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基于虚拟原型的机械产品设计方法与应用研究

赵莉香  
【摘要】:动态多变与全球范围的市场竞争使得中小制造企业面临严峻挑战而不得不调整自身的产品设计模式。计算机网络和信息技术的发展为实现产品虚拟设计提供了技术支持,使得具有快速响应、功能集成、分布合作特点的虚拟设计成为可能。虚拟设计是将计算机技术、虚拟现实技术、实体模型技术、工作流程管理技术等工具有机地结合起来,提供一种基于虚拟原型的产品设计过程开发与管理的数字化设计环境。研究面向中小型制造企业虚拟设计方法的目的在于开发适合企业需要的机械产品虚拟设计软件系统,以求降低设计成本,提高企业产品开发效率,增强企业核心竞争能力,以适应市场和竞争需求。 通过分析当前产品虚拟设计技术的发展趋势,在开发风机CAD系统工作的基础上,本文探讨了建立虚拟设计产品开发系统的关键技术。提出了机械产品虚拟开发系统的体系结构,重点研究基于虚拟原型的虚拟设计概念模型、基于特征的产品虚拟原型信息建模方法以及机械产品虚拟设计过程管理和应用方法。论文在理论和实践中的主要特色如下: (1) 虚拟原型是机械产品虚拟设计核心。在探讨虚拟原型概念、特点、组成结构和渐进生成过程的基础上,提出基于虚拟原型的协同设计系统结构,具体分析了各子系统:虚拟原型信息模型生成子系统、虚拟设计过程模型生成子系统、虚拟机械产品设计子系统、机械产品虚拟装配子系统的结构与研究内容。 (2) 阐述了虚拟原型概念设计的定义和特点,探讨了虚拟设计原型信息模型的生成过程,重点讨论了基于特征的虚拟原型概念设计描述模型的特征定义与建模方法,构造了概念设计方案评价体系。在此基础上,本文阐述了虚拟设计原型信息模型建模和利用面向对象编程语言C++来表征产品信息对象模型的方法。 (3) 为满足对虚拟设计进程的计算机数字描述的要求,通过建立合适的设计进程模型,将产品和设计进程的数字化表达这两个设计基本问题结合在一起。在研究工作流技术的基础上,定义工作流及其完整约束;定义水平工作流和垂直工作流两种 四川大学博士学位论文 流动,体现了工作流的层次性,使工作流之间的关系更清晰,更有利于工作流的再 利用;定义了基于规则的工作流执行模型,支持执行过程的动态改变。 (4)在对风机基本设计原理与关键零件设计方法进行论述的基础上,建立了基于 虚拟原型的轴流风机CAD系统结构,探讨了风机零部件设计虚拟原型生成过程,具 体讨论了叶片叶型的生成过程以及基于特征的轴虚拟原型设计方法和以面向对象形 式的特征表示。 (5)虚拟装配设计是虚拟原型设计的组成部分,本文在分析虚拟装配的原理和方 法的基础上,阐述了虚拟装配序列规划、虚拟装配关系、装配路径规划等装配过程 技术,同时讨论了虚拟装配过程中的信息交互方法,以及虚拟装配过程及干涉检查 的具体实施方法。为实现机械产品虚拟设计提供了有效的理论研究和技术上的分析 研究。 关键词:虚拟设计中小型制造企业协同产品开发虚拟原型产品信息建模 过程建模风机CAD


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