虚拟样机技术PPT课件
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虚拟样机讲稿
西南交通大学机车车辆研究所
西南交通大学机车车辆研究所
虚拟样机的应用领域
- 机电设计仿真 - 新型轨道车辆，如磁悬浮列车
机电设计在航空和汽车工业应用非常广泛，取得了成功。 在铁路上机电设计也初见成效：如摆式列车、交流传动控制… 机电设计思想：设计初期就将机械与电子控制综合在一起，用控制技术实现传统机械结构难以达到的目标。 因此动力学仿真应将控制技术包括进行，对机电产品进行性能仿真：如独立车轮中采用主动控制技术。 磁悬浮列车是一种典型的利用机电设计思想，使传统轨道车辆发生了革命性变化。 磁悬浮列车的应用举例：曲线通过： 曲线通过时控制点间隙变化： 曲线通过时整车振动情况： 通过桥梁： 起浮过程原理（运行程序）。 File: shihui-luo//g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机\2003.08\成都 铁道车辆虚拟样机\ 铁道车辆虚拟样机 2003.08\
西南交通大学机车车辆研究所
西南交通大学机车车辆研究所
虚拟样机的应用领域
- 通用机械 - 机器人 - 航空航天 - 等等
随着技术的进展，虚拟样机技术将会在越来越多领域得到应用。并成为现代 设计的一种重要方法。 同时也将成为研究机构（大学、研究院所等）从事各种特殊研究的重要工具。
File: shihui-luo//g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机\2003.08\成都 铁道车辆虚拟样机\ 铁道车辆虚拟样机 2003.08\
西南交通大学机车车辆研究所使用SIMPACK进行车辆系统动力学仿真。 全球使用SIMPACK的企业与研究机构数量逐年迅速增长。 图
- 铁道机车车辆动力学分析概述
铁道机车车辆是一种典型的复杂机械多体系统,对机车车辆性能的评价涉及很多内容, 因此其动力学分析内容也是多方面的,如图所示。 图
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。
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。
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。
虚拟样机PPT课件
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
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。
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
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
机电产品的虚拟设计与仿真(PPT 90张)
虚拟设计技术结构体系
• （6）触觉和力反馈的装置 • 为了产生虚拟的触摸感觉，研究人员开发了 触觉和力反馈装置。虽然它们的样式和大小各不 相同，但它们大致上做相同的事情：推我们的手 臂，并把机械或动力信号记录下来。力反馈的装 置相对于触觉要容易，国际上已有一些机械的力 反馈装置。 • （7）立体显示设备 • 头盔式显示器HMD；特殊的头部显示器 BOOM（双目全方位监视器）；立体眼镜（用户 戴在眼睛上能从显示器上看到立体的图像）；立 体投影显示；3D显示器。
头盔式显示器HMD
虚拟设计技术结构体系
• （8）3D声音生成器 “3D声音”不是立体声的概念，它是 指由计算机生成的、能由人工设定声源在 空间中三维位置的一种声音。3D声音生成 器是利用人类定位声音的特点生成出3D声 音的一套软硬件系统。 人类进行声音的定位依据两个要素： 两耳时间差和两耳强度差
其他硬件
• 双筒全方位显示器(Binocular OmniOrientation Monitor—BOOM） • 立体投影显示 • 立体眼镜 • 等等
1.3 虚拟现实的发展历程与现状
• 发展历程
1965年 Sutherland提出 1966年 开始HDM的研究 1968年 研制出第一台HMD
20世纪90年代以来 VR应用到众多领域
1975年 Myron Krueger 提出AR的思想
1990年 Siggraph会议确定 VR技术的发展方向
1986年 VIEW系统研制成功
1985年 研制出数据手套
虚拟现实的国内外研究现状
• 国外虚拟现实技术的研究现状
–美国宇航局(NASA) • 美国宇航局 (NASA) 的 Ames 实验室完善了 HMD ，并 将 VPL 的数据手套工程化，使其成为可用性较高 的产品。 • NASA 完成的一项著名的工作是对哈勃太空望远 镜的仿真。 • 现在NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统、 空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使 用的VR教育系统。 • ASA 的 Ames 现在正在致力于一个叫“虚拟行星探 索(VPE)”的实验计划，这一项目能使“虚拟探索 者 (Virtual Explorer)” 利用虚拟环境来考察遥 远的行星，他们的第一个目标是火星。
虚拟制造技术(PPT 40页)(共42张PPT)
