基本介紹
- 中文名：虛擬產品數據
- 外文名：Virtual product data
- 套用：機械製造
面向虛擬製造的產品數據管理系統,虛擬產品開發的產品數據組織體系,虛擬製造與PDM,虛擬產品開發過程,面向虛擬製造的產品數據管理技術,虛擬製造技術研究現狀,PDM技術研究現狀,虛擬製造中PDM的未來發展趨勢,
面向虛擬製造的產品數據管理系統
產品數據管理(Product Data Management，PDM)是虛擬製造信息基砒結構的重要組成部分，是實現虛擬製造的一項重要支撐技術。研究面向虛擬製造的產品數據管理或稱虛擬原型數據管理(Virtual Prototype Data Management，vPDM)具有重要的理論和現實意義。
虛擬產品開發的產品數據組織體系
虛擬產品開發方式生成的產品數字樣機的產品結構樹不僅要反映產品設計階段的構造層次結構，而且還要反映產品的裝配順序，製造部門可以直接根據產品數字樣機進行製造，而不必再去構造新的BOM。如果將零件、部件的加工時間、工位信息等考慮在零、部件的對象模型內部，在產品結構樹再增加一些虛設結點，則採用虛擬產品開發方式產生的產品數字樣機的產品結構樹又可以反映生產流程。所以研究適合虛擬產品開發的產品數據組織體系是切實必要的。
虛擬製造與PDM
PDM在虛擬製造系統中占有重要的地位，可以從三個方面加以闡述。首先，PDM系統是推動傳統製造業向虛擬製造發展的使能引擎。企業面對不斷推出新產品的壓力，新產品開發過程加快，造成需要管理的產品數據以及產生這些數據的過程數據量急劇增加。製造業面臨的挑戰不僅是縮短新產品投入市場所需的時間，而且還包括駕馭變化和滿足顧客特殊要求的能力。因此，製造企業必須在技術管理方法上作出重大變革。其中關鍵之一產品設計和生產過程中生成的大量數據必須具有合理存儲、協調管理及有效重組的能力，因而迫切需要一種能處理大量產品數據並將之轉換成使能信息的系統方法或工具。PDM系統能使企業採用虛擬製造時，以安全的方式存儲、分配、跟蹤、監測和控制產品數據，並使不同的企業或者企業的不同部門能及時獲得完成他們任務所需的信息。
虛擬產品開發過程
產品開發能夠可靠地在計算機內部實施也就是虛擬地實施，是建立在下列各項基礎之上的:利用計算機輔助設計(CAD)進行幾何設計和造型；利用各種計算程式計算各有關參量並將其反饋給CAD；利用虛擬現實(VR)進行產品性能的計算機內部仿真；利用快速原型成形(RP)進行原型製造的計算機內部仿真；利用產品數據管理(PDM)建立並管理計算機內部數據模型和產品模型；利用計算機輔助工藝設計(CAPP)進行虛擬的工藝設計；利用計算機輔助質量管理(CAQ)對全部過程鏈的質量保證起支持作用；利用計算機輔助製造(CAM)將數據傳輸到製造部門；利用生產計畫和控制系統(PPS)進行生產流程的規劃和控制，以及利用通信模組實現各個部分之間的接口。
描述了虛擬產品的開發過程。各個開發人員或功能組按照客戶要求(市場需求)面對同一工作對象(虛擬原型)在計算機網路上並行工作。整個虛擬產品開發組在主管的領導下完成虛擬產品的概念設計，形成產品開發方案；設計人員或功能組完成虛擬產品的功能設計，構成產品的3D實體模型、2D工程圖和裝配模型，並完成性能分析等工作；工藝人員完成產品的工藝設計；生產部門工作人員完成NC指令生成和NC加工動態模擬工作，形成NC代碼可以直接驅動NC設備。整個開發過程在統一管理模式下進行，隨時接受評估並對評估結果作出反映。虛擬產品開發各部門隨時接受客戶提出的要求，同時，客戶也可直接參與開發過程，以對該過程實施有效的監督，保證產品的開發符合自己的需求。每個工作環節相互影響，如3D模型的任何變更都將使其他環節的相應部分自動更改；每個工作部門(或功能組)之間相互關聯而又各自獨立，受工作許可權的約束，並接受虛擬產品開發主管的指令。
面向虛擬製造的產品數據管理技術
