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【摘要】論文分析了機械設備仿真的應用，指出了機械設備設計、工藝、制造中的一些先進技術，并且以虛擬樣機為例，展示了仿真技術在機械領域的應用。
【關鍵詞】機械；制造；仿真；虛擬樣機；計算機輔助設計；CAD
引言
以信息技術、計算機技術、系統(tǒng)理論、通信技術為基礎的系統(tǒng)仿真技術得到了前所未有的發(fā)展。特別的是，系統(tǒng)仿真技術在機械設備制造領域也得到了廣泛的應用。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)都在產品的開發(fā)設計、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，不僅大大地縮短了產品的開發(fā)周期，極大地減少了人力、
1.機械設備制造仿真技術概論
仿真技術的迅猛發(fā)展，為機械產品的設計開發(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。主要的仿真技術包括：CAD三維建模、結構有限元分析、多體系統(tǒng)動力學分析、優(yōu)化設計。應用它們可以解決從零件到裝配件的結構剛強度和產品的各項性能要求等問題，這些技術作為機械系統(tǒng)仿真技術中的幾個最為關鍵的部分，相互滲透，相互關聯(lián)，大有一體化和集成化趨勢。
2.設備仿真技術發(fā)展
2.1加工設備布局仿真
設備布局是構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、相同的技術和設備，僅僅由于布置方式的不同，生產系統(tǒng)的功能可產生天壤之別。高效率的設備布局作為提高企業(yè)生產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?，F(xiàn)代生產管理理論減少企業(yè)內部生產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，縮短物流距離。
（2）成組搬運，直接減少搬運次數。
（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，減少運輸的停頓、路線交叉和倒流現(xiàn)象。
2.2多學科優(yōu)化理論在仿真中的應用
機械設計技術及設計方法學的研究大都開始于工程應用問題的研究，再隨著研究工作的進展逐步上升為獨立的理論，然后反饋應用于產品設計的實踐。多學科設計優(yōu)化理論的研究也遵循了同樣的規(guī)律。在航空航天領域發(fā)展起來的MDO技術是當前國際上一個最活躍的研究課題。MDO問題涉及到的變量數目較多，學科之間的信息交換極為復雜，直接搜索目標函數和約束值的計算量令人難以忍受，某些學科分析會產生一些無法預計的失真，難以采用效率較高的梯度算法進行設計空間搜索，影響處理速度。因此，優(yōu)化過程中一般不將設計空間搜索程序與多學科分析直接禍合，而是對目標函數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，避免頻繁的多學科全分析。
2.3基于虛擬樣機的機械仿真
在機械設計領域，虛擬樣機技術作為一種嶄新的產品開發(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，是指在制造的一臺物理樣機生產出來之前，利用計算機技術建立該機械系統(tǒng)(產品)的三維數字化模型(即虛擬樣機)；對其進行靜力學、運動學和動力學分析，較好地仿真該機械系統(tǒng)的運動過程，以預測機械系統(tǒng)的整體性能。該技術以機械系統(tǒng)運動學、動力學和控制理論為核心加上成熟的三維計算機圖形技術和基于圖形的用戶界面技術，將分散的零部件設計和分析技術集成在一起，提供一個全新的研發(fā)機械產品的設計方法。它通過設計中的反饋信息不斷的指導設計，保證產品尋優(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用實例。
3.1SOILDWROK建模導入
ADAMSADAMS軟件具有強大的動力學解算器，但其實體建模功能相對比較薄弱。對于比較復雜的零部件，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。應用SoildWorks軟件對設備進行整機建模，按工程圖紙將其變?yōu)橐粋€數字樣機，然后將其轉換并導入到ADAMS壞境中使用。由于SoildWorks和ADAMS是兩個完全不同的系統(tǒng)，所以各自的數據都難以被對方識別。要將SoildWorks中創(chuàng)建的三維實體模型導入到ADAMS環(huán)境中，必須兩種軟件具備某一相同的幾何數據轉換模塊，先將SoildWorks的數據轉換成中性(不依賴于SoildWorks系統(tǒng))，然后將中性數據通過幾何數據轉換模塊轉換成ADAMS數據。
3.2虛擬設備的裝配
經上面步驟零部件導入ADAMS后，各構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入，也不能構成一臺具有現(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果的分析，探討和推斷對象本身所具有的性質及其運動變化規(guī)律。
4.總結
機械設備制造中的仿真技術，其本質也是一種計算機輔助設計。但是與以往技術相比，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濟發(fā)展的要求。
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