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数字化仿真 jjfa6

1、全机数字化交互式仿真验证技术发展历程

        进入90年代,迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配,使得基于大型数据集合的声音和图象的实时动画制作成为可能;人机交互系统的设计不断创新,新颖、实用的输入输出设备不断地进入市场。而这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基础。例如1993年的11月,宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作,而用虚拟现实技术设计波音777获得成功,是近年来引起科技界瞩目的又一件工作。可以看出,正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域,如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、教育与培训、信息可视化以及远程通讯等,人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与兴趣。

2、全机数字化交互式仿真验证技术的主要特征

1)沉浸感,是指当实验者处于虚拟现实技术产生的三维环境中,有着在真实世界一样的身临其境的感觉。
2)交互性,是指实验者即使处在虚拟现实技术所产生的虚拟环境中,也能像在真实客观世界中一样,进行多感知的交互。
3)构想,虚拟现实技术可以使实验者通过沉浸在虚拟环境中进行的交互活动,获取新的知识,并且通过深化概念和产生联想, 使实验者得到感性和理性认识, 从而得到启发人的创造性思维。

3、全机数字化交互式仿真验证技术的应用层次

    自1963 年蕴涵虚拟现实技术思想的诞生至今,已经经历了思想建立、萌芽阶段、概念和理论产生、实际应用四个阶段。目前,基于数字样机的虚拟现实技术的应用已经相对普及,针对制造领域的特点,可将目前已有的应用模式划分为三个层次:
    第一层次,基于虚拟现实技术的产品展示与体验:该层次主要侧重于在虚拟的沉浸式环境中对产品的几何形状、材质、环境等进行展示,参与者可感受到接近真实的视觉体验,是虚拟现实技术最简单的应用模式,如场景漫游等;
    第二层次,基于几何虚拟样机模型的初步交互式应用:该层次主要侧重于基于几何模型的交互式应用过程,参与者可在沉浸式环境中实现测量、剖切、标记、干涉检查等初步应用,同时可基于环境模型、人体模型等进行可视性、可达性验证及生产过程验证等应用,这一层次是目前比较广泛的应用模式;
    第三层次,基于工程虚拟样机模型的综合交互式应用:该层次是虚拟现实技术在制造业领域的较高层次应用,工程虚拟样机模型除包含了几何模型及零部件属性信息外,还将涵盖物理特性、仿真分析结果等更丰富的零部件信息资源,用于实现多学科综合分析、基于虚拟实验更真实工况下的综合性评估等。
    目前,第一个层次与第二个层次的应用已比较普及,第三个层次的应用模式目前还属于前沿技术,其主要受到软件系统现有技术条件的制约。而随着集成产品研发模式的不断推进,虚拟分析试验技术的不断丰富,计算机科技的飞速发展和虚拟现实技术理论的不断完善,基于全信息工程的全机数字化交互式仿真验证技术应用模式必将很快得到广泛的应用。这种应用模式必将成为企业集成产品开发团队的重要协调沟通技术手段,其相应的数字化虚拟装配系统也必将成为对于“产品及工艺设计过程”与“分析仿真及实验验证过程”中所涉及的多学科数据进行综合展示与评估的理想平台。

4、全机数字化交互式仿真验证技术应用特点分析

    以工程虚拟样机模型为基础的综合性虚拟现实应用系统,是全机数字化交互式仿真验证技术体系中重要的、不可缺少的组成部分。其应用范畴可涵盖产品的设计、工艺、分析试验、加工、装配,甚至产品后期的销售、维护维修、保障等全生命周期的各个环节。这种应用模式将通过对产品及环境等的更接近真实工况的模拟,形成一个高度仿真的可视化的虚拟现实环境。这种应用模式将以专业的虚拟软件平台为核心,借助较高性能的硬件设备的支撑,通过人机交互输入、多通道立体显示等多种方式,实现对工程虚拟样机模型的最接近真实的模拟,涵盖了几何模型、物理属性、仿真分析结果、现场环境等全面的产品信息资源,以增强通过数字样机进行各类综合规划、评价、协调、决策的能力。
    全机数字化交互式仿真验证技术将逐步或大部分代替实物样机,完成产品的结构功能展示、性能仿真、测试和评估、人机工效分析、辅助决策等多种实际应用。设计人员、工艺人员乃至安装维护人员及用户等,均可在实物样机制造之前就能够掌握产品的综合性能和可能存在的问题,提出设计变更和设计反馈,使数字样机技术良好的融入到产品全生命周期的整个过程中,从而减少设计错误、修改频次,缩短实际产品的设计与制造周期,减少实物试验验证及开模成本,以降低研究成本、提高产品质量、提高对市场的快速响应及快速应变能力。随着信息技术和网络技术的飞速发展,沉浸式数字样机已经广泛应用于航空航天以及汽车行业。
    通过全机数字化交互式仿真验证技术,在PDM的基础上,实现1:1的虚拟原型,在此基础上可以实现虚拟设计技术、虚拟维修技术、虚拟装配技术以及虚拟制造技术,可以极大地缩短设计周期,减少实物样机。


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