（机械电子工程专业论文）平衡重式蓄电池叉车总体性能参数设计系统的研究.pdf

s t u d i e so nt h ep e r f o r m a n c e o ft h ec o u n t e r b a l a n c e e l e c t r i c f o r k l i f tt r u c k a b s t r a c t f a c i n gw i t ht h ev i o l e n tm a r k e tc o m p e t i t i o n ，i t i s u r g e n tf o rc o r p o r a t i o n s t h a t h o wt or e d u c et h ed e s i g n i n gp e r i o d ，i m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c t i o n ，a n d i m p r o v e t h e c o r p o r a t i o n s c o r e c o m p e t i t i o na b i l i t y a u t h o r s t u d i e st h ev i r t u a l m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n d w e s u c c e s s f u l l yd e v e l o pas y s t e mo f t h ep e r f o r m a n c e o ft h ec o u n t e r b a l a n c ee l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k t h i ss y s t e mw i l lh e l pu sr e a l i z et h ew h o l e p r o c e s so f v i r t u a lf o r k l i f t sm a n u f a c t u r i n g f i r s t ，a u t h o ri n t r o d u c et h eb a c k g r o u n d ，d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n o ft h e v i r t u a lm a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e a n dt h e n ，t h ea u t h o rs e t sf o r t ht h ek e yt e c h n i q u eo f t h ev i r t u a lf o r k l i f t sm a n u f a c t u r i n g 一- t h eg l o b a lp e r f o r m a n c ed e s i g n i n gs y s t e mo ft h e c o u n t e r b a l a n c ee l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k b e s i d e s ，t h ea u t h o ra l s ot o u c h e su p o nt h e c o r r e l a t i v et e c h n o l o g yw h i c hi su s e di nt h ev i r t u a lm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ys u c ha s c a d ，o p t i m i z a t i o n m e t h o d s h lm ea r t i c l e w ew i l ls t u d yt h ec o u n t e r b a l a l i c ee l e c t r i cf o r k l i f tt r u c kw h i c hi s m a d ei na n h u ih e l if o r k l i f tg r o u p i no r d e rt oa c c o m p l i s ht h eg l o b a lp e r f o r m a n c eo f t h ef o r k l i f t t r u c