快速產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)與方法是在并行工程技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的基于現(xiàn)代設(shè)計理論和方法,同時應(yīng)用微電子,信息,管理等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),以縮短產(chǎn)品設(shè)計周期為目的的一切設(shè)計技術(shù)與方法的總稱.隨著因特網(wǎng)日漸成為全球化的信息共享平臺,現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為建立一種支持遠(yuǎn)程快速產(chǎn)品開發(fā)這一全新設(shè)計理念的信息環(huán)境提供了技術(shù)支撐,使得網(wǎng)絡(luò)化的分布式快速產(chǎn)品開發(fā)成為可能.虛擬原型(VirtualPrototype,VP),亦稱虛擬樣機,是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時代的一種新型的基于集成化產(chǎn)品和過程開發(fā)策略的產(chǎn)品開發(fā)模式,它是一種利用數(shù)字化的或者虛擬的數(shù)字模型來替代昂貴的物理原型,以便于用戶對產(chǎn)品進(jìn)行觀察,分析和處理

            1.本文基于虛擬原型開發(fā)技術(shù),研究了如何集成快速產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)與方法構(gòu)建水泵的網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)平臺,這是將現(xiàn)代的先進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中的有益嘗試和探索. 

            2國內(nèi)外水泵快速開發(fā)概況水泵作為一種通用機械,屬于多品種,中小批量生產(chǎn)對象,零部件較多,開發(fā)工作較為繁重,如果完全依靠以往的手工研制方法需要很長的開發(fā)周期.國外利用先進(jìn)的計算機技術(shù)對水泵進(jìn)行開發(fā)的相關(guān)工作起步較早. 

            一些具有一定實力的大公司,一開始是在中型機或大型機上開展CAD工作的,現(xiàn)在則進(jìn)行了改造,將原來的大中型計算機與新的性能價格比較高的工作站連在一起,組成計算機網(wǎng)絡(luò),從而將原來由大中型計算機擔(dān)負(fù)的相當(dāng)一部分CAD工作轉(zhuǎn)到工作站上來完成,中型機或大型機主要用于分析計算和統(tǒng)計管理等.目前,國外水泵CAD/CAM系統(tǒng)正朝著進(jìn)一步實用化,工程化的 

            3基于虛擬原型的水泵網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)集成體系要實現(xiàn)水泵的網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā),支持網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境的水泵CAD系統(tǒng)是快速開發(fā)的前提和基礎(chǔ).由CAD系統(tǒng)生成的虛擬水泵模型在虛擬原型開發(fā)環(huán)境下應(yīng)用虛擬交互設(shè)備完成水泵零部件的虛擬設(shè)計,最后經(jīng)虛擬裝配檢驗,虛擬加工,虛擬測試合格的水泵虛擬樣機利用網(wǎng)絡(luò)化的快速成形系統(tǒng)則可得到”真實”的物理原型,以便確保多學(xué)科的水泵設(shè)計組在產(chǎn)品定型前快速檢測,論證和確認(rèn)設(shè)計,對水泵的設(shè)計進(jìn)行反饋,實時修改,減少水泵產(chǎn)品從設(shè)計到制造,再到測試的時間周期.水泵分布式協(xié)同設(shè)計技術(shù)的實施為水泵虛擬原型開發(fā)的整個過程提供了網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作的開發(fā)環(huán)境;水泵虛擬產(chǎn)品信息模型的建立為全生命周期的產(chǎn)品開發(fā)提供統(tǒng)一性,一致性的保障.圖1所示為水泵網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)的集成體系.  

