论虚拟设计与技术在新产品开发中的应用
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虚拟制造技术及其在生产制造上的应用3周金玲(潍坊学院,山东 潍坊 261061)摘 要:虚拟制造技术是近几年出现的先进制造技术之一,是企业以信息集成为基础的一种新的制造技术。
本文对虚拟制造技术进行了概述,介绍了虚拟制造技术在生产制造上的应用以及其应用前景。
关键词:信息技术;虚拟制造;仿真技术中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671-4288(2008)02-0065-021 前言随着计算机、自动化及网络技术在制造系统中的应用,信息技术对制造技术发展的作用越来越大。
产品制造过程中的信息投入,己成为决定产品成本的主要因素。
信息技术使现代制造的技术含量提高,使传统制造技术发生质的变化。
信息技术也促进着设计技术的现代化,加工制造的精密化、快速化,自动化技术的柔性化、智能化,整个制造过程的网络化、全球化。
80年代初,先进制造技术以信息集成为核心的计算机集成制造系统(C I M S :Computer I ntegr a ted Manufacturing Syste m )开始得到实施;80年代末,以过程集成为核心的并行工程(CE:Cocur 2rent Engineering )技术进一步提高了制造水平;进入90年代,先进制造技术进一步向更高水平发展,出现了虚拟制造(V M:V irtual Manufac turing)、精益生产(LP:Lean Pr oducti on )、敏捷制造(A M:Agile Man 2uf acturing )、虚拟企业(VE:V irtual Ente r prise )等新概念。
在这些诸多新概念中,“虚拟制造”引起了人们的广泛关注,成为研究的热点之一。
2 虚似制造技术虚拟制造实际上是一种计算机科学技术,以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支柱,在产品设计或制造系统的物理实现之前,就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态,从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。
汽车零部件的虚拟设计及虚拟加工技术的研究随着汽车工业的快速发展,汽车零部件的虚拟设计及虚拟加工技术的研究也越来越受到人们的关注。
虚拟设计技术可以使汽车零部件的设计实现数字化、模拟化和虚拟化,从而提高设计效率,节约时间和成本。
虚拟加工技术则可以在汽车零部件设计完成后,通过数字化模拟加工,使加工精度和效率提高,进一步实现生产效益的提升。
一、虚拟设计技术的研究汽车零部件的虚拟设计是利用计算机软件实现设计方案的数字化模拟,可以在不需要制造实际物理样品的情况下,通过虚拟模拟研发出具有实际操作功能的产品原型。
虚拟设计技术可以帮助企业优化设计流程和加快开发进度,从而节约时间和成本,使设计更加精确和高效,提高产品质量和市场竞争力。
在虚拟设计技术的研究中,CAD和CAE技术是两个重要的方向。
传统的手工绘图和模型制作已经不能满足现代汽车零部件设计的需求,更加依赖于CAD技术。
CAD技术可以在计算机上进行三维建模和模拟,帮助设计人员快速且准确地创建复杂的汽车零部件,减少了繁琐的手工绘图和模型制作,提高认知效率并且降低成本。
除了CAD技术,CAE技术也是虚拟设计技术中的重要方向。
CAE技术可以分析汽车零部件在不同工作状态下的受力、变形、疲劳等性能,帮助设计人员更加准确地判断设计方案的合理性,优化设计方案,从而提高汽车零部件的性能和质量。
同时,虚拟现实技术(VR)和增强现实技术(AR)的发展也为汽车零部件的虚拟设计提供了新的想象空间。
VR和AR技术可以创造一个类似于真实环境的虚拟世界,使设计人员更加直观地感受设计效果,从而更好地处理设计和生产之间的关系。
二、虚拟加工技术的研究虚拟加工技术是利用计算机进行汽车零部件的数字化加工模拟,以实现加工过程的优化和多样化。
虚拟加工技术包括数控加工、激光加工、电火花加工等,可以为汽车零部件加工提供精确的数值模拟场景。
虚拟加工技术不仅可以帮助企业降低生产成本,提高生产效率和精度,还可以有效地减少对环境的污染,提高人员安全性。
虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用摘要:虚拟现实技术依托计算机技术,其功能强大,应用范围较广,尤其对机械设计与制造有极大的帮助。
当前,虚拟现实技术融入机械行业,转变了传统的机械装配、样品测试等模式,使设计生产的效率大大提高。
将简述虚拟现实技术及其特征,分析虚拟现实技术在机械设计与制造中的优势,并探讨虚拟现实技术在机械设计与制造中的实际应用。
