虚拟样机技术(1)

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制造业工程设计创新的关键技术与案例

制造业工程设计创新的关键技术与案例制造业工程设计是制造业发展的核心环节之一。

在竞争激烈的市场中，制造企业需要不断创新，提高产品质量、降低成本、缩短生产周期，以适应市场需求的快速变化。

本文将介绍一些制造业工程设计创新的关键技术，并分享一些成功案例。

一、虚拟样机技术虚拟样机技术是一种基于计算机仿真的设计方法，它可以在产品实际制造之前，通过模拟和分析产品的运行过程，提前发现并解决潜在的问题。

虚拟样机技术可以大大缩短产品开发周期，降低产品开发成本。

例如，某汽车制造企业通过虚拟样机技术，可以在产品实际制造之前对车身强度进行分析和验证，避免了产品设计中的缺陷，提高了产品质量。

二、数字化工厂数字化工厂是将制造企业内部的生产过程进行数字化管理和控制的一种技术手段。

通过数字化工厂技术，制造企业可以实时掌握生产线上的各种数据，包括生产进度、设备状态、产品质量等，从而实现生产过程的可视化和智能化。

数字化工厂可以提高生产效率、降低资源消耗，有效地管理生产过程中的各种风险。

例如，某电子设备制造企业应用数字化工厂技术，可以通过实时监控设备状态和生产进度，进行远程管理和控制，提高生产效率。

三、智能制造技术智能制造技术是指通过信息技术、物联网等先进技术手段，提高制造业的自动化水平和智能化程度。

智能制造技术可以实现制造过程的智能化、灵活化和定制化，提高产品质量和生产效率。

例如，某食品加工企业引入智能制造技术，可以实现全自动化的生产线，通过感知和分析生产过程中的各种数据，进行实时的质量监控和调整，提高产品的一致性和可追溯性。

四、供应链管理技术供应链管理技术是指通过信息技术和物流管理手段，对供应链中的各个环节进行有效的管理和协调。

供应链管理技术可以帮助制造企业实现原材料采购、生产计划、物流配送等各个环节的优化，提高供应链的效率和响应能力。

例如，某制造企业应用供应链管理技术，通过与供应商建立信息共享平台，实现供应链的实时调度和协同管理，降低了原材料采购成本，提高了产品的交付效率。

虚拟样机技术汇总.ppt

w窗口简介精品113、2 几何建模
几何建模的预备知识 1、几何体类型刚体、柔性体、点质量、大地 2、几何体的命名点质量：POINT_MASS_1 刚体:PART_2
建模前的准备工作 1、工作栅格的设置 2、坐标系的设置 3、单位的设置 4、确定当前所绘几何形体属于：新的构件、向现有构件添加的几何形体、添加在地基上的几何构件。
第一章绪论
1、1虚拟样机技术
1、概念：
机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上 20世纪80年代发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术。工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机实验。
2、研究范围
主要是机械系统的运动学和动力学分析，其核心是利用计算机辅助分析
技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统及其各构件在任
意时刻的位置、速度和加速度，同时，通过求解代数方程组确定引起系
统及其各构性质的分析
1、机械系统的静力学分析：刚性系统 2、机械系统的运动学分析：主要涉及系统及其构件的运动分析当机构的自由度=0时,进行运动学分析 3、机械系统的动力学分析：主要涉及由外力作用引起的系统运动分析当机构的自由度AMS/Controls：用户可以将基于几何外形的完整的系统模型，便捷的放到所使用的控制系统设计软件所定义的框图中。
ADAMS/Flex（柔性分析模块）：提供了ADAMS软件与其他有基本步骤
机械系统的建模
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis Mechanical System）软件是美国MDI公司（现已并入 MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。

