虛擬設(shè)計(jì)概述

1、虛擬設(shè)計(jì)概述專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化姓名：曉峰學(xué)號(hào)：1351362268摘要：虛擬設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造成創(chuàng)建一個(gè)虛 擬的、數(shù)字化的產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)，代替部分或全部的物理樣機(jī)，利用數(shù) 字樣機(jī)來完成初期設(shè)計(jì)階段需通過物理樣機(jī)完成的各項(xiàng)試驗(yàn)的虛擬 考核?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行不投入實(shí)物生產(chǎn)前的各項(xiàng)模擬現(xiàn) 實(shí)測(cè)試，仿真模擬，以保證產(chǎn)品在初期設(shè)計(jì)階段的一次成功率。虛擬設(shè)計(jì)在制造業(yè)應(yīng)用前景很廣，它所創(chuàng)建的數(shù)字樣品擁有和物理樣 品相同的特性，而由于數(shù)字化使得修改，分析，優(yōu)化更容易實(shí)現(xiàn)，以 及與各元素之間的交互性使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更能適應(yīng)具體要求，節(jié)約成本， 能實(shí)現(xiàn)敏捷制造，以及并行工程。虛擬設(shè)計(jì)符

2、合綠色設(shè)計(jì)的要求，是 可持續(xù)發(fā)展以及高科技技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：虛擬設(shè)計(jì)；數(shù)字化；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；仿真模擬；交互性1虛擬設(shè)計(jì)的內(nèi)容及產(chǎn)生背景虛擬設(shè)計(jì)(Virtual Design)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 發(fā)展而來的一種新的設(shè)計(jì)手段。虛擬設(shè)計(jì)涉及眾多學(xué)科和專業(yè)知識(shí),廣泛應(yīng)用于 企業(yè)的生產(chǎn)與制造之中。本質(zhì)上講,虛擬設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到投入使用的 全過程(產(chǎn)品的生命周期)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的虛擬環(huán)境中虛擬地實(shí)現(xiàn)，其目標(biāo)不僅 是對(duì)產(chǎn)品的物質(zhì)形態(tài)和制造過程進(jìn)行模擬和可視化，而是對(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)測(cè)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化。它是產(chǎn)品 開發(fā)的測(cè)試

3、床。虛擬設(shè)計(jì)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，它是計(jì)算機(jī)圖形 學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息處理、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造等技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物。 虛擬設(shè)計(jì)產(chǎn)生的背景是基于第三次計(jì)算機(jī)為代表的信息技術(shù)革命的發(fā)生，計(jì)算機(jī) 技術(shù)的發(fā)展為其創(chuàng)造條件。而且在世界范圍內(nèi)新的發(fā)展理念可持續(xù)發(fā)展的提出為探索新的設(shè)計(jì)方法誕生指明了方向。由于虛擬設(shè)計(jì)主張?jiān)O(shè)計(jì)將從有形設(shè)計(jì)向無形 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，從物質(zhì)設(shè)計(jì)向非物質(zhì)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，從實(shí)物產(chǎn)品的設(shè)計(jì)向虛擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)變，這一主張對(duì)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展是非常有利的，進(jìn)而對(duì)其產(chǎn)生發(fā)展起來推動(dòng) 作用。2虛擬設(shè)計(jì)的特征2. 1虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality簡(jiǎn)稱VR)技術(shù)虛擬設(shè)計(jì)最

4、根本特征是利用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種高度逼真 的模擬人在自然環(huán)境中的視聽動(dòng)等行為的人機(jī)界面技術(shù)，簡(jiǎn)單的說是一種可以創(chuàng) 建的體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的三維虛擬環(huán)境能使參與者得以 全身心地置入該環(huán)境中，并通過專用設(shè)備(立體顯示系統(tǒng)、頭盔顯示器、跟蹤定位 器、3D鼠標(biāo))實(shí)現(xiàn)人類自然的對(duì)虛擬環(huán)境中實(shí)體的交互考察與操作。利用VR技 術(shù)可以建立虛擬的產(chǎn)品模型用于設(shè)計(jì)研究，并可作為虛擬產(chǎn)品讓消費(fèi)者試用，極 大縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，降低新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同領(lǐng)域的發(fā)展也推動(dòng)虛擬設(shè)計(jì)的發(fā)展。21世紀(jì)虛擬現(xiàn)實(shí) 技術(shù)己在建筑設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、航天航空飛行仿真、模擬軍事演習(xí)等方面應(yīng)用

