【正文】 力得到提高。20世紀70年代以來，計算機輔助設計制造（CAD、CAM等）、計算機輔助工藝過程設計（CAPP）等工具和系統得到了開發(fā)和實現。20世紀90年代，虛擬現實技術的發(fā)展促進了虛擬制造（VM， Virtual Manufacturing）、虛擬裝配（VA， Virtual Assembly）的形成和發(fā)展，進而推動了敏捷制造、虛擬企業(yè)等新概念的形成。同時，這也是企業(yè)為了解決TQCSE難題，即最快的上市速度（T， Time to Market）、最好的質量（Q， Quality）、最低的成本（C， Cost）、最優(yōu)的服務（S， Service）及清潔的環(huán)境（E， Environment），重視并行工程（CE， Concurrent Engineering）等各種先進的設計和制造理念的結果。 機械產品的傳統開發(fā)過程一般為：設計試制出原型樣機，然后測試、驗證、并分析它們，工程師設計出產品，往往要經過多次的試制才能成功進入市場，產品開發(fā)時間長，無法在縮短上市時間上去的實質性的突破。發(fā)展趨勢：國外對虛擬裝配技術的研究起步較早，在理論上的研究涉及面廣，且已經有較為廣泛的應用。利用這個系統，設計人員可以在設計工作的初期便可考慮有關裝配和拆卸的問題，從而避免了裝配設計方面的缺陷。Dewar等[4] 提出了虛擬環(huán)境中輔助進行手工裝配的方法，該方法能夠自動記錄操作人員在虛擬環(huán)境中對虛擬部件的裝配動作，還能輔助操作人員自動進行裝配，并且詢問操作人員裝配時的裝配方法，同時生成裝配規(guī)劃。它允許用戶定義工藝約束，自動生成裝配工藝并判斷是否滿足約束條件，還可以按照用戶提供的指標優(yōu)化裝配工藝。Archimedes 已被成功地應用于多家企業(yè)，如NASA、Roc kwell公司、洛克希德德國的Michael eyrich 等人[7]通過調用OpenGL， Inventor，Performer和Vega 庫，實現了面向虛擬制造的“虛擬工作臺”交互環(huán)境。德國的BMW 公司建立了Virtual Process Week體系[8]，利用虛擬技術對汽車裝配流程的合理性加以測試。國內虛擬裝配技術的研究相對較晚，與發(fā)達國家有一定差距。利用該系統可在產品設計階段進行基于三維實體模型的試拆卸仿真，生動直觀地分析、驗證與改善產品的可裝配性，進行產品及其部件的裝配工藝規(guī)劃，生成對實際裝配操作具有指導作用的裝配工藝文件。華中科技大學的姜華博士等人[13] 在Pro/E環(huán)境下，利用其開發(fā)工具Pro/Develop成功開發(fā)了包括裝配序列規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃及裝配過程仿真等功能模塊的虛擬裝配系統。電風扇和空調相比有很多優(yōu)點，它比空調的耗能要小，特別是隨著國際能源短缺和人們節(jié)能觀念的深入，電風扇更受重視。由此可見，電風扇還有很大的發(fā)展空間。當在產品開發(fā)的早期階段應用運動仿真、并且作為設計過程的一個完整部分時，運動仿真可以對產品性能提供寶貴見解，這些見解可以幫助發(fā)現和解決設計問題。PRO/ E 運動仿真模塊位于裝配(Assembly) 模式中，Mechanism 的功能是專門用來處理組件間的運動仿真。在這種情況下產生了虛擬制造技術，而虛擬裝配是虛擬制造技術的一個重要組成部分，是當前裝配設計技術的一種嶄新的思路和方法，具有非常重要的研究價值。 