針對企業中虛擬製造技術存在的問題以及PDM套用到虛擬製造中的重要性，提出了面向虛擬製造的產品數據管理技術的思想；在關係資料庫系統平台上建立了面向對象的VPDM套用體系結構，該結構組成包括體系支撐層、集成模組管理層、功能模組套用層和用戶界面層，對每個結構模組的特點及其功能進行分析；通過對XML建模技術的特點及其優越性的研究，建立VPDM系統中產品信息模型並以此分析了VPDM信息模型的XML模式；研究BOM視圖類型及其相互關係，採取深度優先遍歷EBOM的方法，實現EBOM向MBOM視圖的動態轉換；通過分析單層BOM與多層BOM的結構優缺點，提出一種複合式的BOM構造方法，並且對複合式BOM結構的實用性進行了分析；研究了一種改進的多級型BOM遍歷算法，與傳統的遞歸查找法、分層查找法相比，該改進算法包含速度快、資源占用低、實用性高的優點，並且通過實例來驗證改進算法在實際套用中的效率；基於VC++開發平台，結合系統的整體架構及各功能模組的研究，開發了面向虛擬製造的產品數據管理系統。
虛擬製造技術研究現狀
虛擬製造技術的出現對製造業的發展有革命性的影響。典型例子有：
(1)虛擬製造技術縮短了產品的開發周期，如Boeing777飛機的研製周期縮短了3年；
(2)擬製造技術減少了製造過程中所需的人力，在繪製CH-53E直升機外形生產輪廓圖形時，需要38名繪圖員進行繪製近6個月的時間，而一名工程師採用虛擬製造技術來繪製RHA-66直升機的生產輪廓，只用了1個月的時間；
(3)虛擬製造技術降低了生產成本，以波音-西科斯基設計的RAH-66直升機為例，通過虛擬仿真技術進行測試僅僅需要4590小時，總計降低了近6.73億美元的成本，收益可觀。虛擬製造技術展現的套用前景已經促使西方國家的研究機構和學者對虛擬製造進行研究與套用。Onosato通過對產品模型和工廠模式進行集成開發了一種虛擬製造系統。
PDM技術研究現狀
由於各種技術都還不成熟，國外科研機構所研究的早期PDM產品的功能有所受限，但隨著社會的進步以及技術的不斷發展，PDM功能更加強大，PDM系統能夠集成各類計算機輔助系統CAX(CAM/CAD/CAPP)，使得與產品相關的所有數據信息在企業的各部門之間流轉起來，數據信息管理得到完善。UGS的IMAN和SDRC的Metaphase兩種產品的開發就是通過企業的CMS系統完成的，該系統就是在虛擬產品開發管理(VPDM)、文檔管理、產品機構管理以及流程控制的基礎上，將MRPⅡ和MIS系統通過接口連線，之後與FMS相結合。二十世紀末期，基於CORBA技術的PDM Enabler草案得到國際OMG組織認可，PC開發的Windchill就是通過CORBA和JAVA技術。PDM系統的研究主要基於網路化模式，例如面向服務的計算或J2EE架構、COM+DCOM/.NET技術、WEB技術、結合WEB與CORBA的技術。Domazet以面向對象的資料庫技術和STEP技術為基礎建立了SMF框架，通過集成PDM系統來與不同地域的企業協作人員共享產品數據信息。在虛擬產品開發過程中的建模技術上，有文獻研究傾向於採用基於Petri網及其變種的方法。在PDM系統的集成性和可擴展性方面，占有絕對優勢的是國外商業軟體，PTC的Windchill PDMLink是建立在網路技術之上的系統，它能夠與很多企業套用軟體(AutoCAD，CADDS，SolidWorks，CATIAV5，CTIAV4，Pro/ENGINEER，I-DEAS，Inventor，Unigraphics)進行集成。
虛擬製造中PDM的未來發展趨勢
隨著技術的不斷進步，虛擬製造業未來的發展趨勢是將先進的產品數據管理技術套用於虛擬產品的開發管理(VPDM)，建立一個與產品信息相關的數位化模型，在產品的虛擬設計、虛擬製造、虛擬開發過程中，企業的不同部門會隨時對模型進行觀察、分析以及修改，滿足產品開發過程的設計、分析、製造、檢測和銷售的要求。VPDM作為最有發展前景的產品數據管理系統，將集合DMU(電子樣機技術)、3D-CAD、PDM、Web等技術於一身，並且與先進的套用軟體系統集成起來，安全、合理、有效的管理產品全生命周期內的所有數據信息，從而使企業的產品革新能力大大提高。產品在設計期內具有很高的靈活性和不可預測性的特點，這導致產品數據會發生不斷的變化，VPDM可以輕鬆解決這一問題，同時它還具有強大的存儲和傳遞功能，使得產品數據信息狀態發生轉變，即由各個階段的不連續狀態轉化成為連續狀態。
