>>>IECN——中国工业工程学生联盟
当前位置：IE学院首页 >> 先进制造 >> 在没有任何资源提供的前提下，是不能组织任何的虚拟项目。智能产品建模技术的研究目的就是用计算机描述与处理产品整个生命周期中的资源，因此可以说，虚拟制造技术是智能产品建模的基础，虚拟制造技术的应用可以直接地改变产品开发中的仿制、测绘方式，提高产品自主开发能力。
1 虚拟制造体系结构
面向产品与过程的虚拟制造系统需要对产品、作业、环境和评价的数据、知识、模型进行共同特征抽取与异型制造过程创建。虚拟制造完全是数字模型的集成，将相互孤立的制造技术如 CAD、CAM、CAPP等集成在一个虚拟产品制造环境下，以实现对制造过程的一一对应的模型化映射关系，它相对于物理世界有功能一致性、结构相似性的特点。虚拟现实技术应用于现在的制造系统如CAD、CAPP、CAM，能够大大增强各个子系统之间的协调与并行。面向模型集成各个子系统功能是虚拟制造技术的关键之一，由于产品的多样性与制造过程的动态性，虚拟制造环境是一个动态多变的集成环境，其过程会产生大量的各种数据，虚拟过程的数据管理变得非常复杂。面向产品与过程的虚拟制造系统对产品设计的数据、知识、模型进行共同特征抽取，建立如下的相关的5大模型。
概念模型：产品开发从市场调查开始，到产品功能分析和原理方案的确定，构成了智能产品建模的概念模型。概念模型要为后续其他模型提供信息、引导并完成多个设计方案和方案再设计，并提供产品所有性能参数和外观参数。
评价模型：从产品功能、质量、价格、交货期、售后服务、环境保护、营销等整个产品生命周期范围内进行评价，确保产品品质和实用性。
装配模型：装配模型是在概念模型的基础上对方案进行具体化，继承概念模型性能参数和外观参数，确定产品的装配关系和装配约束，分解和传递概念模型的功能和结构。
特征模型：特征模型实现零件的设计，也称零件模型 特征模型借助各种特征构造零件，同时继承装配模型的参数，是联接设计与制造的纽带。
几何模型：几何模型是特征模型的基础，虽然不具备工程含义，却是产品表示的最基础的手段，给产品最直观的描述，也是制造加工最直接的对象。几何模型包括线框、表面和实体3种模型，具有严密的数学表达，是实现产品的计算机制造与设计的基础，也是虚拟制造的基础。
图1所示为虚拟制造的体系结构，主要包括3层：应用层、逻辑层和物理层，其中应用层包括产品生命周期中各种应用活动如产品设计、产品分析、工艺规划、数控加工以及质量检测等，并对应于各种计算机辅助技术(CAx：CAD 、CAE、CAPP、CAM、CAQ)。逻辑层由几种模型按照层次关系构成，其中包括概念模型、装配模型、特征模型和几何模型，各个模型又由各种子模型组成。逻辑层是智能产品建模中最为重要的一层，是支持应用层的有力工具，又是衔接物理层的桥梁。各种模型的层次关系蕴含着产品建模的对象层次和信息层次。对象层次关系为：产品一模块一零件一几何元素的关系；信息层次表现为知识一关系一特征一数据的关系。
从几何模型到特征模型、装配模型和概念模型，其知识的深度在不断地增加，抽象程度也不断增加，信息的容量也越来越大，充分体现产品建模的发展趋势，也充分反映了产品生命周期的智能产品建模的特点。物理层给出智能产品建模中涉及的所有信息的组织方式和存储结构的详细描述，分为数据文件的底层描述和存储数据的交换模式(如PDES／STEP／、IGES等)。
|
2 摩托车产品的虚拟制造技术 我国大多数摩托车企业，其产品制造基本上是仿制、测绘和引进，即使是合资生产企业也摆脱不了对国外(如日本、意大利)以及我国台湾技术的依赖性，均不完全具备自主开发的能力。 虚拟制造技术可以理解为在计算机上实现的制造技术。内容包括适合产品、制造资源、制造环境等的建模与工具，面向产品性能分析评价、制造过程分析评价和生产管理与控制分析评价等；生产活动的仿真技术与工具，综合应用图形用户界面技术、虚拟现实技术、信息技术、虚拟产品设计技术、虚拟成型技术等。 虚拟制造技术在摩托车产品开发中的应用，是以摩托车产品CAD／CAM／CAE为基础，同时又超越CAD ／CAM／CAE的境界，完全改变摩托车产品开发的模式，可以摆脱以往的仿造、测绘手段，及对发展国家技术的依赖性，是赶超先进国家摩托车新产品开发水平的一个基础。 摩托车产品的虚拟制造要建立摩托车产品的造型、装配、工艺、设计等电子模型，根据本文提出的虚拟制造体系结构，虚拟过程主要归结为装配模型、特征模型以及几何模型的虚拟建模。在以上建模的基础上，借助仿真软件如MULTIGEN和VEGA，营造摩托车产品的虚拟环境，实现在计算机上模拟摩托车产品开发的整个过程。 2．1 摩托车产品的几何建模 传统的摩托车造型设计需要工程技术人员、美工人员与制造工程师通力合作，用样品实物表现设计者的构思。对每一种方案都制作实物样品，要付出大量的劳动，还存在着精度低，修改调整困难，设计周期长、成本费用高等问题。