关键词:虚拟现实技术;机械设计;机械制造;应用1.虚拟现实技术及其特征1.1实时性虚拟现实技术可以通过终端设备在一定空间内呈现特定环境、特定时间下的情景,满足用户实时沉浸的需求。
在机械设计与制造过程中,工作人员可以通过虚拟设备实时观察机械的设计和制造过程,同步机械设计与制造过程中出现的问题,及时排查,找出机械问题的根源,有利于机械设计与制造的准确性和效率提升。
1.2交互性虚拟现实技术为人们提供了现实与虚拟之间的连接,将人与物在某一时空中相会,并让人能够通过感官清晰地感受目标物体。
1.3沉浸性虚拟现实技术所呈现的环境可以做到同现实环境相差无几,使用户在借助虚拟技术体验时获得与现实世界相同的感受。
1.4感知性虚拟现实技术相较于其他高科技,更强调人对物体的感知效果,可以充分利用人类具有的敏锐感知能力去了解事物。
正是借助这一特征原理,工作人员在机械设计过程中通过视觉、触觉、听觉等感官来检验机械操作,可以更加深入地把握机械设计形态和生产成品。
2.虚拟现实技术在机械设计与制造中的优势2.1满足虚拟设计的需求机械产品设计是一项十分复杂的工作,前期需要进行大量数据、资料收集,不仅要对产品外观进行创意设计,也要充分考虑到产品的实用性、可操作性等功能特性。
无论设计环节的哪一部分出现了问题,都将会影响到最终的机械产品诞生。
因此,对于设计者而言,能够在设计环节就对手中的设计对象有一个立体清晰地了解是十分重要的,而虚拟现实技术的出现恰恰使这一想法变成现实。
利用虚拟现实技术,设计者可以通过终端设备操作调整设计对象的各项参数,借助3D建模将设计产品体现出来,并利用虚拟技术检验产品设计的可行性方案,从中找到此前未能发觉的问题,并升级产品设计。
虚拟现实技术在智能制造中的应用智能制造是当代制造业发展的重要方向,而虚拟现实技术的快速发展为智能制造提供了全新的应用场景。
虚拟现实技术是一种通过计算机生成的虚拟环境,通过佩戴 VR 头显和其他相关设备,用户可以身临其境地感受到与现实世界相似的体验。
下面将探讨虚拟现实技术在智能制造中的应用。
一、产品设计与仿真虚拟现实技术可以用于产品的设计与仿真,在开发新产品的过程中显得尤为重要。
传统的产品设计往往需要制作实物样机,耗费时间和成本较高。
而借助虚拟现实技术,设计师可以直接在虚拟环境中创建和修改产品模型,通过VR头显可以实时观察和操控。
这样不仅能够提高设计效率,还能节约开发成本。
二、生产线布局与优化虚拟现实技术可以帮助企业进行生产线布局与优化。
通过将整个生产线的各个环节建模并模拟在虚拟环境中,企业可以直观地了解生产线的运行情况和瓶颈所在,并进行相关调整和优化。
此外,虚拟现实技术还可以模拟不同的生产场景,帮助企业进行灵活的生产线规划。
三、人机协作与培训虚拟现实技术可以实现人机的高度协作,提升生产效率与质量。
例如,在装配操作中,工人可以通过佩戴 VR 头显,在虚拟环境中直接学习和操作,并实时获得反馈。
这样既能够有效提升工人的技能和素质,又能够降低因操作失误而带来的风险和成本。
四、质量检测与维护虚拟现实技术可以用于产品质量检测与维护。
通过虚拟现实技术,可以实现对产品质量的全方位检测和评估。
生产出的产品可以在虚拟环境中进行非接触式的检测,并通过模拟真实环境下的使用情况来评估产品质量和使用寿命。
同时,虚拟现实技术还可以用于设备的维护与保养,提供具体的指引和操作过程。
五、智能物流与仓储虚拟现实技术可以应用于智能物流与仓储管理。
通过虚拟现实技术,可以对物流过程进行模拟和优化,提高物流效率和准确性。
在仓储方面,虚拟现实技术可以帮助管理人员对仓库进行布局和管理,提高仓库空间的利用率和货物的存放效果。
同时,虚拟现实技术还可以进行库存盘点和快速拣货等操作,提高仓储管理的效率和准确性。
虚拟现实技术在生产制造中的发展现状与未来趋势虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术是一种通过计算机生成的交互式虚拟环境,让用户可以身临其境地感受到其中的场景和体验。
近年来,虚拟现实技术在各行各业中得到了广泛应用,生产制造领域也不例外。
本文将探讨虚拟现实技术在生产制造中的发展现状与未来趋势。
一、虚拟现实技术在生产制造中的应用现状虚拟现实技术在生产制造中已经展现了巨大的潜力,并被广泛应用于以下几个方面。
首先,虚拟现实技术在产品设计中的应用。
传统的产品设计需要耗费大量的时间和成本,而虚拟现实技术可以通过模拟真实环境,让设计师在虚拟世界中进行实时设计和调试,提高了设计效率。
同时,虚拟现实技术还可以让客户在产品开发的早期阶段就能够直观地感受到产品的外观和功能,从而提供反馈和改进的机会。
其次,虚拟现实技术在生产线优化中的应用。
生产制造领域中,生产线的优化非常重要。
虚拟现实技术可以为生产线的规划和布局提供参考,通过模拟不同布局对生产效率的影响,帮助企业选择最佳方案。
