虚拟样机PPT课件
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Байду номын сангаас
批量产品的传统分布式开发过程
虚拟样机技术产生的背景
上述基于物理样机的设计、制造及验 证过程不仅需要冗长的研制周期，而且严 重地制约了产品质量的提高、成本的降低 以及对市场的占有。为了克服传统机械设 计制造过程的弊端，缩短设计制造周期， 降低成本，一种新的技术应运而生，这就 是虚拟样机技术。
虚拟样机技术的技术特征
虚拟样机技术研究国内外现状
目前，虚拟样机技术在一些较发达国家， 如美国、德国、日本等己经得到了广泛的应用， 应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天 业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用 机械到人机工程学、生物力学、医学以及工程 咨询等很多方面。虚拟样机技术的运用为用户 节约了开支、时间，并提供了满意的设计方案。
Virtual Prototyping
虚拟样机
----装载机的CAD 建模及仿真
虚拟样机
1.VP技术的产生背景与特点 2.VP技术的技术特征 3.VP技术研究的主要内容 4.VP技术研究的关键和难点 5.VP技术研究国内外现状 6.装载机的CAD建模及仿真
虚拟样机技术的产生背景与特点
1.虚拟样机技术产生的背景 2.虚拟样机技术的特点
并行设计目前是通过工作小组的形式来完成的，这种工作方 式本身就会带来信息的混乱、工作的重复以及管理上面的困难。 另外，设计优化在定量上是不容易得到的。虚拟样机技术提供了 一个定量描述产品许多性能的方法，这样虚拟样机技术就有可能 成为一个实现支持定量的并行设计的一个基础工具，可以形成协 同虚拟样机技术。
虚拟样机技术研究的主要内容
简要说明虚拟样机技术研究需要完成的 工作有: (1)建立整机三维数字模型，并在此基础上， 发展可模拟产品实际运行时的运动和动力特征 的仿真模型，所生成的虚拟样机通过屏幕三维 显示，可真实地观察其动态形象。建立动态仿 真模型的基础在于专业理论分析和科学实验， 它是赋予虚拟样机以真实产品动作和性能的关 键。
虚拟样机技术的技术特征
(2)并行工程思想的提出与推 行.20世纪80年代后期提出的并行 工程是一种新的指导产品开发的哲 理，是在现代信息技术的支持下对 传统的产品开发方式的一种根本性 改进。
虚拟样机技术的技术特征
(3)虚拟样机技术随着技术的不断 进步，仿真在产品设计过程中的应用 变得越来越广泛而深刻，它由原先的 局部应用(单领域、单点)逐步扩展到 系统应用(多领域、全生命周期)。虚 拟样机技术则是这一发展趋势的典型 代表。
装载机的CAD建模及运动仿真
装载机是一种应用广泛的工程机械，有广泛的应用空间，但由于装 载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测 试困难等问题，这里将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作： 1.利用UG构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在UG环境下 进行了装配干涉检验。对装配图进行了爆炸试图，完成装载机的装配动 画过程。 2.在UG Motion Simulation环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能 曲线。可以更加清晰的了解装载机的不同运动工况，用计算机对装载机 进行运动学仿真，可以评价它的运动性能。利用干涉检查功能，可及时 发现干涉部位和干涉大小，并及时纠正设计中的错误。 3.将工作装置三维模型导入运动和动力学仿真软件NASTRAN,进行挖掘、 卸载和联合作业工况的仿真。分析各杆件受力情况，对各铰链点受力危 险截面进行分析。
虚拟样机技术研究的难点
①各种设计分析仿真工具的集成和产品数据管理 采用虚拟样机技术进行产品研发需要使用多种设
计分析软件，如Pro/E，ADAMS, ANSYS等，要解决 这些软件之间交换数据过程中信息的丢失问题，需要 研究相关软件，实现多种设计分析软件的无缝联接。 ②使用虚拟样机技术进行工作性能分析
虚拟样机技术产生的背景
传统的产品设计与制造方式无法满足这些 要求。在传统的产品设计与制造过程中，首先 是概念设计和方案论证，然后进行产品设计。 在设计完成后，通常要制造样机进行试验，有 时这些试验甚至是破坏性的。若试验发现设计 缺陷时，又要回头修改设计并再用样机验证。 只有通过周而复始的设计、制造样机、试验设 计过程，产品才能达到要求的性能。
就研究方法来说， 虚拟样机技术属于数 字化设计范畴，数字 化设计技术的发展历 程可以大体上划分为 以下三个阶段
