【摘要】論文分析了機械設(shè)備仿真的應(yīng)用，指出了機械設(shè)備設(shè)計、工藝、制造中的一些先進技術(shù)，并且以虛擬樣機為例，展示了仿真技術(shù)在機械領(lǐng)域的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】機械；制造；仿真；虛擬樣機；計算機輔助設(shè)計；CAD
        引言
        以信息技術(shù)、計算機技術(shù)、系統(tǒng)理論、通信技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)仿真技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。特別的是，系統(tǒng)仿真技術(shù)在機械設(shè)備制造領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。比如世界上的許多大飛機制造公司(如美國波音、洛克希德．馬丁、法國空中客車等公司)和大汽車制造公司(如通用、福特、戴姆勒一奔馳、豐田、寶馬、大眾等公司)都在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、實驗分析、制造和管理的各個階段大量地、充分地使用仿真技術(shù)，不僅大大地縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，極大地減少了人力、
        1.機械設(shè)備制造仿真技術(shù)概論
        仿真技術(shù)的迅猛發(fā)展，為機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、性能分析與制造提供了強有力的科研手段，逐漸形成了專業(yè)的機械系統(tǒng)仿真技術(shù)。主要的仿真技術(shù)包括：CAD三維建模、結(jié)構(gòu)有限元分析、多體系統(tǒng)動力學(xué)分析、優(yōu)化設(shè)計。應(yīng)用它們可以解決從零件到裝配件的結(jié)構(gòu)剛強度和產(chǎn)品的各項性能要求等問題，這些技術(shù)作為機械系統(tǒng)仿真技術(shù)中的幾個最為關(guān)鍵的部分，相互滲透，相互關(guān)聯(lián)，大有一體化和集成化趨勢。
        2.設(shè)備仿真技術(shù)發(fā)展
        2.1加工設(shè)備布局仿真
        設(shè)備布局是構(gòu)造一個有效車間系統(tǒng)最為重要的環(huán)節(jié)，相同車間地址、相同的人員、相同的技術(shù)和設(shè)備，僅僅由于布置方式的不同，生產(chǎn)系統(tǒng)的功能可產(chǎn)生天壤之別。高效率的設(shè)備布局作為提高企業(yè)生產(chǎn)效率和效益的手段之一，越來越受到人們的重視。在工業(yè)發(fā)達國家，除了降低原材料和能源消耗外，已把改進物料搬運、改善工廠中的物流組織看作是減少和節(jié)省開支以獲取利潤的重要方面。現(xiàn)代生產(chǎn)管理理論減少企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)物流的具體途徑可以概括為以下三點:
        （1）通過最優(yōu)的工廠布局，建立順暢的物流線路，或者采用加工中心，實現(xiàn)工序集中，減少運輸次數(shù)，縮短物流距離。
        （2）成組搬運，直接減少搬運次數(shù)。
        （3）確定最優(yōu)的運輸路線和運輸速度，建立連續(xù)短捷的運輸路線，減少運輸?shù)耐ｎD、路線交叉和倒流現(xiàn)象。
        2.2多學(xué)科優(yōu)化理論在仿真中的應(yīng)用
        機械設(shè)計技術(shù)及設(shè)計方法學(xué)的研究大都開始于工程應(yīng)用問題的研究，再隨著研究工作的進展逐步上升為獨立的理論，然后反饋應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計的實踐。多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化理論的研究也遵循了同樣的規(guī)律。在航空航天領(lǐng)域發(fā)展起來的MDO技術(shù)是當(dāng)前國際上一個最活躍的研究課題。MDO問題涉及到的變量數(shù)目較多，學(xué)科之間的信息交換極為復(fù)雜，直接搜索目標(biāo)函數(shù)和約束值的計算量令人難以忍受，某些學(xué)科分析會產(chǎn)生一些無法預(yù)計的失真，難以采用效率較高的梯度算法進行設(shè)計空間搜索，影響處理速度。因此，優(yōu)化過程中一般不將設(shè)計空間搜索程序與多學(xué)科分析直接禍合，而是對目標(biāo)函數(shù)和約束給予近似的表達，將直接搜索和這些易于計算的近似表達禍合起來，得到近似問題的最優(yōu)解后，通過最優(yōu)解處的重分析來修正改進近似模型，避免頻繁的多學(xué)科全分析。
