計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解課件

1、計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解第一章 概述1.1 基本概念第一章 概述1.1 基本概念1、樣機和虛擬樣機：正式產(chǎn)品投產(chǎn)之前制造的實驗機型，用以評價產(chǎn)品的綜合性能。虛擬完全的數(shù)字化方法借助于網(wǎng)絡(luò)通信的分布式工作基于多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)1、樣機和虛擬樣機：正式產(chǎn)品投產(chǎn)之前制造的實驗機型，用以評價2、虛擬樣機概念：原型產(chǎn)品的計算機仿真模型,具有一定的真實功能,并可與物理樣機媲美。兩種理解：從計算機圖形學的角度：虛擬樣機（VP:Virtual Prototype ）從生產(chǎn)制造的角度：數(shù)字化模型(DMU:Digital Mock-Up ) 2、虛擬樣機概念：原型產(chǎn)品的計

2、算機仿真模型,具有一定的真實功3、虛擬樣機技術(shù)美國國防部：使用虛擬樣機代替物理樣機對設(shè)計方案進行測試和評估的過程美國UARK大學虛擬樣機技術(shù)實驗室：虛擬樣機技術(shù)是在一個人造的四維交互環(huán)境中對新的或修改過的想法、概念、產(chǎn)品、模式或者過程所進行的設(shè)計、仿真和試驗。 熊光楞：是一種基于產(chǎn)品的計算機仿真模型的數(shù)字化設(shè)計方法，這些數(shù)字化模型就是虛擬樣機，能從視覺、聽覺、觸覺以及功能、性能和行為上模擬真實產(chǎn)品。3、虛擬樣機技術(shù)美國國防部：使用虛擬樣機代替物理樣機對設(shè)計方4、虛擬樣機技術(shù)的內(nèi)容數(shù)字化物理樣機（DMU）裝配過程型態(tài)特性裝配特性功能虛擬樣機（FVP:Functional Virtual Prot

3、otyping ）分析過程功能操作性能虛擬工廠仿真（VFS:Virtual Factory Simulation ）制造過程制造性能4、虛擬樣機技術(shù)的內(nèi)容數(shù)字化物理樣機（DMU）裝配過程5、虛擬產(chǎn)品開發(fā)的概念集計算機圖形學、人工智能、并行工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬建模技術(shù)為一體，以計算機仿真和產(chǎn)品建模為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品進行構(gòu)思、設(shè)計、制造、測試和分析，完成產(chǎn)品開發(fā)的過程。5、虛擬產(chǎn)品開發(fā)的概念集計算機圖形學、人工智能、并行工程、網(wǎng)6、虛擬產(chǎn)品開發(fā)的特點 利用數(shù)字化模型進行仿真分析，提高多目標決策水平，達到全局優(yōu)化和一次性開發(fā)成功的目的。數(shù)字化方式貫穿產(chǎn)品生命周期并行工程，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同低成本、短周

4、期、高質(zhì)量支持產(chǎn)品的全方位測試、分析與評估6、虛擬產(chǎn)品開發(fā)的特點 利用數(shù)字化模型進行8、虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用后興起的更高層次的計算機技術(shù)，它利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，用戶戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會，達到真實體驗和基于自然技能的人機交互，這樣的虛擬環(huán)境給計算機仿真工作者帶來莫大的好處。8、虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用后興起的更高層次計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解

5、LAN CableComputerfor Master SideImage ProcessingUnitMotion Bed3D GlassesHeadphone3D ScreenCamera PanControlA/D D/AComputerfor Slave SideHydraulic ServoValve Drive UnitConstructionRobotFrame BufferStereo MicrophoneStereo View CameraTorque SensorPosition SensorPressure SensorHydraulicActuatorsTele-Rob

6、otics System Using VRJoystickTele-Operation construction robot systemLAN CableComputerImage Process9、虛擬設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計：設(shè)計對象：物理樣機設(shè)計環(huán)境：真實環(huán)境，以圖紙上的線條、線框表述設(shè)計對象特點：步驟清晰、責任明確，但反復的過程中消耗較大的人力物力和時間虛擬設(shè)計：設(shè)計對象：虛擬樣機設(shè)計環(huán)境：虛擬環(huán)境，在計算機上方便進行交互、實時、可視化的修改，并能馬上看到結(jié)果。特點：并行工程，協(xié)同工作、異地設(shè)計、資源共享、優(yōu)勢互補，縮短周期9、虛擬設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計：參考書 根據(jù)作者使用ADAMS