采用CAx技术，结合虚拟现实、人工智能等技术可以克服以上的缺点。 基于CAD技术的虚拟制造技术，其计算机内部的模型大致可以分为两种：一种是几何形状模型；另一种是概念模型，存在于设计者的头脑中，即非几何形状模型，如特征模型、关系模型、产品模型。摩托车产品，几何建模的任务是从产品的造型设计中获取产品的几何信息。摩托车产品的造型设计基本是属于几何模型。几何造型又可分为曲面造型与实体造型。几何造型是摩托车产品建模的基础，在实际应用中几何模型可分为两种方法，即数学方法与反求方法。所谓数学方法就是利用严格的数学表示给出曲线、曲面、实体的运算公式，通过数学上的线性组合能获取产品的模型；所谓反求方式就是在测绘出型点、型面的数据的基础上进行拟合、调整，获取产品的模型(即反求工程)。摩托车涉及的零件形状大致可分为两类：一类是仅由初等解析曲面，例如平面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面等组成，大多数机构零件属于这一类。可以用画法几何与机械制图进行描述；另一类不是由初等解析曲面组成，而以复杂方式自由变化形成的曲线曲面，即自由曲面组成，单纯用画法几何与机械制图是表达不清楚的，摩托车覆盖件均属于后一类。在摩托车的车身设计中，外形部分的设计占据重要的位置，它们主要由复杂的曲面构成，统称摩托车的覆盖件，如：油箱、座垫、尾罩、护盖、导充罩等。它们决定了摩托车的整车外形，包括坐标系统、系统变换、点、矢量、轴、曲线、曲面等等，对应于STEP标准的EXPRESS语言描述，同时这些几何资源用O—O方法在概念模型中进行描述。 参数曲线、曲面的应用是属于用数学方法构造摩托车外形覆盖件的手段之一，曲面造型生成的面可以是线性拉伸面、直纹面、旋转面和扫成面。油箱是摩托车的重要覆盖件之一，在进行油箱的设计时，确定相应的基准线和母线，采用扫成面造型方法实现。油箱上的基准线主要由前端线、上壳截面线、上脊线、左右边线、后端线、下脊线、下壳截面线组成。扫成面造型即用一条(或多条)母线沿着基准线平行移动产生自由曲面。图2所示为油箱扫成面造型示例。同样的方法可以进行座垫、导流罩的造型设计。
摩托车覆盖件由于其曲面复杂程度高，很多情况下是采用反求工程。反求工程又叫逆向工程(Reverse Engineering，RE)，是从已有产品(或手工制作模型)开始，通过一系列的测量方法(用坐标测量机CMM或激光扫描仪)，逐步修改、反复逼近，直到得到产品的精确CAD 模型。反求工程直接地有两大应用，其一是产品的快速仿制；其二是美工师、雕塑师手工制作的石膏、泥塑或玻璃钢模型的CAD 模型转换。第一种情形可以加速已有产品的仿制过程，或已有产品的改型设计。第二种情形，在新产品开发时，先根据市场反馈的信息，由美工师、雕塑师创意性制作产品的模型，只有通过测量。反复修改，再工程化，才能得到真正的产品。在产品的开发中，这种手工模型往往是不可缺少的。采用反求工程的方法，可直接从手工制作模型上测量获取三维形状数据，这些数据不是直接用来构成产品的模型，而是提供给几何造型系统初始参考数据。在几何造型系统中，利用获得的数据进行复杂曲面的编辑、修改，拟合生成精确的数学模型(如构造NURBS曲面)；由获得的许多曲面片通过曲面的拼接，达到曲面的光顺性要求；重新构造的产品曲面数据可以用来直接生成数控加工代码，制作模具，或用来快速制作产品原型(又叫产品的快速成型，Rapid Prototype，RP)。产品快速成型提供既看得到，又摸得着的产品模型，可以进行进一步评价和进一步修改完善。用Pro／E软件中Pro／SCAN-TOOLS模块进行反求工程的应用例子如图3所示((a)扫描的线框图、(b)拼接后的曲面图、(C)上色后的效果图)。用同样的方法实现摩托车侧盖的反求工程。
| |||
|
| |||
2．2 摩托车产品的特征建模
一个完整的产品信息模型，不仅应具有产品的几何拓扑信息，而且还应具备面向制造的加工和工艺信息。在几何造型的3大模型中，线框模型不能完整地描述产品的几何信息，因而主要由曲面造型与实体造型完成产品的几何造型。实体造型主要表示产品所占据的空间，主要用来进行摩托车的结构设计、有限元分析及运动仿真等。特征(Fea—ture)的提出就是为了满足这种需求。特征是与产品设计、制造有关的工程概念。首先，特征是低层次几何元素(点、线、面、体)与实体(零件)之间的联系桥梁，形成能够表达特定功能或制造方法的形状结构；其次特征组成元素可以作为尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等工艺信息的相关载体。特征分为形体特征、精度特征、材料特征和技术特征。 实体造型与特征技术形成密不可分的联系，因此实体造型常作为基于特征的实体造型，同时因为其针对零件进行描述，又称为零件的特征造型。特征基本上对应一种加工方法，因
[1] [2] 
相关评论
