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数字化物理样机(Digital Mock-Up) 零部件的形态特性和系统装配特性的数字检视 功能虚拟样机(Functional Virtual Prototyping) 在虚拟实验室或试验场精确地预测产品的操作性能 虚拟工厂仿真(Virtual Factory Simulation) 解决产品完整的制造和装配过程进行仿真 三者的联合为实体物理样机向软件虚拟样机的转化提 供了有效的方法。 区别： 虚拟样机技术是面向系统的设计/分析/制造，以提高产品整体质量和性能并降低开发和制造成本为目的。 CAX是面向产品零部件的设计/分析/制造，以提高零部件质量和性能为目的。 * * 一、绪论 虚拟样机技术：Virtual Prototype Technology 当前设计制造领域的一门新技术，涉及多体系统动力学、数值计算方法及软件工程等学科 利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析和评估系统的性能，为物理样机的设计和制造提供参数依据 虚拟样机技术，在设计初始阶段－概念设计阶段就可以对整个系统进行完整的分析，可观察和试验各组成部件的相互运动情况；在计算机上方便地修改设计缺陷，仿真试验不同的设计方案，对整个系统不断地改进，直至获得最优的设计方案 1.1、VPT 基本概念 定义： 在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术（CAD、FEA等）揉合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，对该产品在使用中的可能工况进行仿真分析，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技术 1.1、VPT 基本概念(续) ◆经济贸易的全球化，竞争日趋激烈的市场； 目标：缩短开发周期、提高产品质量、降低成本、灵活适应市场 ◆传统的设计与制造过程： 概念设计 方案论证 产品设计 样机制造、试验 a、成本高、周期长； b、急于投放：产品先天不足 ◆解决产品的整体性能 CAD 仿真软件：在各种应用工况下对模型进行运动和3D:ProE Solidworks等 动力仿真 1.2、VPT的形成与发展 ◆来源：多体系统动力学 ◆工程对象：大量零部件构成的复杂机械系统；两类 1）结构： 正常工况下构件无相对运动－房屋、桥梁等；关心强度、刚度和稳定性；应用软件：FEA，如ABAQUS,ANSYS等 2）机构： 系统运行过程中部件间有相对运动的复杂机械系统：多个物体间通过运动副连接的多体系统 如：机床、汽车等 1.2、VPT的形成与发展（续） 多体系统分析 1）运动学分析：不考虑运动的起因、确定各零部件的位置与姿态、速度和加速度关系 2）静力学分析：系统承受静载荷时，确定在运动副制约下系统平衡位置及运动副的静反力 3）动力学分析：载荷和运动的关系；最复杂、最重要 1.2、VPT的形成与发展（续） 动力学分析 a）动力学正解：外力?系统运动：涉及到非线性方程的积分 b) 动力学逆解：运动副动反力?系统运动 c) 正逆混合：当系统的部分构件受控，以及按已知规律运动时，在外载荷作用下，确定其他机构的运动 多体系统发展趋势 复杂化：多回路、带控制系统 航天器:单主体＋若干鞭状天线 -多部件在轨拼装的空间站：巨型的操作臂、太阳能电池与天线阵 高速车辆：操纵系统与悬架 机器人：高速准确操作及在恶劣环境下工作 海洋采矿与救生：巨型系统 虚拟样机: 侧重于产品的数字化模型,指对一个与物理样机具有相似性的系统或子系统模型进行的基于计算机的仿真 虚拟样机技术: 侧重于虚拟样机的应用,指使用虚拟样机来代替物理样机对候选设计方案的某方面或综合特性进行仿真测试和评估的过程 1.3 虚拟样机与虚拟样机 技术的区别 虚拟样机技术的内容 虚拟样机技术与传统的CAX(CAD/CAE/CAM)技术的比较 面向系统的虚拟样机技术 虚拟物理样机 虚拟样机技术 虚拟产品 (数字化物理样机) (功能虚拟样机) (虚拟工厂仿真) 面向零部件的传统的CAX技术 CAD支持产品零部件的详细结构设计形态分析。 CAE技术主要指应用有限元软件完成产品零部件的结构分析、热分析、振动特性等功能分析 CAM技术旨在提高产品零部件的可制性，提供对机床、铸造过程、冲压过程、锻造加工等方面的更好的控制 虚拟样机技术与传统的CAX(CAD/CAE/CAM)技术的比较 1.4 ADAMS在产品研制中的几个重要阶段 1、概念设计 CAD: 实体建模 ADAMS实体建模器、ADAMS/Exchanger 2、设计细化 3、设计验证：工作性能、如何工作、形状 4、