产品快速开发在工业设计中的应用.doc

基于先进制造技术的产品快速开发 在工业设计中的应用 李 阳 天津大学机械学院工业设计专业2012级硕士生 摘要：本文介绍了基于先进制造技术的产品快速开发模式在工业设计中的应用，并对反求技术、计算机辅助工业设计、模拟仿真和虚拟实现技术、快速原型制造技术这四部分的研究分析中加入汽车应用方面的例子论证了该模式的可行性。该模式有助于企业能够快速出高质量的以响应市场的需求提高自身的竞争力。0 前言 工业设计真正为人们所认识和发挥作用是在工业革命爆发之后，以工业化大批量生产为条件发展起来的。当时大量工业产品粗制滥造，已严重影响了人们的日常生活，工业设计作为改变当时状况的必然手段登上了历史的舞台。国际工业设计协会工业设计是一种创造性其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。 随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争从过去的单纯质量竞争，发展到要求在全生命周期内的全方位竞争，产品的开发制造速度日益成为竞争的主要矛盾，同时制造业既需要满足日益变化的用户需要，又要求制造技术有较强的灵活性，所以能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本的制造技术变得十分关键。企业能够快速出高质量的以响应市场的需求提高自身的竞争力。新车身开发的特点和开发过程中存在的问题, 国际上福特、通用等著名汽车公司早已从经验、类别、静态设计, 过渡到建模、虚拟装配、虚拟运动仿真、分析优化设计, 这样可以提高新车身开发质量,减少大量样车实验费用,适应了快速变化的市场需求。 工业设计领域的产品开发分为两种情况，一种是设计开发新型产品，这类产品是创新性产品，开发之前没有相同或相似产品，目的是为了实现新的功能或者解决新的问题；第二种是在现有产品的基础上所进行的改进或完善。 第一种产品在工业设计领域的开发模式通常是通过市场调研制定需求表之后先平面图的构思, 形成完整的方案之后, 开始绘制建立原型来验证相关的设计是否成功。验证“成功”的设计有很多的方面，包括：正确的外形和尺寸，足够的强度等等。 维离散数据作为初始素材借助专用曲面处理软件和系统构造实物的模型 2.1 反求工程 反求工程技术, 是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量, 根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD 模型的过程。关键技术在于形状表面数字化、三维模型重建、数字化制造、 图1 产品快速开发模式  反求工程集成。工程是从产品原型出发, 进而获取产品的三维数字模型使得能够进一步利用CAD/ ACE/ CAM 以及CIMS 等先进技术对其进行处理。一般来说产品工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面,在工业设计领域的实际应用中, 主要包括以下几个内容: ( 1) 新产品的设计, 即主要用于产品的改型或仿型设计; ( 2) 已有产品的复制, 再现原产品的设计意图; ( 3) 损坏或磨损产品的还原; ( 4) 复杂产品的特征断面设计; ( 5) 数字化模型的检测, 例如检验产品的变形分析焊接质量等, 以及进行模型的比较; ( 6) 在美学设计特别重要的领域, 例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果, 此时需用工程的设计方法。 随着CAD/ CAM 技术的广泛应用, 相比之下,在如何准确、有效地从实物样件上采集复杂三维表面数据, 进而能快速地转变成高质量的计算机软件中的三维数学模型成为工业设计产品快速原型的重要方法。 以汽车设计为例介绍逆向工程的实施步骤在汽车灯具的设计和制造过程中, 难题: 产品仿制或面对以手工制作或轻手工进行局部修改(光顺处理) 后的模型或实物样件如果仍用传统的测量技术, 有以下多方面的技术和工艺上的限制: 测量速度慢, 周期长而且精确度难以保证, 特别是针对很复杂的曲面, 离散点不能准确地定义它的形状,劳动工作量巨大对的要求高既不能充分发挥CAD/ CAM 技术和计算机速度的优势, 又不能发挥必威体育精装版扫描技术工具, 如激光扫描器等的优势, 最终建立的CAD 模型与实际数值偏差大, 质量难以控制。因此就有必要采用现代先进的反求方法解决这一难题。我们采用先进的测量的设备, 如三坐标仪和先进的三维建模软件一起共同来完成总体流程如图1 所示 在实际设计中, 现有的软件还存在着较大的局限性。在机械设计领域中, 集中表现为软件智能化低; 点云数据的处理方面功能弱; 建模过程主要依靠人工干预, 设计精度不够高; 集成化程度低等问题因此, 在具体工程设计中, 一般采用几种软件配套使用、取长补短的方式。例如在汽车灯具逆向工程项目中, 采用Surface与功能结合的方法, 在具体操作中, 使用Surface进行点、线处理, 得到基本控制曲线, 然后使用UG引入控制线的数据, 进行曲面造型。更值得注意的是,