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在分析傳統模具產(chǎn)品設計中存在問(wèn)題的基礎上，利用塑料模具虛擬產(chǎn)品設計與制造的研究 虛擬現實(shí)和虛擬原型技術(shù)及理論，進(jìn)行模具虛擬產(chǎn)品設計，提出應用WTK虛擬環(huán)境開(kāi)發(fā)程序，實(shí)現與CAD的集成和數據共享，極大地提高模具企業(yè)加入WTO后新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的市場(chǎng)競爭力。

一、引 言

隨著(zhù)經(jīng)濟全球化及市場(chǎng)競爭的日益激烈，塑料模具產(chǎn)品設計正面臨嚴峻考驗。模具企業(yè)必須利用最新的技術(shù)，在最短的時(shí)間內開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量、低成本、高附加值的塑膠原料產(chǎn)品，以最快的速度響應和投放市場(chǎng)。這就需要改變傳統模具產(chǎn)品設計方式，采用現代產(chǎn)品設計技術(shù)，塑料模具現代產(chǎn)品設計技術(shù)是基于知識的設計，它要綜合利用現代管理、控制、系統工程、仿真、信息建模、人工智能、數據庫以及網(wǎng)絡(luò )通訊等技術(shù)，將模具產(chǎn)品設計過(guò)程中的信息流有機集成，并模擬出模具產(chǎn)品未來(lái)的性能，以及模具制造全過(guò)程對模具產(chǎn)品設計的影響，從而做出正確的決策與設計方案。

塑料模具產(chǎn)品制造是典型的單件小批量、離散型生產(chǎn)。傳統模具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)從設計、試制到產(chǎn)品上市周期太長(cháng)，設計過(guò)程中難以與用戶(hù)進(jìn)行交流，難以及時(shí)聽(tīng)取用戶(hù)的意見(jiàn)，難以考慮可制造性和可裝配性，很難全面考慮安全、維護等方面的要求，不能綜合考慮生產(chǎn)、時(shí)間以及費用等相互制約條件的限制，更談不上考慮整個(gè)模具產(chǎn)品壽命周期的諸多問(wèn)題。應用CAD技術(shù)必須在模具產(chǎn)品圖紙全部出來(lái)之后，才能與用戶(hù)進(jìn)行交流。此外，圖紙上的模具產(chǎn)品因缺乏直觀(guān)性，有時(shí)模具產(chǎn)品制造之后才能發(fā)現諸多問(wèn)題，造成模具產(chǎn)品不能符合用戶(hù)的要求，既影響交貨期，又增加成本，有時(shí)甚至影響客戶(hù)關(guān)系及市場(chǎng)占有率。

二、模具虛擬產(chǎn)品設計與制造概念的提出

虛擬現實(shí)技術(shù)集成了計算機圖形學(xué)、多媒體、人工智能、網(wǎng)絡(luò )、多傳感器、并行處理等技術(shù)的最新研究成果。實(shí)時(shí)的三維空間表現力、人機交互的操作環(huán)境能給人帶來(lái)身臨其境的感受。隨著(zhù)際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，虛擬現實(shí)技術(shù)必將成為現代產(chǎn)品設計技術(shù)的主流和標準。模具虛擬產(chǎn)品設計技術(shù)是虛擬現實(shí)技術(shù)在模具產(chǎn)品制造中的應用或實(shí)現。它是模具現實(shí)設計環(huán)境和制造環(huán)境的計算機內部映射，是虛擬制造的重要內容。模具虛擬制造是以仿真技術(shù)、虛擬現實(shí)技術(shù)等為支撐，對模具設計、加工、裝配、維護經(jīng)過(guò)統一建模形成虛擬的環(huán)境、虛擬的過(guò)程、虛擬的產(chǎn)品。

三、模具虛擬產(chǎn)品現實(shí)系統的構造

1.構造模具虛擬產(chǎn)品現實(shí)系統框架

軟件方面包括造型、視覺(jué)仿真、對象控制、音頻空間化和連網(wǎng)軟件。造型軟件用來(lái)定義虛擬的環(huán)境，即物理及行為特征。視覺(jué)仿真軟件對虛擬的環(huán)境作實(shí)時(shí)渲染。對象控制是用來(lái)控制對象狀態(tài)以及虛擬的環(huán)境交互的軟件框架。音頻空間化軟件是根據三維虛擬環(huán)境產(chǎn)生聲源的工具，可以放在與用戶(hù)在真實(shí)空間相對應的位置的軟件。

