虚拟样机技术PPT课件

虚拟样机技术,1,.,虚拟现实技术VIRTUALREALITY,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。,2,.,93国际会议上发表了一篇名为“VIRTUALREALITYSYSTEMANDAPPLICTION”的文章提出了VR技术的3I原则,视频1,3,.,生活中常见的虚拟现实技术,桌面级虚拟现实系统,沉浸式虚拟现实系统,分布式虚拟现实系统、增强现实性虚拟现实系统等,4,.,VR技术的应用领域特别广泛,教育、培训,医疗,还运用于购物、工业机器操作、汽车驾驶、工程制造,视频2,5,.,虚拟现实的应用展望,虚拟现实技术在社会各个领域的应用有了很大的进展,但是一些关键的技术障碍,还没有被彻底克服。虚拟现实设备的价格还过于昂贵,虚拟现实的应用主要处在科学研究和某些商业领域。随着虚拟现实技术的进一步发展,成本的降低,虚拟技术必定会走向实用化、平民化,6,.,目录,虚拟样机技术的产生背景虚拟样机技术概述虚拟样机技术的应用虚拟样机技术的研究情况虚拟样机技术发展的限制因素虚拟样机技术的发展,7,.,一.虚拟样机技术的产生背景,1.1传统机械设计方法的设计流程,8,.,另外,一些企业为了避免物理样机试制的繁琐以及费用方面的问题而省略样机测试这个环节,或者偷工减料、敷衍了事,这势必会降低产品的性能,甚至满足不了设计的要求。在市场竞争日益激烈的今天,为了达到Time、Quality、Cost、Service和Environment的要求,我们必须以最短的时间、最好的质量和最低的价格推出产品。谁早推出产品,谁就会占有市场;谁产品性能可靠、价格合理,谁的产品就会受到用户的亲睐。那么,有没有一种方法既可以减少样机的试制,又可以实现测试流程的需要呢?在这样一种情况下,虚拟样机代替物理样机出现,虚拟样机技术也就应运而生了。,9,.,1.2虚拟样机技术的设计流程,10,.,汽车碰撞试验,11,.,具有最真实和直接的技术特点，因此试验结果也最具说服力，是汽车新产品开发过程中必须进行的试验，但是由于其试验费用昂贵，所以往往难以实现多次重复试验。,这时候可以通过缓冲装置的力学特征来模拟碰撞所需的减速度波形，以此来评价安装在汽车上的各种安全附件的安全性,汽车碰撞试验,12,.,二.虚拟样机技术概述,13,.,2.1虚拟样机技术定义虚拟样机技术是一门综合多学科的技术,它的核心部分是建立实体模型、力学模型、加之模拟分析，最终得到技术实现。,14,.,目前，全世界的制造业企业都在努力转变为数字化企业，德国主导的“工业4.0”和中国政府启动的“中国制造2025”国家规划，其背后的共同使命就是在不断变化的工业大环境和挑战下保持竞争力，而实现这一目标的必由之路便是工业数字化。,2015中国国际工业博览会,15,.,三.虚拟样机技术的应用,1997年9月30日钱学森院士在致清华大学工程力学系的一封信中阐述了这样的一个观点:随着计算机能力的提高,用力学理论解决设计问题将成为主要途径,而试验手段成为次要途径。,16,.,虚拟样机技术主要应用于3大方面,重点机械投资项目、样机引进项目和国家骨干行业,17,.,虚拟样机技术在国外的应用虚拟样机技术在一些发达国家,如美国、德国、日本等已得到广泛应用,应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用机械到人机工程学、生物力学、医学及工程咨询等多方面。所涉及产品从庞大的卡车到照相机的快门,上天的火箭到轮船的锚链。在各领域,针对各种产品,虚拟样机技术都为用户节约开支、时间并提供满意的设计方案,18,.,3.1波音777,19,.,777是世界第一款完全以电脑立体CAD绘图技术设计的民用飞机，该技术又称CATIA（Computer-aidedThree-dimensionalInteractiveApplication），整个设计工序中都没有采用传统绘图纸方式，而是事先“建造”一架虚拟的777，让工程师可以及早发现任何误差，以确保机上成千上万的零件在被制成昂贵实物原型前，也能清楚计算安放的位置是否稳妥，并减省了开发时间和成本，在原型机建造的时候各种主要部件一次性成功对接。