此外,虚拟现实技术还可以用于培训员工和提高生产效率。
借助虚拟现实技术,员工可以在虚拟环境中进行培训,模拟真实工作场景,降低了培训成本和风险。
还有,虚拟现实技术在质量控制中的应用。
对于生产制造企业来说,保证产品的质量和一致性是非常重要的。
虚拟现实技术可以通过提供可视化的方式来检查产品的质量,帮助企业快速发现潜在问题并进行改进。
同时,虚拟现实技术还可以用于产品组装的指导,例如通过模拟组装过程,指导工人正确进行操作。
二、虚拟现实技术在生产制造中的未来趋势随着虚拟现实技术的不断发展,其在生产制造中的应用也将迎来更多的发展机遇。
以下是几个未来趋势的展望。
首先,虚拟现实技术在远程协作中的应用。
随着企业不断全球化,远程协作已经成为现代生产制造的一个重要趋势。
虚拟现实技术可以通过创建虚拟会议室,让远程团队成员能够共同参与到项目中,实时交流和协作。
虚拟仿真技术在机械设计制造中的应用研究随着科技的进步,虚拟仿真技术在机械设计制造中的应用越来越广泛。
虚拟仿真技术是指通过计算机模拟实验的方法来完成对某一物理系统的研究。
虚拟仿真技术可以有效地对机械设计制造过程进行模拟和测试,大大提高了机械设计制造的效率和质量。
本文将介绍虚拟仿真技术在机械设计制造中的应用,并分析其技术优势和局限性。
一、虚拟仿真技术在机械设计制造中的应用1、产品设计通过虚拟仿真技术,可以将机械设计的过程转换为数字化的设计流程。
设计师不再需要通过手工绘图和试验来完成机械设计,而是可以使用各种CAD软件和虚拟仿真软件来进行设计。
虚拟仿真技术使设计师可以快速创建和修改设计,并通过计算机仿真测试来验证所设计的产品性能。
2、工艺规划虚拟仿真技术还可以应用于机械工艺规划的模拟中。
在使用虚拟仿真技术进行工艺规划时,可以将机械加工过程和装配过程转换为数字化的过程,并可以对加工和装配过程进行虚拟仿真测试。
虚拟仿真技术可以模拟不同的加工和装配方案,并可以根据仿真结果优化工艺设计。
通过虚拟仿真技术,可以提高机械制造的效率和质量。
3、设备选择和优化虚拟仿真技术也可以应用于机械设备选择和优化中。
在使用虚拟仿真技术进行设备选择和优化时,可以将每种设备和设备工作状态转换为数字化的状态。
通过对仿真结果进行对比分析,可以了解每种设备在不同工作状态下的性能,进而选择最适合的设备。
虚拟仿真技术还可以优化设备的参数,通过参数优化进一步提高设备性能。
二、虚拟仿真技术在机械设计制造中的技术优势1、提高效率通过虚拟仿真技术,可以将机械设计制造过程数字化,从而加快机械设计制造的效率。
通过虚拟仿真技术,可以快速创建和修改设计,并通过计算机仿真测试来验证所设计的产品性能,从而大大提高了机械设计制造的效率。
2、提高质量通过虚拟仿真技术,可以对机械设计制造过程进行虚拟仿真测试,进一步验证产品的性能和可靠性。
通过对仿真结果进行分析,可以优化机械设计制造过程,提高机械制造的质量。
虚拟制造技术及其在制造业中的应用摘要:阐述了虚拟制造的基本概念,虚拟制造的核心技术,以及虚拟制造技术在制造业中的应用。
着重介绍了虚拟企业的特征。
当今制造业正朝着精密化、自动化、柔性化、集成化、信息化和智能化的方向发展,随着这个趋势,诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。
虚拟制造就是根据企业市场竞争的需求,在强调柔性和快速的前提下,美国80年代提出的,随着计算机技术和信息网络技术的发展,在90年代得到人们的重视,并获得迅速的发展。
1 虚拟制造VM虚拟制造(VM:Virtual Manufacturing)是对真实产品制造的动态模拟,是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。
它具有建模和仿真环境,使产品从生产过程、工艺计划、调度计划、后勤供应以及财会、采购和管理等一种集成的、综合的制造环境,在真实产品的制造活动之前,就能预测产品的功能以及制造系统状态,从而可以作出前瞻性的决策和优化实施方案。
为了更细致地了解VM的含义,美国在一次专业会议上对3种类型的VM作如下解释:①以设计为中心的VM,这类VM是将制造信息加入到产品设计和工艺设计中,并在计算机上进行数字化制造,仿真多种制造方案,评估各种生产情景,通过仿真制造来优化产品设计和工艺设计,以便作出正确决策。
②以生产为中心的VM,这类VM是将仿真能力加到生产计划模型中,以便快捷化评价生产计划,检验工艺流程、资源需求状况以及生产效率,从而优化制造环境和生产供应计划。
③以控制为中心的VM,这类VM是将仿真能力加到控制模型中,提供对实际生产过程的仿真环境,即将机器控制模型用于仿真,其目标是实际生产中的过程优化,改进制造系统。
虚拟制造是一种新的制造技术,它以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持。
