0 引言

新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)需要考慮一個(gè)主要因素就是產(chǎn)品的性能，產(chǎn)品的性能包含產(chǎn)品的功能和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面。隨著科學(xué)的發(fā)展與信息技術(shù)的應(yīng)用。虛擬制造、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在企業(yè)進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)與制造階段得到了廣泛應(yīng)用。本文從產(chǎn)品性能層次構(gòu)成、虛擬制造、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的特征，論述虛擬制造、虛擬設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、性能分析中的應(yīng)用，分析設(shè)計(jì)人員在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如何應(yīng)用虛擬制造、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、性能分析，探索虛擬制造、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用前景，使虛擬制造、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)更好地為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)服務(wù)。

1 虛擬制造與虛擬設(shè)計(jì)

當(dāng)今市場(chǎng)企業(yè)之間的相互滲透、相互競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)含量與復(fù)雜程度也日益增加，企業(yè)必須以最快的上市速度、最優(yōu)品質(zhì)、最低成本和最佳服務(wù)來(lái)滿足不同顧客的需求?？s短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期、提高新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)水平、降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本。并保證上市后產(chǎn)品的上市周期，是當(dāng)前產(chǎn)品開(kāi)發(fā)著重要解決的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，一種新的制造概念和理論一虛擬制造VM(Vinual Manufacturing)，以其全新的制造體系和模式已成為現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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)測(cè)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)靈活地組織生產(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、敏捷性．滿足了企業(yè)適應(yīng)不可預(yù)測(cè)、快速多變市場(chǎng)的需求。

虛擬設(shè)計(jì)屬于多學(xué)科交叉技術(shù)，涉及眾多的學(xué)科和專業(yè)技術(shù)知識(shí)，它是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)輔助CAX技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)與制造之中。由于虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更自然的人機(jī)交互．采用并行設(shè)計(jì)工作模式，系統(tǒng)考慮各種因素，使相關(guān)的人員之間相互理解、相互支持。把握了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的全過(guò)程，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次性成功。從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本、提高了產(chǎn)品質(zhì)量．給企業(yè)帶來(lái)了更多的商機(jī)。

2 產(chǎn)品性能的構(gòu)成

當(dāng)今各類產(chǎn)品功能日益增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)日益復(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。因此有必要建立產(chǎn)品性能模型來(lái)描述產(chǎn)品性能及其產(chǎn)品各性能之間的關(guān)系，進(jìn)行性能綜合分析評(píng)價(jià)。

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。

3 產(chǎn)品性能與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的關(guān)系

因?yàn)橛脩魧?duì)產(chǎn)品的要求是從性能出發(fā)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)功能特征和質(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、不同的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)．因此，在開(kāi)發(fā)、制造前必須對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行分析。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。

4 虛擬設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用

(1) 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)：近年來(lái)，CAD技術(shù)為企業(yè)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中提供了有力的支持。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)VR(Virtual Reality)技術(shù)與多媒體技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體技術(shù)有機(jī)結(jié)合在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的使用。以及科技人員在不斷提高的計(jì)算機(jī)操作的人機(jī)界面綜合技術(shù)，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。目前，所采用的將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入CAD環(huán)境．這將便于模擬新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中產(chǎn)品的某些性能，又便于設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品的修改。技術(shù)條件好的公司，在進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以先利用現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)建模，再轉(zhuǎn)換到VR環(huán)境中，讓設(shè)計(jì)人員或準(zhǔn)客戶來(lái)感知產(chǎn)品。設(shè)計(jì)人員也可以利用VR—CAD系統(tǒng)，直接在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)與修改。在交互性的虛擬環(huán)境快速成型設(shè)備上，設(shè)計(jì)人員對(duì)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的直接設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)人員積極性與創(chuàng)造性的發(fā)揮。

(2) 虛擬裝配設(shè)計(jì)：是虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面具有較大影響力的一個(gè)領(lǐng)域。虛擬裝配VA(Virtual Assembly)采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)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)際裝配的過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)體現(xiàn)。目前，就其技術(shù)而言，已經(jīng)成熟，雖尚沒(méi)有商用虛擬裝配系統(tǒng)．也尚未充分地應(yīng)用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的分析和評(píng)價(jià)．但這項(xiàng)技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中已得到肯定。并具有很重要的意義。