《虚拟样机技术》课件

3 仿真技术
仿真技术利用计算机对设备、系统或过程进行数字化仿真，使得虚拟样机与真实设备非常相似。
虚拟样机技术的优点
时间和成本节约
虚拟样机技术可以减少制造原型的成本和时间。
易于修改和测试
虚拟样机可以轻松地进行修改和测试，以满足用户要求。
结果准确
虚拟样机可以提供精确的测量结果，减少了制造失败的可能性。
总结
1 虚拟样机技术的优势
2 虚拟样机技术的未来潜力
虚拟样机技术可以提高制造效率，降低成本，并且可以轻松地进行修改和测试。
虚拟样机技术将继续发展，更多的应用将出现，在未来的制造业中扮演着越来越重要的角色。
参考文献
• 虚拟样机技术在汽车行业中的应用研究，XXX 期刊 • 虚拟样机技术的优缺点分析，XXX 期刊 • 虚拟样机技术的未来发展趋势及应用前景，XXX 期刊
虚拟样机技术
虚拟样机技术是现代制造业中必不可少的工具。这种技术使用虚拟现实和仿真技术来创建数字化的产品原型，为制造商提供了一种更快、更便宜、更准确的原型开发方式。
虚拟样机技术的基本原理
1 系统结构
虚拟样机技术由计算机模型、虚拟现实设备和控制器等组成。
2 虚拟现实技术
虚拟样机中的虚拟现实技术可以让用户感受到仿真环境中的真实交互体验。
虚拟样机技术的未来发展趋势
1
增加应用场景
2
虚拟样机技术不仅可以在制造业中使用，
未来还将在医疗、房地产等领域得到广
泛应用。
3
探索新的应用领域
4
虚拟样机技术将继续探索新的应用领域，如教育和娱乐。
升级技术
虚拟样机技术将会继续进化，包括更快的处理器、更高的分辨率、更便宜的硬件设备等。

工业设计中的虚拟样机技术

工业设计中的虚拟样机技术在工业设计领域中，虚拟样机技术正发挥着越来越重要的作用。

虚拟样机技术是指通过计算机软件和硬件模拟真实产品的外观、结构和功能，以便在产品开发过程中进行设计验证、检测和模拟。

本文将介绍虚拟样机技术的优势、应用领域以及未来发展趋势。

一、虚拟样机技术的优势虚拟样机技术相对于传统的物理样机具有以下几个显著的优势。

1. 时间和成本的节省传统的物理样机需要进行制造、组装和测试，耗费宝贵的时间和大量的成本。

而虚拟样机技术只需要在计算机软件中进行模拟和验证，节省了制造样机所需的时间和成本。

2. 设计灵活性和可迭代性虚拟样机技术可以快速生成多个设计方案，并通过模拟和优化来选择最佳设计方案。

设计师可以轻松地对产品进行修改、优化和迭代，不受物理样机制造和测试的限制。

3. 设计评估和决策的可靠性通过虚拟样机技术，设计师可以对产品进行多方面的评估和分析，包括结构强度、运动学、流体力学等。

这使得设计师能够更加准确地评估设计方案的性能和可行性，并作出更加可靠的决策。

二、虚拟样机技术的应用领域虚拟样机技术广泛应用于各个工业设计领域，包括汽车、航空航天、医疗器械、消费电子等。

以下将以汽车工业为例，介绍虚拟样机技术的具体应用。

1. 汽车外观设计虚拟样机技术可以通过建立三维模型和材质贴图等手段，模拟汽车外观设计的效果。

设计师可以在计算机上进行各种细节的调整和修改，包括车身线条、轮毂造型、灯光效果等，以验证设计方案的可行性和吸引力。

2. 汽车结构设计虚拟样机技术可以对汽车结构进行强度分析和优化，以确保车身在各种工况下的强度和安全性。

设计师可以通过模拟车辆在碰撞、翻滚等事故情况下的反应，进行结构的改进和优化，提高汽车的安全性能。

3. 汽车动力系统设计虚拟样机技术可以对汽车动力系统进行模拟和优化，以提高汽车的燃油经济性和性能表现。

设计师可以通过模拟发动机的工作特性、传动系统的效率等，为汽车动力系统的设计和调校提供准确的数据和评估。

虚拟样机技术

第一章绪论1.1虚拟制造产生的背景20世纪中叶以来，以微电子、信息技术为基础，以计算机网络和通信等为核心的信息技术革命，对社会资源配置、经济运行和竞争方式以及人类生活方式产生了深刻的影响，并导致了一场新的产业革命，从而将人类推向以高技术为基础的知识经济时代。

这不仅使过去依赖于自然资源获取高额利润的方式难以维持，更加快了高技术的扩散，缩短了产业与产品的寿命，加快了经济全球化和竞争国际化趋势。

为了适应迅速多变的市场需求，提高竞争力，现代化企业必须解决TQcsE 难题，即以最快的上市速度(T，TimetoMarket)、最好的质量(Q，Quality)、最低的成本(C，eost)、最优的服务(S，Serviee)及清洁的环境(E，Envirolunent)来满足不同顾客的需求。