7、的經(jīng)驗和體會，結(jié)合實際的例子對機械系統(tǒng)動力學分析的建模、分析、優(yōu)化以及專用仿真系統(tǒng)的二次開發(fā)等進行了較詳細的闡述。本書可作為高?！皺C械系統(tǒng)動力學分析”課程教材，對從事機械系統(tǒng)數(shù)字化功能樣機的建模、求解、專業(yè)化仿真系統(tǒng)二次開發(fā)的工程技術(shù)人員具有重要的實用價值，可作為機電工程類本科、研究生教學用書。 參考書 根據(jù)作者使用ADAMS的經(jīng)驗和體會，結(jié)合實際的參考書 以ADAMS軟件為藍本，較系統(tǒng)地介紹了機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，并根據(jù)作者實際使用ADAMS的經(jīng)驗和體會，機械設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計的需求，結(jié)合大量的實例，從ADAMS的入門上知識入手，介紹了虛擬樣機的基本概念，ADAMS軟件的主要功能和操作技巧。參考

8、書 以ADAMS軟件為藍本，較系統(tǒng)地介紹參考書 本書主要介紹如何用虛擬樣機仿真分析軟件ADAMS進行虛擬樣機仿真，重點介紹ADAMS提供的虛擬樣機的仿真建模工具以及專業(yè)模塊的應(yīng)用（汽車模塊、液壓模塊、控制模塊）。讀者對象主要是各高校的研究生及科研院所、技術(shù)公司、企業(yè)技術(shù)部門的設(shè)計人員；應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、汽車、機械生產(chǎn)廠、發(fā)動機、液壓傳動等行業(yè)。參考書 本書主要介紹如何用虛擬樣機仿真分析軟件A參考書參考書參考書參考書1.2 計算機輔助設(shè)計 Computer-Aided Design1.2 計算機輔助設(shè)計 Computer-Aided De在當代，廣義的CAD則是指CAD/CAE/CAM/PD

9、M的高度集成CAD 側(cè)重于產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)CAE (Computer Aided Engineer) 側(cè)重于產(chǎn)品的優(yōu)化與分析CAM (Computer Aided Manufacture)側(cè)重于產(chǎn)品的加工與制造PDM (Product Data Management) 側(cè)重于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理在當代，廣義的CAD則是指CAD/CAE/CAM/PDM的高計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解波音777 無紙化設(shè)計波音777是波音公司研制的雙發(fā)寬體客機1990年10月29日正式起動。1994年6月12日第1架波音777首次試飛波音777 無紙化設(shè)計波音777是波音公司研制的雙發(fā)寬體客機 1995年5月17日波音

10、公司生產(chǎn)出首架波音777，交付用戶美國聯(lián)合航空公司。是當時世界上最大的雙引擎遠距離噴氣式飛機。 1995年5月17日波音公司生產(chǎn)出首架波音77 波音777 虛擬制造技術(shù)CATIA 波音777 虛擬制造技術(shù)CATIA戴姆勒奔馳引擎CATIA戴姆勒奔馳引擎CATIA常用CAE軟件調(diào)查來自仿真論壇常用CAE軟件調(diào)查來自仿真論壇1、AutoCAD 簡介AutoCAD是由美國Autodesk(歐特克）公司于二十世紀八十年代初為微機上應(yīng)用CAD技術(shù)而開發(fā)的繪圖程序軟件包，經(jīng)過不斷的完善，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。用于二維繪圖、詳細繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計。目前CAD技術(shù)已在電子和電氣、科學研

11、究、機械設(shè)計 、軟件開發(fā)、機器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動化、土木建筑、地質(zhì)、計算機藝術(shù)等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1、AutoCAD 簡介AutoCAD是由美國AutodesCAD操作界面CAD操作界面2、Solidworks的特點2、Solidworks的特點SolidWorks為法國達索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負責研發(fā)與銷售機械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品。是第一款基于Windows平臺開發(fā)的三維CAD軟件，目前是國際上最為流行的三維機械設(shè)計軟件。 Solidwoks是一個基于特征、參數(shù)化的實體造型系統(tǒng)具有強大的實體建模功能；同時也提供了二次開發(fā)的環(huán)境和開放的

