开发虚拟产品的主要技术内容，企业的新产品开发前景

基于动态仿真和虚拟现实环境的虚拟开发技术使设计人员能够与虚拟样机或生产线进行直观的交互式交互，有助于提高产品开发质量、缩短开发周期、降低开发成本。 本文介绍了虚拟产品开发的主要技术内容，并探讨了其在企业新产品开发中的应用前景。

一、简介

随着科学技术的快速发展，企业之间的竞争日益激烈，市场变化不断加快。 公司新产品开发还具有一些新特点：

(1)产品生命周期显着缩短。 以汽车为例，新产品的生命周期已从20世纪90年代的5至8年下降到目前的3至5年。

（二）产品品种大幅增加。 为了适应用户需求，公司大力开发基于订单的个性化产品。 即使是批量生产的产品，也可以根据客户多样化的功能需求和偏好，实施订单式销售模式。

(3)产品开发周期大大缩短。 以汽车为例，产品改型设计开发周期从过去的4~5年压缩到目前的2年左右。

因此，对于大型企业来说，及时开发出满足市场需求的高质量、高性能、低成本的产品成为保持竞争力的关键，而建立高效、低成本的新产品快速响应开发体系则是关键。实现这一目标的关键。 保证进球。 显然，传统的产品设计方法已经不能满足需求。 面对这一严峻挑战，需要不断开发和应用先进制造技术来适应这一变化。 正是在这种日益恶劣的环境下，虚拟产品开发技术得以迅速发展。 为企业带来新的发展空间。

2、虚拟产品开发技术的分类

虚拟产品开发技术并不直接建立智能思维模型，而是将动态仿真技术与虚拟环境相结合，让开发人员通过视觉和思维来感知和判断虚拟环境中产品的运行情况。 两者可以交互虚拟产品项目拆解流程，从而可以将人与计算机完美地融合在一起，让人类的智能得到充分的发挥和应用，而不仅仅是成为计算机的被动伙伴。 这引发了产品开发技术的新突破。

虚拟产品开发技术根据功能和加工模型的不同可分为三类：产品虚拟设计技术、产品虚拟制造技术和虚拟制造系统。

1.面向对象不同

产品虚拟设计技术的对象是产品的结构和性能。 从产品设计、分析、仿真、评估出发，根据客户需求优化产品性能和成本。 它的对象是产品本身。

产品虚拟制造技术是对产品制造过程进行模拟、检验和优化，检验产品的可制造性、加工方法和工艺的合理性，从而保证产品的制造质量，缩短制造周期，实现成本最低。 制造成本是目标。 其目标是产品的制造。

虚拟制造系统重点关注生产过程规划、组织管理、资源调度、物流、信息流等的建模、仿真和优化，其对象是整个工厂和企业。

2、企业产品开发过程中的不同应用阶段

对于企业来说，新产品开发过程有两个关键阶段：产品设计与开发、工艺设计与开发。 前者侧重于考虑产品的功能、设计可行性以及能否满足客户要求，后者侧重于产品生产的可行性、可控性、经济性。 产品的虚拟设计属于产品设计与开发的范畴，而虚拟制造系统属于工艺设计与开发的范畴。 产品的虚拟制造将两者有机地结合在一起：它既是产品的可行性输出，又是工艺设计的输入。

3、所需的软件平台不同

基于目前的软件发展和计算机能力，这三类虚拟技术对软件平台有不同的要求：虚拟设计要求计算机提供方便多样的建模能力、稳定高精度的图形显示能力以及相应的测量和分析能力。 虚拟制造需要处理的对象不仅是虚拟样机，还包括设备、环境、操作人员等的虚拟模型，数据的容量和类型比前者复杂得多。 这时，计算机需要更多地关注图形显示和数据。 处理速度。 虚拟制造系统侧重于整个制造系统的性能分析，需要处理的数据规模相对较大。 另外，软件还需要提供管理层所需的各种流程报表和图表。 当然，我们不能排除这样一种可能性：未来的某一天，随着计算机能力和软件水平的提高，将会出现一种集成所有虚拟产品开发技术的软件平台。

虚拟产品开发技术虽然分为三种类型，但它们都是围绕产品展开的，是一个相互联系的有机整体。 虚拟模型的近似关系如图1所示。

图1 虚拟制造模型相互关系图

3、虚拟产品开发技术的应用

从上面的介绍我们可以看出，虚拟技术基本上可以分为三类，每类虚拟产品开发技术的产出内容当然是不同的。

1、产品虚拟设计

目前，3D产品设计软件已在工厂广泛使用，而传统的2D设计软件正在逐渐退出。 简而言之，现代生产中的产品设计和开发就是虚拟原型的创建。 与2D设计相比，3D设计不仅可以让设计者直观地评估产品，也使设计本身更加方便快捷。 如有必要，还可以选择材质渲染进行外观评估。

