虚拟家具设计的现状与发展趋势

摘要本文详细介绍了虚拟设计的概念、发展过程及其观状,并结合家具产品的生产特点论述了虚拟设计在家具业中应用的可行性与运行方式。 
    目前,面对市场全球化和激烈的竞争,各产品设计部门都面临着一个共同的问题,那就是如何才能有效地提高产品质量、降低成本、缩短产品上市时间及提高具有市场竞争力的产品。而市场的变化使得产品的生命周期缩短,产品的品种增加,产品的批量减小,顾客对产品的交货期、价格、质量的要求日益增高。市场主要围绕新产品的竞争而展开,企业依靠独占性技术构成的新产品获得高额利润。企业能否根据用户需求进行快速设计和制造反应,提供用户需求的“个性化产品”已成为企业能否赢得竞争,不断发展的关键。 
     在传统的设计和制造模式中,由于采用物理原型进行产品设计、加工,装配、测试和再设计,导致产品开发周期长。成本高。不能适应现在市场对产品的需求和变化。进入90年代后,随着计算机技术的迅速发展和在工程中的应用逐步深入。并行工程、智能工程、敏捷制造等有关先进制造技术的新思想,新概念、新方式层出不穷,以计算机技术和信息技术为代表的高新技术在其中发挥着重要的作用。虚拟设计与制造便是一种基于计算机和信息技术的—种新设计与制造理念。 

    1 虚拟技术的概念形成 
     1994年8月由 Lamrence Associates 公司组织的虚拟制造用户研讨会,将虚拟制造技术作为一种全新的设计与生产制造技术进行推广,基本思想是在产品制造过程中从设计阶段就对新产品的制造过程进行虚拟集成,将全新生产过程中可能出现的问题都解决在这—阶段,通过设计的优化达到产品的一次性制造成功。 
     虚拟技术的核心部分是虚拟现实设计,是利用高技术组织仿真设备和真实或虚幻环境动态模型.生产或创造出人能够感知的环境和现实,使人能够凭借直觉作用于计算机产生三维仿真模型的虚拟环境。其目的是在产品设计阶段,借助于建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来的制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响,预测、检验、评价产品性能和产品的可制造性(是否满足数控机床对加工范围的要求,如最大加尺寸或最小加工半径等。从而更加有效地,经济地、柔性地,即时地组织生产,增强决策与控制水平,有力地降低由于设计前期给后期制造带来的回溯更改生产,达到开发短周期,低成本,实现设计与生产的精良化、敏捷化和生产的数字化。 

    2 虚拟技术现状与应用概况 
     虚拟技术是从9O年代以后才提出的一种先进的设计与制造技术。尽管只有短短几年,虚拟技术已经得到广泛的应用、并在相关的产业化方面均取得了显著的成果。 

    2.1国内外的现状 
     国内外的大学及科研机构都在开展虚拟技术的研究和开发工作,并取得可喜的成就。
     美国马里兰大学及科研机构也正在开发用于分析设计产品的可制造性的IMACS系统。美国N1ST正在开发虚拟制造的信息互换系统。华盛顿为大学在Pro/Engineer CAD/CAM系统上开发了面向设计与制造的虚拟环境VEDAM系统,该系统包括加工设备建模环境、虚拟设计环境、虚拟制造环境和虚拟装配环境。英国Bath大学G· Bayliss等人提出的VMAN(Virtual Manufacturing)计划旨在探索简易的虚拟现实技术对工程领域的计算机辅助设计的作用。在该计划中利用虚拟现实技术生成工作空间。允许用户利用假想的机器设备制造产品。然后将该过程再现在真实的数控机床上。新加坡国立大学lee和Noh等人利用因特网、专家系统开发工具、HTEM/VRML和数据管理系统开发了一个虚拟制造原形系统作为工程和生产活动的实验台。日本大阪大学工学部电子控制机械工学科的岩田一明教授和小野里雅颜教授领导的研究小组自1991年着手开发了Virtual Words Open Virtual Work,该系统能如同现实制造系统一样生成和处理有关制造的构造、状态、行为等信息,包括模拟设计、规划、管理等制造活动的虚拟逻辑系统和建模,诸如机器、材料、工作人员等生产现场中的物理实体,并模拟这些物理实体间相互作用的虚拟物理环境。 
    在国内,虚拟技术尚处于研究的起步阶段,但也引起了广泛的重视。有关虚拟技术的一些单元技术多年来已被国家自然科学基金资助、列入国家的“863计划”、国家重点“攻关”项目,已经相继开展研究工作,并取得了一定的成果。特别是国家自然科学基金委员会、国家863计划的自动化领域在CIMS方面近年来加大力度,对虚拟技术予以重点资助,为虚拟技术提供了良好的条件。1998年8月,“虚拟制造技术研讨与现场演示会”在北京举行,标志着相关领域的研究已经初具规模。具体的研究内容涉及虚拟产品的装配、虚拟塑性成型、机床总体方案虚拟设计、虚拟板材成型、虚拟数控加工,乃至虚拟组织和虚拟企业等。但总体而言,有关虚拟制技术的研究或许是计算机软硬件的限制,大多数尚停在系统框架和总体技术研究的程度上,实质性的、面向应用的、关键技术的研究还有待于进一步拓宽。同时,虚拟技术在实际产品开发中的应用亟待进一步的深入研究和开发。 