5、并 取得神奇效用。以往的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要集中在產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，由于手段的限 制、資金的限制對(duì)概念設(shè)計(jì)投入不多。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)過程中任 一環(huán)節(jié)的交互考察與操作,且所見即所得，有助于設(shè)計(jì)師更加快速、形象具體的實(shí) 現(xiàn)和修改設(shè)計(jì)方案，減少不必要?jiǎng)趧?dòng)，加強(qiáng)工業(yè)設(shè)計(jì)師與結(jié)構(gòu)工程師資源共享,加 強(qiáng)設(shè)計(jì)師與業(yè)主以及使用者之間的交流,提高產(chǎn)品更新速度，降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造 更好經(jīng)濟(jì)效益。如美國波音公司777飛機(jī)的虛擬原型機(jī)，就是利用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì) 技術(shù)設(shè)計(jì)的虛擬油泥模型:在對(duì)波音777飛機(jī)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，也是完全在電腦 上進(jìn)行的虛擬現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)；美國福特汽車公司科隆研究中心設(shè)計(jì)部經(jīng)理羅勃認(rèn)為， 采用虛擬設(shè)

6、計(jì)技術(shù),可使整個(gè)設(shè)計(jì)過程時(shí)間減少2/3。2.2虛擬設(shè)計(jì)的數(shù)字化虛擬設(shè)計(jì)本質(zhì)的一個(gè)特征就是數(shù)字化。虛擬相對(duì)于現(xiàn)實(shí)而言的，顧名思 義，“虛擬設(shè)計(jì)”即“非物質(zhì)設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下以數(shù)字形式取代了 傳統(tǒng)的物質(zhì)模型形式，具有低成本，易修改，交互性強(qiáng)等特點(diǎn)。虛擬設(shè)計(jì)按照系 統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)思想，以先進(jìn)設(shè)計(jì)理論和方法為指導(dǎo)，運(yùn)用新技術(shù)、新觀念進(jìn)行的產(chǎn) 品開發(fā)設(shè)計(jì)。首先利用各種信息，在數(shù)字化系統(tǒng)平臺(tái)里進(jìn)行功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 形態(tài)設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)、材質(zhì)設(shè)計(jì)、人機(jī)設(shè)計(jì)等方面的產(chǎn)品造型方案設(shè)計(jì)；然后在 數(shù)字裝配系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配；進(jìn)一步在綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)中進(jìn)行系統(tǒng)的分析評(píng)價(jià)， 最后將最終方案輸出到加工設(shè)備加工出產(chǎn)品

7、，投放到市場(chǎng)之后再收集有關(guān)信息， 反饋到數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)再設(shè)計(jì)。虛擬設(shè)計(jì)數(shù)字化以CAD為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要手段，如Pro/Engineer、Unigraphies、Solidworks等都提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊；利用網(wǎng)絡(luò)和其他平臺(tái) 相連接，設(shè)計(jì)師從一開始就必須考慮到產(chǎn)品生命周期的每一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)、制造、 使用、反饋等方面合理組織，及時(shí)解決出現(xiàn)的問題。2.3虛擬設(shè)計(jì)的交互性虛擬設(shè)計(jì)采用的交互模式使得設(shè)計(jì)更靈活，讓設(shè)計(jì)與周圍環(huán)境更容易實(shí)現(xiàn)交 互，能更好地滿足設(shè)計(jì)要求，完善設(shè)計(jì)產(chǎn)品。一般概念中的互動(dòng)設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)師與計(jì)算機(jī)之間的互動(dòng)，但在虛擬設(shè)計(jì)中， 互動(dòng)模式的設(shè)計(jì)含義更加廣泛。設(shè)計(jì)師與設(shè)計(jì)工具的互