        2.3基于虛擬樣機的機械仿真
        在機械設(shè)計領(lǐng)域，虛擬樣機技術(shù)作為一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)方法，更是一種十分重要的綜合仿真式開發(fā)手段。機械系統(tǒng)虛擬樣機是基于虛擬樣機的機械系統(tǒng)仿真技術(shù)，是指在制造的一臺物理樣機生產(chǎn)出來之前，利用計算機技術(shù)建立該機械系統(tǒng)(產(chǎn)品)的三維數(shù)字化模型(即虛擬樣機)；對其進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，較好地仿真該機械系統(tǒng)的運動過程，以預(yù)測機械系統(tǒng)的整體性能。該技術(shù)以機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)和控制理論為核心加上成熟的三維計算機圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)，將分散的零部件設(shè)計和分析技術(shù)集成在一起，提供一個全新的研發(fā)機械產(chǎn)品的設(shè)計方法。它通過設(shè)計中的反饋信息不斷的指導(dǎo)設(shè)計，保證產(chǎn)品尋優(yōu)過程的順利進行。
        3.實例
        本文限于篇幅，只給出虛擬樣機仿真的應(yīng)用實例。
        3.1SOILDWROK建模導(dǎo)入
        ADAMSADAMS軟件具有強大的動力學(xué)解算器，但其實體建模功能相對比較薄弱。對于比較復(fù)雜的零部件，如用ADAMS建模模塊進行三維實體建模，不能保證模型的尺寸精度和裝配的位置精度。應(yīng)用SoildWorks軟件對設(shè)備進行整機建模，按工程圖紙將其變?yōu)橐粋€數(shù)字樣機，然后將其轉(zhuǎn)換并導(dǎo)入到ADAMS壞境中使用。由于SoildWorks和ADAMS是兩個完全不同的系統(tǒng)，所以各自的數(shù)據(jù)都難以被對方識別。要將SoildWorks中創(chuàng)建的三維實體模型導(dǎo)入到ADAMS環(huán)境中，必須兩種軟件具備某一相同的幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，先將SoildWorks的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成中性(不依賴于SoildWorks系統(tǒng))，然后將中性數(shù)據(jù)通過幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成ADAMS數(shù)據(jù)。
        3.2虛擬設(shè)備的裝配
        經(jīng)上面步驟零部件導(dǎo)入ADAMS后，各構(gòu)件之間還只是毫無聯(lián)系地獨立存在于ADAMS中。這種狀態(tài)下即使全部零部件都己導(dǎo)入，也不能構(gòu)成一臺具有現(xiàn)實意義的虛擬樣機。這就如一堆拆散的零件擺在地上不能構(gòu)成一臺完整的機器。下面的工作就是要將這些分散的零部件“裝配”成一臺完整的機械，并賦予一定的工作環(huán)境，使其能夠模擬現(xiàn)實的工況工作。
        3.3仿真實驗
        所謂仿真就是在模型上進行實驗，它是將被研究的對象及其特征抽象成模型，通過對模型的實驗操作及實驗結(jié)果的分析，探討和推斷對象本身所具有的性質(zhì)及其運動變化規(guī)律。
        4.總結(jié)
        機械設(shè)備制造中的仿真技術(shù)，其本質(zhì)也是一種計算機輔助設(shè)計。但是與以往技術(shù)相比，它更形象、更先進。需要看到的是，與發(fā)達國家我們的路還很漫長，只有迎頭趕上才能滿足國家經(jīng)濟發(fā)展的要求。

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