由于上述问题的存在，给学术界提出了研究课题来解决这些问题。

于是围绕该主题在制造业的各个领域出现了许多新的理论、思想，如在设计领域出现了虚拟设计(VD，Virtualoesi助)、并行工程(eE，eoneurrentEngineering)等等，在制造领域出现了如虚拟制造(VM，VirtualManufacturing)、虚拟企业(VE，VirtUalEnt呷rise)、精益生产(LP，LeanProduetion)、敏捷制造(AM，AgileManufacturing)、绿色制造(GM，GreenManufactunng)等等。

其中计算机虚拟现实(Virttlalrealitx)与机械制造的结合所形成的虚拟制造技术是这些新的制造模式的突出代表，它使古老的机械制造业又焕发出新的勃勃生机。

1.1.1经济的发展是直接动力制造业的发展总是随着整个社会经济的发展而进步。

进入20世纪以后，制造技术的发展大致经历了4个阶段，即手工制造、机器制造、自动化生产线和以信息技术为基础的先进制造技术阶段[2]。

20世纪30年代一60年代，市场上基本上处于供不应求的状况，传统的手工业作坊因生产周期长、生产的产品数量少而难以满足人们的需求，于是美国首先提出了大规模、大批量、流水线生产，制造业逐渐由手工制造进入机器制造和自动化生产线。

虚拟样机技术

1 虚拟样机技术概述
3）虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立机械系统的数学模型，进行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。 4）虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性。借助于这项技术，设计师可以在计算机上建立机械系统模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简和优化系统。
1 虚拟样机技术概述
虚拟样机技术是许多技术的综合。它以多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现为核心，以仿真为手段，各种CAX/DFX技术为工具，它主要包括面向虚拟样机的建模技术、基于虚拟样机的仿真技术、针对虚拟样机的管理技术、各类工具的集成技术以及VR/人机界面技术，其技术体系如图 2 所示。
1 虚拟样机技术概述
（2）国内外学者对虚拟样机技术的定义大同小异，下面是几种有代表性的论述： 1）虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持的协同工作(CSCW)技术、用户界面设计、基于知识的推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟现实技术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法。 2）虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发 (Integrated Product and Process Development,简称 IPPD)是分不开的。IPPD是一个管理过程，这个过程将产品概念开发到生产支持的所有活动集成在一起，对产品及其制造和支持过程进行优化，以满足性能和费用目标。IPPD的核心是虚拟样机，而虚拟样机技术必须依赖IPPD才能实现。
1 虚拟样机技术概述

航空航天产品设计中的虚拟样机模拟技术

航空航天产品设计中的虚拟样机模拟技术虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用导语：航空航天领域一直以来都是科技创新的前沿领域之一。

而在产品设计过程中，虚拟样机模拟技术的应用不仅提高了效率，减少了成本，更为产品设计师提供了更多创造性的空间。

本文将探讨虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用。

一、虚拟样机模拟技术的基本原理及特点虚拟样机模拟技术（Virtual Prototype Simulation Technology）是一种将虚拟现实技术与计算机辅助设计（CAD）相结合的应用技术。

通过对产品进行虚拟建模，进行逼真的物理仿真，实现对产品各方面性能的验证和分析。

相比传统的实体样机开发，虚拟样机模拟技术在以下几个方面有着独特的优势：1. 减少成本和时间：通过虚拟样机模拟技术，可以减少对实体样机的依赖，从而节约了开发过程中的资金和时间。

在产品设计的早期阶段，设计师可以通过虚拟样机模拟技术对产品进行多次迭代和修改，从而避免了实体样机的制造和调试所消耗的资源。

2. 提高设计质量：虚拟样机模拟技术可以虚拟呈现产品的形状、结构和工作方式，为设计师提供更加直观、准确的信息。

通过对虚拟样机进行模拟分析和测试，可以发现潜在的问题和不足，及时进行改进和优化，从而提高产品的设计质量。

3. 创新设计空间：虚拟样机模拟技术提供了一种无限制、可自由探索的设计空间。

在虚拟环境中，设计师可以进行多种方案的快速迭代和对比，发现和尝试新的设计理念。

这种创新空间为航空航天产品的设计师带来了更多的发挥创造力和思维的机会。

二、虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用1. 飞行器气动布局设计：在飞行器的气动布局设计中，虚拟样机模拟技术可以对飞行器的气动特性进行模拟和分析。

