CAE在仪表产品造型设计中一体化的应用.pdf
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1、第 1 7卷 第 1 2期 2 0 0 5年 1 2月 计算机辅助设计与图形学学报 J OURNAL OF COMPUTER AI DE D DE S I GN & C OMP UTER GRAPHI C S Vo 1 1 7,No 1 2 De c ,20 05 C A E在仪表产 品造型设计 中一体化的应 用 董 庆伟 商 建东 李济 顺 胡 东方 ( 河南科技大学机 电工程学院 洛 阳4 7 1 0 0 3 ) ( d o n g q i n g we i ma i l h a u s t e d u c n ) 摘 要 在分析仪表产 品虚拟原 型逼真设计思想的基础 上 , 结合仪 表产
2、 品造型 设计 系统的 开发工作 , 利用 3 D软件 I - D E A S作为开发平 台, 对 C A E在仪 表产品造型设计 中的一体化 技术进行 了研究 借 助计算 机分析计算 模拟实验方 案 , 为快 速实现基于虚拟原型逼真设计 的仪表产 品造 型设计 、 提高 产品设计 质量 、 缩短设 计周期 , 提供 了快捷可行 的 方法 关键 词 虚拟原型逼 真设计 ; 造型设计 ; C A E; 电子冷却系统 中图法分类号T m O 2 Ap pl i c a t i o n Re s e a r c h o f I n t e g r a t i o n f o r CAE i n I
3、n s t r u me n t Pr o d u c t M o d e l i n g De s i g n Do n g Qi n g we i S h a n g J i a n d o n g L i J i s h u n Hu D o n g f a n g ( S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s E n n e e r i n g,He n a n Un i v e r s i t y o J S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 ) Ab s
4、 t r a c t I n c o mb i n a t i o n wi t h t h e d e v e l o p me n t o f a n i n s t r u me n t p r o d u c t mo d e l i n g d e s i g n s y s t e m,b a s e d o n t h e i d e a o f v i r t u a l p r o t o t y p e r e a l i t y d e s i g n ( VP R D)w e c o n d u c t a n a p p l i e d r e s e a r c h
5、 o n i n t e g r a t i o n t e c h n ol o g y f o r CAE i n i n s t r u me nt p r o d u c t mo d e l i n g d e s i gnTh r ou g h c o m p u t e r a n a l y s i s a n d c a l c ul a t i o n, v a r i o u s t est p r o j e c t s c a n b e s i mu l a t e d i n t h e d e s i g nI t p r o v i d e s a q u i
6、 c k a n d f e a s i b l e me t h o d wi t h i n s t r u me n t pr o du c t t h a t c a n i mp r o v e de s i gn q u a l i t y, r e du c e d e s i gn c y c l e a nd c o s t a n d a c h i e v e i n s t r ume n t pr o du c t mo d e l i ng d e s i gn b a s e d o n VPRD Ke y wo r d s v i r t ua l p r o
7、t o t yp e r e a l i t y d e s i gn;m o d e l i n g d e s i gn;CAE ;e l e c t r on i c s y s t e m c o o l i ng 0 引 言 虚拟原 型逼 真设 计 ( Vi r t u a l P r o t o t y p e R e a l i t y D esi g n, V P R D) 作为 虚拟产 品开发 研究 的一个 方 面, 是近几年发展起来的一项新技术 , 主要研究虚拟 环境下的产品建模问题 以及基于仿真的工具集成和 过程设计问题 我们将这种新 的产品开发模式应用 于仪表产品造型设
8、计 , 以用户需求( V o i c e o f C u s t o me r , VOC ) 为出发点 , 将虚拟制造哲 理 、 系统工程 方法 、 建模仿真技术 以及智能决策等多种技术和支持工具 有机地结合起来 , 为产品的全生命周期设计 和评估 提供了集成开发环境 , 目的就在于快速、 有效地设计 出完 善性 产 品 在基于 VP R D的仪表产品设计和制造过程 中, 造型设计是一个重要 部分当今 , 许多企业家 已经 认识到, 当前新技术 、 新工艺被充分接受之后 的商品 竞争 , 将突出地反映为外观 的竞争 外观设计不是 收稿 日期: 2 0 0 5 0 3 0 9; 修 回日期 :
9、 2 0 0 5 0 4 2 5 基金项 目: 国家 自然科学 基金 ( 6 0 2 0 3 0 1 8 ) ; 教育部科学研究重点项 目( 2 0 0 2 0 2 ) ; 河南省 自然科学 基金 ( 0 2 1 1 0 5 1 0 0 0 ) 维普资讯 http:/ l 2期 董庆伟等 : C AE在仪表产品造 型设计 中一 体化 的应用 单纯的艺术创作 , 它必须服从产品的使用功能, 应有 严格的要求和更高的标准 , 贯彻人机工程学和美学 的基本原理 设计 内部布局时就考虑外部造型 , 设 计表面工艺时就考虑质感和色彩 , 设计尺寸时就考 虑 比例的均衡 , 以求达到经济 、 实用 、 美
