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（上）（何强）

VPS(Virtual Product Simulator)

——基于产品生命周期管理及协同设计理念的虚拟设计平台（上）

何强

缩短开发期间、降低成本、提高质量是制造业永远的追求。

近来，在提高Q(Quality)、C(Cost)、D(Delivery)的基础上，又增加了E(Environment)即追求注重环保的产品，对于已经实现了高度集成化、软件控制等开发工程来说，需要在验证等工作上花费越来越多的时间。

运用3维可视化模型，不仅可以使与产品开发有关的多部门的交流更加顺畅，还可以利用数字样机进行虚拟验证，使前滚型的开发方式得以实现。

VPS(Virtual Product Simulator)是由日本富士通株式会社推出的一款虚拟仿真软件系统, 是一种可灵活应用于从产品策划、开发、生产、维护到回收的产品生命周期的各方面、各个阶段的软件产品。她倡导了一种被称之为“前滚型(或前导型)”的产品开发模式,在充分利用数字样机的基础上，通过企业互联网(intranet)远程数据共享实现多部门之间的协同工作,达到“缩短产品开发周期、缩短新产品上市时间、快速抢占市场、谋求制造企业最大市场利益”的目的。她已经成为适用于各种不同业务的产品生命周期管理(PLM-Product Lifecycle Management)的核心应用软件。灵活地运用VPS虚拟仿真系统，不仅可以构建新的产品开发方式，还可提高QCD+E。

 NPI: New Product Introduction

富士通在全球各地分布着为数众多的制造型企业，每天进行着涉及各行业的不同产品的开发设计工作，在综合了各方面实践经验基础上而诞生的，又在实际生产设计中得到充分验证的VPS虚拟仿真系统，可以说是“从实践中来，再到实践中去”。这本身就是富士通软件系统得天独厚的优势。因此从她正式成为产品以来，在不到两年的时间内，已经得到了包括松下、索尼、佳能、三洋、施乐等国际知名企业的大力支持，涵盖了生产线设计、机器人、电子、汽车零部件、电梯、医疗器械等行业，1000余套软件系统应用到这些知名企业的实际生产设计中。
下面从几个方面对VPS进行简单介绍。

一、 “前导型”产品开发模式

所谓“前导型”产品开发模式就是在产品设计过程中，充分地利用数字样机以及部门之间的协同工作，对设计进行多部门彻底审核，尽可能地将设计中存在的问题发现并解决在出图之前，尽量减少产品开发过程中的弯路与反复，缩短开发周期，以便产品尽快上市的有效开发模式。

在传统的产品设计过程中，虽然通过三维CAD系统能发现一些问题，但大量的设计问题总是在出图后的制造过程中暴露出来，这种问题越是发现得晚，修改的代价越高，这样的方式不但增加了成本，更重要的是延误了产品上市的时机。

在数字样机的基础上让所有部门通过简单的操作实现对三维模型、机构运动仿真、装配/拆卸、软件控制系统的开发验证、工艺性评价、可维护性评价以及环境负荷（LCA）评价，彻底地验证三维CAD系统不能发现的问题，将问题解决在出图之前。（如图3）

（图3）

“前导型”产品开发模式的核心包括了数字样机（DMU）以及协同设计等内容：

1、 数字样机DMU（Digital Mockup）

Digital Mockup是利用在CAD中生成的实体模型，通过数字化的虚拟平台在计算机上完成接近于实际产品、实际工作状态、实际工作环境的各类仿真。将设计手段由产品样机试制提高到数字化阶段。这样可以将绝大多数的试验在计算机上完成并减少设计变更带来的返工。

• 注重评审的可操作性，可视性
  VPS对三维CAD数据进行轻量化处理，处理后的数据量为原数据的1/10至1/20，因而可以实现对数据的高速处理，快速实现旋转、机构运动、截面显示、机构运动时的内部状态等验证评审工作。
• 可视化，容易理解的设计审核
  记录设计审核中的讨论及问题点，可以用标注、标记等直观的方式在模型上进行描述。因此，操作指示的下达是可视的，很容易理解。
• 用简单易行的操作，进行机构检查。
  机构、运动副的设置通常是比较复杂和烦琐的。VPS提供机构设置向导来帮助完成机构的设定，因此，即使初次使用也可通过简单的交互方式进行机构定义。
• 利用人体模型，工具库进行实际检验。
  目前的产品，越来越多地考虑到人性化的设计，在满足功能的最基本前提下，应该让使用者操作更安全舒适，维护更方便，就需要在设计过程中更多地考虑到人的因素。

多部门协同工作的最终结果就是实现“前导式”产品开发模式。在产品设计阶段对产品在制造、工艺、电气控制、装配、销售、使用、维护、报废、回收以及环境负荷等产品全生命周期的各个环节进行评估，及时地修改与优化。改变了过去新产品开发过程中试验、设计、验证、改进、定型等各阶段的串行模式，通过计算机网络充分地将策划、设计、软件开发、工艺、生产、销售、维护以及环保等部门密切协同，将过去需要分阶段进行的工作多线程进行，齐头并进。如在数字样机的基础上，营业部门可以着手进行产品的宣传展示；工艺部门进行生产及装配工艺编制与评估；软件开发/电气控制部门提前进行控制单元的开发与调试；维护部门进行使用手册及维护手册的制作。

（图4）

并且通过远程设计审核，群策群力，利用可视化的直观的标记与对话，进行实时的信息共享，共同发现并解决设计中的可能隐藏的问题，尽可能缩短产品开发周期。

(图5)

未完待续

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）