k ，t h e a u t h o rf o u n d st h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h e s t a b i l i t y c a l c u l a t i o n ，d r i v i n gc a p a b i l i t yc a l c u l a t i o n ，l i f t i n gc a p a b i l i t yc a l c u l a t i o nt h r o u g ht h e t r i a l s ，d e s i g ne x p e r i e n c ea n dn a t i o n a lc d t e d o n s a n dt h e n ，t h ea u t h o r c a r r i e so u tt h e m a t h e m a t i c a lm o d e lw i t ht h ed e l p h il a n g u a g ea n dm a k e si tar e l e a s es o f t w a r e w i t h t h es o f t w a r e ，t h ee n g i n e e r sc a na c c o m p l i s ht h ep e r f o r m a n c eo ft h ec o u n t e r b a l a n c e e l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k , j u d g et h er e s u l ta c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t ，s a v eo ro u t p u tt h e r e s u l t ，o p t i m i z e t h em a i n p a r a m e t e r s o ft h ef o r k l i f tt r u c k - - w h e e l b a s ea n d c o u n t e r b a l a n c ew e i g h t a tt h es a m et i m e ，t h er e s u l to ft h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so f t h ee l e c t r i cf o r k l i f tc a nb ec o m b i n e dw i t ht h e3 d d e s i g ns o f t w a r e ，t h a ti st os a y , t h e r e s u l tc a nb es h o w ni nt h e3 d d e s i g n m o d e l k e y w o r d ：c o u n t e r b a l a n c ee l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k , v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y , p e r f o r m a n c ec a l c u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金壁王业太堂 或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名竹芬男笔 l 签字日期：2 p 哆年，月j 8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金鲤王业太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权金理工业太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位燃箍名：审暑缆 导燧名： 签字日期：2 口口；年，月，6 日签字日期：d 弓年d1 月f 舍日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：兽缓逻车! j 团 通讯地址壕? 红倍胆奄j 二两玲f r 多 电话：弓占牟弘口，一占口彦2 邮编：2 多0 0 2 2 致谢 本文是在我的导师王卫荣教授悉心指导下完成的。