虚拟制造技术涉及面很广,诸如环境构成技术、过程特征抽取、元模型、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交驻功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。
机械工程中的虚拟设计与仿真技术近年来,虚拟设计与仿真技术在机械工程领域中的应用越来越广泛。
虚拟设计与仿真技术可以通过计算机建立虚拟环境,模拟真实的机械设计过程,有效地提升了机械产品设计的效率和质量。
在本文中,我们将探讨虚拟设计与仿真技术在机械工程领域中的应用,并展望其未来发展的前景。
一、虚拟设计技术虚拟设计技术是指利用计算机技术和相关软件,通过建立虚拟环境来实现产品设计过程的一种方法。
与传统的设计方法相比,虚拟设计技术可以更加直观地展示产品的设计效果,帮助设计人员更好地理解和调整设计方案。
通过虚拟设计技术,设计人员可以在计算机模拟环境中进行多种设计方案的比较和选择,大大提高了设计效率和质量。
在机械工程领域中,虚拟设计技术可以应用于各个环节,包括产品概念设计、结构设计、运动分析等。
例如,在产品概念设计阶段,虚拟设计技术可以创建逼真的三维模型,通过交互式操作来实时修改和优化设计方案。
在结构设计阶段,虚拟设计技术可以进行强度和刚度分析,帮助设计人员预测和解决潜在的结构问题。
在运动分析阶段,虚拟设计技术可以模拟产品在实际使用过程中的动态行为,从而为产品设计提供有力支持。
此外,虚拟设计技术还可以与其他工程软件相结合,如CAD、CAE等,形成一套完整的设计流程。
通过虚拟设计技术,设计人员可以快速、准确地完成产品设计,对设计的可行性和效果进行全面评估,从而降低开发成本和周期,提高产品的竞争力。
二、仿真技术仿真技术是指借助计算机模拟现实世界的过程和行为,从而获得有关系统或过程的信息的一种方法。
在机械工程领域中,仿真技术主要用于模拟和预测产品的性能和行为,并帮助设计人员做出合理的决策。
在产品设计阶段,仿真技术可以模拟产品在不同载荷和环境条件下的性能表现。
例如,在模拟动力机械系统中,仿真技术可以通过建立数学模型,模拟系统在加速度、速度和位移等方面的特性,并分析系统的稳定性和振动特性。
在模拟液压机械系统中,仿真技术可以模拟液体流动和压力分布,从而分析系统的油液泄漏和功率损失情况。
论虚拟现实技术在产品设计中的应用冀婷姜敏2周军强3(1.西安石油大学,陕西西安710065;2.延安大学,陕西延安716000;3.西安西电高压开关有限责任公司,陕西西安710018)虐屉科夔脯要】随着I T技术的进步发展,产品设计模式在信息化的基础土,叠i霸簿数字化、集成丰匕、网络丰匕、智熊化的瘩穆鬻癣∥躜蠛g蘸穆玻裳拽苯舞娥钕产品谖诗电袈捧懿:举廷轻童讷硌璃,l i i§i 谤告截髓霞淞啜头技朱;产蔷潮潋;彭满袭斌。
1虚拟现实技术概述1.1虚拟现实的概念虚拟现实(V i r t ua l R ea l i t y,V R)一词由美国V P L公司创建人拉尼尔(J ar on Lani e r)1980年代初提出,是指综合利用计算机图形系统和各种显示、控制等接口设备,生成可提供沉浸感觉和交互操作的3维环境技术。
简言之,虚拟现实就是人与虚拟世界的对话。
人的动作和情绪可以控制虚拟世界中的物体。
反之,虚拟世界中的物体也能使人产生真实的感觉,包括视觉、听觉、触觉等。
虚拟现实并不是真实的世界,而是一种可交互的环境,人们可通过计算机等各种媒介进入该环境与之交流和互动。
它不仅可以模拟现实的世界,更重要的是它将通过计算机虚拟出我们想象的东西。
12虚拟现实技术分析从超脱不同的应用背景来看,虚拟现实技术是把抽象、复杂的计算初数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物,它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。
利用虚拟现实技术所产生的局部世界是人造和虚构的,并非是真实的,但当用户进入这一局部世界时,在感觉上与现实世界却是基本相同的。
因此,虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状,给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。
目前,虚拟现实技术已经逐步发展完善起来,应用到了制造、军工、医学、航天、建筑等很多领域,并且都取得了很大的成功。
而将虚拟现实技术应用到产品设计中,更会体现出它的很多优势,给设计业带来全新的设计理念和方式。
计算机虚拟技术在产品优化设计中的应用摘要:提出了在机械产品优化设计进程中,将计算机技术应用于产品结果分析与评价环节,以及评价决策支持环节,探讨这一进程中相关关键环节的功能和实现策略。