    2.2支持虚拟技术的软件 
    在国外,软件公司在巨大的应用需求的推动下,纷纷开发了大量的虚拟技术的支持软件,如Deneb、Multigen、dVISE,WordTOOlkit、Medit。MR Lightsape、3DS、Release、XEAIMOSS等一批支持虚拟技术的软件,从使用情况,这些软件大大的丰富了CAD技术的内容和应用范围,然而这些软件非常昂贵,一般超过了我国企业的承受力。 
    国产的软件在近二十年中从无到有、遍地开花,取得了长足发展,但国产软件没有自成体系,还不具备与国外软件抗争的能力。目前主要是对国外优秀软件进行二次开发和应用,其良莠不齐,鱼龙混杂,并且目前集中在表层的绘图功能阶层,有时由于二次开发时所用的平台软件不同,造成了系统内部数据不一致,接口不统一,各个环节之间联系较少,数据信息不能共享,造成资源的大量浪费,从而形成一个个自动化的孤岛。并且大多数只能完成三维世界的可视化。比如对虚拟空间中的穿越与浏览、接触分析、实时仿真、高级可视化和交互功能系统还处于空白。对支持虚拟制造的拟人化的用户界面、基于事件的即时仿真引擎,虚拟外设的硬件接口、虚拟仿真语虚拟加工后工件的模拟显示言与传统的CAD之间的数据转换接口及各种数据库和工具库等等几乎处于空白,还有待于进一步的研究和开发。 

    3 虚拟家具设计与制造研究 
    虚拟家具设计简而言之就是从设计、生产,装配乃至销售的全过程都在计算机虚拟的环境中进行。 
    近几年来计算机技术的广泛应用给人类社会的方方面面带来了巨大的变化。随着PC平台技术的迅速发展,微机的运算能力有了大幅度的提高,普通PC平台上的软件包在很多方面已经达到以前图形工作站的功能,如三维实体造型技术、参数化设计、虚拟现实技术。并且综合成本较低,操作简单易学、使虚拟技术得到了很快的发展。随着全球的网络化,CAD最终走虚拟设计与制造,彻底甩掉图纸,实现无图纸化,在设计、制造与装配之间实现没有误差的柔性化生产技术。 
    我国的家具企业经过短短二十年的发展,目前已以高科技为依托在市场上找到了立足点。随着CAD/CAD技术的广泛应用,大大提高了家具的设计质量和速度,缩短了设计周期,加速了产品的更新换代,从而使家具设计与生产发生了根本性的变革。给家具工业注入了新的血液,为家具工业实现虚拟设计与制造奠定了物质基础。为新纪家具工业发展探索出了—条可持续之路。 
    在家具工业中实现虚拟设计与制造,使家具工业向上有了广阔的发展空间。实现了全球设计与生产资源的共享,使原来一个个独立企业成为地球村中“大企业”的工件的模拟显示一个加工点或设计点,地球村中的消费者可以随时选购或定购自己所需的产品。“大企业”的对策则是根据用户的位置和产品选取最佳的生产加工点。避免了资源重复配置和设备闲置而浪费和企业之间的盲目竞争,真正实现即时化生产。 
    首先,虚拟技术可以用于产品与过程的设计,产品开发成本与风险分析的估算、产品与过程的分析集成、生产营管理决策过程的改善、产品付诸与实际生产之前的生产活动的预验证以及对用户需求变化反应能力的提高等方面。
    其次,虚拟技术可以促进远程协同产品开发的实现。协同技术具有潜在的将分散在计算机网络上制造资源和制造活动予以集成化的能力。从而实现远程协同产品开发。这些集成包括产品生命周期中的各种活动的集成,各种软硬件的集成,现实世界与虚拟世界的集成等等。
    最后,虚拟技术还可以应用于制造企业进行新技术的培训和教育,从而达到提高技能和掌握知识 。

THE END
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