虚拟原型技术.docx

虚拟原型技术本文展示了使用嵌入式分析工具的现代计算机辅助设计（CAD）系统如何实现机电一体化设计。用户总是要求我们提高所设计的机械的性能，同时减少资金成本。为了达到这两个矛盾的目标，我们将注意力放到在机械设计方面有巨大潜力的机电一体化上。本文审视了当今与机电一体化结合的计算机辅助设计（CAD）工具如何帮助您制造更好的机器。那么，您需要设计制造一台新的机器要，并且您确信机电一体化的设计方法及虚拟原型技术是正确的途径，但是该从哪里着手呢?让我们先来看更为简单的取放机。在机电一体化设计中，三个设计团队（机械，电机与控制）并行工作。不过，在机械团队完成设计前，电机与控制团队需要预先得到有关机械的信息。虚拟原型技术可以预先提供机械信息。通过将3DCAD系统与一个运动和结构分析工具，以及一个虚拟控制器相连接，SolidWorks公司与NI公司创建了一个真实的机电一体化设计环境。使用这些工具并不表示机械设计过程中的繁重工作减少了，而是工作量在整个设计周期中由设计团队分担了。 初次共振实验。虚拟原型技术的巨大价值在于，它允许您出现并校正设计错误，而不会出现制造实物样机所带来的资金耗费与时间延迟。虚拟原型技术设计过程经常失败与早期失败是虚拟原型技术设计的必经之路，失败的方式是在设计过程中而不是之后。所以您该如何失败而仍旧成功？诀窍是在正确的事情上失败，确定什么是您机械的关键性能指标(KPIs)，并将这些作为随后测试的参数与目标。那么，让我们看看取放机并领会虚拟原型技术如何在设计过程引导我们。取放机运动轮廓是所有机械的基石。最简单的情况是将物体A从B处移到C处。但是在某些情况下，您从B到C的最佳方式并不那么显而易见。一步运动还是两步？凸轮还是伺服？利用CAD可以快速地安排机械的运动部件，并检查冲突与运动范围。由于大多机械并不是从草图开始的，最初的CAD组装很可能是3D模型与布局草图或是结构图的混合体。取放装配布局即使只有如此简单的几何形状，SolidWorks仍可以基于草图或用户定义的部分计算出近似的力与转矩。我们现在可以将这些要求告知电机工程师，他们会对马达与驱动提出建议。再者，我们有可能借助于软件的优势直接从3D信息中心（拥有超过一百万个模型）或者制造商的网站下载马达与驱动的CAD模型。装配马达与驱动的取放布局最初的设计迭代提供力的大小来确定“最初估计”的马达和驱动尺寸。使用装配图中包含的马达与驱动CAD模型，运动仿真能够快速地重复运行来完善马达与驱动需求。当机械设计成熟并且CAD装配变得更加完整，运动分析软件可以周期性地重复运行，确保实物样机制造时不会出现意外。当马达尺寸确定后，我们可以将注意力转移到机械的性能与其结构上。典型的机械KPI是其位置公差，就机械学的层次来说，是由机构刚度与驱动顺性决定的。对我们的取放机而言，我们需要一个与较轻的，但很硬的移动结构结合一个非常刚性的支持结构，驱动以及连接系统，它们能够充分满足机械的需求。我们提到充分，是因为马达和驱动的顺性紧密地与花费联系在一起。使用SolidWorks集成的仿真套件，我们可以从运动分析中取出力与转矩，并将其放入结构仿真中来评估机械强度，耐久性以及柔韧性。现在，机械工程师可以回答有关机械性能的基本问题了。在任何运行速度下机械是否会共振？机械是否超出设计标准？我们是否能减少机械的重量以及由此导致的花费？机械部件的使用寿命是多久？这不是只做一次的仿真，而是当机械开发时，不断运行以发展与改进，不断为机电一体化团队提供最新、精确的信息，以根据具体情况作出设计决定。我们现在完全参与设计迭代循环，对于一个好的设计来说，“如果出现情况怎么办”可以被提高为“没问题”的设计。目前为止，我们只考虑了机械与电机工程师，而机电一体化设计模式是关于并行工作的三个工程团队。那么虚拟原型技术如何帮助控制工程师？我们已经看到了虚拟机械如何在CAD系统下被驱动，但是控制工程师想要的是一个虚拟控制器，能够直接与CAD几何图形对话并驱动运动分析，如同用于SolidWorks的LabVIEWNISoftMotion所能实现的。通过马达尺寸以及其它部件的确定，虚拟控制器能够直接与CAD图形对话并驱动运动分析。现在，控制工程师可以驱动虚拟机械，微调控制代码并实时观察机械行为。控制工程师可以确保运动轮廓正确，调查有关机械性能顺性的效果，并留意