关键词:虚拟设计,产品建模,仿真1前言现代设计强调将优化贯穿于产品设计的全过程,将人工智能技术结合传统的优化方法。
优化设计的特征是以设计方法学思想为指导,研究现代机械产品的特征和设计要求[1]。
用于优化设计的产品模型应是既综合考虑产品自零部件到整机直至系列和组合的产品系统模型,也应综合考虑产品技术性、经济性和社会性的全性能模型,还应是综合考虑从设计、制造、使用后处理的全过程模型。
因此,机械产品的优化设计是面向全系统、全过程和全性能的优化设计。
在此基础上,本文提出了在机械产品优化进程中,将虚拟样机技术的性能和过程可视化技术应用于产品结果分析与评价环节,以及评价决策支持环节,探讨这一进程中相关关键环节的功能和实现策略。
2虚拟设计概述随着全球经济一体化的环境形成,市场竞争愈演愈烈。
各个企业面临的一个急需解决的问题是,一件产品往往要经过多次反复的试制才能进入市场,也就是说,许多公司仍认为无法在缩短产品上市时间以及缩短产品和用户距离上取得实质性的突破。
虚拟产品开发就是在这样的背景下产生的。
虚拟产品开发是以计算机仿真、建模为基础,集计算机图形学、智能技术、并行工程、虚拟现实技术和多媒体技术为一体,由多学科知识组成的综合系统技术[2,3]。
虚拟产品开发是现实产品开发在计算机环境中数字化的映射。
它将现实产品开发全过程的一切活动及产品演变基于数字化模型,对产品开发的行为进行预测和评价。
应用虚拟现实技术,可以达到虚拟产品开发环境的高度真实化,并使之和人有着全面的感官接触和交融。
在这里,笔者把虚拟产品开发定义为:在产品设计或制造、维护等系统的物理实现之前,就模拟出未来产品的性能或制造、维护系统的状态,从而作出前瞻性的优化决策和实施方案。
虚拟产品开发(vpd)技术是建立在可以用计算机模拟产品整个开发过程这一构想的基础之上。
软件开发中的虚拟现实技术应用现如今,虚拟现实技术在世界范围内得到了越来越广泛的应用,其中软件开发领域也不例外。
虚拟现实技术为软件开发带来了更为广阔的空间,开发出更为具有实际感的应用程序。
本文将从多个方面来阐述虚拟现实技术在软件开发中的应用。
一、虚拟现实技术在游戏开发中的应用虚拟现实技术最初是在游戏开发领域中应用的。
例如,通过虚拟现实技术,玩家们可以真正地感受到自己在游戏中的体验,仿佛自己真正站在游戏中的世界一样。
除此之外,虚拟现实技术还使得游戏体验更为真实,增强玩家对游戏的沉浸感。
这也使得虚拟现实技术成为游戏开发中的一种重要手段,帮助游戏开发商打造更加富有创意的游戏。
二、虚拟现实技术在产品设计领域中的应用产品设计是实际生产和销售中的一环,这时候,虚拟现实技术的应用显得尤为重要。
通过虚拟现实技术,产品设计师可以更加方便地在虚拟环境下对产品进行测试和修改。
一方面,这减少了制作成本和时间,另外一方面,通过虚拟现实技术,产品设计师可以更清晰地调整产品样式、形状、颜色等元素,更好地满足客户的需求。
虚拟现实技术的发展为产品设计领域注入了新的能量。
三、虚拟现实技术在工程建模中的应用在软件开发的各个领域中,目前应用最为广泛的领域是工程建模。
虚拟现实的技术可以在虚拟环境下协助工程师进行建筑、道路、桥梁等结构的设计,从而节约了大量的实际资源和时间,减少造成的损失。
虚拟现实的技术也极大地提高了工程建模的安全性,尤其在建筑模拟中,例如建筑物在不同天气条件下的表现等都可以通过虚拟现实技术在虚拟环境中模拟实现。
四、虚拟现实技术在医疗领域的应用虚拟现实技术在医疗领域的应用,在改善医疗质量和效率方面具有重要意义。
例如虚拟现实技术可以帮助医生对疾病进行更精确的诊断和治疗。
虚拟现实技术可以模拟医疗手术操作等细节,提高医生们的操作技术。
同时,虚拟现实技术也可以通过模拟医学模型,从而更好地展示与教育,方便学生和医学实习生进行实际的操作和对疾病的认知和掌握。
虚拟仿真技术在新产品开发中的应用与优势随着科技的不断发展,虚拟仿真技术在各个领域的应用越来越广泛,尤其在新产品开发过程中扮演着重要的角色。
本文将重点介绍虚拟仿真技术在新产品开发中的应用与优势,并分析其对产品质量和效率的提高。
首先,虚拟仿真技术在新产品开发中的应用主要体现在以下几个方面:一、产品设计与优化虚拟仿真技术可以通过建立三维数字模型,实现对产品设计的可视化与虚拟展示。
设计师可以通过虚拟仿真技术模拟产品在实际运行过程中的各种情况,及时发现并解决可能存在的设计缺陷与问题。
同时,可以通过虚拟仿真技术进行产品参数的优化,提高产品的性能和功能,降低制造成本。
二、工艺流程优化利用虚拟仿真技术可以模拟产品的生产工艺流程,包括材料加工、装配以及测试等环节。
通过虚拟仿真技术,可以确定最佳的工艺流程,减少实际生产中的浪费和误差,提升产品的生产效率和质量,降低制造成本。
三、产品性能测试虚拟仿真技术可以对产品的各种性能指标进行测试与评估,包括强度、耐久性、可靠性等。