8、動(dòng)是設(shè)計(jì)最直接的交互。 設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中利用自身己有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮想象能力，而設(shè)計(jì)工具 （如計(jì)算機(jī)軟件）則發(fā)揮計(jì)算機(jī)能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、建模工具豐富、材質(zhì)真實(shí)感 強(qiáng)等特點(diǎn)，共同合作，快速高效的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)方案造型是否美觀，結(jié)構(gòu)是 否合理，在目前的生產(chǎn)水平和加工能力下制造是否可行，都可以運(yùn)用專業(yè)軟件對(duì) 產(chǎn)品模型（包括質(zhì)量、密度、扭力等）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與測(cè)量。市場(chǎng)調(diào)查人員和決策者與數(shù)字化模型之間的互動(dòng)。這對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效益起到 很關(guān)鍵作用。市場(chǎng)調(diào)查人員需要判斷設(shè)計(jì)方案是否滿足市場(chǎng)需求，是否與人們的 消費(fèi)趨向一致等。這既是產(chǎn)品開發(fā)是否成功的關(guān)鍵，也是決策者必須關(guān)注的問題； 同時(shí)設(shè)計(jì)方案是

9、否符合企業(yè)的經(jīng)營理念和發(fā)展方向，生產(chǎn)成本是否符合要求等， 都可以對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行必要的分析、討論，在產(chǎn)品投入大批量生產(chǎn)之前進(jìn)行決策。消費(fèi)者與數(shù)字模型之間的互動(dòng)。按照目前做法,產(chǎn)品必須投入到市場(chǎng)后才知 道是否成功，如果不成功,給企業(yè)帶來的損失是很大的。在基于數(shù)字化模型的虛擬 設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可通過VR等技術(shù)，將數(shù)字方案以虛擬的模型形式逼真的展現(xiàn) 在最終消費(fèi)者面前，消費(fèi)者借助VR瀏覽器在世界任何一個(gè)地方都能全方位的了 解產(chǎn)品的每一個(gè)細(xì)節(jié)，并借助一些工具向設(shè)計(jì)者提出自己的意見和看法，而產(chǎn)品 的開發(fā)不僅能夠根據(jù)情況修正設(shè)計(jì)方案，而且還能了解產(chǎn)品的受歡迎程度，使產(chǎn) 品投到市場(chǎng)后的風(fēng)險(xiǎn)降到最小。2.4虛擬設(shè)

10、計(jì)的集成一體化虛擬設(shè)計(jì)的一體化特征也是其未來發(fā)展的總方向和強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。虛擬設(shè)計(jì)不同 于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，它具有高度集成性，不再是普通計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的人機(jī)交互。虛擬 設(shè)計(jì)包含整個(gè)設(shè)計(jì)和制造模擬過程，包括概念設(shè)計(jì)，產(chǎn)品仿真模擬，虛擬工藝設(shè) 計(jì)，虛擬裝配設(shè)計(jì)，虛擬布局設(shè)計(jì)，虛擬人機(jī)工程等。這種集成性有助于及時(shí)發(fā) 現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種問題，將多個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，這對(duì)產(chǎn)品開發(fā)周期和效益 有很大的提升。3虛擬設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中有廣泛意義，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 虛擬制造，虛擬裝配以及虛擬人機(jī)工程等。即在實(shí)際投入原材料于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程 之前，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程的相關(guān)分析，以保證

11、制造實(shí)施的可行性。主要表 現(xiàn)在設(shè)計(jì)者可以用不同的交互手段在虛擬環(huán)境中對(duì)參數(shù)化的模型進(jìn)行修改。虛擬 設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)的過程體現(xiàn)在以下幾方面。3.1虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)幾年前,CAD技術(shù)為企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)過程提供了有力支持，在多數(shù)虛擬產(chǎn)品 設(shè)計(jì)過程中是使用軟件組合來完成。如在復(fù)雜曲面的造型中，多采用RHINO、 Pro/E、CATIA等軟件組合使用來完成虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，實(shí)質(zhì)上并沒有把設(shè)計(jì) 師從二維鼠標(biāo)和鍵盤上解放出來，設(shè)計(jì)師也并沒有真正的參與到虛擬設(shè)計(jì)中來， 并且限制了設(shè)計(jì)師的積極性和創(chuàng)造性地發(fā)揮。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展,不斷提高的計(jì)算機(jī)操作的人機(jī)界面, 改善了虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人與計(jì)算機(jī)的交互方式

