浅议虚拟设计技术

juelian08 · 发表于 2009-7-15 16:00:12

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Virtual design是名副其实的舶来品，中文翻译为虚拟设计。在牛津大辞典上，对virtual一词的第一解释是essential（本质的），暗含“非真实存在但揭示事物的本质”的意思。
到了网络时代，virtual则被用来形容由计算机网络催生的一系列新鲜事物，于是有了各种“虚拟”：虚拟对话（virtual conversation）、虚拟社区（virtual community）、虚拟图书馆（virtual library），甚至那款著名的网络游戏也被翻译成《虚拟人生》。
虚拟无处不在。尤其在产品的设计开发领域，各家更是纷纷提出概念：数字化样机、电子样机、虚拟样机、数字装配、虚拟产品开发等等。雾里看花，谁能借我们一双慧眼，帮我们辨识这其中奥妙？

纷繁概念中的辩异
1. DMU(Digital Mock-up)
DMU(Digital Mock-up)诞生在90年代CAE初步成熟，三维CAD已经开始成熟应用的时期，对两者结合后的应用进行预期，诞生了DMU。DMU特指在三维CAD环境下，对复杂产品的装配模型进行浏览、可视化和装配模拟的相关技术。因此，DMU实际上应该翻译为：数字化装配模拟技术。
2. DP（Digital Prototyping）
DP（Digital Prototyping）是成熟三维CAD技术与主流普及CAE解决方案的融合，是一种产品开发方法。通过模拟、分析和可视化，基于单一的产品三维数字模型，在概念设计、结构设计、电气设计、产品设计数据管理甚至市场宣传的过程中，创造、检验、优化和管理设计。通过部署数字化样机，企业可以在生产前检验产品性能，优化设计方案，减少对物理样机的依赖，从而提高设计效率，有效控制成本，加速产品创新与上市速度。由于欧特克产品的广泛性，其数字化样机解决方案（Digital Prototyping）在概念设计、功能设计方面有明显优势。
市场调查机构阿伯丁（Aberdeen Group）与260家主流CAD、PLM厂商共同完成了一项研究，表明使用Digital Prototyping技术，不仅能够大大减少实物样机的制作数量，从而降低成本，而且可以提高产品研发效率，缩短产品上市周期，降低产品研发的风险，是研发的产品更加适应市场需求。与平均水平的制造商相比，一流制造商使用Digital Prototyping，所制造的物理样机数量较前者减少一半，产品面市时间提前58天，样机制造成本降低48%，并最终推动了更多产品创新。
3. FDP（Functional Digital Prototyping）
FDP（Functional Digital Prototyping）是基于成熟的三维CAD系统，并依托全领域、专业细分的各类CAE解决方案（力热磁声光电等），以虚拟仿真、分析为核心的解决方案体系。相比DP，FDP在物理场的描述和优化方面，更为完善、专业。
4. VPD(Virtual Product Development)
VPD(Virtual Product Development)则是在融合了上述所有技术的基础上，结合PDM和SDM（仿真分析数据管理）技术，针对企业整体研发流程的解决方案体系。
VPD是技术与管理的融合，是建立在研发全流程充足的基础之上的。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，以及广泛应用网络技术、计算机技术、信息技术、集成技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法，可以显著地提高设计质量、降低产品开发成本，极大地提高企业的创新能力、竞争能力和经济效益。
具体说来就是在建造第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立产品系统的数字化模型，进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。
虚拟设计技术的实质
各类虚拟设计技术的实质和目的无非是利用计算机技术，构建产品的三维几何模型，并赋予模型多种物理及场属性，包括静态和动态属性，使其具备模拟、仿真物理样机的能力，允许用户在计算机虚拟环境下，完成原本在物理样机基础上才能完成的试验、优化设计进等工作，从而达到改善设计体验、提高设计质量、降低研发成本、缩短研发周期等目的，最终影响产品的市场表现，提高客户满意度。
而各类虚拟设计技术的关键支支撑技术包括：以三维CAD为代表的建模技术、以CAE/FEA等仿真分析技术、以数值模拟和系统模拟技术和虚拟系统，如VR系统、可视化系统、虚拟交互系统等。
虚拟设计对工艺、生产环节的渗透和扩展进而产生了虚拟制造、数字化制造等技术的诞生。