虚拟样机技术的技术特征
(1)以CAX工具的广泛应用。自20 世纪50年代开始，各种CAD/CAM工具 开始出现并逐步应用到制造业中。这 表明制造业已开始利用现代信息技术 来改进传统的产品设计，标志着数字 化设计的开始。
即如何利用产品的三维实体模型数据，产生一个 虚拟的环境，并方便地进行产品性能测试以及有效地 进行评价。
虚拟样机技术研究的难点
③以虚拟样机技术为基础的优化技术 如果产品性能可以准确地用虚拟样机来描述，定量的设计优
化就可能很好地实现。首先，以虚拟样机技术为基础的设计优化 在确定最优化的结果方面效率应该是很高的，因为虚拟样机技术 本身涉及到非常多的计算。其次，以虚拟样机为基础的设计优化 通常涉及到不同学科的多种设计目标，因此它可以归结为一个多 学科的多目标优化问题。 ④以虚拟样机技术为中心的协同设计环境
虚拟样机技术研究国内外现状
目前，我国虚拟样机技术在汽车制造业和 武器装备制造业中初步有所应用，在其它行业 应用较少，因此我国对于虚拟样机技术的应用 领域和技术水平还很低，但己经引起了人们的 普遍关注，如在农业机械领域，有人利用虚拟 样机技术来设计甘蔗收获机，实现了产品和产 品设计方法的创新，取得了良好的效果。
①三维实体模型的建立 建立三维实体模型是虚拟样机研究的基础，其主
要内容为:基于几何建模和图像相结合的建模方法，图 像建模应该具有模型简单、数据量小的优点，以适合 微机环境的实时建模和浏览。 ②具有物理属性的虚拟模型的建立
建立具有物理属性的虚拟模型有着巨大的应用价 值。因为用具有物理属性的虚拟模型进行试验分析研 究，既可以节省宝贵的产品开发时间，又可以节约试 验费用。
虚拟样机技术产生的背景
随着人类迈进21世纪，经济贸易全球化 和我国加入WTO，产品消耗结构正在向多元 化、个性化方向发展。面对无法预测、持续发 展的市场需求，要想在竞争日趋激烈的市场上 取胜，缩短开发周期、提高产品质量、降低成 本以及对市场的灵活反应,已经成为企业所追 求的目标。谁早推出产品，谁就占有市场;谁 产品性能可靠，价格合理，谁就受到用户的青 睐。
虚拟样机技术研究的主要内容
(2)开发一系列使设计人员能直接参与虚拟 样机工作的交互设备及相应的软件，它能形成 如同实际一样从不同视角进行观察，并能获得 触觉和听觉的感觉，这种虚拟现实的技术是使 人机进行交互的主要工具。
虚拟样机技术研究的关键和难点
虚拟样机技术研究的关键 虚拟样机技术研究的难点
虚拟样机技术研究的关键
批量产品的传统分布式开发过程
虚拟样机技术产生的背景
上述基于物理样机的设计、制造及验 证过程不仅需要冗长的研制周期，而且严 重地制约了产品质量的提高、成本的降低 以及对市场的占有。为了克服传统机械设 计制造过程的弊端，缩短设计制造周期， 降低成本，一种新的技术应运而生，这就 是虚拟样机技术。
虚拟样机技术的技术特征
虚拟样机技术研究国内外现状
目前，虚拟样机技术在一些较发达国家， 如美国、德国、日本等己经得到了广泛的应用， 应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天 业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用 机械到人机工程学、生物力学、医学以及工程 咨询等很多方面。虚拟样机技术的运用为用户 节约了开支、时间，并提供了满意的设计方案。
Virtual Prototyping
虚拟样机
----装载机的CAD 建模及仿真
虚拟样机
1.VP技术的产生背景与特点 2.VP技术的技术特征 3.VP技术研究的主要内容 4.VP技术研究的关键和难点 5.VP技术研究国内外现状 6.装载机的CAD建模及仿真
虚拟样机技术的产生背景与特点
1.虚拟样机技术产生的背景 2.虚拟样机技术的特点
并行设计目前是通过工作小组的形式来完成的，这种工作方 式本身就会带来信息的混乱、工作的重复以及管理上面的困难。 另外，设计优化在定量上是不容易得到的。虚拟样机技术提供了 一个定量描述产品许多性能的方法，这样虚拟样机技术就有可能 成为一个实现支持定量的并行设计的一个基础工具，可以形成协 同虚拟样机技术。
虚拟样机技术研究的主要内容
简要说明虚拟样机技术研究需要完成的 工作有: (1)建立整机三维数字模型，并在此基础上， 发展可模拟产品实际运行时的运动和动力特征 的仿真模型，所生成的虚拟样机通过屏幕三维 显示，可真实地观察其动态形象。建立动态仿 真模型的基础在于专业理论分析和科学实验， 它是赋予虚拟样机以真实产品动作和性能的关 键。
虚拟样机技术的技术特征
(2)并行工程思想的提出与推 行.20世纪80年代后期提出的并行 工程是一种新的指导产品开发的哲 理，是在现代信息技术的支持下对 传统的产品开发方式的一种根本性 改进。
虚拟样机技术的技术特征