12、。目前所采用的是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 引入CAD環(huán)境，這將便于模擬新產(chǎn)品開發(fā)中新產(chǎn)品的某些性能，又便于設(shè)計(jì)人員 對(duì)新產(chǎn)品的修改。設(shè)計(jì)人員先利用CAD系統(tǒng)建模，再轉(zhuǎn)換到VR環(huán)境中，讓設(shè)計(jì) 人員或客戶來感知產(chǎn)品。設(shè)計(jì)人員也可利用VR-CAD系統(tǒng),直接在虛擬環(huán)境中進(jìn) 行設(shè)計(jì)和修改。例如在對(duì)汽車設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員在具有全交互性的設(shè)計(jì)環(huán)境中， 利用頭盔顯示器、具有觸覺反饋功能的數(shù)據(jù)手套、操縱桿、三維位置跟蹤器等裝 置,將觸覺、視覺、聽覺與虛擬概念產(chǎn)品相聯(lián),不僅可以進(jìn)行虛擬的合作,產(chǎn)生一 種身歷其境的感受還可以實(shí)時(shí)地對(duì)整個(gè)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程進(jìn)行檢查、評(píng)估，實(shí)地 解決設(shè)計(jì)中的決策問題,使設(shè)計(jì)思想得到綜合。在交互性的虛

13、擬產(chǎn)品快速成型設(shè) 備上，設(shè)計(jì)人員對(duì)虛擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型直接設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)人員的積極性與創(chuàng) 造性地發(fā)揮。有的企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，建立了物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚉MU(Physical Mock-up), 如油泥模型(Clay Modeling)等已逐步被計(jì)算機(jī)和仿真代替,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建模 和仿真設(shè)計(jì)，以達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)目的。虛擬產(chǎn)品也就是最初的數(shù)字設(shè)計(jì) 模型DMU(Digital Mock-up),虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初級(jí)階段的虛擬油泥建模(Virtual Clay Modeling),可以適應(yīng)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)過程所提出的直觀要求，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以 得到精確的描述,物理模型可通過快速成型方法被迅速制作出來。2虛

14、擬裝配設(shè)計(jì)虛擬裝配設(shè)計(jì)(Virtual Assembly Design)是虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開發(fā)方面具 有較大影響的領(lǐng)域。虛擬裝配采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過仿真模型在 計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真裝配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、加工制造、裝配和調(diào)試，它是實(shí)際 的裝配過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)體現(xiàn)。過去的產(chǎn)品開發(fā)常需要花大量的時(shí)間、人力、物力來制作事物模型進(jìn)行各種 裝配實(shí)驗(yàn)研究，力求在產(chǎn)品的可行性、實(shí)用性、產(chǎn)品性能等方面進(jìn)行綜合測(cè)試分 析?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在虛擬產(chǎn)品開發(fā)早期就應(yīng)該考慮裝配問題,在虛擬裝 配的同時(shí)創(chuàng)建產(chǎn)品、分析裝配精度，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。虛擬裝配的第一步是在CAD系統(tǒng)創(chuàng)建虛擬產(chǎn)品模型，然后進(jìn)入并利用

15、虛擬 裝配設(shè)計(jì)環(huán)境(Virtual Assembly Design Environment簡(jiǎn)稱VADE)系統(tǒng)，開發(fā)人員 在VADE系統(tǒng)中開展工作,借助虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可在虛擬環(huán)境 中使用各種工具對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配檢驗(yàn)，幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配缺陷， 全面掌握虛擬制造中的裝配過程，盡可能早的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、 裝配、工藝等問題。3虛擬人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)是一門多學(xué)科的交叉學(xué)科，研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、 機(jī)器及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)。虛擬人機(jī)工程(Virtual Man-machine Engineering) 設(shè)計(jì)是借助虛擬人機(jī)工程系統(tǒng)，將它引進(jìn)虛擬人機(jī)工程學(xué)評(píng)

