虚拟产品设计

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模型层:
主要解决产品建模和过程建模通过产品模型 的仿真分析.设计人员可以获得对产品行为 的认识,评价产品行为,并为建模提供反馈; 通过对产品开发过程的仿真,确定采取何种 设计活动运作方式,调用设计过程动态运作 的仿真结果实现对设计过程的监督和控制。
仿真ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ:
主要解决系统(产品)在特定环境下的响应,
建模的概念:对象的描绘过程称为建模, 对象的造型也简称为建模。
几何建模:
1.概念:指用计算机机及图形工具描述几何 物体 的形状、设计几何形体、模拟物体动 态处理过程的一门综合技术,它可将物体 的形状及属性存储在计算机中,形成物体 的几何模型。
2.几何模型的分类:
线框模型
表面模型
实体模型 构造实体几何法(CSG )
语言类:C++,OpenGL, VRML 建模软件类:AutoCAD, SolidWorks,
Pro/Engineer, I-DEAS, CATIA 应用软件类: 指用户按自己的要求选择或开
发的自用软件。
通用的商用工具软件包 :帮助用户建立虚拟 环境的通用和基本的软件。
虚拟产品设计的框架
虚拟产品设计过程主要围绕以下三个核心功能展开:
产生背景: 为适应迅速变化的市场需求, 提高市场的竞 争力,现代的制造企业必须解决TQCSE难题。 而虚拟产品设计基本不消耗资源及能量,是 产品的设计,开发在计算机上的本质实现。 它有高度集成,快速成型,分布合作等特征, 而这些特征可以很好的解决TQCSE问题。
虚拟产品设计的发展轨迹:
20世纪60年代:虚拟现实思想的提出及初步 发展。(头盔显示器)
模型层(Models Level) 仿真层(Simulation Level) 集成优化层(Integration and Optimization Level) 结果评估决策层(Results Evaluation and
Decision Level)
由三核心四层次组成的虚拟产品设计的环境框架:
势。
结构
硬件组成
输入输出设备:基于CRT和LCD的头盔显 示器(HMD)、普通计算机显示器、投影 系统、可视化眼镜、数据手套、数据背心、 蹋滚、摇杆、触垫、触觉球、麦克风、合 成器、耳机和音响系统;
信息采集存储设备;
高速计算系统;
网络结构(星状、总线、环状)、异种机 网络、通讯硬件等。
软件组成
边界表示法(B-rep)
3.三维实体的建模技术 实体的表示方法(CAD系统中): (实体指的是在空间具有有限体积的物体,它
既有几何特性,如面积,形状和中心等,又 有物理特性,如质量、重心等。)
a.构造实体几何法(CSG ) b.边界表示法(B-rep) c.扫描法
a.构造实体几何法(CSG )
该方法是指将一简单的实体(也称为基本体 素)进行一定的集合运算构成所需设计的复 杂物体。
虚拟产品设计
Virtual Product Design
目录
虚拟产品设计的产生背景 虚拟产品设计的发展历程 虚拟产品设计的定义 虚拟产品开发的特点 结构:硬件,软件组成 虚拟产品设计的框架 实现方法:1.几何建模,2.工具性软件,3.具体实现过程 功能和应用 发展前景
虚拟产品设计的产生背景
20世纪80年代:(美国)取得瞩目的研究成 果,至此引起人们对虚拟现实技术的关注。 (数据手套)
20世纪90年代:取得突飞猛进的发展,且将 技术成果集成于使用的应用系统中。
虚拟产品设计定义
虚拟产品设计技术是虚拟现实技术在制造中 的应用或实现。
虚拟产品设计是一种新的设计技术,是现实 设计环境和制造环境的计算机内部映射,是 虚拟制造重要内容。虚拟制造是以仿真技术、 虚拟现实技术等为支撑,对设计、加工、装 配、维经过统一建模形成虚拟的环境、虚拟 的过程、虚拟的产品。
虚拟产品开发的特点
虚拟产品设计继承了虚拟现实技术的所有特点(3I: Immersion,Interaction, Imagination)。
继承了传统CAD设计的优点,便于利用原有成果。 具备仿真技术的可视化特点,便于改进和修正原有设
计。 支持协同工作和异地设计,利于资源共享和优势互补,
从而缩短产品开发周期。 便于利用和补充各种先进技术,保持技术上的领先优
结果评估决策层:
该层应该对仿真结果的可靠性进行评估.
在考虑不确定性困素的情况下做出设计决策 也是基于仿真的虚拟产品设计环境应该考虑 的问题之一。
虚拟产品设计的实现方法 (几何建模,工具性软件)
概述: 虚拟产品开发的的显著特点是利用存储在计 算机内部的数字化模型——虚拟产品来代替 实物模型进行仿真、分析、从而提高产品在 时间、成本、服务和环境等多目标的决策水 平,达到全局化和一次性开发功能的目的。
这种方法实现实体建模的过程就是集合运算 的过程,此过程可以形象地用二叉树—— CSG表示。
CSG定义了物体的构成体素和构造方式。
图3
树的非终端结点
表示操作,如移 动,正交、并、 差运算
根结点表示集合运算 的最终结果
叶子结点表示参与 运算的基本体素 或是一个变换叶 子
b.边界表示法(B-rep)
设计什么样的产品(WHAT)? 产品各方面特性的研究(HOW)?: 产品设计结果评价,即回答为何这样设计(WHY)?
每一个新产品设计的结束,都是同时解 决了“设计什么 、 如何设计”和“为 WHAT 何这样设计的结果 如图1所示:
HOW
Virtual Produc t Design
WHY
图1
虚拟产品设计的四个主要层次:
该方法是通过描述物体的表面边界来表示物体 的。
一个物体的边界把物体分为物体的内部和外部, 同时边界也构成了物体与周围环境之间的面。
求得响应并不是仿真的最终目的,理想的情 况是获得设计空间和响应空间映射关系.从 而把握设计本质.预测所关心的产品特性, 优化设计结果。
集成优化层:
一方面是为了获得对整个产品整体的认
识,更重要的是实现系统层次上的优化,将 多个仿真得到的产品各种不同行为(具体体现 为各种不同形式的性能指标)作为目标函 数.对满足一定约束条件的多个可能的设计 组合进行优化决策,找到系统性能的最优。
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