整合虚拟油泥技术的工业设计创新服务平台研究

工作总结 |

时间:

2021-09-01 10:49:16

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zoޛ)j馑kyhf总结了这种服务平台在工业设计领域的优势。

关键词:工业设计;创新服务平台;虚拟油泥;3D打印

1前言

21世纪的制造业正面临着越来越激烈的全球化市场竞争,新经济和网络信息时代的浪潮正冲击着以产品为载体的企业生产经营活动。产品是一切制造企业生产经营活动的主体,新产品设计与开发是这一活动主体的源头,因而产品现代设计方法及相应支持技术就受到制造企业的高度重视。这迫使激烈竞争中的制造企业竟相采用先进的技术手段来开发新产品,而新产品的开发又不断地对开发技术的发展提出新的要求。

2虚拟油泥技术与工业设计

油泥在工业设计领域中是为设计出高级曲面而产生的一种混合造型材料,应用于汽车与飞机等对曲面要求较高的行业,并在其他工业造型外观领域中应用十分广泛。然而随着上世纪70年代后期计算机辅助设计在汽车造型领域的应用,虚拟油泥的概念随之诞生。如今,以虚拟油泥为核心的造型系统已经广泛的应用在奔驰、宝马、大众、迪士尼等多个知名公司中。虚拟油泥技术已越来越扩展到其他新产品开发设计领域。

2.1虚拟油泥技术FreeForm

利用优化算法提取虚拟油泥模型表面三角形网格,该方法可以跳过模型的全空部分处于物体外部和全实部分处于物体内部,直接从位于物体边界的体素中提取表面三角形网格,减少体素模型中材料检查次数,计算速度得到了提高。

美国麻省理工大学以自己研发的力反馈触觉技术结合虚拟油泥技术,由Sensable公司共同研发出一款适合工业造型的虚拟现实造型系统FreeForm。该系统具有以下优势:(1)建模过程虚拟可触,易于学习和掌握。(2)基于虚拟油泥的建模过程造型自由度极高,不同于3Dmax\Rhino等工业造型辅助软件,模型为实体建模。(3)系统的输入与输出数据兼容性强,消除了设计师自由造型与生产工程技术之间的鸿沟。(4)具备CAM模块,提供了拔模分析、抽壳及曲面检测等工具,使得产品造型创新的阻碍大大减少。

2.2虚拟油泥技术FreeForm在工业设计领域的应用

目前,虚拟油泥技术FreeForm系统已经应用于玩具、制鞋、首饰、电动工具等几十个领域,此外,凭借优良的力反馈虚拟现实技术,此系统还应用于文物修复、虚拟手术等多项特殊技术领域。

虚拟油泥技术FreeForm系统的工业设计创意造型过程可分为正向与逆向两类:

2.2.1正向设计

图2所示的是一个实际项目的产品开发过程,设计师将创意灵感草图导入到FreeForm系统中,利用FreeForm提供了Curve(线编辑)、Planes(平面编辑)、Sketch(草绘)、Construct Clay(构建黏土)、Sculpt Clay(雕刻黏土)、Detail Clay(细化黏土)、Deform Clay(变形黏土)、 Select/move Clay(选择移动黏土)、Patches/Solids(曲面建模)、Mold(模具)等工具模块,制作出需要的模型。在完成好的虚拟油泥模型的基础上,使用系统提供的Auto Surface(自动铺面)工具,自动生成曲面文件,然后导出为STEP/IGES格式文件供下游制造。

2.2.2逆向设计

利用已经扫描处理好的.stl三维数据,导入到整合虚拟油泥技术的工业设计创新服务平台,可实现产品改良设计。如图3所示,利用此方法的开发过程,相比传统的RE,速度提高了一倍以上,产品创新程度高。

3整合虚拟油泥技术的创新平台架构

各种高新技术的迅猛发展与推广应用,虽然增加了新产品开发的投入和风险,但同时高技术含量的产品又给制造企业带来了丰厚的回报。整合虚拟油泥技术的创新平台服务平台构想正是在这一战略背景下产生。

3.1平台的技术框架

当今的产品更新换代速度大大加快,新产品研制周期大幅度缩短,各种新的产品设计方法和开发技术应运而生,以信息技术为核心的高新设计支持技术在产品创新设计中的大量应用,推动了设计、制造自动化技术的迅速发展,并在设计方法学、新产品开发流程再造与项目管理、全球化并行协同设计、敏捷化战略联盟、设计支持新技术、数字化虚拟样机开发技术、仿真试验与性能评估技术、逆向工程与快速原型制造等方面取得了重大进展。利用逆向工程技术,在完成制品CAD模型重构的基础上,快速设计出制品的注塑模具。实践证明,恰当的重构方法,可以获得很高的重构模型精度,满足新产品设计的需要。有效地缩短新产品的设计与制造周期,提高产品的竞争能力。

3.2平台的组织框架

以“协同创新”为核心观点,旨在构建是以工业设计知识增值为核心,集成RP/RT/CAE技术的快速设计与快速制造技术,利用网络化实现协同,企业、政府、知识生产机构(大学、研究机构)、中介机构和用户等为了实现区域科技创新转型而开展的大跨度整合的创新组织模式理论模型。

平台以孵化创新为构架理念,将“学、政、企、行”通过工业设计创新平台为纽带,利用网络协同创新和产品数据管理(PDM)信息技术将产品创新设计项目科学、高校的协调管理,最终通过成果交易平台(o2o)第一时间对接社会资本,最大化培育优秀的创新产品。

4优势与不足

(1)整合虚拟油泥FreeForm技术的工业设计创新平台实现了从创意→设计→实现→推广的工业设计全流程服务功能,可以有效的整合创新产品市场需求。

(2)从技术实现的角度,平台实现了从创意到生产的数据无缝对接,减少了在产品创新在开发迭代过程中的造型损失。

(3)以“平台”为连接纽带的“学、政、企、行”协同创新组织,可有效的增加新产品孵化成功率,提升创新成功率。

参考文献:

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[7]李彦.产品创新设计理论及方法[M].北京:科学出版社,2012(3).

本文系课题:面向产品造型专业快速设计与制造创新平台关键技术研究(07031417)。

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