在论文的选题和撰写过程 中，导师渊博的知识、严谨的治学态度以及鼓励学生大胆创新的谆谆教诲使我受 益匪浅。在此我向王卫荣教授表示最衷心的感谢。 此外，在研究生的学习和论文的撰写过程中，我还得到了安徽叉车集团的领 导和同事，特别是安徽叉车集团教委章昌时老师的帮助。在此我也向他们表示衷 心的感谢。 游骏 2 0 0 2 年1 2 月于合肥 1 1 引言 第一章绪论 叉车也叫叉式装卸车或铲车，它是由自行的轮式底盘和一套能垂直升降和前 后倾斜的工作装置组成的通用物料搬运机械。它最早出现在1 9 1 4 年一1 9 1 5 年之问， 到二十世纪三十年代在市场上开始有叉车出售。由于叉车能实现装卸搬运作业机 械化，减轻劳动强度，节约大量劳动力，提高劳动效率；可缩短装卸、搬运、堆 垛的作业时间，加快汽车和铁路车辆的周转；能提高仓库容积的利用率，促进多 层货架和高层仓库的发展；可减少货物的破损，提高作业的安全程度。因此叉车 行业得到了迅猛发展，到1 9 7 1 年世界叉车的年产量达已到2 0 万台。由于近几年 全球经济一体化，采购全球化趋势的影响，全球叉车业更是呈现欣欣向荣的景象。 解放初期，我国只有数量极少的几台国外进口叉车在交通运输部门使用。改 革开放后，我国国民经济得到迅速的发展，对叉车的需求量日益增加。通过自主 开发、技术引进，我国已可生产从0 5 吨至4 2 吨内燃叉车的整套系列产品，1 3 吨蓄电池叉车整套系列产品，但关键技术还是通过引进，设计主要是模仿。因此 我国叉车行业急需提高叉车设计能力，加快产品更新换代，在激烈的市场竞争中 保持不败。 1 2 开发蓄电池叉车总体性能参数设计系统的原因 随着科技的不断进步，生产力水平逐步提高，市场上物质产品极大的丰富， 市场竞争也越来越激烈。企业要在当今异常激烈的市场竞争中取胜，必须赢得四 个方面的竞争，第一是时间竞争，必须缩短新产品开发周期，产品的生产周期， 加快新产品上市能力；第二是质量的竞争，产品不仅可靠，而且使用户在各方面 都满意；第三是价格的竞争，不断降低新产品的研制成本，产品生产的成本和提 高产品的性能价格比；第四是创新能力的竞争，产品有鲜明的特色，能满足用户 的需求。缺少这四种竞争能力对中的任何一个能力，企业都无法在市场中站稳脚 跟。设计部门是企业发展的源泉和动力，因此必须为企业赢得市场的竞争做出贡 献。设计部门一方面要增加产品的品种系列和提高产品质量，以满足市场的需要； 另一方面要还要尽可能的缩短产品设计周期、降低开发费用以及产品制造成本， 为企业创造出最大的经济效益，因为产品成本的8 0 是由设计决定的，降低产品成 本的关键在设计。 1 1 引言 第一章绪论 叉车也叫叉式装卸车或铲车，它是由自行的轮式底盘和一套能垂直升降和前 后倾斜的工作装置组成的通用物料搬运机械。它最早出现在1 9 1 4 年一1 9 1 5 年之问， 到二十世纪三十年代在市场上开始有叉车出售。由于叉车能实现装卸搬运作业机 械化，减轻劳动强度，节约大量劳动力，提高劳动效率；可缩短装卸、搬运、堆 垛的作业时间，加快汽车和铁路车辆的周转；能提高仓库容积的利用率，促进多 层货架和高层仓库的发展；可减少货物的破损，提高作业的安全程度。因此叉车 行业得到了迅猛发展，到1 9 7 1 年世界叉车的年产量达已到2 0 万台。由于近几年 全球经济一体化，采购全球化趋势的影响，全球叉车业更是呈现欣欣向荣的景象。 解放初期，我国只有数量极少的几台国外进口叉车在交通运输部门使用。改 革开放后，我国国民经济得到迅速的发展，对叉车的需求量日益增加。通过自主 开发、技术引进，我国已可生产从0 5 吨至4 2 吨内燃叉车的整套系列产品，1 3 吨蓄电池叉车整套系列产品，但关键技术还是通过引进，设计主要是模仿。因此 我国叉车行业急需提高叉车设计能力，加快产品更新换代，在激烈的市场竞争中 保持不败。 1 2 开发蓄电池叉车总体性能参数设计系统的原因 随着科技的不断进步，生产力水平逐步提高，市场上物质产品极大的丰富， 市场竞争也越来越激烈。企业要在当今异常激烈的市场竞争中取胜，必须赢得四 个方面的竞争，第一是时间竞争，必须缩短新产品开发周期，产品的生产周期， 加快新产品上市能力；第二是质量的竞争，产品不仅可靠，而且使用户在各方面 都满意；第三是价格的竞争，不断降低新产品的研制成本，产品生产的成本和提 高产品的性能价格比；第四是创新能力的竞争，产品有鲜明的特色，能满足用户 的需求。缺少这四种竞争能力对中的任何一个能力，企业都无法在市场中站稳脚 跟。设计部门是企业发展的源泉和动力，因此必须为企业赢得市场的竞争做出贡 献。