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      全自動造型機現代制造設計技術

      發布時間:2017-10-20

      傳統的產品制造模式是一個開環系統,即原料——工業生產——產品使用——報廢——棄入環境。它是從大量消耗資源和破壞環境為代價的工業發展模式,所以設計技術主要考慮產品的功能、質量和成本。
        而現代設計除要考慮產品功能、質量和成本外,還   考慮產品的競爭優勢和在產品生產、銷售、使用及報廢時對環境的影響。因此現代設計技術就應包括綠色產品設計技術、優良陛能設計基礎技術、競爭優勢創建技術和全壽命周期設計技術等內容和工作。
        綠色產品設計技術是在產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率,使產品在整個生命周期(設計、制造、使用到報廢)中,符合環境保護和人類健康的需要,對生態環境或危害,資源利用率   高,能源消耗   低的設計技術。它包括面向環境的設計技術、面向能源的設計技術、面向材料的設計技術、人機工程設計技術。
        日趨嚴格的環境與資源約束使綠色制造越來越被重視,它將成為21世紀制造技術的一個重要特征。中國的資源并不豐富,環境污染問題已經非常突出,因此,中國的制造業不僅要解決自身生產過程中的污染和資源浪費問題,   重要的是要為社會提供在全壽命周期內沒有污染、節約資源的各類產品及環保設備。
        優良性能設計基礎技術是一項以提高全自動造型機機械產品綜合性能為目標的設計技術,是各種創發展的基礎,是全壽命周期設計技術的   條件,世界各發達   和企業都重視此技術的研究和應用。它包括性設計、試驗技術、防疲勞斷裂設計技術、系統動態設計和穩定性設計技術、摩擦學設計技術、蝕設計技術、表面工程設計技術、狀態監測和補償控制技術等。
        競爭優勢創建技術是從產品的工作特性和功能目標出發,在特定技術、經濟和社會等具體條件下,根據相鄰學科的原理,創造性地設計產品,并使它在技術及經濟上達到   佳水平。
        研究設計思維、功能目標評價、設計決策技術、新的設計理論與方法、CAD和集成化智能化。它包括創新設計技術、降低成本設計技術、設計技術、仿真與虛擬設計技術、智能設計技術、廣義優化技術、工業產品造型設計技術等。
        全壽命周期設計技術改變了制造業的企業結構和工作方式,它能對產品生產周期、質量和成本進行控制,形成生產、銷售、用戶服務一條龍。主要體現在縮短產品投放市場時間、提   、降低生產成本、增強市場競爭力。
        其特點是全壽命全系統管理、全壽命周期費用分析,達到”優生、優育、優管”。它包括并行設計技術、面向制造的設計技術、全壽命周期設計數據管理技術、全壽命周期管理及費用分析技術。
        一、全自動造型機并行設計與虛擬設計技術
        全自動造型機   引人注目的設計技術是并行設計和虛擬設計技術。
        1、并行設計技術
        全自動造型機并行設計技術是并行工程、協同設計、敏捷制造、虛擬制造等技術的基礎,它涉及計算機技術、通信技術、機械設計方法等。而并行工程是把CAD、制造、管理和等地集成在一起,實現信息集成、信息共享、過程集成,使設計者一開始就考慮到產品全生命周期中所有因素,包括質量、進度、成本和用戶需求。
        全自動造型機并行設計的內容包括:過程重構,即由傳統的串行產品模式轉變成集成的、并行的產品模式,使下游設計過程中的需求及早地反饋到相應過程中;數字化產品定義,包括數字化產品模型定義和管理、數字化過程定義和管理、數字化工具定義和信息集成,如DFQ、DFA、DFM、CAD/CAE/CAM集成等。
        全自動造型機并行設計技術要求產品隊伍重構,就是將傳統的以功能部門為主線的產品設計,改變為以產品為主線,組織多功能集成產品團隊,進行產品并行。
        全自動造型機并行設計還需要建立協同的工作環境??衫枚嗝襟w、網絡等技術,組建協調工作環境,支持并行設計。
        全自動造型機并行設計技術實際上是一門涉及多個的交叉學科,內容極為豐富。
        2、虛擬設計技術
        隨著計算機和信息技術的發展,全自動造型機虛擬設計技術愈來愈受到企業的重視。
        化、網絡化和虛擬化已成為制造業發展的重要特征,實現虛擬設計是制造業虛擬化的重要內容?!疤摂M現實”技術的引入,   是加快了各種敏捷制造模式的實現。
