工业设计中虚拟装配技术的应用

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摘要：随着虚拟装配技术的不断发展和完善，工业产品的设计借助计算机的辅助不断取得进步。文章阐述虚拟装配技术在工业设计中的应用现状，分析虚拟装配与工业设计的关系，介绍典型工业设计的流程，分析虚拟装配技术在工艺规划上的应用和虚拟装配技术在设计验证中的应用。

关键词：虚拟装配技术；工业设计；应用

引言

现阶段，虚拟装配技术在工业生产领域已经有了广泛的应用，比如在汽车生产、机械产品生产等领域应用广泛，大大缩短了工业产品设计的周期，为工业设计产品结构模型提供了新的思路和方式。但其应用的深度和广度还有很大的空间，随着虚拟装配技术在工业设计领域的不断应用，其技术也日益完善。基于计算机图像学，通过计算机辅助展现工业产品设计的构造、结构、外观等信息，在工业产品设计阶段发挥了重要的作用。

1虚拟装配技术在工业设计中的应用现状

虚拟装配技术在工业设计中的应用使工业产品的设计更为高效、完善，更加契合顾客的需求。随着科学技术的不断发展，虚拟装配技术在工业设计中已经逐步应用和推广，并对工业设计产生了设计理念和设计方式上的影响和改变。首先，虚拟装配技术为工业设计不断提供着创新的思路，使设计人员能从多方面完善和控制设计以及生产的全过程，使得产品更加符合顾客的需求。其次，传统的工业设计都是以二维的平面图来呈现，即使借助三维软件的支持，仍无法呈现产品的结构、构思以及生产流程等。但借助虚拟装配技术，使这些传统设计中的不足得到弥补，工业设计的精细程度得以提升。虚拟装配技术对工业设计的影响深远，但在目前的应用过程中，这种效果的发挥并不理想。其效果的发挥受到市场创新性和设计水平的制约。市场的趋利性导致大部分企业缺少设计创新能力，对工业产品的设计不重视，设计水平低，导致虚拟装配技术的引进和推广困难重重。

2虚拟装配与工业设计

在产品数字化的定义中，虚拟装配是其中一个重要的环节，其在工业设计等领域有着广阔的应用前景。虚拟装配是通过对每一个装配零件的空间位置和空间姿态的调整，不断移动和旋转装配零件，从而达到虚拟实验与装配方案相符合的目的，这也是虚拟装配的原则。虚拟装配是通过计算机分析装配过程，仿真装配结果，预测产品模型，在这个过程中，并不涉及实际的产品。目前，我国对于虚拟装配技术的研发和应用已经取得了一定的成果，对经济效益和社会效益方面更是带来了很大程度的提升。虚拟装配技术作为虚拟制造的核心之一，为制造业的发展提供了方向，通过对产品零部件的虚拟分析和设计，帮助零部件解决设计到生产过程中的各种技术性问题，从而使产品的设计周期大大缩短，使产品的生产成本得以降低，并优化了产品性能。工业设计作为工业生产中的初级阶段，其最初的设计模型可以通过虚拟装配技术在虚拟的环境中进行实验，模拟产品的形状、外观、性能，监测和校验次相关产品的人机互动性，并提供产品的装配过程、装配序列、可装配性等信息，生成装配报告。在虚拟的环境下，为解决产品存在的缺陷、改进产品的性能提供了更大的空间。虚拟装配技术能够利用VR技术、3D技术形成意识、语言、体感等人机交互体验，使产品的设计更加满足人类的精神需求。仿真技术的应用可以更加精确模拟产品的配合精度，弥补传统工业设计的不足。比如虚拟装配技术在汽车开发领域有着广泛的应用。如“东风柳汽”应用虚拟装配技术相继开发出了“东风景逸”“东风风行”一系列的新车型。通过虚拟装配技术，评估设计优化方案并加以优化，用数字样车代替了物理样车，迅速地推出了新车型，大大降低了开发的成本和时间。通过数字化偏差仿真建模与计算机技术分析发现“东风景逸”系列车型前灯与翼子板DTS三维偏差大，通过分析发现偏差的影响因素主要是翼子板处轮廓度的问题，制定优化方案，通过定位优化和公差优化，重新仿真计算，使车身的质量有了很大的提升。