通过对不同气动布局方案进行虚拟样机模拟，设计师可以评估不同方案的优劣，选择最佳的设计方向。

同时，虚拟样机模拟技术还可以通过分析飞行器的气动性能，指导优化飞行器的外形设计，降低气动阻力，提高飞行器的整体性能。

机械设计中的仿真和虚拟样机技术

虚拟样机技术：在计算机上建立产品的三维模型，进行仿真分析和优化设计
作用：提高产品设计效率，减少物理试验成本，优化产品性能
应用领域：广泛应用于汽车、航空、航天、电子、机械等各个行业
与传统设计方法的区别
仿真和虚拟样机技术可以减少物理原型的制作，降低成本
仿真和虚拟样机技术可以提前发现设计中的问题，提高效率
船舶维护：通过虚拟样机技术对船舶进行维护和维修，提高维修效率和准确性
机械装备
汽车行业：仿真和虚拟样机技术用于汽车设计和制造，提高效率和准确性
航空航天行业：仿真和虚拟样机技术用于飞机、火箭等设备的设计和制造，提高安全性和可靠性
船舶行业：仿真和虚拟样机技术用于船舶设计和制造，提高效率和准确性
工程机械行业：仿真和虚拟样机技术用于挖掘机、推土机等设备的设计和制造，提高效率和准确性
仿真和虚拟样机技术人才短缺：需要加强人才培养，提高技术应用水平
仿真和虚拟样机技术的发展趋势和未来展望
6
智能化仿真技术
发展趋势：从传统的手工仿真到智能化仿真
应用领域：机械设计、航空航天、汽车制造等
未来展望：更加智能化、高效化，实现真正的虚拟制造
技术特点：自动化、智能化、高效化
云仿真技术
应用场景：复杂系统仿真、多学科优化设计、实时仿真
虚拟样机技术的优势：可以提高产品设计效率，降低成本，缩短研发周期
仿真和虚拟样机技术的应用场景
3
汽车行业
汽车设计：仿真技术用于优化汽车设计和性能
汽车制造：虚拟样机技术用于模拟生产过程，提高生产效率
汽车测试：仿真和虚拟样机技术用于模拟各种驾驶条件和环境，提高测试效率和安全性
汽车维修：虚拟样机技术用于远程诊断和维修，降低维修成本和时间

简析机械设计中虚拟样机技术的有效应用

简析机械设计中虚拟样机技术的有效应用【摘要】与传统的机械设计技术相比，虚拟样机技术一种全新的智能化产品设计技术，通过进行仿真分析，用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种特性和缺陷，修改设计并得到最优设计方案的技术。

本文通过对虚拟样机技术的概念、特点以及主要的软件技术进行分析，说明了虚拟样机在机械设计中的诸多有效应用。

【关键词】机械设计；虚拟样机技术；有效应用随着科技的不断进步，虚拟样机技术已然成为一种机械设计中必要的技术，不仅是计算机技术在机械工程领域的成功应用，更是一种全新的机械产品设计理念。

虚拟样机技术是一种在建造物理样机前，设计师先通过利用计算机技术建立机械系统的数字化模型，简化复杂机械系统设计，能够有效缩短产品开发周期，降低研发成本，提高产品设计质量等方面有重要突破。

一方面，它可以通过对虚拟样机的测试，从产品多种设计方案中评估出最优方案，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性能。

另一方面，运用虚拟样机技术可以实现产品的并行设计，即可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机，并在产品设计初期发现问题、解决问题。

通过仿真分析，用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种特性和缺陷，修改设计并得到最优设计方案的技术。

这不仅降低了研发成本，而且也无需浪费大量的人力、物力来生产出具有缺陷的样机，有效的促进了产品设计的设计效率和设计质量。

1.虚拟样机技术简介1.1虚拟样机技术概述随着科学技术的发展，试验手段的加强，以及新兴学科和技术的不断涌现，乃至学科之间的交叉与综合，使得原有的生产方法适应不了当今瞬息万变的时代发展大潮。