通过对虚拟模型的模拟分析,可以预测产品在实际应用中可能遇到的问题,并进行相应的改进与优化。
四、市场推广与培训虚拟仿真技术可以将产品模型以虚拟现实的形式展示给用户,提升用户的体验感。
同时,可以利用虚拟仿真技术进行市场推广,比如模拟产品在不同场景下的使用效果,吸引用户的注意力。
此外,还可以通过虚拟仿真技术开展产品培训,让用户更好地了解产品的使用方法和注意事项。
虚拟仿真技术在新产品开发中的应用带来了诸多优势:一、缩短产品开发周期传统的产品研发过程需要花费大量的时间和成本来建立实物样本和原型,而虚拟仿真技术可以通过模拟和分析,减少实际试验的次数和时间,缩短产品开发周期。
二、降低产品开发成本虚拟仿真技术可以在产品设计阶段发现和解决问题,避免了由于设计错误而导致的成本增加。
同时,可通过优化产品和工艺流程,降低生产成本,提高产品的竞争力。
三、提高产品质量利用虚拟仿真技术进行产品设计和优化,可以避免因实物样本或原型的制作不准确而导致的误差,提高产品的质量和稳定性。
浅谈虚拟技术在数控机床设计中的应用作者:胡巍来源:《数字技术与应用》2013年第07期摘要:本文针对我国数控技机床设计的现状和相关的目标入手,进一步的分析了数控机床设计和发展的趋势。
通过对于虚拟技术的介绍和分析,详细的分析了虚拟技术在数控机床设计中的应用。
对于提高数控机床本身的文化概念和人性化理念,确立数控机床本身的文化内涵和品牌内涵,提出了笔者的观点。
关键词:数控机床机床设计虚拟技术中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)07-0070-01在2011年的年初,我国的相关专家和院士就做出了关于实施《数控一代机械产品创新应用示范工程》的建议。
这一建议也受到了国家的相关部门的高度重视。
在2012年,我国发布了《数控一代机械产品创新应用示范工程》。
在这样的背景下,数控一代装备的制造和发展脉络已经明显的很清晰。
在这个过程中,人机操作界面的开发、控制软件的开发、节能电机的开发等将被作为开发技术的重点,将再次的受到政策的优惠。
本文针对数控技术的发展方向,结合笔者对于数控机床技术发展的了解,将针对虚拟技术在数控机床设计中的应用进行一定的分析。
1 虚拟技术及其特征分析虚拟技术指的是利用三维声场就似乎以及多传感交互技术、高分辨率现实技术等先进的技术,生成一定的三维立体画面,使得客户也能够成为三维虚拟环境的一个部分,实现实时的交互技术,并且能够实现感知和操作虚拟世界中的各种对象,最终实现身临其境的感受和用户体验。
虚拟技术本身最基本的特征就是沉浸性、交互性和空间的想象性。
我们所说的沉浸性指的是由计算机生产的相对逼真的三维立体画面,这样就能够使得用户产生一定的身临其境的感受,并且最终获得和客观世界一样的体验。
交互性就是客户能够自然而然的实现与虚拟环境中的各个对象的交互操作感受,从而能够进一步的感受和相应虚拟环境。
空间的想象性指的是虚拟环境中,环境中的各个对象可以对客户提供发挥想象力的各种机制,并且能够启发用户本身的思维创造性,提高对产品的感性认识和理性的理解。
论虚拟设计与技术在新产品开发中的应用<一>.论虚拟设计在新产品开发中的应用1.虚拟设计在新产品开发中的特征由于当今市场竞争日益激烈与科学技术进步的加快,使得产品开发的技术含量与复杂程度日益增加,同时也由于产品的生命周期不断地缩短,因此,缩短新产品开发的周期、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,是当前新产品开发着重要解决的问题。
虚拟设计(Virtual Design)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新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,把握了新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.虚拟设计在新产品开发中的应用2.1虚拟产品设计近几年来,CAID技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持,但目前在虚拟产品设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。
例如复杂曲面的产品造型,多采用Rhino和Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型,其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来,设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来,在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。
