淺談虛擬樣機(jī)技術(shù)

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1、虛擬樣機(jī)技術(shù)及應(yīng)用（課程考試）題目:淺談虛擬樣機(jī)和虛擬樣機(jī)技術(shù)學(xué)生:　　　陳川　　　　班級:　　機(jī)制1001班　　　學(xué)號:　2010200626　　指導(dǎo)教師:王春光淺談虛擬樣機(jī)和虛擬樣機(jī)技術(shù)一虛擬樣機(jī)產(chǎn)生的背景進(jìn)入21世紀(jì),科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn),社會發(fā)展日新月異。人們對個性化產(chǎn)品的需求越來越迫切,對產(chǎn)品性能的要求也越來越高,全球化經(jīng)濟(jì)已明顯地呈現(xiàn)出買方市場的特點。由于這一變化,導(dǎo)致市場競爭日趨激烈,而競爭的核心則主要體現(xiàn)在產(chǎn)品創(chuàng)新上,體現(xiàn)在對客戶的響應(yīng)速度和響應(yīng)品質(zhì)上。傳統(tǒng)的物理樣機(jī)在產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)中,在開發(fā)周期、開發(fā)成本、產(chǎn)品品質(zhì)等方面已越來越不能滿足市場需求,虛擬

2、樣機(jī)技術(shù)正是在這一市場需求的驅(qū)動下產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計模式通常采取的是一種設(shè)計→制造→試驗→改進(jìn)→設(shè)計的串行設(shè)計模式，盡管在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采用CAD、CAE等軟件，但由于不同學(xué)科軟件相對獨立性，產(chǎn)品的性能指標(biāo)往往是通過大量的試驗來確定特征參數(shù)。而且降低了產(chǎn)品的總體性能，使產(chǎn)品研發(fā)周期長、效率低。如在傳統(tǒng)的印刷機(jī)械設(shè)計工作過程中，都是由工程師先根據(jù)機(jī)器功能改進(jìn)的需要，進(jìn)行理論選型，然后計算結(jié)果，畫出機(jī)械零件圖、部件圖和裝配圖，再交給車間進(jìn)行試制。待樣品出來以后，對樣品進(jìn)行運轉(zhuǎn)測試，把測試到的實際結(jié)果與設(shè)計前的理論構(gòu)想進(jìn)行比對，尋找差異產(chǎn)生的原因，再重新進(jìn)行設(shè)計上的修

3、改，直到樣品滿足改進(jìn)的需要。這種設(shè)計過程，需要的周期長，樣品試制費用高，往往不能滿足市場對新機(jī)器換代及時性的要求，帶來了人力物力的巨大浪費。為了改變這些現(xiàn)象，提高產(chǎn)品的性能，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，各行各業(yè)都在不斷地創(chuàng)新，開發(fā)新的技術(shù)。這樣通過不斷地創(chuàng)新、改進(jìn)，近年來終于找到了解決這些缺點的方法，并提出了虛擬樣機(jī)技術(shù)。二什么是虛擬樣機(jī)虛擬樣機(jī)是建立在計算機(jī)上的原型系統(tǒng)或子系統(tǒng)模型，它在一定程度上具有與物理樣機(jī)相當(dāng)?shù)墓δ苷鎸嵍?。虛擬樣機(jī)是一種計算機(jī)模型，它能夠反映實際產(chǎn)品的特性，包括外觀、空間關(guān)系以及運動學(xué)和動力學(xué)特性。利用這項技術(shù)，設(shè)計師可以在計算機(jī)上建立機(jī)械

4、系統(tǒng)模型，然后以三維可視化處理，模擬在真實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性并根據(jù)仿真結(jié)果精簡和優(yōu)化系統(tǒng)。虛擬樣機(jī)被美國國防部建模和仿真辦公室(DMSO)定義為對一個與物理原型具有功能相似性的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)模型進(jìn)行的基于計算機(jī)的仿真；而虛擬樣機(jī)則是使用虛擬樣機(jī)來代替物理樣機(jī)，對候選設(shè)計方案的某一方面的特性進(jìn)行仿真測試和評估的過程。虛擬樣機(jī)的概念與集成化產(chǎn)品和加工過程開發(fā)(IntegratedProductandProcessDevelopment,簡稱IPPD)是分不開的。IPPD是一個管理過程，這個過程將產(chǎn)品概念開發(fā)到生產(chǎn)支持的所有活動集成在一起，對產(chǎn)品及其制造和支持過

5、程進(jìn)行優(yōu)化，以滿足性能和費用目標(biāo)。IPPD的核心是虛擬樣機(jī)，而虛擬樣機(jī)技術(shù)必須依賴IPPD才能實現(xiàn)。復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品往往是由一個群體共同完成的，包括產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售、維護(hù)管理直至用戶等各類人員。協(xié)同設(shè)計方法是CSCW在CAD領(lǐng)域的應(yīng)用，它可消除空間的限制，使不同地區(qū)的設(shè)計人員不用離開辦公室就可以互相通訊、共同討論、協(xié)同工作。協(xié)同設(shè)計方法的特點是群體性、動態(tài)性、并行性、異地性、異時行。虛擬樣機(jī)是一種數(shù)字產(chǎn)品模型，具有它所代表的各種性能和特征，虛擬樣機(jī)在投入生產(chǎn)甚至詳細(xì)設(shè)計以前已經(jīng)存在具有明確的可視性，可同時進(jìn)行協(xié)作設(shè)計和生產(chǎn)。三虛擬樣機(jī)技術(shù)虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是工

6、程設(shè)計技術(shù)、建模/仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實/VR技術(shù)。虛擬樣機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，主要包括五個方面：即幾何建模、多物理場仿真、系統(tǒng)動力學(xué)仿真、控制系統(tǒng)仿真和樣機(jī)測試。虛擬樣機(jī)技術(shù)是將CAD建模技術(shù)、計算機(jī)支持的協(xié)同工作(CSCW)技術(shù)、用戶界面設(shè)計、基于知識的推理技術(shù)、設(shè)計過程管理和文檔化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)集成起來，形成一個基于計算機(jī)、桌面化的分布式環(huán)境以支持產(chǎn)品設(shè)計過程中的并行工程方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程弊端的高新技術(shù)。在該技術(shù)中，工程設(shè)計人員可以直接利用CAD系統(tǒng)所提供的各種零部件的物理信息及其幾何信息，在計

7、算機(jī)上定義零部件問的約束關(guān)系并對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配，從而獲得機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運動，并對其在各種工況下的運動和受力情況進(jìn)行仿真分析，觀測并試驗各組成部分的相互運動情況。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)可方便地修改設(shè)計缺陷，仿真試驗不同的設(shè)計方案，對整個系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直到獲得最優(yōu)設(shè)計方案以后，再制造物理樣機(jī)。虛擬樣機(jī)技術(shù)可使產(chǎn)品設(shè)計人員在各種虛擬環(huán)境中真實模擬產(chǎn)品整體的運動及受力情況，快速分析多種設(shè)計方案，進(jìn)行對物理樣機(jī)而言難以進(jìn)行或根本無法進(jìn)行的試驗，直到獲得系統(tǒng)的最佳設(shè)計方案為止。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用貫穿于整個設(shè)計過程中，它

8、可用在概念