基于虚拟样机技术的虚拟三坐标测量机研究

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1、东北大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1・1虚拟样机的特点、发展现状及应用1・1・1虚拟样机的定义及特点虚菽样机技术是一门综合多学科的技术。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界恿技木，将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一个全新的研发机械产品的设计方法…。它通过设计中的反馈信息不断地指导设计，保证产品寻优过程的顺利进行。同传统的基于物理样机的设计方法相比，虚拟样机的设计方法具有以下特点：1.全新的研发模式。传统的研发方法从设计到生产是

2、一个串行过程，这种方法存在很多弊端。而虚拟样机技术真正地实现了系统角度的产品优化，它基于并行工程(ConcurrentEngineering)，使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案。确定影响性能的敏感参数，并通过可视化技术设计产品、预测产品在真实工况下的特征以及所具有的响应，直至获得最优工作性能。2・更低的研发成木、更短的研发周期、更高的产品质量。采用虚拟样机设计方法有助于摆脱对物理样机的依赖。通过计算机技术建立产品的数字化模型(即虚拟样机)，可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试

3、验(成本和吋间条件不允许)，从而无须制造及试验物理样枫就可以获得最优方案，因此不但减少了物理样机的数量，而且缩短了研发周期、提高了产品质量。3・实现动态联盟的重要手段。目前世界范围内广泛接受了动态联盟(VirtuatCompany)的概念。即为了适应快速变化的全球市场，克服单个企业资源的局限性，岀现了在一定吋间内通过Internet(或Intranet)1临i时缔结成的一种虚拟企业。为实现并行设计和制造，参加企业之间产品信息的皱捷交流尤其显得重要，而虚拟样机是一种数字化模型，通缰潔筒沸畔iii哂写松

4、炯佟7.蠢K笆领奶氐悖苟说幕瞳哂懈叨鹊牟⑫行浴?根据以上定义和特点可知虚拟样机有以下要点小；(1)对于指定需要虚拟的样机功能应当明确定义并逼真仿真：东北大学硕士学位论文第一章绪论(2)它是舖分的仿真，不能要求对期望系统的全部功能进行仿真：(3)使用虚拟样机的仿真缺乏物理水平的真实功能；(4)虚拟样机就是在设计的现阶段，根据已经有的细节，通过仿真期望系统的响应来做出必要判断的过程。同物理样机相比，虚拟样机的一个本质的不同点就是能够在设计的最初阶段就构筑起来，远远先于设计的定型。1・1・2虚拟样机技术研

5、究的概况和水平虚拟样机技术将建模和仿真扩展到新产品研制开发的全过程，它以计算机支持的协同工作(CSCW)为底层技术基础，通过支持协同工作、CAD/CAM建模仿真、效能分析、计算可视化、虚拟现实的计算机工具，将各个集成化产品小组(IPT)的设计、分析人员联系在一起，共同完成新产品的概念探讨、运作分析、初步设计、详干杓啤15•芍圃煨苑治觥(⑵芷拦馈⑸苹蜕芾淼裙2；鳌9麻工们榭霰碧錫槟样机技术可以降低25%的产品研制费用，并可缩短产品研制周期。表I・1虚拟样机技术分类TableI・1VirtuaIProt

6、otypingtechnologyclassify虚拟样机大体上可以划分为两个层次上的技术。1;一是直接与产品设计小组用户交互并为其提供各项服务功能的顶层服务技术：二是隐匿在顶层服务界面之后、用于支撑齐项服务功能和交互功能的底层支持技术，如表1・1所示。虚拟样机的顶层服务技术主要包括集成、交互、应用和数据生成技术。虚拟样机的底层支持技术包括产品和过程数据库、对象管理和信息共享、计算与网络技术。目前，虚拟样机技术已经广泛地应用在各个领域星：汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业。所

7、涉及到的产品从庞大的卡车到照相机的快门，天上的火箭到轮船的锚机。在各个领域里，针对各种产品，虚拟样机技术都为用户节省了开支、时间并提供了满意的设计方案。国外虚拟样机技术的商品化过程早已完成。国外虚拟样机相关的软件化过程已经完成，较有影响的有美国机械动力公司（Mechanica1DynamicsInc・）的ADAMS,CADSI的DADS,德国航天局的SIMPACK,其它还有WorkingModel,Flow3D,IDEAS,Phoenics,东北大学硕士学位论文第一章绪论ANSYS,Pamcrash

8、等等。而在国内，虚拟样机技术的应用研究才刚刚开始，目前，只有一些大学和科研院所在进行这一方面的工作。实施这项技术的关键就是如何开发出可信度高的数字化模型（即虚拟样机），如何等效简化实际工况进行虚拟试验，并在设计阶段就能完全预测评价产品的各项性能。随着研究工作的不断深入和相关技术的进一步发展，虚拟样机技术将得到进一步的发展和应用。1・1・3虚拟样机的应用虚拟样机技术在一些较发达国家，如美国、德国、日本等已得到广泛的应用，应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业