16、價(jià)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可 以精確研究人機(jī)工程學(xué)參數(shù)，并在必要時(shí)可以修改虛擬部件的位置，重新設(shè)計(jì)整 個(gè)產(chǎn)品的構(gòu)造。另外，它還允許不同技術(shù)背景的人直接與設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行交互評(píng) 價(jià)，滿足不同用戶的特殊要求。通過各學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用，指導(dǎo)工作器具、工作方 式和工作環(huán)境的設(shè)計(jì)和改造，使得作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個(gè)方面的 特性得以提高。使得產(chǎn)品開發(fā)更人性更合理。虛擬人機(jī)工程在汽車、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。美國航空實(shí)驗(yàn)室研究人員研制 了一個(gè)虛擬人機(jī)工程學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。通過這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以精確研究轎車內(nèi)部 的人機(jī)工程學(xué)參數(shù)，實(shí)時(shí)修改轎車內(nèi)部虛擬部件的位置，對(duì)整個(gè)轎車的內(nèi)部構(gòu)造 重新設(shè)計(jì)以達(dá)到最優(yōu)化。這項(xiàng)技術(shù)為新產(chǎn)品開

17、發(fā)在人機(jī)工程學(xué)方面提供了新的方 法?？梢圆粩嗬迷撓到y(tǒng)來驗(yàn)證假設(shè)，既減少了開發(fā)費(fèi)用，又縮短了制造模型的時(shí) 間。4虛擬設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景1國外發(fā)展?fàn)顩r以美國為首的西方工業(yè)國家成立了相應(yīng)的虛擬制造研究機(jī)構(gòu)，在1995年前 已基本完成應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)的研究，并在航空、汽車等許多領(lǐng)域采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 制作數(shù)字化功能樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的工程應(yīng)用。一些典型的虛擬設(shè)計(jì)技 術(shù)應(yīng)用表明了虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中的巨大發(fā)展?jié)摿ΑＣ绹ㄒ?77的設(shè)計(jì)，其整機(jī)設(shè)計(jì)、部件測(cè)試、整機(jī)裝配以及各種環(huán)境下 的試飛均是在計(jì)算機(jī)上完成的，使其開發(fā)周期從過去的8年縮短到5年。Perot System Team 利用 Den

18、eb Robotics2 開發(fā)的 QUEST 及 IGRIP 設(shè)計(jì) 與實(shí)施了一條生產(chǎn)線，在所有設(shè)備訂貨之前，對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、加工 能力等方面進(jìn)行了分析與比較，使生產(chǎn)線的實(shí)施周期從傳統(tǒng)的24個(gè)月縮短到 9.5個(gè)月。日本的N.Abe等開發(fā)了機(jī)械零件可裝配性驗(yàn)證和機(jī)器裝配可視化系統(tǒng)，支 持設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行裝配分析和性能評(píng)估，初學(xué)者在裝配機(jī)器前可進(jìn)行系 統(tǒng)的操作訓(xùn)練。Chrycler公司與IBM合作開發(fā)的虛擬制造環(huán)境用于其新型車的研制，在樣 車生產(chǎn)之前，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了其定位系統(tǒng)的控制及其他許多設(shè)計(jì)缺陷，縮短了產(chǎn)品研 制周期和成本。美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)了一個(gè)名為Archimed

19、es的用于生成、優(yōu) 化和檢查裝配工藝的交互式裝配規(guī)劃系統(tǒng)。它允許用戶定義工藝約束，自動(dòng)生成 裝配工藝并判斷是否滿足約束條件，還可以按照用戶提供的指標(biāo)優(yōu)化裝配工藝。德國BMW公司建立了 Virtual Process Week的體系，利用虛擬技術(shù)對(duì)汽 車裝配流程的合理性進(jìn)行測(cè)試。4.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究比較晚，但是發(fā)展迅速。從上世紀(jì)90年代中 期開始虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的理論和應(yīng)用研究，尤其從1996年開始國家 863/CIMS專家組安排了虛擬產(chǎn)品開發(fā)的一系列重大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，在理論、 方法和實(shí)踐上取得了一定的成果。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單

