VPS——基于产品生命周期管理及协同设计理念的虚拟设计平台（下）（何强）

3、 Manufacturing

利用３维CAD模型计算装配时间以及进行装配性评估的运行环境

• 在商品设计的前期进行装配性评估
  使得在设计阶段，设计部门和生产工艺部门可以活用3维模型的通用数据进行产品开发。
  在设计部门，通过机构定义，动态/静态干涉检查等Digital Mockup的功能进行灵活的设计，可使3维数据得到充分利用。
  在生产工艺部门，利用模型生成装配流程，并进行装配时间计算、装配性评估以及装配工序生成。
• 装配性评估基准
  在VPS/Manufacturing中，通过以下基准对装配性的效率化进行基准设置，实施评估
  －零件个数最小化
  －模块化设计
  －以最大零件作为装配体
  －1维化装配顺序
  －零件位置决定功能
  －简单的结合方法
• 生产流程
  从3维数据自动生成装配流程，在生产流程中的各个工程阶段均可定义装配作业，通过以活用原有3维造型数据(CAD信息，图号等)生成生产流程为基础，可以进行装配动作检查/评价，追加生产部门特有的作业以及附加材料，计算出近似于实际生产线的工时。
  通过动画可再现生产流程上设计完成的装配手册，通过对生产流程的编辑，可实现对零件的装配顺序的调换等可视化，已生成的生产流程以及3维模型，可以通过输出为CSV和Jpeg数据，作为QC工程图和WEB公开的数据雏形。
• 设计更改功能
  检查设计更改前后的更改点，可以在加工数据中反映出来，通过设计更改功能，可加强工程后期的设计者对产品设计更改的理解，使设计更改能够得到尽快的对应

二、 VPS的特色功能模块

1、 IOConnector——软件控制系统开发与验证模块

随着IT技术的进步，产品自动化程度越来越高，越来越多的设备通过计算机程序来控制，各类电机，触发器，编码器，传感器、电磁阀等设备频繁地出现在设备中，成为设备最核心的神经中枢。这些控制/驱动单元的可靠性，以及机械装置响应的准确性等问题成为产品设计过程中最重要的一环。

VPS利用虚拟的数字样机，在设计的初期阶段就对控制单元进行验证，使机械部分同控制单元的开发同步进行；同时完成在实际机械上难于完成的测试，如：

• 极限测试——虚拟设备不会有损耗
• 重复测试——反复加载进行测试
• 错误分析

创造适合测试的特殊条件
电机/连接失败/滞后分析
传感器/连接失败/滞后/颤动分析
单步运行，保证所见即所得

（图6 IOC工作模式）

2、 ECO Design——绿色设计

随着各国政府对可持续发展战略的高度重视，对制造企业提出了越来越多地清洁生产的要求，市场对绿色环保产品也给予了热烈的响应，这就要求企业在进行在产品开发设计过程中更多的考虑到产品对人和环境的影响并尽量减少这种影响。

• LCA可以简单方便地进行素材变更。
  LCA(Life Cycle Assessment)是计算在工业产品从制造到废弃的循环过程中，从环境得到的资源及能量以及排到环境中的能量，定量地分析、评价其它影响的工具。
  VPS根据在3维模型中设置的材料的特性，通过参照环境负荷数据库自动计算素材生产时的CO2、NOx、SOx的产量。而且，还可以自动地以比较图表的形式显示出材料或零件形状变更达到的改善效果。
• 分解性评价
  通过装配（拆卸）顺序的再现来做成并编辑拆卸顺序、检查可否拆卸、计算分解时间、用与其它机种的比较的形式显示出来。

3、 Harness——柔性体设计

在目前的各类机电产品中，存在各类管线路，这些管线路往往关系到整个系统的可靠性与安全性，相关的管线路随着机构的运动而运动，在长期的运动过程中这些管线路与其他机构间的磨损、管线路自身的疲劳以及可能存在的干涉等情况，常常给生产活动带来许多隐患，我们可以通过VPS对于柔性体设计的各项功能，将这些隐患消除在产品设计阶段；
特别是在印刷行业，产品或原材料本身即为柔性体，纸张在整个印刷过程中其形状的变化更是多种多样，如何全程掌控纸张的变形过程直接关系到各类印刷机械的稳定性与可靠性。为此VPS特地为用户提供了完整的纸张模型，因而获得了Canon公司的全线应用。