12、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。SolidWorks為法國達索系統(tǒng)（Dassault Sys全動感用戶界面只有SolidWorks 才提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標拖動控制。“全動感的”的用戶界面減少設(shè)計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了界面的零亂。嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設(shè)計過程和步驟。屬性管理員包含所有的設(shè)計數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。特征模版為標準件和標準特征，提供了良好的環(huán)境。用戶可以直接從特征模版上調(diào)用標準的零件和特征，并與同事共享。SolidWorks 提供的AutoCAD模擬器，使得AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習慣，順利地從二維設(shè)計轉(zhuǎn)向三維實體設(shè)計。全動感用戶界面只有So

13、lidWorks 才提供了一整套完整的裝配設(shè)計在SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。 SolidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。鏡像部件是SolidWorks 技術(shù)的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件。SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù)，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術(shù)能夠自動地

14、捕捉并定義裝配關(guān)系。裝配設(shè)計在SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直PhotoWorks高級渲染有效地展示概念設(shè)計，減少樣機的制作費用，快速地將產(chǎn)品投放入市場。 PhotoWorks提供方便易用的、最品質(zhì)的渲染功能。通過在Windows環(huán)境下，與三維機械設(shè)計軟件的標準SolidWorks的無縫集成，PhotoWorks幫助方便制作出真實質(zhì)感和視覺效果的圖片，并向客戶發(fā)布。PhotoWorks高級渲染有效地展示概念設(shè)計，減少樣機的制3、Pro/ENGINEER簡介Pro/ENGINEER簡稱Pro/E，是美國參數(shù)技術(shù)公司旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。以參數(shù)化著稱，是參

15、數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。Pro/ENGINEER是集合了零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、造型設(shè)計等多種功能于一體的一種模具軟件。一般中小型企業(yè)較長用，主要用來造型與分模。由于其參數(shù)化性能較強，設(shè)計小型產(chǎn)品非常方便，受到多數(shù)設(shè)計師的青睞。廣泛用于電子、機械、模具、工業(yè)設(shè)計和玩具等各行業(yè)。3、Pro/ENGINEER簡介Pro/ENGINEER簡稱計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解4、Unigraphics NX（UG）簡介UG

16、 NX加工基礎(chǔ)模塊提供聯(lián)接UG所有加工模塊的基礎(chǔ)框架，它為UG NX所有加工模塊提供一個相同的、界面友好的圖形化窗口環(huán)境，用戶可以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并可對其進行圖形化修改。UG NX的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流 NC機床和加工中心。UG是當今較為流行的一種模具設(shè)計軟件 。4、Unigraphics NX（UG）簡介UG NX加工基計算機仿真(虛擬樣機)技術(shù)講解1.3 計算機輔助工程 Computer-Aided Engineer1.3 計算機輔助工程 Computer-Aided En傳統(tǒng)的CAE主要指用計算機

17、對工程和產(chǎn)品進行性能與安全可靠性分析，對其未來的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，并證實未來工程、產(chǎn)品功能和性能的可用性和可靠性。從廣義上說，計算機輔助工程包括很多，它可以包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面。傳統(tǒng)的CAE主要指用計算機對工程和產(chǎn)品進行性能與安全可靠性分工程設(shè)計中的計算機輔助工程CAE (Computer Aided Engineering)，指用計算機輔助求解分析復雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等。CAE軟件可作靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，動態(tài)分析；研究線性、非線性問題；分析結(jié)構(gòu)（固體）、流體、電磁等。工程設(shè)計中的計算機輔助工程CAE (Computer Aid 應(yīng)用CAE軟件對工程或產(chǎn)品進行性能分析和模擬時，一般要經(jīng)歷以下三個過程：前處理：對工程或產(chǎn)品進行建模，建立合理的有限元分析模型。有限元分析：對有限元模型進行單元特性分析、有限元單元組裝、有限元系統(tǒng)求解和有限元結(jié)果生成。后處理：根據(jù)工程或產(chǎn)品模型與設(shè)計要求，對有限元分析結(jié)果進行用戶所要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶，輔助用戶判定計算結(jié)果與設(shè)計方案的合理性。 應(yīng)用CAE軟件對工程或產(chǎn)品進行性能分析和模擬時計算機輔助工程CAE軟件Hyperworks，主要做前處理（分單元加載荷加約束）和后處理（看輸出結(jié)果和仿真）Pro/ENGINEER Mechanica 綜合的CAE軟