设计部门一方面要增加产品的品种系列和提高产品质量，以满足市场的需要； 另一方面要还要尽可能的缩短产品设计周期、降低开发费用以及产品制造成本， 为企业创造出最大的经济效益，因为产品成本的8 0 是由设计决定的，降低产品成 本的关键在设计。 我隧机械工妲企韭避去新产品的秀发方式蘩本是模仿稻技零弓| 遂。一个薪产 鼹的性能参数往往要等产品试制出来才能确定，并且要经过多轮试制才能获得令 人满意的产晶参数。这释一个薪产晶驮骈帮鬟投放枣翡蔫要一拿 琵长豹设计蜀期 和大量的设计费用。随糟我国成功地加入w t o ，众世界著名叉车晶牌纷纷涌入我阑 泰场，瓣内叉霉豹索场竞争己交藏嚣际 l 二竞争，嚣蠢叉车生产众翌露霹严竣懿挑 战。在遗种情况下，企业急需提高核心宽争力，即尽快发展具有自主产权和企业 特色豹产瑟。鲡德缩短叉车产鑫豹嚣发羯羯、洚嚣嚣发赞蔼； 鬟掇高叉辜经毙承平 成为各叉车企业的当务之急。 蓄泡洼叉率在菜些镶域，冬疼燃叉牵程逡，兵有稷强懿撬势。蓄毙，蓄邀游 叉车可实现零排放( 见袭1 1 ) ，符合环保要求。环保是当今趋势，各国都在制订 严疆魏搂效标建，鼹不瀵廷稼臻豹车辆将强绣游汰或不允诲笈攒。蓍蓖漶叉车不 存在这样的问题；其次，蓄电池叉车噪谱低、振动小，觜电池叉车噪音一般小于 7 0 d b ( a ) ，疼燃叉车曝努一般大学8 0d b ( a ) ，聪鼹嗓煮蜀减少麓驶员戆疲劳，撵 高驾驶的舒适性，同时低噪音也减小对周围环境的影响；最后，蓄电池叉车外形 建专小，操缴灵活，可农更狭小豹空弱终韭，提高仓建熬裂麓率。嚣趁，蓍电 池叉车特别适用子仓库以及烟草、食品、纺织、印刷等轻纺行般。随着人们环保 意识和对工作环境要求的提高，强言萝重内外叉攀鼹户对电；i 双攀的器求是越来越 大，在许多领域，电瓶义车正在逐步代替内燃叉车。 表i - i ：各类叉车使用中蠹 放的有蒜物质含餐 有帮物机型 附注 震戒分 荣弦极叉车汽潍糖叉车液态磊演气交车窀 羲趸事 一氧化碳1 5 0 8 0 0 p p m5 0 0 0 7 5 0 0 0 p p m2 0 0 1 0 0 0 p p m 有毒 碳羲亿舍耱i 0 0 2 0 0 0 p p m1 3 0 4 2 0 p p m8 0 2 4 0 p p m毒刺激气嗪 氧化氯1 5 0 1 2 0 0 p p m2 8 0 * 2 6 5 0 p p m5 0 1 2 0 0 p p m不利于人体健康 嗣体锈覆璇粒( 蒹矮)镣纯舍耱本稻子天体篷泰 在邀释溥凝下，挺爨了“薷壤蘧叉攀慧律数髓参数设诗系统”弱醑究。蓄壤 池叉车总体性能参数设计系统是在原有设计经骏基础上，将虚拟制造技术在叉率 设诗孛戆应惩。 1 3 虚拟制造技术 虚拟制造是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工 2 我隧机械工妲企韭避去新产品的秀发方式蘩本是模仿稻技零弓| 遂。一个薪产 鼹的性能参数往往要等产品试制出来才能确定，并且要经过多轮试制才能获得令 人满意的产晶参数。这释一个薪产晶驮骈帮鬟投放枣翡蔫要一拿 琵长豹设计蜀期 和大量的设计费用。随糟我国成功地加入w t o ，众世界著名叉车晶牌纷纷涌入我阑 泰场，瓣内叉霉豹索场竞争己交藏嚣际 l 二竞争，嚣蠢叉车生产众翌露霹严竣懿挑 战。在遗种情况下，企业急需提高核心宽争力，即尽快发展具有自主产权和企业 特色豹产瑟。鲡德缩短叉车产鑫豹嚣发羯羯、洚嚣嚣发赞蔼； 鬟掇高叉辜经毙承平 成为各叉车企业的当务之急。 蓄泡洼叉率在菜些镶域，冬疼燃叉牵程逡，兵有稷强懿撬势。蓄毙，蓄邀游 叉车可实现零排放( 见袭1 1 ) ，符合环保要求。环保是当今趋势，各国都在制订 严疆魏搂效标建，鼹不瀵廷稼臻豹车辆将强绣游汰或不允诲笈攒。蓍蓖漶叉车不 存在这样的问题；其次，蓄电池叉车噪谱低、振动小，觜电池叉车噪音一般小于 7 0 d b ( a ) ，疼燃叉车曝努一般大学8 0d b ( a ) ，聪鼹嗓煮蜀减少麓驶员戆疲劳，撵 高驾驶的舒适性，同时低噪音也减小对周围环境的影响；最后，蓄电池叉车外形 建专小，操缴灵活，可农更狭小豹空弱终韭，提高仓建熬裂麓率。嚣趁，蓍电 池叉车特别适用子仓库以及烟草、食品、纺织、印刷等轻纺行般。随着人们环保 意识和对工作环境要求的提高，强言萝重内外叉攀鼹户对电；i 双攀的器求是越来越 大，在许多领域，电瓶义车正在逐步代替内燃叉车。 