,20,.,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,21,.,22,.,3.3美国迪尔公司（JohnDeere）全球著名的农机巨头,约翰迪尔(JohnDeere)是一家具有160多年历史、并在世界农业机械、建筑机械领域处于领先地位的世界500强企业,总部设在美国伊利诺伊州。迪尔公司也是全球柴油发动机大型生产商之一。,23,.,公司在建筑、森林、草坪和草皮培养等农业设备生产方面占主导地位,24,.,四.虚拟样机技术在国内的应用,在国内,虚拟样机技术的应用尚处于起步阶段,主要是引用国外的先进技术。中航第一飞机研究院成功推出了国内首架飞机全机规模电子样机。863项目“月球表面探测机器人方案研究”则运用虚拟样机技术构造虚拟月球表面计算仿真环境,并对涉及到的多项关键技术进行了深入研究,取得了很好的成果。,25,.,虚拟样机技术的研究情况,国外的虚拟样机技术已走向商业化，目前比较有影响力的软件有美国机械动力学公司（MechanicalDynamicsInc1）的ADAMS（Automa-ticDynamicanalysisofMechanicalSystem）机械系统自动动力学分析软件，CADSI的DADS（DynamicAnalysisandDesignSystem）动力学分析和设计系统软件，德国航天局的SIMPACK。其中美国机械动力学公司的ADAMS占据了市场的50%以上,26,.,国内的企业在虚拟样机技的应用上，主要是集成现成的国外软件，如PRO/E、ADAMS、MATLAB、ANSYS等。对国外软件的依赖性强，单位投资大。有些单位采用对市场上现有软件进行二次开发的方式，来满足设计分析的需要。,27,.,4.1ADAMS简介,目前使用最广的机械系统仿真分析软件ADAMS软件是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件,该软件可以非常方便地对机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,虽然其造型功能相对薄弱,但是可以应用如Pro/e、UG、SolidWorks等建模软件进行机械的三维建模,然后以特定的文件格式输出,再通过ADAMS与CAD的接口模块,如AD-AMS/Exchange支持的IGES、STEP、DXF/DWG、Parasolid等图形交换格式导入ADAMS中,进行数据转换,再基于AD-AMS作仿真和加工轨迹仿真分析。,28,.,利用ADAMS对牛头刨床机构进行运动学分析滑枕CD的位移、速度、加速度，变可知一周期中牛头刨床的行程，速度，加速度特性,4.2牛头刨床的模型分析,29,.,四.虚拟样机技术发展的局限性,1.虚拟样机技术复杂应用难度大2.限制虚拟样机发展的因素3.虚拟样机无法完全取代物理样机,30,.,4.1虚拟样机技术复杂应用难度大,虚拟样机技术是对计算机技术、CAx技术、数学方法等多学科技术的综合应用，这对设计者提出了很高的要求。设计者如想要得心应手的应用虚拟样机技术就必须具有广泛的知识面，尤其是对计算机技术、CAx技术、数学方法要非常熟悉，并能够将专业领域的知识综合到虚拟样机中。产品的复杂性、各学科的难度，知识的综合及设计者本身知识的不全面，给虚拟样机技术的应用带来相当大的难度，任何知识的欠缺，都将影响虚拟结果的正确性。,31,.,4.2限制虚拟样机发展的因素,有些技术本身的不成熟，方法的不完善，限制了虚拟样机的发展。虚拟样机技术是比较前沿的技术，其中应用到的很多技术本身并不够成熟，有些方法本也不完善。对于复杂的问题，无法得到精确的解，多是将误差控制在允许的范围内。再如设计和分析软件之间的数据交换存在信息丢失的问题。,32,.,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。因此得到的分析结果多是些近似的解，并不能百分百的反应现实的情况。,33,.,五.虚拟样机技术的未来,目前,虚拟样机技术已成为一项相对成熟的产业技术,它改变了传统的设计思想,提供了一个全新的研发模式。产品结构日益多样化和个性化,低周期、低成本、高质量以及灵活