10、观的效果 因此 , 仪 表 的外 观造 型设 计不 同于一 般 的工业产 品 , 应该有更严格 的要求和 更高的标 准l 2 但 是, 目前 众多的设计单位往往将仪表 C A D与仪表 C A E分析 脱节 , 存在工作与数据交 换 、 结果等待 和评判等过 程 , 造成了整个设计流程的不畅通 , 这是我国仪表设 计的问题之一 本文针对仪 表产 品的设计过程 , 就 C AE融人仪表产品造型设计来阐述 C A E分析的作 用 , 对有效地改变设计思想和方法 , 实现设计分析一 体化 , 加快产品的更新做 了研究 1 仪表产品设计 系统 为了适应上述需求 , 本文提出了基于全生命周 期的 市场驱
11、 动仪 表 产品 虚拟 原 型逼 真设 计 系统 ( Ma r k e t D r i v e n VP R DS ,MD VP R D S )结 构 模 型 , 如图 1 所示 MD VP R D S基于客户 艮 务器模式, 以 s QL S e r v e r 数据库为支撑 , 其主要 目标是实现 VO C 获取 和分 析子系统 、 质 量功 能配置 ( Qu a l i t y F u n c t i o n D e p l o y me n t ,Q F D) 集成设计子系统 、 基于 VP R D的 仪表产品造型方案设计子系统 、 仪表产品 C A D电子 设计子系统 、 仪表产 品
12、功能仿真设计以及基于全生 命周期方案决策子 系统 的集成设 计, 以提高工业仪 表产品设计质量 , 增强其市场竞争能 力 该系统不 仅能帮助用户进行 VO C获取 和分析 ; 同时 , 利用模 糊多 目标规划求解产品规划 , 基于集成的产品模型 进行产品造型方案设计 、 仪表功能仿真分析以及全生 命周期产品设计方案决策 vo c 获取子系统 + VO C 分析子系统 + OF I) 产u12n1 划 “ 子系统 l + + 仪 表 产 rf J C A D 造 型 f 仪 表产 品 c A D 电 子 设 计 子 系 统 设计子系统 + l 功能仿真设计子系统 + 全生命周期产品设计方 案评价
13、与决策予系统 + 产 品 输 出 f 图 l MD- VP RDS流 程 图 MD VP R D S中, 各子系统功能如下: 1 )VO C 获取 子 系 统 收 集 开 发 新 产 品 所 需 的 VO C信息及市场信息 , 为用户输入 、 修改 VO C提供 一 个界面友好的环境 ; 同时在检索类似产品需求库 的基础上 , 向用户提供一定的帮助和咨询 2 )VO C分析子系统 辅助产品开发人员综合 分析通过 V OC获取子系统 获得 的用户需求 信息, 最终生成一个能反映全体用 户意见 的、 能有效指导 产品开发与设计 的用户需求文档( V OC报告) 3 )QF D产 品 规划 子 系统
14、 通 过 产 品 规划 矩 阵 ( QF D质量屋) 将上游产生的新产品开发 VOC报告 转化为产品的质量特征, 并根据顾客竞争性评估( 从 顾 客角 度对 市场 上 同类 产 品 进 行 的 评估 ) 和 技 术竞 争性评估( 从技术角度对市场上同类产品进行的评 估 ) 由系统总控模块确定出最佳方案 4 )基于 VP R D的仪表产品 C A D造型设计子系 统 通 过浏 览 VO C报 告 , 将 QF D 产 品 规划 子 系统 所确定的产品质量特征及其具体目标值作为新产品 开发的目标值 , 用 以指导仪表产品外观造型设计 5 )仪 表 产 品 C AD电 子 设计 子 系统 以系 统上
15、 游确定 的产品功能结构信息 、 仪表电子元器件信息、 关键元器件特征 以及具体的产品质量控制方法为指 导 。 以人机交互方式进行仪表 P C B设计和热分析 6 )功能仿 真设计子 系统 通 过功能仿 真的实 现 , 进一步完善设计 的可靠性和外 观造 型布局 的合 理性 , 确保产品开发的一次性成功 7 )全生命周期产 品设计方案评价与决策子 系 统 基于产品方案决策库及模 型评判库 , 按照多 E l 标决策方法及评判准则 , 对产 品结构方案子系统产 生的所有设 计方案进 行 比较 、 评估 。 帮助用户决策 出最佳 产 品设 计方 案 2 C A E技 术及在 仪表造型 中的技术路线
16、 2 1 C A E融入设 计全 过程 C A E技术是计算机技术和工程分析技术相结 合形成的新兴技术 历经 数十年的发展 , C A E技术 的应用已经深入到设计流程的各个环节C A E融入 设计全过程的观点已经得到世界上许多著名公司的 广泛认可 众所周知 , C A E分析利用现代计算机强 大的数值计算能力所起到的虚拟样机作用在很大程 度上替代 了传统设计 中资源极大 的物理 样机验证 维普资讯 http:/ 计算机辅助设计与 图形学 学报 2 0 0 5正 设计过程 , 极大地缩短了设计周期 、 减少 了成本 事 实上, 在理想的现代设计过程中, C A E应该融入产品 设计的各个阶段和
17、环节 , 实现设计分析一体化 4 J 2 2 I - D E A S软件中的 C A E模块 I D E A S软件是世界知名的 C AD C AM C AE一 体化软件 I - DE AS中的 C A D与 C A E模块拥有统一 主模 型块 , 具有 良好 的亲 和性 , 这 为 C AE融 入 整 个 设计过程尤其是前期设计过程提供 了技术上的可靠 保障 I - D E A S中的 C A E模块具 有界 面简单 、 操作 流 程简单 、 复杂技术( 网格划分 、 求解等) 能被智能化处 理 ; 良好 的计算精度和效率 ; 强大的分析能力支持后 期分析 中经常涉及的复杂问题 ; 各 阶段
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- CAE 仪表 产品 造型 设计 一体化 应用
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