资源模型：对企业人力、物力建立的模型
培训专用
虚拟制造技术的内涵
3、虚拟制造与实际制造
实际制造系统是物质流、信息流在控制流的协调和控 制下，在各个层次上进行相应的决策，实现从投入到产出 的有效转变，其中物质流和信息流的协调工作是主体。
虚拟制造系统是在分布式协同工作等多学科技术支持 的虚拟环境下的现实制造系统的映射。
对连续制 造--基于 仿真的最 优控制
应用领域
培训专用
虚拟制造的使能技术
使能技术 培训专用
基于VR的计算可视化
网络环境下知识获取与建库
数据转换与处理 产品建模
虚拟环境建模
多通道交互
虚拟制造的使能技术
使能技术之一
多通道交互技术 培训专用
信息与时间的同步技术
人像分离与多传感信 息的融合技术
大面积纹理的可见性 快速显示技术
协调、优化动态 过程, 人、环境、 效率
价的环境
生产计划的编
排
传统制造：静 态、确定型 虚拟制造：动态、 随机型
培训专用
虚拟制造技术的分类
类
特点
主要 主要技术
别
目标 支持
以 · 将仿真加到控制模 控 型和实际处理中 制 可“无缝”地仿真 为 使得实际生产周期期 中 间不间断地优化 心
· 对离散 制造--基 于仿真的 实时动态 调度
生产计划 仿真优化
虚拟生产布局
虚拟设备集成
虚拟生产平台服务器
虚拟装配
企业协同工作环境
虚拟企业平台服务器 企业虚拟运行
企业运行仿真
培训专用
虚拟设计
虚
拟
制
造
虚拟制造
的
功
能
《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。
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。
虚拟样机技术ppt课件
ADAMS/View（界面模块）：样机建摸、样机模型 数据的输入和编辑、与求解器和后处理等程序的 自动连接、虚拟样机分析参数的设置、各种数据 的输入和输出、同其他应用程序的接口。
5
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
仿真分析
•设置测量和仿真输出 •进行仿真分析来自仿真结果 •回放仿真结果
分析
•绘制仿真结果曲线
验证仿真 •输入实验数据 分析结果 •添加实验数据曲线
Y
与实验结果一致？
N 精制机械
系统模型
•增加摩擦力 •定义柔性物体和连接 •定义控制
重复仿真 •设置可变参数
分析
•定义设计变量
机械系统 优化分析
•进行主要设计影响因素研究 •进行试验研究 •进行优化研究
5
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
仿真分析
•设置测量和仿真输出 •进行仿真分析来自仿真结果 •回放仿真结果
分析
•绘制仿真结果曲线
验证仿真 •输入实验数据 分析结果 •添加实验数据曲线
Y
与实验结果一致？
N 精制机械
系统模型
•增加摩擦力 •定义柔性物体和连接 •定义控制
重复仿真 •设置可变参数
分析
•定义设计变量
机械系统 优化分析
•进行主要设计影响因素研究 •进行试验研究 •进行优化研究
虚拟样机与虚拟制造PPT演示课件
麦克风
语言
9
虚拟现实系统的构成
动画制作软件 3DMAX MAYA
CAD系统 UG PRO/E I-DEAS SolidWorks
专用仿真软件 仿真数据
三维模型 模型简化 简化的三维模型
视景仿真软件 Vega WTK Division
碰撞检查 声音
三维视景 图像
三维输出设备 力反馈 触觉传感器 音响
三维测量设备 三坐标测量仪
VR输入设备 数据手套 跟踪器
用户反馈 手势 抓取
三维扫描仪
3维鼠标
身体动作
CT
麦克风
语言
7
虚拟现实系统的构成
动画制作软件 3DMAX MAYA
CAD系统 UG PRO/E I-DEAS SolidWorks
专用仿真软件 仿真数据
三维模型 模型简化 简化的三维模型
视景仿真软件 Vega WTK Division
碰撞检查 声音
三维视景 图像
三维输出设备 力反馈 触觉传感器 音响
三维输出设备 立体眼镜 头盔显示器 立体投影
三维测量设备 三坐标测量仪
VR输入设备 数据手套 跟踪器
用户反馈 手势 抓取
三维扫描仪
3维鼠标
身体动作
CT
碰撞检查 声音
力反馈 触觉传感器 音响
模型简化 简化的三维模型
Vega WTK Division
三维视景 图像
三维输出设备 立体眼镜 头盔显示器 立体投影
三维测量设备 三坐标测量仪
VR输入设备 数据手套 跟踪器
用户反馈 手势 抓取
三维扫描仪
3维鼠标
身体动作
CT
麦克风
SolidWorks
虚拟样机技术培训课件
4.3虚拟样机无法完全取代物理样机
• 对产品进行建模时，很难建立理想的、准确的、 完整的模型。由于模型的建立多有近似之处， 尤其是是分析模型。即使是建立了精确的几何 模型，分析时受知识、技术的限制，常要对模 型进行简化，尤其是复杂系统模型。分析模型 常是在忽略次要因素的基础上进行简化得到的 近似模型，这些忽略掉的信息，对产品的性能 的影响无法考虑进去，影响分析的精度。
谢谢大家！
虚拟样机技术
虚拟现实技术 VIRTUAL REALITY
