摘 要：通过对虚拟制造的本质的分析,指出虚拟制造中产品性能分析的重要性。针对虚拟产品性能的复杂性,多层次性建立产品全性能模型,对产品性能进行分析。
关键词：虚拟制造,虚拟产品,产品性能,产品全性能树,产品结构树
随着社会的进步和人民生活水平的日益提高,全球制造业之间的竞争越来越激烈。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求,企业的生产活动必须具有高度的柔性、敏捷性。信息技术和计算机技术的飞速发展为制造业带来了一系列变革,它们与传统的制造技术相结合就产生了许多先进的制造技术。随着虚拟现实技术在制造业的渗透,虚拟制造应运而生。
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。
1 虚拟产品性能的分析
1.1 产品的性能
通常所说的产品性能,实际上是指产品的功能和质量两个方面。功能是构成竞争力的首要要素。用户购买某个产品,首先是购买它的功能,也就是实现其所需要的某种行为的能力。质量是指产品能实现其功能的程度和在使用期内功能的保持性,我们把质量定义为“实现功能的程度和持久性的度量”,使它在设计中便于参数化和赋值。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。性能分析就是用必要的方法去检验或验证结构、材料和工艺是否实现了求解的性能及其实现的程度。在产品开发各阶段,通过一定的准则和标准对产品进行全方位的、实时的性能分析,并及时将分析评价结果反馈给设计环节,使产品各性能在一定程度上得到协调优化,并根据产品综合性能最优化原则选择一个设计方案予以实施,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。
1.2 虚拟制造中产品的性能
虚拟制造是产品从概念设计到投入使用的全过程在计算机上构造的虚拟环境中的“虚拟”实现,是产品开发的实验床。其目标不仅是对产品的物质形态和制造过程进行模拟和可视化,而且是对产品的性能、行为和功能以及在产品实现的各个阶段中的实施方案进行预测、评价和优化。开发符合用户需求的全性能优化的产品是虚拟制造的根本任务之一。
虚拟制造“生产”的虚拟产品 (Virtual Product,VP),具有真实产品所必须具有的特征。通过对ＶＰ实时性功能的仿真,设计人员或用户能够像对待真实产品一样移动、碰撞、使用VP,在生命周期的各个阶段对VP性能进行各种实时分析,如有限元分析、人机工程分析、干涉分析、加工过程分析、装配分析等。通过分析、修改,使产品达到整体性能优化。这能使用户和制造商更快、更全面、更真实地了解想象中的产品。VP将成为最为流行的信息交流方式,完全交互式的VP正在替代销售手册、安装手册、甚至是维护手册,使顾客和设计者在决定购买和制造之前能够首先看到并了解产品的先进性 、生产计划、制造模拟和控制策略等等。 |