机械设计是机械产品研发过程中的一个重要组成部分，是机械生产的第一步，同时还是决定机械性能的最主要因素。

与传统的开发物理样机的设计方法相比，利用虚拟样机技术开发虚拟产品具有很大的优越性。

虚拟样机在对产品进行创新设计、测试和评估等方面可以代替物理样机，由此，不仅可以缩短开发周期，改进产品设计质量，还能节约研发成本。

虚拟样机技术

基于核心软件的虚拟样机技术机电系陈立胜
目录
1．虚拟样机技术的基本概念 2. 虚拟样机技术的特点 3. 虚拟样机技术的软件化 4 虚拟样机技术的工程应用
虚拟样机技术的基本概念
虚拟样机技术（Virtual Prototyping, VP）是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术（指在某一系统中零部件的CAD和FEA技术）揉合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计，提高产品性能的一种新技术。
波音公司在波音777飞机设计过程中，采用虚拟样机技术后，减少了设计更改次数，减少了94%的研制费用，提高模具设计精度10倍，研制周期降低50%。福特在C3P(CAD/CAM/CAE/PIM)项目中，采用虚拟样机技术后，产品开发周期从原来的48个月缩短为24个月。
制造业典型的产品开发过程
概念
设计 - 制造 - 测试
产品
串行开发模式：导致开发周期长、开发成本高！
基于虚拟样机的产品开发
概念
基于虚拟样机的设计的开发时间无虚拟样机的设计的开发时间
虚拟样机
产品
Time = $
MathCAD2001 界面
喷浆机器人大臂俯仰特性曲线
AutoCAD 图形展示
AutoCAD 图形展示
应用虚拟样机技术的企业主要由波音、通用、福特、丰田、本田等。飞机制造业对虚拟样机的需求最为迫切。飞机成本高，系统复杂，因此不可能制造多台物理样机，或多台飞机子系统物理样机；此外实地试验耗资巨大，危险性高，且受到安全法规的严格限制，还必须有产品安全性、性能和可靠性的标准。
虚拟样机技术的工程应用

虚拟样机

三、策划仿真工作:圆柱齿轮减速器关键零部件的优化设计
仿真的目的：以单级圆柱齿轮减速器为研究对象，建立减速器的功能虚拟样机模型,利用ADAMS软件对其动态特性进行分析研究,将其结果指导减速器关键零部件的优化设计,实现系统优化,提高减速器的设计品质,加快减速器的设计周期,简化减速器的设计过程,降低减速器的设计成本等工作。
虚拟样机设计与仿真
一、虚拟样机的概念
虚拟样机技术是上世纪80年逐渐兴起、基于计算机技术的一个新概念。从国内外对虚拟样机技术 (Virtual Prototyping, VP)的研究可以看出，虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存在不同定义。在建模和仿真领域比较通用的关于虚拟样机的概念是美国国防部建模和仿真办公室（DMSO）的定义。DMSO 将虚拟样机定义为建立在计算机上的一个与物理原型具有功能相似性的系统或者子系统模型；而虚拟样机仿真则是使用虚拟样机来代替物理样机，对候选设计方案的某一方面的特性进行仿真测试和评估的过程。目前，虚拟样机的定义多种多样，有以下观点：①虚拟样机就是计算机中的模型；②有限元模型就是虚拟样机；③ ADAMS的模型就是虚拟样机； ④只有满足虚拟现实三个基本特征:沉浸(Immersion)、交互(Interaction) 和构想(Imagination)即“3I”特征的才是虚拟样机。这些观点都具有片面性。其中定义①强调虚拟样机的数字化设计，定义②和③只是从建模和仿真的角度来论述。定义④侧重于虚拟现实和交互性。
仿真步骤
4、利用ANSYS对减速器输出轴进行优化设计。 (1) 建立工程问题的数学模型。根据前面动力学求得的输出轴的支反力，选取轴径d为设计变量,轴质量We为目标函数,分别考虑轴弯扭合成应力与刚体变形条件,得到约束条件。 (2) 参数化建模及有限元分析。选取单元类型SOLID92,采用自由网格划分方法进行网格划分,然后添加相应的载荷与约束,进行有限元分析求解。 (3) 提取状态变量和目标函数。首先提取轴的体积量“Elem Volume VOLU ”, 建立目标函数“VTOT =ρ*VOLU”；提取状态变量σc为Von Mises SEQV的值, ymax为VonMises EPTOEQV的值。 (4) 优化分析。使用ANSYS的Design Opt模块进行优化设计，实现最小轴径的较好逼近。

