浅谈虚拟样机技术及其建模与仿真.doc

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1、浅谈虚拟样机技术及其建模与仿真摘要虚拟样机技术以计算机技术为依托，综合多学科技术为产品全生命周期的设计和评估提供技术支持。设计者可在虚拟环境中实现产品设计和产品特性分析，使Z能够快速响应市场要求，从而打破传统的设计方式，缩短了设计时间，节约了设计资本。本文主要介绍建模与仿真涉及的机械、控制以及协同仿真领域，从单个学科领域的建模到多个领域的协同建模以及最后的协同仿真所需要的方法以及实现的过程。关键词虚拟样机建模仿真中图分类号：TP391.9文献标识码：AOntheVirtualPrototypeTechnologyanditsModelingandSimula

2、tionHUANGDi(HuazhongUniversityofScienceandTechnologyWenhuaCollege,Wuhan,Hubei430074)AbstractVirtualprototypingtechnologytocomputertechnologyasthebasis,acomprehensivemulti~disciplinarytechnologytoprovidetechnicalsupportforthedesignandevaluationoftheproductlifecycle.Designerscanachie

3、veproductdesignandproductcharacterizationinavirtualenvirornnent,sothatitcanrespondquicklytomarketrequirements,thusbreakingthetraditionaldesignapproach,shortendesigntime,savingdesigncapital.Thispaperdescribesthemachineryinvolvedinmodelingandsimulation,control,andco-siniulationareas,

4、collaborativemodelingandSimulationmethodsneededforthefinalcollaborativemodelingfromsingletomultipledisciplinesandareasoftheimplementationprocess.Keywordsvirtualprototype；modeling；simulation0引言由于现代科学技术的发展，机电一体化产品的开发经历了串、并行开发，到基于虚拟样机的开发过程。而开发过程中解决多领域协同设计的有效途径就涉及到了虚拟样机技术。它的设计开发涉及机械、可视

5、化、协同仿真、数据库等多个学科领域，它提供一种加快机电一体化产品设计进程新的技术方法和支持环境。1虚拟样机技术的概述1.1虚拟样机技术的定义虚拟样机是在CAD/CAM/CAE和物理样机皋础上发展起来的，它包含有所有产品的关键特征。它是以一定关系模拟一个动态系统，在一个或多个领域模型上，依赖不同子系统的集成，采用计算机辅助的方法，以达到认识现实或辅助设计的冃的。1.2虚拟样机技术的优势和局限性在机电一体化产品的设计中，若采用实物验证的方法的传统机电产品设计。首先是对产品进行局部设计，加工出物理样机，再进行调试，再对其各种行为进行评估。若不满足使用要求则选择返回

6、修改设计，然后再加工出新的样机，如此反复评估直至满足所需要求为止。虚拟样机技术应用在机电产品的开发设计过程与传统设计步骤相差不大，主要差别是虚拟样机技术集合各个领域的理论和技术在计算机上直接进行建模与仿真，它在产品设计阶段，能够对产品使用、制造、维护等行为进行评估分析，优化产品性能指标，保证设计出来的产品能够达到制造、使用和维护的要求，并且它的修改直接改变建模的数据即可。因此，虚拟样机技术的优势在于：缩短了研发周期、节约研发资木、实现资源共享。但是，虚拟样机技术涉及的学科领域太广，技术复杂，给设计者提出了很高的要求，而且，对于一些复杂的问题的计算上无法得到精

7、确的解，只能是尽量的将误差控制在允许的范围内，所以技术本身的不成熟和不完善也在一定程度上制约了它的发展。而且在对产品进行建模时，很难建立理想的、完整的模型，因此虚拟样机始终无法取代物理样机。①1.3虚拟样机技术的支撑环境及关键技术图1虚拟样机支撑环境框架虚拟样机的开发和设计当屮，在每一个阶段都涉及到多个领域的相关技术，比如在产品设计阶段就涉及到CAD/CAM/CAE等CAX技术和DFX技术,在产品特性分析阶段涉及到机械系统运动学等相关技术，而在分析结果的时候又涉及到可视化技术和动画技术。因此，虚拟样机技术需要强大的支撑环境来保证这些相关技术的操作和相互之间的

8、数据交流平台，其所需耍的支持环境框图如图1②所示在这