新型机电产品开发中的虚拟制造技术(中)

　　有限元分析

　　虚拟产品开发的目标是满足产品的性能要求、缩短产品周期及降低成本，这与性能优良的计算分析系统分不开。计算分析的目标包括：构件的受力分析(静力分析与动力学分析)、构件对失效的安全性、产品功能检测、外部影响的评价、通过轻型构件减少重量、优化材料等。有限元分析法是目前最重要及应用最广泛的计算机辅助分析方法。直接将产品的三维零件模型或经过降维等方法转换成有限元分析模型，依据数据交换标准传至CAE软件系统，就可进行有限元分析。

　　工艺设计

　　借助CAM、CAPP软件，确定已设计的零件工艺方案，主要内容包括：核准加工零件的尺寸、公差及精度等加工要求、设定毛坯、确定工件装卡方式、选择加工刀具、确定加工方法、确定加工工艺路线、设定工艺参数等。

　　仿真系统

　　借助CAM软件，根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活地选择各种加工方式和加工参数，快速生成、编辑所需要的刀具轨迹(即刀具的切削路径)，并可通过CAM软件的几何仿真系统实时或快速地仿真刀具—工件几何体的运动，以验证生成的刀具轨迹是否正确和有否产生过切现象。

　　虚拟数控技术

　　通过CAM软件对已生成的刀具轨迹进行加工机床设置和後置处理，即按机床规定的格式进行定制，从而生成和特定机床相匹配的NC代码。虚拟数控技术就是借助数控加工仿真CNC软件，采用完全模拟真实机床的虚拟数控机床对NC代码的切削状态进行检验，用户可以生动地看到实时的加工过程仿真，以检验加工过程中刀具轨迹的正确性，以及刀具有否过切、刀具与夹具及机床有否碰撞等问题。较先进的虚拟CNC系统还可以进行力学仿真，通过切削过程的动态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、控制切削参数，从而达到优化切削过程的目的。采用虚拟数控加工，用户不仅可以迅速地掌握CNC机床的操作过程，在调试过程还能减少和避免在真实加工环境中出现的各种错误，特别是用虚拟机床代替真实机床进行培训，在降低费用的同时，还可获得更佳的培训效果。

　　产品数据管理

　　产品数据管理(PDM)是虚拟产品开发的重要使能条件之一，是虚拟产品开发得以实现的核心功能。由於整个产品开发过程会形成大量的信息，包括产品、过程的数字模型、模型的连续循环以及相关的过程信息等。设计参与者不仅包括生产厂家的设计、工艺、制造、装配等人员，还包括供应商、合作夥伴和客户等。这些人员在地理位置上往往是分散的，且各自使用不同的计算机系统和不同的软件工具来产生整个产品生命周期所需要的各种数据，而且这些计算机系统和软件可能建立在不同的网络体系上。在这种情况下，如何使数据保持最新的和正确的，并且在整个虚拟企业的範围内得到充分的共享和有效的传输，同时保证数据免遭有意或无意的破坏。这些都是PDM需要解决的问题。

　　并行工程

　　虚拟产品开发是产品开发的方法，是一种制造策略，而并行工程是贯穿全个虚拟产品开发过程的哲学方法，它应被看作是管理策略，而不是制造策略。对虚拟产品进行需求分析、零件造型设计、虚拟装配、有限元分析、工艺规划、仿真加工及测试的同时，考虑产品整个生命周期内活动的过程是并行工程；虚拟产品开发中以顾客为第一驱动，产品的设计、制造、分析、测试、装配、销售、维护等专业人员，以及供应商、合作夥伴和用户同时参与产品开发的过程是并行工程；虚拟产品开发通过计算机网络在不同地点、不同单位和部门、不同专业人员之间进行协同也可以认为是并行工程。总之，虚拟产品开发以并行工程为开发机制的主要目标是：提高产品质量、缩短产品开发时间和降低开发成本等。

　　虚拟产品开发系统的软硬件平台

　　虚拟产品开发系统得以实现硬件平台和软件平台的有机结合。其硬件平台包括：计算机(图形工作站)、网络、虚拟现实设备(如3D传感器、头套、眼镜等)、图形扫描仪、三座标测量仪、绘图仪、打印机、快速成型机、投影仪等。虚拟机电产品的拟实原型就是通过这些设备能够感知的方式表现出来。虚拟产品开发系统的软件平台包括：市场需求分析软件、三维CAD软件(含装配、渲染模块)、产品创新设计工具、优化设计软件、图形数据处理软件、工程数据库管理软件、规划OA软件、CAPP软件、CAM软件(含仿真模块)、CAE软件、虚拟CNC软件、过程监控软件、PDM软件、成本分析软件、CRM、SCM、ERP等生产供应链管理软件，计算机网络操作系统软件等。

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