本論文在虛擬現實技術與Pro/E技術相結合的基礎上，以典型機械產品電風扇為研究對象，對虛擬裝配的理論和關鍵技術進行了研究，包括產品的三維建模、裝配約束、干涉檢測及系統優(yōu)化等內容。 北京：清華大學出版社。[12]. 二代龍震工作室編著. Pro/ENGINEER Wildfire 高級設計. 北京：電子工業(yè)出版社[M] .2008年6月第1次印刷。 Physics 27(2005):189193[14]. , , . Virtual reality applications in manufacturing process simulation[J]. Journal of Materials Processing Technology 155156(2004):18341838[15]. Team. CADbased interface programs for fusion neutron transport simulation[J]. Fusion Engineering and Design84(2009):19871992[16]. [J].，14[17]. 黃誠，[J].，34（8）：6265[18]. [J].《電加工與模具》.2010（4）：4749[19]. Collin Vision Techniques in Reverse Engineering[J]. Engineering Design amp。2. 中石油撫順工程建設公司三分公司，遼寧撫順113001 。5) 對電風扇扇葉注射模設計的研究預計解決的難題：運用Pro/E軟件對電風扇的外殼進行三維繪制；電風扇在運動過程中包括自身的旋轉和“搖頭”動作，對其基本運動進行定義；電風扇的扇葉注射模設計時所需要注意的一些問題。本論文利用Pro/E軟件對注塑產品的設計，并進行模具設計。2． 運用CAD軟件對電風扇扇葉模型設計3． 對模具結構進行設計分析并確定最佳方案。三 研究工作條件和基礎1. 掌握并能熟練運用材料力學，塑料模具設計，機械設計、虛擬仿真技術等相關知識。3 運用Pro/E軟件進行繪制模型。5. 指導老師從事了多年的畢業(yè)設計指導工作，有著豐富的實踐經驗和理論知識。南 通 大 學 畢 業(yè) 設 計（論文）題目:基于Pro/E電風扇虛擬裝配與運動仿真 　　　　　　　　 姓 名：　　　　　　　　指導教師：　 　　　　　專 業(yè)：　　　　　　　　XX大學機械工程學院2010年06月摘 要 虛擬技術是全球化趨勢下現代制造業(yè)需求和虛擬現實技術推動的結果[1]。與傳統的裝配設計相比，虛擬裝配技術能滿足并行工程的要求，實現產品可裝配的設計及時發(fā)現產品設計中的問題，提高了裝配質量和裝配效率，降低了裝配成本[2]。論文還對產品設計中虛擬設計方法與傳統設計發(fā)展的差異、優(yōu)越性進行了比對。該方法具有廣闊的應用前景，通過深入研究，該方法還將進一步發(fā)揮潛能，是一種非常有前景的產品虛擬設計方法。電風扇是現實生活中最常用的一種家用電器。另外，電風扇吹風比較自然，開門窗也不受影響，而空調房間都是密閉的，空氣流通差，很容易感染疾病。在電風扇設計中的應用在市場發(fā)展越來越成熟的今天，電風扇產品所涉及的學科和工業(yè)門類眾多，用傳統的設計方法很難達到。綜上所述迫切要求實現電風扇的虛擬制造、虛擬設計、虛擬裝配、運動學仿真、動力學仿真等。20世紀70年代以來，計算機輔助設計制造（CAD、CAM等）、計算機輔助工藝過程設計（CAPP）等工具和系統得到了開發(fā)和實現。