• 虚拟现实技术是多媒体技术广泛应用后兴起的 更高层次的计算机技术，它利用三维图形生成 技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术， 生成三维逼真的虚拟环境，用户戴上特殊的头 盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标 等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟 环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟 世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受 和体会，达到真实体验和基于自然技能的人机 交互。
3.2卡特彼勒公司
美国卡特彼勒公司(NYSE: CAT）成立于1925年，卡特彼勒是世界上最大的土方工程 机械和建筑机械的生产商，也是全世界柴油机、天然气发动机和工业用燃气涡轮机 的主要供应商。
公司产品：卡特彼勒挖掘机、装载机、推土机、铲运机、摊铺机、铣刨机、 稳定土拌合机、非公路和采矿自卸卡车、压实机等
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 1:18:56 01:18:5 601:18 10/16/2 020 1:18:56 AM
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.1601 :18:560 1:18Oct-2016-Oct-20
•
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。01: 18:5601 :18:560 1:18Fri day, October 16, 2020
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虚拟样机技术是一门综台多学科的技术，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面技术，将分散的零部件设计和分析技术(如 零部件的CAD和FEA有限元分析)集成在一起，提供一个全新研发 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， 保证产品寻优开发过程顺利进行。
执行规则
领域视图模 型
基本 产品
虚拟样机支撑环境
虚拟样机开发环境： 分为系统框架层、分系统框架层、应用系统层和多领域协同工作层.
PPPO 视图
资源管理器 工具视图
多领域协同工作层
设计 PPPO建模管 CSCWD VR支撑 数据转 应用系统层 工具 理工具 软件 软件 换工具 机械分系统 电子分系统 软件分系统 控仿制真、分动系力统学分系统框架层
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
虚拟样机技术概述
虚拟样机技术是在CAX如(CAD、CAM、CAE 等) /DFX(如DFA DFM) 等技术基础上的发展，它进一步融合信息技术、先进制造技术和先进 仿真技术将这些技术应用于复杂系统全生命周期、全系统、并对它们 进行综合管理、从系统的层面来分析复杂系统支持由上至下的复杂系 统开发模式.
项目管理 产品管理 过程管理 组织管理
（P） （P） （P）
（O）
系统框架层
标准的计算环境（CORBA/RMI/RTI/HHTP）
网络和数据库系统
硬件和系统软件环境
虚拟样机的应用
美国福特汽车公司采用网络并行设计技术设计制造的新型SS1 型赛 车从开始设计到上道测试仅用了9 个月时间。同样的，通用汽车公 司将虚拟样机技术引入汽车制造中。
利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估缩短开 发周期降低成本改进产品设计质量提高面向客户与市场需求的能力.
虚拟样机的体系结构
虚拟样机开发过程实质上是一种基于 模型的不断提炼与完善的过程。一个 复杂系统通常由电子、机械、软件及 控制等子系统组成，其虚拟样机体系 结构如图所示
虚拟样机的关键技术
虚拟样机的支撑环境应该具备以下特征：
(1) 便捷、可靠地提供开发过程所需的各类模型、支持工具、资源和支撑 系统，以利于协同工作和有效地使用建模与仿真技术.
(2) 支持不同功能学科、政府和工业部门的数据、模型、仿真应用和其他 支撑系统（网络、工具）等之间的互操作与重用.
(3) 提供先进的支持多领域的建模/仿真环境. (4) 支持虚拟现实/可视化显示. (5) 支持并行工程方法学. (6) 最大限度地采用当前现存的流行产品和标准以尽量减少发新的工具和
虚拟样机系统总体技术
1工程设计环境、产品功能、可视化环境之间的集成技术 2多领域产品开发环境之间的集成技术 3多领域分布建模集成技术 4多领域分布协同仿真技术 5CAD/CAE/CAM/DFX的集成技术 6建模仿真工具的集成技术
虚拟样机的关键技术
系统建模技术
虚拟样机的关键技术
系统仿真技术
虚拟样机支撑环境
支撑系统. (7) 具有开放性、可扩展性和灵活性允许不同的实现方法.
虚拟样机支撑环境
一个支持虚拟样机系统开发的支撑 环境主要包括:ຫໍສະໝຸດ VP开发环境过程 工具
组织
产品
项目
虚拟样机开发环境 标准数据交换格式 分布式产品模型数据库
数据交换格式（DIF） 分布式产品模型数据库
工作流
产品数 据
人员
仿真 分析
过程状态
虚拟样机技术
主要内容
背景 技术概述 技术体系结构 关键技术 虚拟样机技术的应用
背景
1.物理样机难以解决的问题. T上市时间 Q质量 C成本 S服务 E环境
2.先进的信息技术和仿真技术的发展提供了技术基础.