《虚拟样机技术》课件

装配建模
在虚拟环境中模拟产品装配过程，确保产品设计的可装配性。
多领域建模
将产品划分为多个领域，如结构、流体、热等，进行分别建
模。
仿真技术
01
动力学仿真
模拟产品运动过程中各部件之间的相互作用力。
热仿真
分析产品在工作状态下的温度分布和热传递情况。
03
02
流体动力学仿真
模拟流体在产品中的流动情况，如散热、空气动力学等。
06
总结与展望
总结
技术发展历程
回顾虚拟样机技术的起源、关键发展阶段和技术突破，展示技术如何从初步概念发展到现今广泛应用。
技术应用领域
概述虚拟样机技术在产品设计、性能分析、优化设计、仿真测试等领域的应用，以及在各领域中产生的实际效益。
技术优势与局限性
分析虚拟样机技术的优点，如降低开发成本、提高设计效率等，同时指出技术存在的局限性，如对计算资源的需求、仿真精度等问题。
模拟和优化。
航天器动力学分析
通过虚拟样机技术，可以对航天器的轨道、姿态、推进系统等进行模拟和分析，确保航天器的稳
定性和可靠性。
航空电子系统测试
利用虚拟样机技术可以对航空电子系统的功能、性能和安全性进
行测试和验证。
船舶行业应用案例
船舶设计优化
在船舶设计阶段，利用虚拟样机技术可以对船舶的阻力、推进效率、稳定性等进行模拟和优化。
特点
虚拟样机技术具有高度集成性、动态仿真、可重复性、可优化性等特点，能够快速、准确地模拟和预测实际系统的性能和行为，为产品设计、优化和决策提供有力支持。
虚拟样机技术的应用领域
机械工程
在机械工程领域，虚拟样机技术可用于模拟和优化各种机械系统的性能，如汽车、航空航天、船

计算机仿真(虚拟样机)技术讲解

从广义上说，计算机辅助工程包括很多，它可以包括工程和制造业信息化的所有方面。
工程设计中的计算机辅助工程CAE (Computer Aided Engineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。
CAE软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、流体、电磁等。
参考书
参考书
1.2 计算机辅助设计 Computer-Aided Design
在当代，广义的CAD则是指 CAD/CAE/CAM/PDM的高度集成
CAD 侧重于产品的设计与开发 CAE (Computer Aided Engineer)
侧重于产品的优化与分析 CAM (Computer Aided Manufacture)
3D Screen
・3D Glasses ・Headphonydraulic Servo Valve Drive Unit
Frame Buffer Camera Pan
Control A/D D/A
Computer for Slave Side
LAN Cable Joystick
熊光楞：是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，这些数字化模型就是虚拟样机，能从视觉、听觉、触觉以及功能、性能和行为上模拟真实产品。
4、虚拟样机技术的内容
数字化物理样机（DMU）－装配过程
型态特性装配特性
功能虚拟样机（FVP:Functional Virtual Prototyping ）－分析过程
目前CAD技术已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。

虚拟样机

虚拟样机技术应用举例
以汽车中的减速器为例。设计者可以使用虚拟样机技术，通过三维建模、动力学仿真分析和优化设计等过程，研究零部件参数对减速器性能的影响并进行优化。减速器中的零件一般包括上、下箱体、齿轮、齿轮轴、键、轴承、套筒、端盖等主要零件。在建模过程中，首先应用Pro/E 软件建立减速器的带有质量、转动惯量等物理特征的各个部件，并完成零部件的装配。当减速器Pro/E模型完成后，利用 IGES接口输入实体模型ADAMS软件中，添加相应的约束与驱动后，设置仿真平台相应的输入输出参数，即可进行减速器动力学性能参数的分析与求解。在仿真的基础上就可以进一步对所设计的机构进行结构参数优化。
虚拟样机技术定义
虚拟样机技术(Virtual Prototyping
Technology ，简称VPT)是一种全新的机械设计方法，作为一项计算机辅助工程(CAE)技术于上个
世纪80年代随着计算机技术的发展而出现，在 90年代特别是进入21世纪以后得到了迅速发展和广泛应用。虚拟样机是针对于物理样机而言，而虚拟样机技术则是针对于传统的设计方法而言。对一个机械系统的研究可分为静力学、运动学和动力学3种类型，而虚拟样机技术主要进行的是机械系统运动学和动力学分析，因此也被称之为机械系统动态仿真技术。
应用举例
大众甲克虫汽车细化的虚拟原型、实车
虚拟样机系统的扩展 ----汽车虚拟实验系统
汽车虚拟试验系统主要由输入模块、虚拟试验模块和输出模块组成，首先利用ADAMS/Car软件建立汽车的数字化虚拟样机，把汽车模型导入到虚拟环境中，根据用户的输入控制命令，对汽车模型进行运动学、动力学分析，利用分析数据在虚拟场景中“虚拟再现汽车试验过程”，用户通过各种传感器感受并体验该车的性能，得出性能的评价，根据评价进行修改模型参数，该过程可不断重复，进行汽车参数的修改，直至汽车获得最优性能。