20世紀90年代，虛擬現實技術的發(fā)展促進了虛擬制造（VM， Virtual Manufacturing）、虛擬裝配（VA， Virtual Assembly）的形成和發(fā)展，進而推動了敏捷制造、虛擬企業(yè)等新概念的形成[2]。同時，這也是企業(yè)為了解決TQCSE難題，即最快的上市速度（T在現代制造業(yè)中，裝配設計作為產品開發(fā)設計的重要環(huán)節(jié)，它的工作量約占整個產品生產工作量的20%79%，費用占制造總費用的29%30%，時間占整個產品制造時間的40%60%[2]，因此，能否提高裝配效率和裝配質量是關系企業(yè)能否縮短產品開發(fā)時間，甚至能否贏得市場良機的關鍵要素。并且傳統的設計是在圖紙上完成的，只能顯示二維圖，引入三維幾何造型技術后，使設計結果顯示在計算機屏幕上，但不能反映產品的動態(tài)特性，其運動行程、運動方式、運動過程是否可行均無法考察，不能保證設計方案的正確性，因此在虛擬制造中運動仿真也同樣重要。面對市場全球化和激烈的市場競爭，如何才能有效地提高產品質量、降低成本、縮短產品上市時間、搶先占領市場、贏取先期壟斷市場的豐厚利潤，是產品設計部門面臨的一個共同的靠課題。而在市場經濟時代，則是快魚吃慢魚，市場響應快的企業(yè)往往能占得先機，贏得市場。由于設計中的錯誤多數只有在生產、裝配中發(fā)現，返工和廢品增加成本。要解決上述問題，制造業(yè)必須從產品的設計手段和方法研究著手，加強信息技術與傳統產業(yè)的結合，促進傳統產業(yè)的技術升級。為人們實現先進的哲理思想，解決企業(yè)在激烈的市場競爭中面臨的問題提供了技術手段的可能性。本文提出一種基于Pro/ENGINEER平臺的虛擬設計技術對傳統產品的設計開發(fā)方法，以電風扇為典型案例，應用虛擬設計技術，完成三維實體設計，虛擬裝配，機構的運動仿真以及電風扇扇葉注射模的設計。因此，本課題對企業(yè)提高開發(fā)產品的市場競爭力有積極的作用，值得探索和研究。 論文的主要內容 本文利用Pro/ENGINEER對電風扇主要零件進行三維設計，并對其進行虛擬仿真及電風扇外殼的注射模設計。5 對電風扇扇葉的注射模設計 本論文應用到了虛擬建模、虛擬裝配、虛擬仿真分析，運動CAD軟件進行電風扇扇葉注射模設計等內容。我國許多產品的開發(fā)大多數采用的是串行方法，設計試制出原型樣機，然后測試，驗證并分析它們，工程師設計出產品，往往要經過多次反復的試制才能成功進入市場，產品開發(fā)時間長，無法再縮短上市時間上去的實質性的突破。在這種情況下產生了虛擬制造技術，而虛擬裝配是虛擬制造技術的一個重要組成部分，是當前裝配設計技術的一種嶄新的思路和方法，具有非常重要的研究價值。第二章 虛擬裝配與模擬仿真 虛擬裝配 裝配以及虛擬裝配的概念1 裝配的概念 任何一臺機械，都是由許多零件以及部件組成。由于機械的復雜程度不同，零件組合情況不同，在機械裝配中，我們把組成機械的單元進行分區(qū)： 1）零件 是機械組裝的基本單元。在裝配過程中，有的零件具有配合基準，可以保證裝配在其上面的零件具有正確的相對位置，我們稱之為基礎零件。后座可以認為是基礎零件[9]。 3 ）部件和總成 由若干個零件或組件組成，具有結構和作用上的獨立性。組成總成的單元成為部件。2 虛擬裝配的概念虛擬裝配實際上是在計算機上模擬設備的連續(xù)裝配過程如何有效地模擬實際裝配過程是虛擬裝配的目的，設備采用分層裝配是為了更好地模擬裝配的過程。最后以連續(xù)的方式實現虛擬裝配過程。設備中各個運動部件的運動方式是多種多樣的，但總的說主要有直線運動、回轉運動、曲線運動等。因此首先要對各個部件的運動進行分析，然后是其運動的實現[10][11][12]。