产品性能分析与虚拟制造技术.pdfVIP

产品性能分析与虚拟制造技术 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。质最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，质量可以定义为“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。 1 产品的性能的构成 当今各类产品功能日益增强，结构开益复杂，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。因此有必要建赢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。 2 产品性能与产品开发、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到质量特征所依附的 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。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。 3 虚拟制造与产品性能分析 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。 虚拟制造产品是从概念设计到投入使用的全过程都在计算机构造的虚拟环境巾“虚拟”实现，它是产品 开发的实验床。其目的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 产品足虚拟制造的根本任务之一。虚拟制造“生产”的虚拟产品(Virtual Product，V P)，具有真实产品所 必须具有的特征。通过对 V P 实时性功能的仿真，设计人员或用广能够像对待真实产品一样移动、碰撞、使 用 v P，在生命周期的各个阶段对 V P 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。V P 将成为最为流行的信息交流方式，完全交互式的 V P 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。 4 虚拟制造中产品性能分析的实现 虚拟制造中的虚拟产品(V P)，为了满足对产品全方位、分层次、分阶段的性能分析的需要，设计者按照 产品系列、整机、零件、部件和特征等建立产品的层次结构，通过产品的层次结构对产品的性能进行模拟分 析，主要从以下几个方面进行： 4.1 结构属性层 对机械产品进行性能分析时，其对象可能是零件、部件、组件或整机。每个对象都有其上一级的结构所 属层。对于零件而言，其上一级结构所属层即为该零件装配所属的部件。对部件而言，其上一级结构所属层 即为该部件装配所属的组件。这种所属关系逐级向上，直到整机。整机的结构所属层，即为该机的使用条件 与环境。在进行性能分析时，首先应该清楚分析对象所处的结构层的位置，从而明确与分析对象相关的环境 约束因素。 4.2 性能属性层