20、位之一, 他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物理特性的 表示與處理；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)了部分硬件，并提出了有關(guān)算法 及實(shí)現(xiàn)方法;實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實(shí)研究論壇,可 以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供用于飛行訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬 現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接.清華大學(xué)國家CIMS工程技術(shù)研究中心開發(fā)的虛擬裝配支持系統(tǒng) VASS (Virtual Assembly Support System)，該系統(tǒng)可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行裝拆仿真， 生成對(duì)實(shí)際裝配操作具有指導(dǎo)意義的裝配工藝文件。VASS已在經(jīng)緯紡機(jī)股

21、份有 限公司某新型劍桿織機(jī)的虛擬產(chǎn)品開發(fā)、徐工集團(tuán)新型工程機(jī)械的產(chǎn)品開發(fā)中得 到應(yīng)用。浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于多通道的、集成的虛擬設(shè) 計(jì)與虛擬裝配系統(tǒng)VDVAS，在該系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者可以通過直接三維操作和語音 命令直觀方便地建立機(jī)械零件及其裝配模型，并通過交互拆裝獲取零件的裝配順 序和裝配路徑等信息。VDVAS的一個(gè)重要特征在于，可通過對(duì)虛擬設(shè)計(jì)與虛擬 裝配過程的集成，使設(shè)計(jì)者在一個(gè)集成的虛擬環(huán)境中修改零件幾何參數(shù)。西北工業(yè)大學(xué)CAD/CAM國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合飛機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)，在裝 配建模、裝配順序與路徑規(guī)劃、裝配操作仿真等方面進(jìn)行了研究，以裝配操作模 型為產(chǎn)品工藝信息集成

22、的載體，將產(chǎn)品裝配環(huán)境和裝配過程結(jié)合在一起，并分別基于SolidWorks和CATIA軟件平臺(tái)開發(fā)了裝配仿真系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級(jí)行為中特定人臉圖 像的合成，表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時(shí)頭勢(shì)和手 勢(shì)動(dòng)作，語音和語調(diào)的同步等。另外,西北工業(yè)大學(xué)CAD/CAM研究中心，上海交通大學(xué)圖像處理及模式識(shí) 別研究所，長(zhǎng)沙國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所、華東船舶工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)系、安徽 大學(xué)電子工程與信息科學(xué)系等單位也進(jìn)行了一些工作和嘗試。3虛擬技術(shù)發(fā)展前景虛擬設(shè)計(jì)的發(fā)展前景主要體現(xiàn)在它的潛力以及社會(huì)需求方面。一個(gè)現(xiàn)代生產(chǎn) 企業(yè)成敗的核心因素可以歸納為T、Q、

23、C、S 4大要素：T-新產(chǎn)品的開發(fā)周期 和產(chǎn)品上市時(shí)間；Q-產(chǎn)品質(zhì)量；C-產(chǎn)品成本；S-為滿足用戶的需求而提供的增 值服務(wù)。鑒于工程信息技術(shù)的進(jìn)步，人們提出了各種現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的新思想和新 方法，如敏捷制造、并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、面向集成制造和分布式經(jīng)營管理的設(shè) 計(jì)等。作為各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想和方法的共用技術(shù)、軟、硬件支撐環(huán)境和計(jì)算機(jī)仿 真與虛擬設(shè)計(jì)等均 具有廣泛的社會(huì)需求；同時(shí)仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)將使 CAD/CAM/CAE技術(shù)向更深入和更高級(jí)的階段發(fā)展，逐漸過渡到取代傳統(tǒng)的設(shè) 計(jì)系統(tǒng)。預(yù)計(jì)在不久仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)將成為工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要形式，并 會(huì)出現(xiàn)可以推廣使用的成熟商品化系統(tǒng)，且仿真和虛擬設(shè)計(jì)

