基于Pro/ENGINEER系统的虚拟装配技术应用研究

时间:2009-02-24   来源:   网友评论:0   人气: 157 作者:

  1 引言

    近年来,世界机械制造业市场的竞争日趋激烈,为了适应变化迅速的市场需求,产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的问题。近20年来的实践证明,将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的改造,是现代化企业生存、发展的必由之路。同时,先进的产品研制方法、手段以及实施途径,实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。以波音公司为例,在数字化代表产品--波音777的展示中,不像以往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越,而是强调他们如何充分利用数字化研制技术以及产品研发人员的重新编队等方面。波音777飞机项目顺利完成的关键是依赖三维数字化设计与集成产品开发团队IPT(Integrated Product Development Team)(238个Team)的有效实施,保证了飞机设计、装配、测试以及试飞均在计算机上完成。研制周期从过去的8年时间缩减到5年,其中虚拟装配的工程设计思想在研制过程中发挥了巨大的作用。“虚拟装配”(Virtual Assembly)是产品数字化定义中的一个重要环节,在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义:

    (1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程,是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。

    (2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性,真实地模拟产品三维装配过程,并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程,以检验产品的可装配性。

    本文结合焊接小车研制的特点,给出如下的定义:虚拟装配是在计算机上完成产品零部件的实体造型,并且进行计算机装配、干涉分析等多次协调的设计过程,实现产品的三维设计过程与零部件装配过程的高度统一。虚拟装配技术在机械设计的应用研究中,是一种全新的设计概念,它为产品的研制提供了一种新的设计方法与实施途径,它的成功依赖于对产品总体设计进程的控制。同时,产品的零部件模型数据的合理流动与彼此共享是实现虚拟装配技术的基础。虚拟装配包括设计过程、过程控制和装配仿真三部分。

    2 虚拟装配基本设计思想及内涵

    2.1 以设计为中心的虚拟装配
    以设计为中心的虚拟装配(Design-Centered Virtual Assembly)是指在产品三维数字化定义应用于产品研制过程中,结合产品研制的具体情况,突出以设计为核心的应用思想,这表现在以下三个层次,如图1所示。
 

图1 虚拟装配层次图

      2.1.1 面向装配的设计(DFA) 
    即在设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合,从设计的角度来保证产品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计思想,使设计的产品具有良好的结构,能高效地进行物理装配,能在产品研制初期使设计部门与制造部门之间更有效地协同工作。

    2.1.2 自顶向下(Top-down)的并行产品设计(CPD) 
    并行产品设计是对产品及其相关过程集成、并行地进行设计,强调开发人员从一开始就考虑产品从概念设计直至消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响,把一切可能产生的错误和矛盾尽可能及早发现,以缩短产品开发周期,降低产品成本,提高产品质量。

    2.1.3 与Master Model相关的可制造性设计和可装配性设计  
    产品研制是多部门的协同工作过程,各部门间的合作往往受到各个企业的生产条件等方面的限制,结合各个企业的生产能力和生产特性,改进产品设计模型的可制造性、可装配性,减少零部件模型的数量和特殊类型,减少材料种类,使用标准化、模块化的零部件,是非常必要的。以不同阶段的Master Model为核心,可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整一致,保证产品研制的各个部门协同工作,实现CAD/CAM/CAE系统的高度集成,有效提高产品的可制造性和可装配性。


 

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