            3.1PumpCAD系統(tǒng)的研制CAD系統(tǒng)是以計算機硬件為基礎(chǔ),系統(tǒng)軟件和支撐軟件為主體,應(yīng)用軟件為核心組成的面向工程設(shè)計問題的信息處理系統(tǒng).水泵的網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)始于CAD系統(tǒng)的研制,其研制的優(yōu)劣直接影響到虛擬原型的生成效率,虛擬產(chǎn)品開發(fā)全生命周期的運作.水泵通常是根據(jù)給定的性能,體積等指標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā),包括水泵各零部件的設(shè)計,特別是過流部件的設(shè)計.水泵虛擬原型的生成是通過將由專用水泵CAD設(shè)計系統(tǒng)生成的三維實體模型置于虛擬概念設(shè)計環(huán)境,虛擬裝配環(huán)境,虛擬測試環(huán)境,虛擬運作環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計,評估,再設(shè)計,從而不斷優(yōu)化,以達(dá)到所需的性能要求. 基于虛擬原型的水泵快速開發(fā)的首要問題,也是關(guān)鍵問題之一是開發(fā)具有三維實體建模功能的水泵CAD系統(tǒng).根據(jù)水泵行業(yè)需求趨勢和發(fā)展的要求,我們的PumpCAD系統(tǒng)在已有的水泵基本設(shè)計理論的基礎(chǔ)上融入優(yōu)化設(shè)計方法,特別是綜合了廠家經(jīng)過長期使用, 實踐積累的若干水泵優(yōu)秀水力模型,以此增強了系統(tǒng)的靈活性與實用性.在整個系統(tǒng)的程序開發(fā)過程中主要以面向?qū)ο蠹夹g(shù)為中心思想,零件三維模型的建立選用 Autodesk公司的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境ObjectARX (AutoCADruntimeExtension)以及MCADAPI (MechanicalApplicationProgrammingInterface)應(yīng)用程序接口,在Autodesk公司三維機械設(shè)計平臺MDT(MechanicalDeskTop)軟件基礎(chǔ)上使用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言VisualC++開發(fā)了基于虛擬原型的水泵CAD系統(tǒng)——PumpCAD,最終能夠通過水泵CAD系統(tǒng)得到水泵的工程圖檔,設(shè)計文檔,水泵各零件的三維實體模型,各零部件之間的裝配信息,水泵設(shè)計的若干性能數(shù)據(jù)(包括流量Q,揚程H,轉(zhuǎn)速,汽蝕余量NPSH,功率和效率等)以及根據(jù)不同指標(biāo)得出的水泵水力設(shè)計的評價結(jié)果,為水泵快速開發(fā)后續(xù)過程的順利完成奠定基礎(chǔ).水泵CAD系統(tǒng)開發(fā)的具體方法及其關(guān)鍵技術(shù)的

            3.2水泵的虛擬原型開發(fā)環(huán)境水泵虛擬原型的開發(fā)是以計算機支持的協(xié)同工作為底層技術(shù)基礎(chǔ),通過支持協(xié)同工作,CAD,CAM,建模仿真,效能分析,計算可視化,虛擬現(xiàn)實的計算機工具,將各集成化產(chǎn)品小組(IPT)的設(shè)計,分析人員聯(lián)系在一起,共同完成新產(chǎn)品的概念探討,運作分析,初步設(shè)計,詳細(xì)設(shè)計,可制造性分析,效能評估等工作的過程. 

            下面通過該集成環(huán)境分析水泵虛擬原型開發(fā)的具體運作嘲: 

            1)網(wǎng)絡(luò)資源層:底層分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與數(shù)據(jù)庫服 系統(tǒng)使整個開發(fā)環(huán)境具有統(tǒng)一和一致的數(shù)據(jù)庫管理機制.水泵虛擬原型的總體開發(fā)基于分布對象技術(shù),主要以使用CoRBA,通過ORB(ObjectRequestBroker)把分布的對象連接成一個邏輯上統(tǒng)一的整體.以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸與共享; 

            2)水泵虛擬樣機環(huán)境:水泵虛擬原型的開發(fā)過程是一個串并行交叉的過程,開發(fā)系統(tǒng)中的虛擬設(shè)計環(huán)境,虛擬加工環(huán)境,虛擬裝配環(huán)境,虛擬測試環(huán)境及虛擬運行環(huán)境可以相互交互,能夠避免傳統(tǒng)線性,串行產(chǎn)品順序開發(fā)的多種缺陷,提高設(shè)計過程的效率和靈活性.為了實踐水泵的虛擬裝配,我們基于水泵的級連層次單13O農(nóng)業(yè)工程元裝配模型,通過對虛擬裝配過程的特性描述,零件在虛擬裝配過程中位姿關(guān)系變換,虛擬裝配環(huán)境中的用戶交互等的研究,結(jié)合VRML(VirtualRealityModeling Language)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了水泵裝配體的虛擬運轉(zhuǎn).  

            3)虛擬交互設(shè)備:水泵虛擬原型的開發(fā)人員通過系統(tǒng)提供的輸入輸出設(shè)備在虛擬環(huán)境中對機械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計,加工,測試等,虛擬環(huán)境提供有專門的設(shè)備接口.如在系統(tǒng)中通過發(fā)話機與數(shù)據(jù)手套等輸入設(shè)備實現(xiàn)手勢和聲音的交流,由發(fā)話機的命令,數(shù)據(jù)手套的動作調(diào)節(jié)水泵測試參數(shù);又如通過視覺裝置及音響裝置等輸出設(shè)備”身臨”水泵運轉(zhuǎn)現(xiàn)場,觀看水泵工作狀態(tài); 

            4)分析評價模塊:水泵虛擬原型在虛擬環(huán)境的開發(fā)過程中,隨時接受設(shè)計,加工,裝配,測試分析及評價,并將相應(yīng)的建議,信息反饋給PumpCAD建模系統(tǒng),形成虛擬原型開發(fā)的閉環(huán)回路.如通過對水泵虛擬原型導(dǎo)出的流體能量的測量,可得出水泵的運作效率及實際揚程,通過將評價結(jié)果反饋給輸入設(shè)備,在對相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的基礎(chǔ)上,經(jīng)過若干次的評估和改進(jìn)循環(huán),直至確定水泵虛擬原型達(dá)到設(shè)計要求后,再將模型投入生產(chǎn). 