虛擬裝配需要以下步驟：1 建立產品的三維模型；2 規(guī)劃產品的裝配順序 ；3 規(guī)劃每個產品的裝配路徑；4 對產品的可裝配性進行評價[13]。虛擬制造是新世紀制造業(yè)發(fā)展的重要方向之一，是現實制造過程在計算機上的本質體現。虛擬裝配是虛擬制造的關鍵組成部分之一，他通過計算機對產品裝配過程和裝配結果進行分析和仿真，評價和預測產品模型，做出與裝配相關的工程決策，不需要實際產品作支持。其作用可歸結為如下幾個方面：1 選擇最佳方案，優(yōu)化裝配結構。在虛擬環(huán)境中對不同的裝配方案進行比較，選擇最優(yōu)方案，可以完善裝配系統，保證產品的合格率和優(yōu)質率。采用廉價的數字模型，設計人員可以從設計到生成制造整個過程出發(fā)制定周密的計劃，多方面對產品進行觀察和分析，預見生成和裝配過程中出現的問題，即節(jié)約了制造物理樣機的費用，又減少了材料和產品的庫存。對產品的可裝配性分析是產品可制造型的基礎。4 產品并行設計和VR技術的支持和保障。 虛擬裝配技術國內外的研究動態(tài)及現狀 面向虛擬裝配技術大體上可分作兩個層次[16]。二是基于虛擬現實技術構造虛擬的產品裝配環(huán)境，操作人員有身臨其境的感覺，并能通過視覺、聽覺和觸覺來感知產品的裝配順序和效果。由于虛擬裝配技術有著廣闊的應用前景，國外的政府部門、企業(yè)和大學科研院所從20世紀90年代中前期就開始了對虛擬裝配技術多方位、多層次的研究，并且取得了很多的成果，現在已經進入對虛擬裝配技術深入研究和廣泛應用的階段。國內虛擬裝配研究目前正處于從第二階段想第三階段過渡的狀態(tài)，處于原型系統開發(fā)或部分使用階段。同時，傳統制造業(yè)大都注重規(guī)模效益，新產品的開發(fā)大都局限于已有產品進行局部的改進設計，而設計人員及工人已對產品本身及裝配工藝比較熟悉，一定程度上還是能夠完成產品的設計、試驗生產、裝配驗證最終批量生產的整個過程。第二，裝配過程被局限在“設計制造（裝配）評價”和“事物驗證”的封閉時空模式中[18]。虛擬裝配技術主要的特點歸納如下：以實現可裝配性的全面改善為目的，以實現操作仿真的高度逼真為要點，以實現裝配信息模型的集成化為核心，以全周期裝配環(huán)節(jié)為對象，以裝配多樣化為特色它可以改變傳統裝配中的如下不足： 1 傳統裝配必須等零件全部加工完成之后才能進行裝配； 2 傳統裝配不能體現并行設計思想； 3 傳統裝配一般要反復修改，進行多次試裝配，使得產品周期長，成本高，不能適應當前密接制造的需要。在計算機問世之前，基于物理模型的試驗一般成為“模擬”，它一般附屬于其他相關學科自從計算機特別是數字計算機出現以后，其高速計算能力和巨大的存儲能力使得復雜的數字計算成為可能，數字仿真技術得到蓬勃的發(fā)展，從而使仿真形成一門專門學科——系統仿真學。 仿真技術在產品開發(fā)及制造過程中的應用虛擬制造是實際制造過程在計算機上的本質體現，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在計算機上群協同工作，在計算機上建立產品的三位數字化模型，“在計算機上制造”產生許多“軟”樣機，從而，在設計階段，就可以對所設計的零件甚至整機進行可制造分析，這包括加工過程的工藝分析、鑄造過程的熱力學分析、運動部件的運動學分析以及整機的動力學分析等，甚至包括加工時間、加工費用、加工精度分析等[20]。參數化技術實質上是一種尺寸驅動技術，其原理是當零部件模型中的驅動尺寸產生變換時，零部件模型中相應的形體隨之發(fā)生改變。利用這種方法實現的運動仿真需要建模和裝配技術的