軟件方面采用三維虛擬現實(shí)開(kāi)發(fā)軟件WTK,其功能強大，支持各種虛擬現實(shí)輸入、輸出工具設備，從最簡(jiǎn)單的鼠標到6個(gè)自由度的輸入設備，從計算機顯示器到具有位置跟蹤的頭戴式立體顯示器，用戶(hù)可以在短期內建立起實(shí)時(shí)的三維圖形應用系統。

硬件方面包括計算機圖形系統、顯示器、位置/方向跟蹤器、三維(六維)輸入裝置和立體發(fā)生器。計算機圖形系統具有實(shí)時(shí)視覺(jué)仿真;位置/方向跟蹤器具有當信息輸入到應用程序時(shí)，用來(lái)跟蹤頭部、手、工具的位置及方向的功能;三維(六維)輸入裝置使用戶(hù)可以與應用程序或虛擬空間中的對象進(jìn)行交互。

2.模具虛擬產(chǎn)品系統具體實(shí)現技術(shù)路線(xiàn)

利用WTK良好的面向對象虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境，建立模具虛擬產(chǎn)品設備實(shí)例、顯示設置、碰撞檢測、裝載文件幾何對象、動(dòng)態(tài)生成幾何對象、規定對象行為及控制渲染等。以上功能由表及里1000多C語(yǔ)言函數、20多個(gè)類(lèi)完成。在Windows系統VC ++環(huán)境下，利用WTK及圖形庫進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從較低層次控制虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境的創(chuàng )建，在WTK R9中通過(guò)Wtvrm12. dll調用虛擬現實(shí)造型語(yǔ)言VRML2，從而實(shí)現高層次與ObjectARX的集成開(kāi)發(fā)創(chuàng )建。函數調用方法:Wtobject -type -founction -to -do。用add來(lái)加入仿真循環(huán);用Wtse ns or -new(…來(lái)建立傳感器;用“unive rse管理仿真; u-niverse”中包括產(chǎn)品幾何對象和傳感器對象。產(chǎn)品幾何對象采用CAD系統建模，并將對象用DXF或WTK文件存儲。利用WTK提供“viewpofnt”對象，允許用戶(hù)設定一些產(chǎn)品觀(guān)察參數，進(jìn)行多視點(diǎn)觀(guān)察虛擬場(chǎng)景，利用跟蹤傳感器動(dòng)態(tài)改變視點(diǎn)。

3. WrK虛擬環(huán)境下VRMI與CAD集成

三維CAD設計模具產(chǎn)品時(shí)，可以將模具產(chǎn)品的三維圖形直接轉換成VRML2.0格式。設計人員只要將組成模具產(chǎn)品的各個(gè)部分通過(guò)VRML語(yǔ)句有機地連接在一起，就可以完成模具產(chǎn)品的交互式三維圖形程序設計。在目前的CAD系統基礎上，將CAD數據模型轉換為虛擬場(chǎng)景，保存為VRML格式，實(shí)現場(chǎng)景編輯的可視化，可從任意角度觀(guān)察模具產(chǎn)品的設計效果。并允許設計者修改位置發(fā)生干涉、安裝部位的結構不滿(mǎn)足要求的模具部件。VRML2. 0可以描述模具三維體的形狀、力學(xué)性能以及聲音等，通過(guò)對虛擬模具的凸、凹模等主要部件特性的定義，可進(jìn)行應力、應變、強度及剛度分析計算，使計算結果可視化。在虛擬環(huán)境中，通過(guò)對計算值的動(dòng)態(tài)顯示，使設計者不斷修改、完善設計參數，進(jìn)而提高設計質(zhì)量。

四、結束語(yǔ)

在模具產(chǎn)品設計中應用WTK虛擬現實(shí)軟件環(huán)境，借助VRML語(yǔ)言進(jìn)行虛擬模具產(chǎn)品設計，是設計模式的二次革命。當然，模具虛擬產(chǎn)品設計與制造的研究還是起步階段，把虛擬現實(shí)環(huán)境與CAD系統相結合，代表著(zhù)未來(lái)模具新產(chǎn)品設計開(kāi)發(fā)的發(fā)展方向。
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