3典型工业设计的流程

典型的工业设计开发流程一般分为需求分析、设计要求、概念设计、初步设计、详细设计、设计实施这六个步骤。在设计开始前，首先要进行市场调研，分析顾客的需求，对竞争对手进行调研，收集相关资料。接着对收集的资料进行分析，找到消费者的痛点以及和竞争对手的差异性以确定产品的定位。产品定位确定之后就需要确定设计的要求，通过对产品设计经验、标准、规范等多方面的综合分析确定产品生产的要求。有了设计的要求并结合设计产品的概念设计就可以进行产品的初步设计，进而完成详细设计。设计实施的前端设计则是虚拟装配，这个过程中通过虚拟装配技术，利用计算机辅助，直观地将产品的结构、外表、生产流程表现出来，进而展示装配工艺、外观结构和使用者需求，检验产品生产的复杂程度，对后期的产品设计和生产提供便利。

4虚拟装配技术在工艺规划上的应用

市场的需求驱动着工业设计的可行性，消费者需求的满足很大程度上取决于产品的设计，产品的设计阶段尤为重要，是多种目标综合体现的过程，满足生产需要的首要条件则是满足顾客的需求。为了使产品的开发流程在虚拟装配领域得到标准的表述，需要优化开发目标的算法，利用模糊约束与模糊目标进行优化加权。在工业产品设计的工艺规划阶段加以虚拟装配技术的应用，有助于设计出的产品更好地满足市场的需求。融合虚拟装配技术的产品设计工艺规划主要在产品概念设计、初步设计、详细设计、设计实施这几个阶段。产品的概念设计需要定义用户的需求和产品的功能，并进行功能的分解，明确功能需求。初步设计阶段需要通过用户需求的定位以及对产品价格、质量的预估选择产品的材料和形式。产品的详细设计中则需要通过虚拟装配技术建立设计模型，模拟装配过程对装配工艺进行规划并估计成本与时间。在设计实施阶段，完成对生产方式的选择、选择制造过程和装配过程控制成本和时间。并通过虚拟装配技术的应用发现设计中的缺陷进行再设计。融合虚拟装配的产品设计在工艺规划上减少了设计与制造之间的缺陷和瓶颈，为设计师与工程师提供了标准的语言，使设计的周期得以缩短，生产的效率得以提高。在设计实施具体过程中，各元素占模型大小的百分比都有严格的要求（如图1所示）。

5虚拟装配技术在设计验证中的应用

虚拟装配技术在工业设计的设计验证中有重要的作用。工业设计是通过与客户反复沟通后再设计和再修改的不断优化的过程，融合虚拟装配技术，利用统计学的方法对验证典型工业设计环节进行优化，统计各环节所用时间以缩短项目的生命周期。在工业设计的流程中，每一个环节都需要得到设计验证，将生产制造的结果反馈到客户，根据客户的需求进行设计修改，再进行新一轮的概念设计、详细设计与生产制造。因此，对于工业设计的过程来说，设计的时间周期决定项目的生命周期。利用虚拟装配的统计技术能够对各环节的时间变量进行数据的统计和计算，确定影响因素，以确定工业设计的优化方案。在设计验证中，需要保证每个实体的安全系数，以确保工业设计的准度（如图2所示）。

6结语

虚拟装配技术在工业生产中有着广泛的应用，以计算机辅助工业设计的方式对产品开发的设计中存在的瓶颈问题加以优化，使得传统工业设计的滞后性和市场需求得以提升。虚拟装配技术能够通过模拟功能定位、生产加工方式、成本周期预估，并在虚拟的空间内实现科学的设计验证，缩断了产品设计的周期，提高了产品设计的效率，降低了产品开发的成本，虚拟装配技术在工业产品设计流程的工艺规划和设计验证中的应用对整个产品设计过程有着重要的作用。

参考文献

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作者：李升升 单位：广东省技师学院