            3.3網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下水泵分布式協(xié)同設(shè)計的實施基于虛擬產(chǎn)品的分布式協(xié)同設(shè)計技術(shù)是建立在計算機支持協(xié)同工作環(huán)境,因特網(wǎng)技術(shù),虛擬現(xiàn)實技術(shù),多媒體技術(shù)以及并行工程的概念等發(fā)展基礎(chǔ)之上的,旨在組織多學(xué)科專家跨越地域和時間的障礙,在產(chǎn)品的初始設(shè)計階段就考慮到后續(xù)的工藝和加工需求,共同激發(fā)創(chuàng)新靈感,促進(jìn)設(shè)備資源的共享,有利于快速獲得制造技術(shù)信息,實現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品的協(xié)同開發(fā) 

            3.4水泵遠(yuǎn)程快速成形的實現(xiàn)盡管借助虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)可縮短新產(chǎn)品的設(shè)計周期,但在許多情況下,仍然需要或希望能快速制造出產(chǎn)品的物理原型(樣機,樣件),以便更直觀地”檢驗”產(chǎn) 品,同時這也是零件虛擬設(shè)計的要求.快速成形以CAD 技術(shù)為基礎(chǔ),以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期為目標(biāo),快速成形可以將可視的虛擬原型變?yōu)閷嶋H的物理零件或產(chǎn)品,為零件和產(chǎn)品提供更為快捷經(jīng)濟的設(shè)計制造方法,為快速產(chǎn)品開發(fā)提供性能評價,功能驗證及可制造性,可裝配性分析與檢驗等功能,提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和一次設(shè)計制造的成功率. 

            我們利用實驗室組建的局域網(wǎng),基于上述的分布式遠(yuǎn)程PumpCAD系統(tǒng),通過對所設(shè)計的水泵若干關(guān)鍵零件CAD模型的小三角形平面的逼近及平面幾何信息的分層處理,最后實踐了遠(yuǎn)程控制CPS250A紫外光成形機加工”真實”的水泵零件.水泵遠(yuǎn)程快速成形的具體實現(xiàn)過程 

            3.5水泵虛擬產(chǎn)品信息模型的建立異構(gòu)環(huán)境下快速,實時地進(jìn)行信息交互是水泵快速開發(fā),信息集成的要求,是虛擬原型開發(fā)得以順利進(jìn)行的基礎(chǔ)和保障.信息的集成,交互要求具有統(tǒng)一的產(chǎn)品模型,滿足產(chǎn)品信息的唯一性,讓產(chǎn)品數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享,支持虛擬設(shè)計下游的信息傳遞與交換.數(shù)據(jù)共享包括各水泵CAD系統(tǒng)之間及虛擬原型系統(tǒng)與水泵CAD系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享,而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的關(guān)鍵問題在于水泵虛擬原型信息模型的建立.目前,STEP是一種較為理想的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn).本系統(tǒng)所建立的水泵虛擬原型產(chǎn)品信息模型是應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù),基于STEP標(biāo)準(zhǔn),采用參數(shù)化建模方法,并結(jié)合虛擬現(xiàn)實建模標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建的,該部分已在另文中予以論述. 

            4水泵網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)原型系統(tǒng)應(yīng)用基于以上提出的水泵網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)的集成框架, 我們基于實驗室內(nèi)部局域網(wǎng),研制了基于虛擬原型的水泵快速開發(fā)原型系統(tǒng)l-7],如圖3所示.該原型系統(tǒng)面向葉片泵的開發(fā),主要包括4大模塊:水泵分布式協(xié)同CAD系統(tǒng),水泵虛擬樣機環(huán)境,水泵虛擬原型產(chǎn)品信息管理模塊,水泵快速原型制造服務(wù)系統(tǒng).  

            5結(jié)語 

            產(chǎn)品開發(fā)是產(chǎn)品形成過程中的創(chuàng)造性階段.本文基于虛擬原型開發(fā)技術(shù),研究了如何集成快速產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)與方法構(gòu)建水泵的網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)平臺,重點分析了PumpCAD系統(tǒng)的研制,水泵虛擬原型開發(fā)環(huán)境的組成模塊,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下水泵分布式協(xié)同設(shè)計的實施策略, 水泵的遠(yuǎn)程快速成形及其關(guān)鍵技術(shù).本文提出的水泵網(wǎng)絡(luò)化快速開發(fā)原型系統(tǒng)著眼于支持產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程的數(shù)字化,并行化,智能化,集成化要求,其構(gòu)建技術(shù)與方法有助于水泵虛擬原型開發(fā)的進(jìn)一步開展與完善,對于同類產(chǎn)品的開發(fā)同樣具有參考價值.