[科普中国]-虚拟产品开发

定义

虚拟产品开发是指在不实际生产产品实物的情况下，利用计算机技术在虚拟状态下构思、设计、制造、测试和分析产品，以有效解决那些反映在时间、成本、质量等诸存在的问题。采用这一技术，工程师可以在计算机上建立产品模型，对模型进行分析，然后改进产品设计方案，用数字模型代替原来的实物原型，进行分析、试验，改进原有的设计。这样常常只需要制作一次最终的实物原型，使新产品开发一次获得成功。进行虚拟产品开发的人员包括从事产品设计、分析、制造、仿真和支持等方面合作人员，他们通过网络联系起来；计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、计算机辅助工程（CAE）、产品数据管理（PDM）、快速原型（RP）、虚拟现实（VR）等技术，以及互联网技术是实施这一技术的强大支撑。1

组成结构分布式虚拟设计/制造的体系结构、开发平台、总体设计；虚拟设计；虚拟分析；虚拟装配；虚拟加工技术；基于物理属性的虚拟实验研究；支持虚拟设计/制造的网络及数据库支撑环境。2

CAD/CAM/CAE/PDM（简称C3P）是实施VPD的强大支持技术，快速原型（RP）、虚拟现实（VR）、Internet（互联网）也都被一些国际上著名的企业作为实施VPD的重要手段。VPD是由从事产品设计、分析、制造、仿真和支持等各合作的各科人员网络所组成。2

技术原理通过网络通讯组建成“虚拟”的产品开发小组，将设计人员、工程师分析专家、供应厂商以及客户联成一体，实现异地合作开发。实施VPD工程师来说，将采取不同的思考方法和完成设计任务的方法。为适应这些变化，对于技术人员和管理人员的培训是非常重要的。

企业通过VPD这种新技术把握住产品开发过程，这样的企业就能对客户的需求变化作出快速灵活的反应，并且完全按照规定的时间、成本和质量要求快速的将产品推向市场。

主要特点数字化虚拟环境下开发的产品是全数字化的产品；产品的开发过程、测试过程、检验过程、制造过程、销售过程等将告别现在的纸制介质，并与数字化产品信息紧密结合；数字化将是虚拟产品开发技术的重要发展方向，基于数字化虚拟产品技术的各个分支将得到全面的发展。3

集成化虚拟产品的集成建模技术、虚拟产品开发系统的集成化、虚拟产品设计、测试和制造的集成化等。3

智能化将人的知识和智能融入到虚拟产品开发技术中，使新产品开发过程实现自动化，将智能化的知识和的数字产品结合起来，使其具有自律、分布、智能、仿生和分形等特点。3

协同化分布式异地协同虚拟开发将是CAD支撑层的重要发展趋势。3

虚拟化虚拟化包括虚拟环境的建立，还包括虚拟环境下产品的表达、虚拟产品装配模型和虚拟产品模型分析，进而发展到产品的虚拟制造(VM)和虚拟企业(VE)等。3

研究进展虚拟产品开发的概念一经提出就受到企业界的广泛关注，一些企业立即着手局部性实施和应用。美国福特汽车公司采用网络并行设计技术设计制造的新型SS1型赛车从开始设计到上道测试仅用了9个月时间；波音公司采用虚拟产品开发技术成功地研制出世界上第一架“无纸客机”——波音777双喷机型，接着又研制出新一代737客机；日本松下公司开发的虚拟厨房设备制造系统可以允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好评价、选择和重组这些设备，这些信息被存储并通过网络送至生产部门进行生产等。此外，还有用于开发新一代计算机芯片、对正在设计的轿车进行虚拟道路测试并评价轿车的道路适应性和驾驶员视野，还有用于齿轮的并行设计和装配、机器人的训练、检测、人机工程分析、维修、安全性和维护性训练等许多工业领域。4

国家863高科技项目中亦安排有基于e-Works平台，建立分布式虚拟设计/制造平台，并在虚拟环境下考察和评价产品的研发工作。4