另外，这些建模软件基本都具备运动分析、产品干涉分析等功能，有的甚至还带有有限元分析工具。

现代设计软件还集成了加工制造的辅助功能，从产品设计直接过渡到工装模具设计，最后到数控加工设备制造数据的输出，从而形成了由产品和加工组成的产品设计链数据。 该阶段的主要输出如下：

（1）虚拟产品原型，包括工装、模具设计等；

（二）资料齐全的产品设计图；

（三）产品外观及性能评价；

（四）加工程序；

(5)初步工艺流程。

2、虚拟制造技术

在虚拟样机数据的基础上，引入相应的加工设备、工装、模具、操作人员等虚拟站模型，即可在计算机上进行制造前仿真。 图2为汽车发动机底盘支架虚拟焊接制造。 通过仿真，可以检查焊接机器人的位置是否合适、是否能够完成所有焊接接头要求、制造过程所需的安全空间和时间以及操作人员的动作要求。

图2 汽车发动机底盘支架焊接虚拟制造

与物理验证开发相比，显而易见虚拟产品项目拆解流程，利用虚拟制造技术可以缩短开发周期，大大减少人力物力的投入，节省开发成本。 一个拥有完整虚拟制造技术的企业就相当于拥有一个样品试制车间。 在虚拟样机的制造可行性分析过程中，可以获得以下信息：

（1）虚拟样机总体协调分析报告；

（二）制作可行性分析报告；

（3）合理的工艺路线和安排；

(4)工艺参数的初步确定；

(5) 运行时间的估算。

3、虚拟制造系统技术

在虚拟制造系统中，不仅要关注产品和生产线，还要考虑生产中涉及的所有因素：如工厂布局、辅助工具、物流安排等。图3为虚拟制造系统的一部分汽车侧板焊接生产线。 建立虚拟制造系统的目的是通过对产品正常生产状态的模拟和分析，了解产品在正常生产过程中对企业的整体影响，进而优化企业的生产运营。 通过虚拟制造系统可以获得以下信息：

（一）规划工位布局；

(2)生产线性能分析；

(3)生产线平衡；

(4)生产节奏控制；

（五）工艺文件；

(6) 操作人员准备；

（七）物流安排；

（八）制造业投资预算。

由于虚拟技术的运行是基于软件平台的，因此最终实际输出的内容仍然由所使用的软件功能决定。

图3 汽车侧壁焊接虚拟生产线

4.虚拟技术与新产品开发

现代企业根据自身特点、规模和结构建立相应的质量管理体系，以保证企业的生产经营在受控状态下进行，这也包括新产品的开发。 虽然上面已经介绍了虚拟技术的诸多优点和特点，但它要想真正在企业中发挥作用，必须融入到企业的质量管理体系中，并与企业的新产品开发计划有机地结合起来。

以汽车及汽车零部件行业为例：目前，新产品普遍采用先进质量策划（APQP）方法，整个开发过程分为五个阶段：计划和项目确定、产品设计和开发、工艺技术和开发，产品和工艺的确认、反馈评价和纠正措施，如图4所示。

图4 APQP产品质量先期策划模型

产品质量先期策划是一项系统工程，是确保企业满足顾客对产品质量、交期、成本、准时性要求的必要步骤。

结合本文对虚拟产品开发技术的讨论，可以大致给出虚拟技术参与开发过程的阶段和时间，如图5所示。

图5 虚拟技术与APQP先进产品质量策划模型

值得强调的是，样品试制是产品开发过程中的一个重要阶段。 样品的主要目的是对产品和工艺进行确认，是产品投入生产前的综合评价，是企业开发新产品并批量生产前的重要阶段。 虚拟技术基本上涵盖了这几个方面。 对于一些简单的产品，虚拟产品技术可以完全替代物理验证。 不过，由于虚拟制造技术仍处于发展过程中，对于复杂的产品，它还不能完全取代样品，但它大大减少了制造的样品数量，从而减少了开发成本的投入。 对于非正式样品——手工样品，目前的虚拟样机技术可以满足并替代手工样品来验证新产品的尺寸配合和外观形状。

随着时间的推移，产品开发流程完全虚拟化将是不可避免的。

5. 结论

综上所述，虚拟产品开发技术集成了CAx/DFx技术、设计过程管理、虚拟现实技术等，形成交互式环境，支持产品设计过程中的并行工程方法，从而缩短新产品开发周期。 降低开发成本。 一般来说，结合企业的实际情况，选择购买适合行业特点的软件并配备相应的硬件，从虚拟产品开发入手，进而建立虚拟制造和虚拟制造系统，从而实现企业整体的提升。企业技术。 在开发虚拟开发技术的过程中，应结合公司产品开发的特点，制定有效的产品开发流程，使虚拟开发技术在实际应用中发挥最大的作用，避免不必要的资源浪费。

最后，要注意加强产品和制造数据的标准化和标准化管理，保证企业内部有统一的数据交换平台，并制定相应的流程，保证虚拟模型和实物的一致性，从而避免数据潜在的缺陷。并增加数据重复。 使用率，以提高开发质量、缩短开发周期、降低开发成本。