24、的原理將十分成熟， 其理論成果和軟、硬件產(chǎn)品將在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。5總結(jié)世界資源短缺，環(huán)境問題嚴(yán)峻，新的設(shè)計(jì)理論必須走可持續(xù)發(fā)展道路。新環(huán) 境，新問題日益顯現(xiàn)矛盾，實(shí)現(xiàn)綠色制造是解決現(xiàn)實(shí)問題的重要途徑。虛擬設(shè) 計(jì)技術(shù)表現(xiàn)出來的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)滿足時(shí)代需求，這是高科技技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，也是虛 擬設(shè)計(jì)將取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。這也將是一次重大技術(shù)革命。參考文獻(xiàn)嚴(yán)雋琪.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，第13篇：虛擬設(shè)計(jì).2000.朱寧克，基于虛擬設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，2004年工業(yè)設(shè)計(jì)國際會(huì)議，2004. 11.曾理、張林金宣、肖田元，一個(gè)虛擬裝配支持系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)J，系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2002, 14 (9).李永立

25、、張樹有、劉振宇，VRML環(huán)境下基于語義的產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)技術(shù)研究，計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào)，2003, 15(2)萬華根、高曙明、彭群生，VDVAS： 一個(gè)集成的虛擬設(shè)計(jì)與虛擬裝配系統(tǒng)，中國圖象圖 形學(xué)報(bào)，2002, 7(A)(1):27-35.李原、張濤、余劍峰、楊海成，基于操作模型的裝配仿真技術(shù)與研究，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)， 2000, 19 (3): 503-504, 507.劉宏增，淺談“虛擬設(shè)計(jì)”，機(jī)械功能(冷加工)，1999(7):3-5.陳定方、羅亞波著，虛擬設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 8. 顧成容、周驥平、魏孝斌，虛擬現(xiàn)實(shí)與CAD模型的對(duì)接探討，中國制造業(yè)信息化， 200

26、6, 35 (7): 23-25, 28.敬興久，虛擬裝配系統(tǒng)及應(yīng)用研究，電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.3.鄧寧，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)VRP的開發(fā)與裝配應(yīng)用研究，湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005. 5. 61田啟華，杜義賢,趙衛(wèi).虛擬環(huán)境中產(chǎn)品裝配技術(shù)的研究J.現(xiàn)代機(jī)械.2004(02) 劉振宇，譚建榮.面向過程的虛擬環(huán)境中產(chǎn)品裝配建模研究J.機(jī)械工程學(xué)報(bào).2004(03)張慶功，陶云，熊昕.基于CAXA的活塞式空壓機(jī)虛擬設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真J.機(jī)械研究與 應(yīng)用. 2007(02)劉檢華，姚珺，寧汝新.虛擬裝配工藝規(guī)劃實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究J.機(jī)械工程學(xué)報(bào).2004(06)曾理，張林金宣，肖田元.一個(gè)虛擬裝配支持

27、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)J.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2002(09)李彩霞，王彪.基于Solidworks的虛擬裝配的研究J.機(jī)械管理開發(fā).2005 (01)焦少輝，譚同德，王輝，張林車宣.基于Pro/Engineer的虛擬裝配支持系統(tǒng)J.河南科 學(xué). 2004(04)武美萍，廖文和.虛擬裝配技術(shù)在兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)研究開發(fā)中的應(yīng)用J.華南理工大學(xué)學(xué) 報(bào)(自然科學(xué)版).2005 (08)陳明，戰(zhàn)強(qiáng)，劉增波，牛海軍.基于UG和ADAMS的BHG-1夾持器虛擬設(shè)計(jì)與仿真J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2007(01) 吳貴軍，王藏柱.基于Solid Edge軟件的虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)仿真J.重型機(jī)械科技. 2005 (04)德施普爾、克勞舍著寧汝新等譯，虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5.陳琪、徐林林、張沛，產(chǎn)品開發(fā)與虛擬設(shè)計(jì)制造技術(shù)，機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與2002(03)宮文飛、馬勇，產(chǎn)品方案的虛擬設(shè)計(jì)初探，機(jī)械設(shè)計(jì)；2003,20(9):12-14.王志新、張華、黎永明，虛擬技術(shù)及其應(yīng)用，上海理工大學(xué)學(xué)報(bào);1998, 20(1):49-55. 黃成洋、侯力等，機(jī)械產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)建模方法的研究，機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， 2004, 17(1): 11-13.龔飄，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)若干關(guān)鍵問題的研究與VARE