(3)虚拟样机技术随着技术的不断 进步，仿真在产品设计过程中的应用 变得越来越广泛而深刻，它由原先的 局部应用(单领域、单点)逐步扩展到 系统应用(多领域、全生命周期)。虚 拟样机技术则是这一发展趋势的典型 代表。
装载机的CAD建模及运动仿真
装载机是一种应用广泛的工程机械，有广泛的应用空间，但由于装 载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测 试困难等问题，这里将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作： 1.利用UG构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在UG环境下 进行了装配干涉检验。对装配图进行了爆炸试图，完成装载机的装配动 画过程。 2.在UG Motion Simulation环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能 曲线。可以更加清晰的了解装载机的不同运动工况，用计算机对装载机 进行运动学仿真，可以评价它的运动性能。利用干涉检查功能，可及时 发现干涉部位和干涉大小，并及时纠正设计中的错误。 3.将工作装置三维模型导入运动和动力学仿真软件NASTRAN,进行挖掘、 卸载和联合作业工况的仿真。分析各杆件受力情况，对各铰链点受力危 险截面进行分析。
虚拟样机技术研究的难点
①各种设计分析仿真工具的集成和产品数据管理 采用虚拟样机技术进行产品研发需要使用多种设
计分析软件，如Pro/E，ADAMS, ANSYS等，要解决 这些软件之间交换数据过程中信息的丢失问题，需要 研究相关软件，实现多种设计分析软件的无缝联接。 ②使用虚拟样机技术进行工作性能分析
虚拟样机技术产生的背景
传统的产品设计与制造方式无法满足这些 要求。在传统的产品设计与制造过程中，首先 是概念设计和方案论证，然后进行产品设计。 在设计完成后，通常要制造样机进行试验，有 时这些试验甚至是破坏性的。若试验发现设计 缺陷时，又要回头修改设计并再用样机验证。 只有通过周而复始的设计、制造样机、试验设 计过程，产品才能达到要求的性能。
就研究方法来说， 虚拟样机技术属于数 字化设计范畴，数字 化设计技术的发展历 程可以大体上划分为 以下三个阶段
虚拟样机技术的技术特征
(1)以CAX工具的广泛应用。自20 世纪50年代开始，各种CAD/CAM工具 开始出现并逐步应用到制造业中。这 表明制造业已开始利用现代信息技术 来改进传统的产品设计，标志着数字 化设计的开始。
即如何利用产品的三维实体模型数据，产生一个 虚拟的环境，并方便地进行产品性能测试以及有效地 进行评价。
虚拟样机技术研究的难点
③以虚拟样机技术为基础的优化技术 如果产品性能可以准确地用虚拟样机来描述，定量的设计优
化就可能很好地实现。首先，以虚拟样机技术为基础的设计优化 在确定最优化的结果方面效率应该是很高的，因为虚拟样机技术 本身涉及到非常多的计算。其次，以虚拟样机为基础的设计优化 通常涉及到不同学科的多种设计目标，因此它可以归结为一个多 学科的多目标优化问题。 ④以虚拟样机技术为中心的协同设计环境
虚拟样机技术研究国内外现状
目前，我国虚拟样机技术在汽车制造业和 武器装备制造业中初步有所应用，在其它行业 应用较少，因此我国对于虚拟样机技术的应用 领域和技术水平还很低，但己经引起了人们的 普遍关注，如在农业机械领域，有人利用虚拟 样机技术来设计甘蔗收获机，实现了产品和产 品设计方法的创新，取得了良好的效果。
①三维实体模型的建立 建立三维实体模型是虚拟样机研究的基础，其主
要内容为:基于几何建模和图像相结合的建模方法，图 像建模应该具有模型简单、数据量小的优点，以适合 微机环境的实时建模和浏览。 ②具有物理属性的虚拟模型的建立
建立具有物理属性的虚拟模型有着巨大的应用价 值。因为用具有物理属性的虚拟模型进行试验分析研 究，既可以节省宝贵的产品开发时间，又可以节约试 验费用。
虚拟样机技术产生的背景
随着人类迈进21世纪，经济贸易全球化 和我国加入WTO，产品消耗结构正在向多元 化、个性化方向发展。面对无法预测、持续发 展的市场需求，要想在竞争日趋激烈的市场上 取胜，缩短开发周期、提高产品质量、降低成 本以及对市场的灵活反应,已经成为企业所追 求的目标。谁早推出产品，谁就占有市场;谁 产品性能可靠，价格合理，谁就受到用户的青 睐。
虚拟样机技术研究的主要内容
(2)开发一系列使设计人员能直接参与虚拟 样机工作的交互设备及相应的软件，它能形成 如同实际一样从不同视角进行观察，并能获得 触觉和听觉的感觉，这种虚拟现实的技术是使 人机进行交互的主要工具。
虚拟样机技术研究的关键和难点
虚拟样机技术研究的关键 虚拟样机技术研究的难点
虚拟样机技术研究的关键