產(chǎn)品性能分析與虛擬制造

1、產(chǎn)品性能分析與虛擬制造 通常所說(shuō)的產(chǎn)品性能，實(shí)際上是指產(chǎn)品的功能和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面。功能是構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)力的首要要素。用戶購(gòu)買(mǎi)某個(gè)產(chǎn)品，首先是購(gòu)買(mǎi)它的功能，也就是實(shí)現(xiàn)其所需要的某種行為的能力。質(zhì)最是指產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)其功能的程度和在使用期內(nèi)功能的保持性，質(zhì)量可以定義為“實(shí)現(xiàn)功能的程度和長(zhǎng)久性的度量”，使它在設(shè)計(jì)中便于參數(shù)化和賦值。 1 產(chǎn)品的性能的構(gòu)成 當(dāng)今各類產(chǎn)品功能日益增加，結(jié)構(gòu)開(kāi)益復(fù)雜，產(chǎn)品性能涉及多個(gè)領(lǐng)域。這使產(chǎn)品性能分析工作變得日益復(fù)雜。因此有必要建贏產(chǎn)品性能模型來(lái)描述產(chǎn)品性目前常用的是采用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)造具有層次結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品性能樹(shù)，將產(chǎn)品性能概括為技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能、實(shí)用性能和社會(huì)性能等四個(gè)主要方

2、面。技術(shù)性能包括產(chǎn)品可加工性、可裝配性、結(jié)構(gòu)與工藝性等內(nèi)容；使用性能包含產(chǎn)品工作性能、產(chǎn)品質(zhì)量、人機(jī)工程等內(nèi)容；經(jīng)濟(jì)性能主要指產(chǎn)品上市時(shí)間，設(shè)計(jì)制造費(fèi)用等；社會(huì)性能主要考慮使用產(chǎn)品時(shí)對(duì)人體健康的影響、對(duì)環(huán)境的污染、資源的利用及綠色制造的要求。 2 產(chǎn)品性能與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造的關(guān)系 因?yàn)橛脩魧?duì)產(chǎn)品的要求是從性能動(dòng)身的，是設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和完成的標(biāo)志，性能特征應(yīng)當(dāng)成為整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的基本特征，或者稱為由性能需求驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。而制造則是通過(guò)工藝特征實(shí)現(xiàn)功能特征到質(zhì)量特征所依附的幾何特征和材料特征。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究如何從性能特征到幾何特征、材料特征和工藝特征的映射。對(duì)于一個(gè)性能上的需求，可以由多個(gè)結(jié)構(gòu)、多種材料、不同

3、的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，在開(kāi)發(fā)、制造前必需對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行分析。性能分析就是用必要的方法去檢驗(yàn)或驗(yàn)證結(jié)構(gòu)、材料和工藝是否實(shí)現(xiàn)了求解的性能及其實(shí)現(xiàn)的程度。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各階段，通過(guò)一定的準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全方位的、實(shí)時(shí)的性能分析，并準(zhǔn)時(shí)將分析評(píng)價(jià)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使產(chǎn)品各性能在一定程度上得到協(xié)調(diào)優(yōu)化，并依據(jù)產(chǎn)品綜合性能最優(yōu)化原則選擇一個(gè)設(shè)計(jì)方案予以實(shí)施，使開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品達(dá)到用戶(設(shè)計(jì)者)所追求的最佳性能組合。 3 虛擬制造與產(chǎn)品性能分析 虛擬制造的本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為前提，對(duì)設(shè)計(jì)、制造等生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段或產(chǎn)品制造之前，就能實(shí)時(shí)地并行地模擬產(chǎn)品的制造全過(guò)程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)

4、估產(chǎn)品的性能、成本和可制造性，從而有助于更有效、更經(jīng)濟(jì)敏捷地組織生產(chǎn)制造，以達(dá)到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和成本的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化等目的。虛擬制造是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)的滲透，它給企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)了高度的柔性、機(jī)敏性，滿意了企業(yè)適應(yīng)不可預(yù)估、快速多變市場(chǎng)的需求。 虛擬制造產(chǎn)品是從概念設(shè)計(jì)到投入使用的全過(guò)程都在計(jì)算機(jī)構(gòu)造的虛擬環(huán)境巾“虛擬”實(shí)現(xiàn)，它是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)床。其目的不僅是對(duì)產(chǎn)品的物質(zhì)形態(tài)和制造過(guò)程進(jìn)行模擬和可視化，而且是對(duì)產(chǎn)品的性能、行為和功能以及在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的各個(gè)階段中的實(shí)施方案進(jìn)行預(yù)估、評(píng)價(jià)和優(yōu)化。開(kāi)發(fā)符合用戶需求的全性能優(yōu)化的產(chǎn)品足虛擬制造的根本任務(wù)之一。虛擬制造“生產(chǎn)”的虛擬產(chǎn)品(V