虚拟样机技术(Virtual Prototype)成为各国研究的新的热点.
虚拟样机技术概述
虚拟样机的应用
波音公司采用虚拟产品开发技术成功地研制出世界上第一架“无 纸客机” 波音777 双喷机型，接着又研制出新一代737 客机。
虚拟样机的应用
世界上最大的工程机械制造商卡特彼勒公司的工程师采用虚拟样机 技术，对装载机和挖掘机的工作装置进行了上万个工位的运动和受 力分析。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
执行规则
领域视图模 型
基本 产品
虚拟样机支撑环境
虚拟样机开发环境： 分为系统框架层、分系统框架层、应用系统层和多领域协同工作层.
PPPO 视图
资源管理器 工具视图
多领域协同工作层
设计 PPPO建模管 CSCWD VR支撑 数据转 应用系统层 工具 理工具 软件 软件 换工具 机械分系统 电子分系统 软件分系统 控仿制真、分动系力统学分系统框架层
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
虚拟样机技术概述
虚拟样机技术是在CAX如(CAD、CAM、CAE 等) /DFX(如DFA DFM) 等技术基础上的发展，它进一步融合信息技术、先进制造技术和先进 仿真技术将这些技术应用于复杂系统全生命周期、全系统、并对它们 进行综合管理、从系统的层面来分析复杂系统支持由上至下的复杂系 统开发模式.
项目管理 产品管理 过程管理 组织管理
（P） （P） （P）
（O）
系统框架层
标准的计算环境（CORBA/RMI/RTI/HHTP）
网络和数据库系统
硬件和系统软件环境
虚拟样机的应用
美国福特汽车公司采用网络并行设计技术设计制造的新型SS1 型赛 车从开始设计到上道测试仅用了9 个月时间。同样的，通用汽车公 司将虚拟样机技术引入汽车制造中。
利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估缩短开 发周期降低成本改进产品设计质量提高面向客户与市场需求的能力.
虚拟样机的体系结构
虚拟样机开发过程实质上是一种基于 模型的不断提炼与完善的过程。一个 复杂系统通常由电子、机械、软件及 控制等子系统组成，其虚拟样机体系 结构如图所示
虚拟样机的关键技术
虚拟样机的支撑环境应该具备以下特征：
(1) 便捷、可靠地提供开发过程所需的各类模型、支持工具、资源和支撑 系统，以利于协同工作和有效地使用建模与仿真技术.
(2) 支持不同功能学科、政府和工业部门的数据、模型、仿真应用和其他 支撑系统（网络、工具）等之间的互操作与重用.
(3) 提供先进的支持多领域的建模/仿真环境. (4) 支持虚拟现实/可视化显示. (5) 支持并行工程方法学. (6) 最大限度地采用当前现存的流行产品和标准以尽量减少发新的工具和
虚拟样机系统总体技术
1工程设计环境、产品功能、可视化环境之间的集成技术 2多领域产品开发环境之间的集成技术 3多领域分布建模集成技术 4多领域分布协同仿真技术 5CAD/CAE/CAM/DFX的集成技术 6建模仿真工具的集成技术
虚拟样机的关键技术
系统建模技术
虚拟样机的关键技术
系统仿真技术
虚拟样机支撑环境
支撑系统. (7) 具有开放性、可扩展性和灵活性允许不同的实现方法.
虚拟样机支撑环境
一个支持虚拟样机系统开发的支撑 环境主要包括:ຫໍສະໝຸດ VP开发环境过程 工具
组织
产品
项目
虚拟样机开发环境 标准数据交换格式 分布式产品模型数据库
数据交换格式（DIF） 分布式产品模型数据库
工作流
产品数 据
人员
仿真 分析
过程状态
虚拟样机技术
主要内容
背景 技术概述 技术体系结构 关键技术 虚拟样机技术的应用
背景
1.物理样机难以解决的问题. T上市时间 Q质量 C成本 S服务 E环境
2.先进的信息技术和仿真技术的发展提供了技术基础.
虚拟样机技术(Virtual Prototype)成为各国研究的新的热点.
虚拟样机技术概述
虚拟样机的应用
波音公司采用虚拟产品开发技术成功地研制出世界上第一架“无 纸客机” 波音777 双喷机型，接着又研制出新一代737 客机。
虚拟样机的应用
世界上最大的工程机械制造商卡特彼勒公司的工程师采用虚拟样机 技术，对装载机和挖掘机的工作装置进行了上万个工位的运动和受 力分析。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。