虚拟制造设计技术在产品设计及性能分析中的应用

　　0 引言

　　新产品的开发、设计需要考虑一个主要因素就是产品的性能，产品的性能包含产品的功能和质量两个方面。随着科学的发展与信息技术的应用。虚拟制造、虚拟设计技术在企业进行新产品开发的设计与制造阶段得到了广泛应用。本文从产品性能层次构成、虚拟制造、虚拟设计技术的特征，论述虚拟制造、虚拟设计在产品开发、性能分析中的应用，分析设计人员在新产品开发过程中，如何应用虚拟制造、虚拟设计技术进行产品的设计、性能分析，探索虚拟制造、虚拟设计技术在产品开发中的应用前景，使虚拟制造、虚拟设计技术更好地为产品的开发服务。

　　1 虚拟制造与虚拟设计

　　当今市场企业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈，产品开发的技术含量与复杂程度也日益增加，企业必须以最快的上市速度、最优品质、最低成本和最佳服务来满足不同顾客的需求。缩短产品开发的周期、提高新产品开发的技术水平、降低新产品开发的成本。并保证上市后产品的上市周期，是当前产品开发着重要解决的问题。随着计算机网络和虚拟现实等先进技术的出现，一种新的制造概念和理论一虚拟制造VM(Vinual Manufacturing)，以其全新的制造体系和模式已成为现代制造技术与系统发展的必然趋势。

　　虚拟制造的本质是以计算机仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计阶段或产品制造之前，就能实时地、并行地模拟产品的制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品的性能、成本和可制造性．从而有助于更有效、更经济灵活地组织生产制造，以达到产品的开发周期和成本的最优化、生产效率的最高化等目的。虚拟制造是虚拟现实技术在制造业的渗透。它给企业的生产活动带来了高度的柔性、敏捷性．满足了企业适应不可预测、快速多变市场的需求。

　　虚拟设计属于多学科交叉技术，涉及众多的学科和专业技术知识，它是随着科学技术的发展，特别是计算机辅助CAX技术的发展，开始广泛地应用于企业的生产与制造之中。由于虚拟设计技术在产品开发过程中的应用，使产品设计实现更自然的人机交互．采用并行设计工作模式，系统考虑各种因素，使相关的人员之间相互理解、相互支持。把握了产品开发周期的全过程，提高了产品设计的一次性成功。从而缩短产品开发周期，降低生产成本、提高了产品质量．给企业带来了更多的商机。

　　2 产品性能的构成

　　当今各类产品功能日益增强，结构日益复杂，产品性能涉及多个领域。这使产品性能分析工作变得日益复杂。因此有必要建立产品性能模型来描述产品性能及其产品各性能之间的关系，进行性能综合分析评价。

　　目前常用的是采用面向对象的方法，构造具有层次结构的产品性能树，将产品性能概括为技术性能、经济性能、实用性能和社会性能等四个主要方面。技术性能包括产品可加工性、可装配性、结构与工艺性等内容；使用性能包含产品工作性能、产品质量、人机工程等内容；经济性能主要指产品上市时间，设计制造费用等；社会性能主要考虑使用产品时对人体健康的影响、对环境的污染、资源的利用及绿色制造的要求。

　　3 产品性能与产品设计、制造的关系

　　因为用户对产品的要求是从性能出发的，是设计的起点和完成的标志，性能特征应当成为整个设计过程的基本特征，或者称为由性能需求驱动的设计。而制造则是通过工艺特征实现功能特征和质量特征所依附的几何特征和材料特征。产品开发研究如何从性能特征到几何特征、材料特征和工艺特征的映射。对于一个性能上的需求，可以由多个结构、多种材料、不同的工艺来实现．因此，在开发、制造前必须对产品性能进行分析。使开发出来的产品达到用户(设计者)所追求的最佳性能组合。

　　4 虚拟设计的主要应用

　　(1) 虚拟产品设计：近年来，CAD技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持。随着虚拟现实VR(Virtual Reality)技术与多媒体技术的发展，虚拟现实技术与多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用。以及科技人员在不断提高的计算机操作的人机界面综合技术，改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方式。目前，所采用的将虚拟现实技术引入CAD环境．这将便于模拟新产品开发中产品的某些性能，又便于设计人员对产品的修改。技术条件好的公司，在进行虚拟产品设计时，设计人员可以先利用现有的CAD系统建模，再转换到VR环境中，让设计人员或准客户来感知产品。设计人员也可以利用VR—CAD系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性的发挥。

　　(2) 虚拟装配设计：是虚拟设计在新产品开发方面具有较大影响力的一个领域。虚拟装配VA(Virtual Assembly)采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配。实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前，就其技术而言，已经成熟，虽尚没有商用虚拟装配系统．也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价．但这项技术在新产品开发中已得到肯定。并具有很重要的意义。