        虛擬現實(VirtualReality,VR)技術是基于三維計算機圖形技術與計算機硬件技術發展起來的   人機交互的技術,讓用戶通過視覺、聽覺、觸覺、甚至嗅覺和味覺等多種知覺方式虛擬地與計算機所建造的仿真環境發生交互。比如,進入“虛擬廠房”,操縱“虛擬機床”,抓取“虛擬零件”,組裝“虛擬設備”等等。借助虛擬外設(如頭盔式顯示器HMD、跟蹤器、數據手套、定位器等),人們就可沉浸在仿真環境之中,有“身臨其境”的感覺,從而完成在現實世界中可能或不可能完成的工作。
        虛擬現實中還有一種稱作增強現實((AugmentReality)技術,它是一種“虛實結合”的人機交互技術,是“看穿(See-Through)”計算機生成顯示技術。這種技術可以將計算機圖像(虛體)疊加在實物(實體)之上,能看到物理世界與虛擬世界的混合體。比如,轎車整車裝配時,車身是計算機產生的圖像,而底盤、裝配環境則是實物,用戶可以操作車身使之逼真地安放在真實底盤上,從而進行裝配分析。
        全自動造型機虛擬制造技術可以用于產品與過程設計、產品成本和風險分析估算、產品與過程的集成、生產管理決策的、產品生產前后的各項生產活動的驗證等方面。
        虛擬制造技術可以遠程協同產品的實現,充分利用網絡上的制造資源。虛擬制造技術可以應用于制造業企業或教育部門的技能培訓與教育。
        虛擬現實(VR)是以沉浸和實時交互為主要特征的。VR系統有3類:沉浸型、非沉浸型、混合型。
        虛擬現實主要由以下幾部分組成:交互作用(Interaotion,視覺(VisualPerception),聽覺(AcousticPeroeption,觸覺(TactilePerception),嗅覺(OlfactoryPerception)。
        虛擬現實的特點:虛擬設計技術將CAD延伸并發展為基于虛擬現實的CADCVR-CAD。在沉浸式的虛擬環境中,設計者通過直接三維操作(鍵盤是一維操作,鼠標是二維操作)對產品模型進行管理,以直觀自然的方式表達設計概念,并通過視覺、聽覺與觸覺反饋,感知產品模型的幾何屬性、物理屬性與行為表現。
        在虛擬環境中,產品模型從交互與行為表現上均高度接近于現實產品。設計者無需通過實物樣機就能對產品設計結果進行多角度、   的分析與驗證,以產品的可制造性、可裝配性、可使用性、可維護性與可回用性,從而為實現“零樣機產品”提供強有力的支持。
        虛擬現實(設計)技術分類:根據零件形狀是否在虛擬環境中進行,可將虛擬設計技術分為虛擬造型與虛擬樣機兩類。
        虛擬造型:虛擬造型以虛擬環境中形狀設計為主要研究內容,支持設計者在虛擬環境中直接創建、修改和管理CAD模型,包括虛擬實體造型、虛擬曲面造型與虛擬特征造型。當前虛擬造型技術的研究主要是圍繞如何充分利用虛擬現實交互的特點(特別是交互的直接性與模糊性)使設計者能夠   直觀自然地進行產品形狀設計。
        虛擬樣機的定義有兩種不同含義的認識:   種認識從計算機圖形學角度出發,認為虛擬樣機(VirtualPrototyping,VP)是利用虛擬現實技術對產品模型的設計、制造、裝配、使用、維護與回用等各種屬性進行分析與設計,以替代或精簡物理樣機;另一種認識則從制造角度出發,廣義地認為虛擬樣機是通過計算機技術對產品的各種屬性進行設計、分析與仿真,以取代或精簡物理樣機,稱之為數字樣機(DigitalMock-Up,DMU)。
        虛擬樣機的特點是具有與實際產品相同的幾何結構與幾何尺寸、相同的顏色和紋理;虛擬樣機具有與實際產品相同或相近的運動學與動力學屬性。虛擬環境中零件間的相互作用反映了實際產品中零件間的相互作用;在外部環境的激勵下,虛擬樣機能做出與實際產品相同或相近的行為響應。
        因此,利用虛擬樣機可以地精簡物理樣機制作,從而減少產品成本,并大幅度縮短產品上市時間。
        虛擬樣機研究與應用包括虛擬樣機可視化、虛擬裝配、人機因素分析等多個。虛擬環境中,與設計人員對CAD系統設計好的產品模型進行分析與評估的同時,非設計人員(包括   終用戶)也可以參與提出改進意見。
        虛擬造型與虛擬樣機的關系:虛擬樣機研究與虛擬造型研究及應用既相對獨立,又相互關聯,往往難以截然分開。隨著虛擬環境中產品設計技術的進一步成熟與發展,虛擬造型與虛擬樣機將逐步走向融合,即虛擬環境中進行形狀設計的同時應允許設計者實時交互地修改與編輯產品的形狀。
        虛擬環境中產品設計技術研究與應用的技術思路大多為“在VR中增加CAD功能”。
        虛擬制造技術是90年代的產物,許多企業正在積極,在汽車、飛機、工程機械、武器、醫學、食品工業、家庭生活用具等產品方面均有實際的應用成果。 

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