5、irtual Product，V P)，具有真實(shí)產(chǎn)品所必需具有的特征。通過(guò)對(duì)V P實(shí)時(shí)性功能的仿真，設(shè)計(jì)人員或用廣能夠像對(duì)待真實(shí)產(chǎn)品一樣移動(dòng)、碰撞、使用v P，在生命周期的各個(gè)階段對(duì)V P性能進(jìn)行各種實(shí)時(shí)分析，如有限元分析、人機(jī)工程分析、干涉分析、加工過(guò)程分析、裝配分析等，通過(guò)分析、修改，使產(chǎn)品達(dá)到整體性能優(yōu)化。這能使用戶和制造商更快、更全面、更真實(shí)地了解想象中的產(chǎn)品。V P將成為最為流行的信息交流方式，完全交互式的V P正在替代銷(xiāo)售手冊(cè)、安裝手冊(cè)、甚至是維護(hù)手冊(cè)，使顧客和設(shè)計(jì)者在打算購(gòu)買(mǎi)和制造之前能夠首先看到并了解產(chǎn)品的先進(jìn)性。 4 虛擬制造中產(chǎn)品性能分析的實(shí)現(xiàn) 虛擬制造中的虛擬產(chǎn)品(V P

6、)，為了滿意對(duì)產(chǎn)品全方位、分層次、分階段的性能分析的需要，設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品系列、整機(jī)、零件、部件和特征等建立產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行模擬分析，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： 4.1 結(jié)構(gòu)屬性層 對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行性能分析時(shí)，其對(duì)象可能是零件、部件、組件或整機(jī)。每個(gè)對(duì)象都有其上一級(jí)的結(jié)構(gòu)所屬層。對(duì)于零件而言，其上一級(jí)結(jié)構(gòu)所屬層即為該零件裝配所屬的部件。對(duì)部件而言，其上一級(jí)結(jié)構(gòu)所屬層即為該部件裝配所屬的組件。這種所屬關(guān)系逐級(jí)向上，直到整機(jī)。整機(jī)的結(jié)構(gòu)所屬層，即為該機(jī)的使用條件與環(huán)境。在進(jìn)行性能分析時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)清晰分析對(duì)象所處的結(jié)構(gòu)層的位置，從而明確與分析對(duì)象相關(guān)的環(huán)境約束因素。 4.

7、2 性能屬性層 性能屬性層主要反映設(shè)計(jì)對(duì)象在整個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的性能。要得到有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)對(duì)象在性能屬性層的因素至少應(yīng)當(dāng)包括如下一些方面：設(shè)計(jì)對(duì)象的功能性、制造工藝性、經(jīng)濟(jì)性、資源利用率、人機(jī)適應(yīng)性、使用安全性、質(zhì)量牢靠性、環(huán)境友好性、易于服務(wù)修理及回收利用等。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于人機(jī)適應(yīng)性、環(huán)境友好性、服務(wù)修理便利性以及可回收利用性往往沒(méi)有賜予足夠重視，從而影響了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。產(chǎn)品全性能樹(shù)就是對(duì)產(chǎn)品性能的分類歸納總結(jié)，其目的是為了便于性能分析評(píng)價(jià)工作的進(jìn)行。 4.3 結(jié)構(gòu)屬性層與性能屬性層的關(guān)系 結(jié)構(gòu)是性能的載體，性能是結(jié)構(gòu)的反映。但是同一設(shè)計(jì)對(duì)象在整機(jī)結(jié)構(gòu)層的位置并不一定完全對(duì)應(yīng)于該對(duì)象

8、在整機(jī)性能層的位置。一個(gè)詳細(xì)對(duì)象在整機(jī)性能層中的位置，取決于它對(duì)整機(jī)性能的影響程度。而不是它在整機(jī)中的結(jié)構(gòu)位置。 整機(jī)的某一特定性能可以由全部結(jié)構(gòu)對(duì)象反映，也可以由某些結(jié)構(gòu)對(duì)象反映。如汽車(chē)整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性是由全部組成件的經(jīng)濟(jì)性來(lái)反映。而汽車(chē)的安全性卻并非與其全部組成件有關(guān)。結(jié)構(gòu)屬性層中，隸屬關(guān)系是下層屬于上層；而性能屬性層中，隸屬關(guān)系則是上層屬性取決于下層屬性。于較低結(jié)構(gòu)層位置的零件，當(dāng)其失效后，將引起其全部結(jié)構(gòu)上層。如汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中制動(dòng)摩擦片這一位于較低結(jié)構(gòu)層位置的零件，當(dāng)其失效后，將引起全部結(jié)構(gòu)上層(如制動(dòng)系統(tǒng)、底盤(pán))直至整機(jī)(整個(gè)汽車(chē))在制動(dòng)性能這一性能屬性的失效。 5 結(jié)論 虛擬制造環(huán)境下的產(chǎn)品實(shí)際上是一種數(shù)字化模型，因此可以對(duì)它進(jìn)行觀看、分析、通訊、準(zhǔn)時(shí)更新，使大家