• 经路功能
  简单地在3维空间上生成柔性体的经路
• 设定项目 
  － 通过定义「始点」「终点」「通过点的位置和方向」生成经路
  － 设定断面形状的种类(圆、矩形)和大小
• 编辑功能 
  － 能变更经路上的始终点 
  － 能变更通过点的位置、方向 
  － 能变更柔性体的长度 
  － 通过点的拆分和结合 
  － harness的结合和分割

•  验证功能
• 在运动部件设定通过点，就可以使柔性体和部件一起运动。(参见图2)
• 柔性体可以进行静止/动态干涉检查干渉。(参见图3)
• 可以计算柔性体的全长和最小曲率半径。
• 当小于最小容许半径时发出警告

   

(图2.和机构部件的联动)
(图3.干涉确认)

•  特征表示功能
• 柔性体、连接端、信号线的型号信息管理 
  － 柔性体：长度、粗细、重量等 
  － 连接端：脚管数、型号等 
  － 信号線：信号名、连接端等
• 生成FromTo列表和3维空间上确认连接

三、 关于数据交换与模型库的情况

1、 VPS与三维CAD数据的交换

大多数三维CAD软件的高级用户非常关心虚拟仿真系统与三维CAD数据之间的交换问题，在平时的工作中，即便是三维CAD软件之间也常常发生比较严重的数据丢失现象。那么，VPS是如何实现同三维CAD软件之间三维模型数据的交换的呢？

• 数据转换器插件保证了数据的完整性
  VPS在安装过程中，将数据转换器作为一个插件安装到CAD系统中，CAD系统在保存三维模型时可以直接将模型存为VPS可以识别的数据类型。富士通作为日本最大的软件供应商之一，同市面上大多数CAD软件厂商进行了广泛的深层次的技术合作，在此合作的基础上充分地保证了从CAD到VPS数据的完整性。
  目前VPS可以直接利用UNIGRAPHICS，I-DEAS，Pro/Engineer，CATIA，Solid Edge，SolidWorks，One Space Designer（Solid Designer），MDT以及富士通的CAD系统ICAD/MX，ICAD/SX的三维模型数据。
• “对比更新”的数据利用形式进一步保证了CAD数据的利用效率
  VPS读入CAD数据后，在进行虚拟仿真之间，需要进行一些必要的设置，如，机构设置、人体模型/工具模型设置、工艺过程设置、电气控制设置等，当虚拟仿真过程中发现问题后，我们直接在三维CAD系统中对模型进行修改，修改完成后保存并覆盖原模型文件。VPS在处理修改后的模型时，不是将它作为新模型进行处理，而是对比修改前与修改后的模型，只对被修改的局部进行更新，同时修改前所进行的所有设置(如：机构设置、人体模型/工具模型设置、工艺过程设置、电气控制设置等)仍然保留，这就免去非常多的重复设置工作。

2、 人体模型/工具模型

VPS不仅提供了欧美男女人体模型库，而且拥有完善的东方人的人体模型库，同时允许用户自定义人体模型。

四、 VPS的产品构成

（图7）

结束语

随着全球企业竞争的日趋激烈化，保持的企业竞争力变成一项非常具有挑战性的任务。但是，如何整合企业资源、在企业中实现真正的协同、从而体现企业价值，最根本的因素还是是产品本身。企业竞争就如逆水行舟，怎么样更快、更好、更新的推出处于竞争领先地位的新产品，这将是每个企业都面临的新的考验。只有将产品全生命周期管理（PLM）这一先进的管理理念和一流的信息技术有机地融入到现代企业的生产和商业运作中，才能在目前的激烈竞争中打好坚实的基础。

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注：作者任职于北京富士通系统工程有限公司
本文由作者向AMT提供