基于網絡與VR技術的機電產品協同設計

協同設計和VR技術
在機電產品的設計階段，實現在計算機網絡(Intranet, Internet)和虛擬現實(VR:Virtual Reality)環境下的協同設計(Collaborative Design)，對產品的外觀造型、結構形式、運動形態和動、靜態性能進行仿真分析和綜合評價，以便盡早地發現并解決產品方案和結構設計，乃至制造和裝配中存在的問題，可以大幅度縮短機電產品的開發周期，降低成本，提高設計與制造的質量。良好的協同設計環境，還可以使企業設計制造的各部門更好地協調一致工作，是我國機電制造業實現并行工程，達成產品的敏捷設計制造，增強市場競爭力的重要途徑。
復雜機電產品的設計，往往需要分布在不同部門和工作場所，具有不同專業知識背景的領域專家群組相互合作才能完成。基于Web的計算機網絡技術的發展，提供了一種能實現群組分布的機電設計專家異地協同求解復雜問題，合作完成產品設計的物質基礎。而在網絡環境下計算機支持的合作工作(CSCW)體現了信息時代人們工作方式的群體性、交互性、分布性和協調性的客觀需求。因而，分布式協同設計(Distributed Collaborative Design)研究已成為國內外計算機工程應用研究中最為活躍的前沿方向之一，而協同設計環境的研究則被認為是當前CAD/CAM技術發展的一個重要趨勢。
虛擬現實技術是計算機仿真在更高級層次上的延伸與擴展，在VR環境下從事設計的技術稱之為虛擬設計(VD-Virtual Design)技術。由于VR技術可以為用戶提供逼真的感覺，包括三維視覺，立體聽覺及觸覺、嗅覺等，用戶可以通過自然技能，如手摸、頭轉、身體姿勢的調整等與計算機提供的虛擬世界進行交互作用，從而使人成為系統中集成的一部分，進入了沉浸、交互、構想(即著名的三個“I”：Immersion Interaction Imagination)的信息環境。因而，VD技術是在人機完美結合環境下的先進設計技術，它使設計者可以用各種方式表達和實現自己的設計意圖，最大限度地充分發揮創造力和想象力，在一種豐富自然的多維信息環境中完成一項工程或一個產品的設計、修改、裝配、測試和試用，從根本上改變產品設計的方式，使設計真正作為與產品的制造、裝配乃至整個生命周期緊密聯系在一起的“工程”，而不僅僅是產品生產的一個先行階段融入企業的生產與營銷活動。VD技術將廣泛應用于快速設計與快速原型(RP)、面向裝配的設計(DFA)、面向制造的設計(DFM)、產品設計進入市場的并行處理和人員培訓及產品維護等領域，為工程設計帶來革命性的進步。
在機電產品制造業中，人們越來越認識到在產品開發生產周期中，產品概念形成與設計開發階段對整個產品的生命周期和總成本的巨大影響。設計開發所占產品生產總時間和成本往往只有生產成本的10%，但其作用卻常常要影響到產品生命周期總成本的70%。因而，在產品周期較前的階段，對設計盡可能早的作出正確的決定和修改就具有重要意義。它可以大幅減少產品制造、裝配和維護各個階段因多次重復修正而產生的直接浪費和對交貨期延誤等的損失，使企業在圍繞T(Time)、Q(Quality)、C(Cost)、S(Service)展開的激烈競爭中處于有利地位。基于網絡和VR的協同設計技術，正是可以在機電產品概念形成到開發設計階段，從專家群組合作工作的形式，到設計過程、執行方式等提供強有力的支持，真正實現CAD、CAE、CAM…(統稱CAX)等的功能集成和新產品開發的過程集成，產生更大的經濟效益。