新型机电产品开发中的虚拟制造技术(下)

　　应用实例

　　应用面向产品全生命周期的虚拟开发系统，已经成功地开发了洗衣机、投影仪、电视机、电讯产品、灯具、锅炉、空调、燃气热水器、电气控制柜、发动机、减速器等众多新型机电产品。现以发动机开发为例，说明虚拟制造技术在全生命周期机电产品开发中的主要应用过程。主要步骤如下：

　　步骤1：对发动机产品进行需求分析，明确产品设计的技术要求，进行产品概念设计；

　　步骤2：应用CAXA实体设计V2软件，或Pro-Engineer、UG等三维CAD软件进行零件造型设计。发动机零件大多外形复杂，一般采用基於参数化设计和特征设计的实体曲面混合造型。零件造型完成後，利用三维CAD软件的渲染模块对零件进行材质、色彩、环境、光泽等真实感显示；

　　步骤3：先对已造型的零件进行相邻各相关件色彩搭配的渲染，再通过约束关系或无约束的精确定位方式进行部件装配及发动机整机装配，并对装配件进行干涉检查。若有干涉，可以修改步骤2的零件尺寸和形状，直至干涉检查至合格为止。装配後，可对已虚拟装配的发动机进行机构运动模拟(如应用CAXA实体设计V2软件的智能动画模块或Pro-Engineer软件的Mechanism模块)，显示机构运动的效果；

　　步骤4：通过将三维几何模型转换为有限元分析模型，利用ANSYS软件或其它CAE软件(如美国MSC软件)对发动机中的运动机构进行静力分析、动力分析(如汽车发动振动特性分析、排气管的动力响应分析等)、屈曲分析、强度分析、疲劳寿命分析、热传导分析、设计灵敏度及优化分析等。若对初步设计的虚拟发动机进行有限元分析时不合要求，则重新转入步骤1，直至合格为止；

　　步骤5：对经过CAE软件分析合格的零件进行CAM加工工艺分析，根据零件加工面的形状特征确定工艺方案，选择机床、工艺装备及切削用量，确定加工工艺路线及工艺规程；

　　步骤6：设定零件毛坯、工艺参数、选择设定刀具和走刀方式，借助CAM软件(如Pro-Engineer、UG、CAXA制造工程师等)，生成加工刀具轨迹，并对轨迹进行实时或快速仿真校验。若仿真过程中出现刀具过切或干涉等错误，CAM仿真系统可以编辑修改已生成的刀具轨迹，直至仿真刀具轨迹正确；

　　步骤7：借助CAM软件对选定的数控设备进行後置处理，即按要实际加工的数控机床规定的格式进行定制，可将步骤6经过仿真校验正确的刀具轨迹，方便地生成和特定机床相匹配的数控G代码；

　　步骤8：借助虚拟CNC软件(如国外的Deneb系统、国内的金银花V-cnc系统等)的虚拟数控机床对步骤7生成的数控G代码进行虚拟实时加工。有些虚拟CNC系统借助虚拟照相机等动态视点实时监控机床加工状态，输出加工参数便於实现加工过程的实时优化与控制。最後生成优化的数控G代码，以便进行进一步的真实数控加工；

　　步骤9：用户评价虚拟发动机样机，在专业技术人员的协助下检测性能，对其做出公正的评价。设计人员结合用户的意见，对产品进行部分或全部的修改，重新转入步骤1，直至用户满意。

　　由于在设计开发中运用了虚拟制造技术，可提高机电产品的质量，降低成本，大大缩短设计周期，提高了产品的市场竞争力。

　　结语

　　当今，制造业市场的全球化和竞争加剧是人尽皆知的事实。以PLM为管理协同平台、以并行工程为指导思想、以PDM为集成手段的面向产品全生命周期的虚拟产品开发技术，则是目前最先进的设计制造模式，为企业提供了强有力的竞争工具。它一经提出就受到了广泛关注，并得到大量的研究与成功的应用，取得了可观的效益，展示出光明的发展前景。目前，虚拟产品开发技术在发达国家还未完全取代传统的设计方法，在发展中国家更是刚刚起步，而且其相关的部分单元技术还不是很成熟。但随着虚拟制造技术的发展，虚拟产品开发技术将日臻完善，对21世纪的制造业产生不可估量的影响。

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