虚拟样机技术

ADAMS/Solver（求解器）：求解机械系统的运动和动力学问题的程序 ADAMS/PostProcessor（后处理）：回放仿真结果、绘制各种分析曲线扩展模块-ADAMS/linear模块（线形化分析模块）：进行系统仿真时将系统非线形的运动学和动力学进行线形化处理专业模块 ADAMS/Aaircraft:是专门用来构造飞机起落架模型和飞机模型的软件环境 ADAMS/Car（轿车模块）：是MDI公司与Audi、BMW、Volvo等公司合作开发的整车设计模块，能够快速建造高精度的整车虚拟样机。 ADAMS/Chassis(底盘模块):可以建立标准的汽车子系统和部件或者管理大量的悬架或整车实验数据 ADAMS/Driverline:用户可快速的建立、测试具有完整传动系统或或传动部件的功能化虚拟样机 ADAMS/Engine：可以快速创建配气机构、曲柄连杆、正时带以及其他驱动附件的虚拟模型 ADAMS/Rail：专门用于研究铁路机车、车辆、列车和线路相互作用的模块
3、虚拟样机技术的应用
广泛应用于汽车制造、工程机械、航天航空、造船、航海、机电子和通用机械各领域。
1、2 虚拟样机技术软件
比较有影响的有美国MSC公司的ADAMS、比利时LMS公司的 DADS以及德国航天局的SIMPACK。 ADAMS 占据市场 50%以上份额。其他软件还有：Working Model、Flow3D、 IDEAS、Phoenics、ANSYS和Pamcrash。 ADAMS（Automatic Dynamic Analysis Mechanical System）软件是美国MDI公司（现已并入MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。 ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。包括ADAMS/View ADAMS/Solver及其他扩展模块。

虚拟样机技术

二、康复机器人的虚拟样机技术
康复机器人是基于 Steward Platform 的一种并联机器人机构，上下平台之间由六个汽缸连接，通过控制汽缸的行程和速度来达到控制上平台空间位置和姿态，从而可以根据病人的实际情况来实施对脚部的按摩作用。
1、康复机器人的虚拟化
康复机器人的虚拟化指的是通过三维造型软件以及动力仿真软件来建立系统模型并对系统各项动态性能指标进行分析，改进样机设计方案，可以大大简化机械设计过程，减少成本，缩短设备的研发时间。在本文中，主要采用了Solidwork进行系统建模，然后导入Adams进行运动学和动力学分析的方法。 2、样机的模型的建立（1）主要尺寸
G、上平台绕X轴的最大转角－（脚部的翘起）
H：上平台绕X轴的最大转角-2(脚部的背屈)
经过上述的优化仿真试验，可得实验结果如下（单位：mm） DOF 正向反向
X
Y Z 绕X旋转绕Y旋转
170
162 104 29.6度 25.68度
170
169 0 33.4度 25.68度
绕Z旋转
93.42度
结果就是机械系统工作过程的实际运动情况
ADAMS的功能特点

建立机械系统三维参数化模型强大的力学分析功能

数值分析技术和强有力的求解器
具有组装、分析和动态显示过程变化的能力强大的函数库和运动发生器输出位移、速度、加速度和反作用力，仿真结果显示为动画和曲线图形预测机械系统同CAD、有限元和控制设计软件之间的双向通讯

基于Adams动态仿真的康复机器人虚拟样机设计
一、并联机器人简介
1、Steward Platform（斯图尔特平台）
1965年，英国的高级工程师Steward了解决飞行员训练问题，构思了一种具有六个分支的六自由度并联机构，提出基于该机构建造飞行训练模拟器。后来，人们常把具有六个分支的六自由度并联机构称为Stewar（斯图尔）平台或Stewart机构。