第三章创新机构的虚拟设计

第三大讲第三章创新机构的虚拟设计与仿真第一节产品设计数字化第二节虚拟样机技术简介第三节基于ADAMS的机械系统虚拟设计与仿真信息技术对企业的影响:第一节产品设计数字化

企业信息化是用信息技术改造传统产业和实现信息化带动工业化的突破口。企业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化，全面提升企业的竞争力。企业信息化技术的5个主要特征：管理数字化设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业数字化管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真设计数字化

通过实现产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，促进产品的数字化，提高企业的产品创新能力。

产品设计虽然只占产品整个成本的5％，但它却影响产品整个成本的70％。产品设计数字化的技术的发展

以并行工程思想为指导，建模/仿真技术为核心,以已有的各领域CAD/CAE/仿真技术为工具的虚拟样机技术。Time=$基于虚拟样机的设计的开发时间无虚拟样机的传统设计的开发时间产品设计数字化的技术的发展虚拟样机概念产品第二节虚拟样机技术简介1.虚拟样机2.虚拟样机技术的特点3.虚拟样机的相关技术4.虚拟样机仿真分析基本步骤1.虚拟样机

虚拟样机是由分布的、不同工具开发的、甚至异构的子模型组成的模型联合体：产品的CAD模型产品的外观表示模型产品的功能和性能仿真模型产品的各种分析模型（可制造性、可装配性等）产品的使用和维护模型以及环境模型等；在产品全生命周期中的虚拟样机需求样机概念样机工程样机最终样机1.虚拟样机需求论证概念设计详细设计生产、装配维护1.1需求样机

需求样机是根据用户需求建立的未来产品的可视化和数字化描述，描述产品功能和外部行为的结构模型。基本性能粗略框架1.2概念样机

概念样机是根据需求样机的要求，对所提出未来产品的方案设想的可视化和数字化描述细化了功能模块物理细节和可视化描述可制造性、可装配性进行概略评估1.3工程样机

工程样机是概念样机的进一步细化，主要由产品的各种物理性能模型、CAD模型以及其他模型组成仿真试验，评估详细设计方案的优缺点对产品的开发和生产进度、成本、质量提出更为全面的要求1.4最终样机

原型样机是将原有样机与实际使用环境相结合，检验产品的实际使用效果，评估进一步改进设计方案的可能性加入可靠性模型、维护模型和可用性模型，支持产品的虚拟维护加入虚拟仿真模型和操作模型，支持产品的使用训练模拟2.虚拟样机技术的特点强调系统的观点----强调在系统的层次上模拟产品的外观、功能和在特定环境下的行为；

涉及产品全生命周期----虚拟样机可应用于产品开发的全生命周期，并随着产品生命周期的演进而不断丰富和完善；

生产销售使用维护/服务报废/回收规划设计/确认制造概念设计2.虚拟样机技术的特点支持产品的全方位测试、分析与评估---支持不同领域人员从不同的角度对同一虚拟产品并行地进行测试、分析与评估活动。强调不同领域的虚拟化的协同设计。2.虚拟样机技术的特点1.总体技术2.建模技术3.协同仿真技术4.虚拟环境技术5.性能评估技术6.模型VV&A（校验、验证和确认）技术7.集成管理技术3.虚拟样机的相关技术

1.建模技术3.模型类型2.常见代表软件线框建模自由曲面建模特征实体建模参数化实体建模变量化实体建模平面线框&三维线框三维曲面三维实体AutoCADCADAMCADAMMasterCAMDelCAMPRO/ECATIAI-DealsUG复合建模MDTSolidWorksSolidEdge3.1常用CAD软件的建模方法3.2仿真技术

仿真技术已经被人们广泛用于汽车、铁路车辆、航空航天飞行器、机器人等复杂产品的设计中。大变形碰撞仿真摆式车空调通风仿真工业设计疲劳分析仿真动力学仿真气流噪声仿真气动压力仿真结构噪声仿真双层车模态仿真温度场仿真D38轻量化设计强度分析制动及冲击响应仿真3.3机械多体动力学仿真

机械动力学仿真通常被人们用来研究机械系统的位移、速度、加速度与其所受力（力矩）之间的关系。多体动力学仿真则将机械系统建模成由一系列的刚体（可以包含柔性体）通过对相互之间的运动进行约束的关节（joints）连接而成的系统。汽车可操作性和乘坐舒适性仿真：

汽车可操作性（handling)仿真是指利用整车动力学模型，当操作人员在采用各种不同驾驶方法的情况下，对车辆的侧倾稳定性进行仿真研究。

以汽车前、后悬架及转向机构为主的多体动力学模型增加发动机、车身后的整车多体动力学模型4.虚拟样机仿真分析基本步骤机械系统建模

几何建模施加运动副和运动约束施加载荷仿真分析

设置测量和仿真输出进行仿真分析仿真结果分析

回放仿真结果绘制仿真结果曲线验证仿真结果

输入实验数据增加实验数据曲线精制系统建模

增加摩擦力，改进载荷函数定义柔性物体和连接定义控制重复仿真分析

设置可变参数点定义设计变量与实验结果一致？系统优化分析

主要设计影响因素研究试验设计研究最优化研究是否第三节基于ADAMS的机械系统虚拟设计与仿真

机械系统动力学自动分析软件ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem）是虚拟样机分析的应用软件和开发工具。由美国MDI公司开发，现被MSC公司收购，占据同类软件全球市场的51％，是目前最为流行的机械系统动态仿真分析软件。

1.软件介绍（1）包含三个最基本的解题程序模块：

ADAMS/View(基本环境)ADAMS/Solver(求解器)ADAMS/PostPrecessor(后处理)2.软件模块（2）附加程序模块：

ADAMS/Car(轿车模块)ADAMS/Rail(机车模块)ADAMS/Airplane(飞机模块)ADAMS/Engine(发动机模块)ADAMS/Flex(柔性体模块)ADAMS/Controls(控制模块)ADAMS/Hydraulics(液压模块)ADAMS/Animation(高速动画模块)3.ADAMS/View工具列浏览1234567891011121314151612345678910111213141516几何建模量測恢复/重做运动連接點色盘移动动态浏览设置力元素前后视图动态旋转上下視圖左右視圖背景顏色視窗布置其他（1）曲柄摇杆滑块机构几何建模→设置运动副→定义运动及力→设置仿真时间→运动模拟→测量位移、速度、加速度→后处理界面→显示运动曲线→显示模型动画→显示轨迹→数据、曲线及动画文件输出。2.例子介绍（2）双滑块机构加平动位移（3）两自由度机构（4）设置工作栅格、单位、图标大小等（5）几何建模介绍用点point建立部件，可以参数化（6）平移、旋转操作（7）与其它CAD软件的接口Marker点与Pointer点

Marker：具有方向性,大部分情況都是伴随物件自动产生的，而Point不具有方向性,都是用户自己建立的；Marker点可以用来定义构件的几何形状和方向，定义约束与运动的方向等，而Point点常用来作为参数化的参考点，若构件与参考