随着虚拟现实(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。
例如在对汽车的设计时,设计人员在具有全交互性的设计环境中,利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置,将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连,不仅可以进行虚拟的合作,产生一种身临其境的感觉,而且还可以实时地对整个虚拟产品(Virtual Product)设计过程进行检查、评估,实地解决设计中的决策问题,使设计思想得到综合。
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。
有的企业在新产品开发设计时,还建立了物理试验模型PMU(Physical Mock-up),如油泥模型(Clay Modeling)等已逐步被计算机和仿真代替,在此基础上进行产品设计建模和仿真设计,以达到改进产品方案设计的目的。
虚拟产品也就是最初的数字试验模型DMU(Digital Mock-up),虚拟产品设计初级阶段的虚拟油泥建模(Virtual Clay Modeling),可以适应创造性设计过程所提出的直观要求,设计人员可以在虚拟环境空间中,利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。
所设计的产品可得到精确的描述,物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。
例如:美国波音公司777飞机的虚拟原形机,就利用虚拟产品设计对该产品进行全数字化三维描述,实现了产品设计的虚拟油泥模型和无纸工程等,这个模型可为产品开发不同的阶段和设计原则提供参考。
同时,虚拟产品设计在造船等其他新产品开发方面也得到了成功的应用。
另外,虚拟产品设计与其它设计过程进行数字连接,可实现新产品开发过程的集成,使并行工程(Concurrent Engineering)得到充分体现与实施。
从而缩短开发时间,降低开发成本,发挥设计人员的创造性潜能。
2.2虚拟装配设计(Virtual Assembly Design)虚拟装配设计(Virtual Assembly Design)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(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。
过去传统的产品开发,常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究,力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分析。
现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题,在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度,及时优化设计方案。
虚拟装配的第一步是在CAD系统创建虚拟产品模型,然后进入并利用虚拟装配设计环境(Virtual Assembly Design Environment)系统,产品开发人员在VADE系统中开展工作,借助虚拟装配设计环境系统,设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验,帮助设计人员及时发现设计中的装配缺陷,全面掌握在虚拟制造中的装配过程,尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。
利用这个虚拟环境,评价产品的公差、选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺,可将结果进行可视化处理。
实验表明,虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期,减轻设计返工的负担,加快了引入高级设计方法和技术的速度,提高新产品开发的质量与可靠性,同时也降低新产品开发的成本。
2.3虚拟人机工程学设计虚拟人机工程学设计是借助虚拟样机(Virtual prototype)系统,也有人称其为虚拟人机工程学环境,将它引入虚拟人机工程学评价系统,设计人员可以精确研究产品的人机工程学参数,并且在必要时可以修改虚拟部件的位置,重新设计整个产品的构造。
另外,它还允许不同技术背景的人直接与设计的产品进行交互及评价产品的性能,有助于满足不同用户的特殊要求。
英国航空实验室研究人员研制了一个虚拟人机工程学评价系统。
