为经济强国,制造业在国家的经济地位中起着举足轻重的作用。尽快提高产品自主开发与创新能力是我国制造业所面临的迫切需要解决重大问题。

    日本在第二次世界大战结束时,国家经济几乎处于瘫痪状态,但在后来的30余年中却以惊人的速度一跃而为仅次于美国的世界第二号经济强国,其经济的高速度发展是与将"吸收性战略"作为坚定不移的国策分不开的。他们的口号是"第一台引进,第二台国产化,第三台出口"。据日本政府推算,成功的技术引进使日本节省了约2/3的研究时间和约9/10的研究费用[1]。由此可以看出:技术引进的关键是消化吸收。而如何进行消化吸收就是逆向设计所要研究的课题。

    经济高度一体化的时代既给我们的逆向设计提出了严峻的挑战――知识保护更加严格;也给我们提供了更多的机遇――分享更多的成果、利用先进的计算机工具。

    二、虚拟产品开发环境

    信息时代的到来为机械制造业的发展提供了强大的支持,各种技术层出不穷,尤其是虚拟产品开发的应用极大地提高了产品开发的效率和质量。

    2.1 虚拟产品开发的内涵

    虚拟产品开发(Virtual Product Development,VPD)概念的提出不是近几年的事,笔者曾在1999年有幸参加了国家高技术研究发展计划(八六三计划)自动化领域CIMS主题,重大关键技术攻关项目"面向创新设计的虚拟产品开发"的研究和开发工作。VPD是虚拟制造的核心内容,"虚拟制造"是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机仿真与虚拟现实技术,以群组协同工作方式,为工程师们提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境,在计算机上实现产品制造的本质过程,通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题,使得制造技术走出工业经济时代主要依赖于原材料物化的狭小天地,发展到基于信息、知识的全方位预报的新阶段。因此,虚拟制造是知识经济时代制造技术创新的重要标志[2]。

    2.2 VPD环境工作模型

    狭义的VPD基本等同于CAE(Computer Aided Engineering计算机辅助工程),包括:有限元、运动学、动力学、计算流体力学、热传导、公差分析、可装配性分析等工具。但作为较为完整的VPD环境来说,至少应包括:CAD、CAM、CAT等计算机辅助工具以及组织管理这些VPD工具和数据的平台――PDM。由于VPD工具的多样性和复杂性,任何人都无法掌握所有的VPD工具,这就需要PDM来组织协同;同时,到目前为止还没有一家软件供应商能够提供全套的VPD工具集,所以,VPD工具和PDM的集成大都采用封装的形式。有些学者提出了用特征、零件和装配三个层次的产品定义单元(PDU)构造产品设计模型[3],较好地解决了现有产品模型语义信息缺乏的问题,并具有良好的一致性、可扩充性、可重用性。但到目前为止,还没有商品化的产品问世。所以在不同公司的软件中交换信息时,有时仍需要通过标准的接口。虽然有些公司在不同工具之间提供统一的平台或数据交互的接口软件,例如:MSC、赛特达等,但笔者认为目前对于大多数国内用户的VPD环境应为如图1所示的模型。

图1 VPD环境三层模型

    该模型采用B/S结构的PDM作为数据、流程的协同管理模型,基于浏览器的用户界面减少了客户端的维护难度,在目前VPD还不太普及的情况下,为产、学、研提供了基于internet的统一协作平台。

   

责任编辑:龙婷婷
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