面向创新设计的虚拟产品开发

一、成果简介

“面向创新设计的虚拟产品开发”是 863/CIMS 主题重大攻关项目。 虚拟产品开发是实际产品开发过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验等。它是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预测产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，提高产品的预测和决策水平，使得产品开发走出主要依赖于经验和实验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段，从根本上解决 TQCS 难题。

该项目完成了基于产品开发管理（ PDM-II —— Product Development Management ）技术建立了支持虚拟产品开发（ VPD ）全过程的支撑平台，实现了一个能够对产品的外观、性能（运动学性能、动力学性能等）、可装配性、可制造性进行分析的集成化、可视化仿真环境， 在物理样机建立前便使产品效果、功能、性能得以分析、综合及三维可视化显示，以得到满意方案，力争一次成功，从而提高新产品设计效率。 该平台已应用于经纬纺机公司的无梭织机产品的创新开发，用 1 年半完成了传统方法需 10 年才能实现的产品开发任务并投入批量生产，中高挡的 JWG1724 型剑杆织机年销售 1000 台，年产值达近 3 亿、创利润 5000 万。在此基础上， 8 个月完成了高档 JWG1726 型剑杆织机物理样机，并已经投产，年销量可达 1000 台，按 35 万元 / 台计算，年产值可达 3.5 亿元。

面向创新设计的虚拟产品开发技术的攻关研究与应用，解决了我国剑杆织机的自主开发的关键技术，为纺机的产品结构调整作出了突破性的贡献，同时，建立了具有相当共性的支持创新设计的虚拟产品开发环境，相关技术已经成功地应用于工程机械、摩托车、汽车等行业。在项目研究过程中，培养了一批人才，积累了一定的经验。

二、技术指标

（ 1 ）基于 PDM 技术封装了商用软件和自行开发软件，可实现支持产品虚拟开发的集成环境，可实现虚拟产品开发过程的多面向的信息管理、版本管理、配置管理、多视图结构树构造；

（ 2 ）计算机辅助工业设计软件系统，可支持产品形态设计、色彩设计、人机设计以及美学评价；

（ 3 ）集成工程分析环境，基于三维模型的产品设计机理研究，可实现新产品的运动学、动力学仿真分析，新产品的结构设计分析和振动模态分析；

（ 4 ）虚拟装配系统可实现目标装配体、各级路径有效性检验、逐层分解干涉检查、动态仿真；

（ 5 ）装配工艺规划后处理器系统，用于装配工艺卡片的生成；

（ 6 ）基于参考面的三维矢量尺寸 / 公差链的生成系统，可实现公差分析与综合模型的集成，利用交互建立的尺寸 / 公差链模型，进行极值法与统计学法公差分析与综合；

（ 7 ）虚拟加工支持环境可实现刀位检查， NC 验证，碰撞干涉检验和切削质量评价。

三、应用说明

应用虚拟产品开发技术将改变公司传统产品设计思维和方法，变革产品设计的理念。它的 实施是一项系统工程，需要企业从上到下的配合，需要科学地规划，认真地贯彻。

四、效益分析

在企业中实施虚拟产品开发技术，可以减少产品设计缺陷，缩短开发周期、提高工艺规划和加工过程的合理性，提高产品技术含量，从而提高新产品的设计开发能力； 虚拟装配与虚拟加工技术节省了大量的设计费用、试造试验费用， 降低开发成本。据统计，产品物理样机实验可减少 40%-60% ，开发周期减少 1/3-2/3 。通过实施 VPD 对企业的制度创新、技术创新、管理创新必将起到积极的推动作用，为企业在竞争中把握机遇和带来优势。

本项目获国家科学技术进步奖二等奖。