通过这个系统设计人员可以精确研究轿车内部的人机工程学参数,适时修改轿车虚拟部件的位置,对整个轿车的内部构造重新设计。
这项技术为新产品开发在产品的人机工程学研究方面提供了新的方法,可以不断地利用该系统来验证假设,既减少开发费用,又缩短了制造模型的时间,同时又可以满足产品多样化的要求。
2.4 虚拟设计在新产品开发中应用前景随着多媒体技术软硬件飞速发展,特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合,加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度,使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。
虽然目前仅是起步阶段,在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面,及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高,但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力,而且应用前景广阔。
应该深入开发研究,使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维能力与产品设计水平。
3、虚拟设计在新产品开发中应用使科学与艺术更好地得到融合虚拟设计技术与新产品的开发都是建立在科学技术进步的基础之上,都需要科学技术的支持。
新产品开发以科学技术理论为基础,然而在新产品开发中的虚拟产品设计等问题上,虚拟现实技术又为设计人员提供了有艺术创造性思维的空间,扩展了设计人员的艺术设计思维,使设计人员能够从理论认识到感性认识对产品进行设计、分析和评价。
使设计人员在精神世界的存在中获得心灵自由,让设计更趋人性化、艺术化。
虚拟设计在新产品开发中的应用,使科学的思维方式和艺术的思维方式悄悄地相互侵入和占有着。
科学的发明和创造溶入了艺术的想象和品格,艺术的创造和对产品形态美的探索又渗入科学的理论和品质,虚拟设计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。
4、结束语虚拟设计技术为新产品开发提供了数字设计平台,使新产品开发的周期减少、费用降低,提高了新开发的产品质量。
但是如何更有效地利用虚拟设计技术为新产品开发服务,还有待于我们在实际的设计中进行探索。
参考文献:[1]柳冠中.科学×艺术的时代,卢新华.科学与艺术——互溶的两个世界,中央工艺美术学院艺术设计论集北京工艺美术出版社,1996.10[2]刘宏增,黄靖远编著. 虚拟设计. 北京:机械工业出版社,1999.12[3]Conrad Berenson ,IRIS Mohr-Jackson ,MARCo Iansiti .新产品开发(第二版). 北京:中国人民大学出版社2002.9[4]杨锟,刘继红.面向虚拟装配的装配建模技术. 机械科学与技术, 2001 或其他成像技术获取)送入仿真系统,外科医生就可以对实际的外科手术作出相应的规划,因而使得他可以预料到难以预料到的某些复杂性。
利用虚拟现实技术进行虚拟外科手术还可以为那些刚走上工作岗位的医生或医学院的学生提供更多的机会去演练以前从未做过的手术。
在虚拟外科手术中,外科医生戴着可以显示计算机生成立体图像的头盔显示器,头盔上装有空间跟踪定位器,显示的图像始终跟踪着外科医生的视线,当外科医生转动头部时,空间跟踪定位器就发信号给虚拟现实系统去调整仿真中的视图。
当外科医生用头盔显示器看着虚拟手术台上的用计算机制作的三维仿真人体模型时,头盔显示器同时可以显示出该虚拟病人的血压、心率或其他生理信息。
在虚拟外科手术中,外科医生戴着数据手套,拿着虚拟手术刀,数据手套上也配备位置跟踪定位装置,这样虚拟现实系统便可以精确的跟踪人体的运动和位置,以及在医生和虚拟病人之间的手术动作。
一些类似手术仪器、而且可以提供力反馈的设备正在研制当中,他们可以提供手术刀或其他器械通过虚拟肌肉是的真实阻力。
完成一次虚拟手术后外科医生还可以按一下复位按钮重复进行。
如果虚拟病人死了还可以让他马上起死回生,以便重头开始,重复练习,积累经验,从而增加实际手术的成功率。
<二>.虚拟技术在新产品开发中的应用一、前言随着科技的飞速发展,企业间的竞争日趋激烈,市场的变化不断加快。
企业的新产品开发也随之出现一些新的特点:(1) 产品生命周期明显缩短。
以汽车为例,新产品的生命周期从20世纪90年代的5~8年降至目前的3~5年。
(2) 产品品种急剧增加。
为适应用户需求,企业大力发展订货式的个性化产品。
即使是大批量生产的产品,也可根据顾客多样化的功能要求和喜好实现订货方式的销售模式。
(3) 产品开发周期极大压缩。
以汽车为例,产品改型设计开发周期从过去的4~5年压缩为目前2年左右。