表i - i ：各类叉车使用中蠹 放的有蒜物质含餐 有帮物机型 附注 震戒分 荣弦极叉车汽潍糖叉车液态磊演气交车窀 羲趸事 一氧化碳1 5 0 8 0 0 p p m5 0 0 0 7 5 0 0 0 p p m2 0 0 1 0 0 0 p p m 有毒 碳羲亿舍耱i 0 0 2 0 0 0 p p m1 3 0 4 2 0 p p m8 0 2 4 0 p p m毒刺激气嗪 氧化氯1 5 0 1 2 0 0 p p m2 8 0 * 2 6 5 0 p p m5 0 1 2 0 0 p p m不利于人体健康 嗣体锈覆璇粒( 蒹矮)镣纯舍耱本稻子天体篷泰 在邀释溥凝下，挺爨了“薷壤蘧叉攀慧律数髓参数设诗系统”弱醑究。蓄壤 池叉车总体性能参数设计系统是在原有设计经骏基础上，将虚拟制造技术在叉率 设诗孛戆应惩。 1 3 虚拟制造技术 虚拟制造是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工 2 性等各方面可能存在问题的技术。它提供了从产品概念形成、设计到制造全过程 的三维可视及交互的环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展 到全方位预报的新阶段。虚拟制造技术的主要手段是在高性能计算机及高速网络 的支持下，采用计算机仿真与虚拟现实技术，采用群组协同工作，在计算机上实 现产品设计制造的全部过程，包括产品的参数确定、结构设计、虚拟装配、工艺 规划、加工制造、性能分析、质量检验等，并进行过程管理与控制。该技术是近 几年来出现的一种新的设计思路，是计算机辅助设计和制造技术发展的延伸，也 是缩短产品设计周期、降低设计成本，提高市场响应速度，提高企业综合竞争能 力的有效手段。 1 3 1 虚拟制造技术的产生 社会生产力发展水平以及科学技术的进步状况决定了制造业的生产方式和市 场竞争的焦点。在生产力水平低下的工业化初期，由于市场上产品匮乏，企业的 生产方向决定了市场的走向。企业为了创造更多的效益，就尽可能地通过扩大生 产规模的方式来降低产品成本。显然，这种少品种、大批量的生产方式是由当时 生产力状况决定。随着社会生产力水平的提高，并且当市场上的产品数量达到一 定水平后，产品质量和价格成为企业赢得市场的关键要素。随着科技的进一步发 展，产品更新速度不断加快，产品市场寿命却不断缩短，企业新产品开发能力成 为企业赢得市场的关键要素。到了上世纪9 0 年代，高度发达的生产力给市场带来 了丰富多样的产品。在扩大了消费者选择余地的同时，也对企业的产品提出了更 高的要求。为了适应市场的这种变化，企业的生产方式逐渐由少品种、大批量转 变为多品种、小批量的生产方式。并且，越来越多的企业采用了按订单生产的组 织模式。此外，瞬息万变的市场环境迫使企业具有高度的灵敏性，能够抓住稍纵 即逝的商机。企业只有通过不断地开发、生产新产品，才能吸引更多的消费者。 企业只有从被动适应市场转变为主动引导市场，才能在激烈的市场竞争中抢占更 多的市场份额。 在这种环境下，企业间的竞争焦点逐渐转移到新产品的开发速度和设计成功 率上来。对于一个现代企业而言，其对市场响应速度的快慢、新产品开发成功率 的高低，不仅决定着该企业产品在市场上所占份额的大小，更决定了它的前途与 命运。为了赢得竞争，制造企业不得不将许多新出现的技术引入到设计和制造领 域中来，为此产生了许多新的制造技术和制造系统，如并行工程( c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ) 、柔性制造系统( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、计算机集成制造 系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、智能制造系统( i n t e l l i g e n c e 性等各方面可能存在问题的技术。它提供了从产品概念形成、设计到制造全过程 的三维可视及交互的环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展 到全方位预报的新阶段。虚拟制造技术的主要手段是在高性能计算机及高速网络 的支持下，采用计算机仿真与虚拟现实技术，采用群组协同工作，在计算机上实 现产品设计制造的全部过程，包括产品的参数确定、结构设计、虚拟装配、工艺 规划、加工制造、性能分析、质量检验等，并进行过程管理与控制。该技术是近 几年来出现的一种新的设计思路，是计算机辅助设计和制造技术发展的延伸，也 是缩短产品设计周期、降低设计成本，提高市场响应速度，提高企业综合竞争能 力的有效手段。 1 3 1 虚拟制造技术的产生 社会生产力发展水平以及科学技术的进步状况决定了制造业的生产方式和市 场竞争的焦点。在生产力水平低下的工业化初期，由于市场上产品匮乏，企业的 生产方向决定了市场的走向。企业为了创造更多的效益，就尽可能地通过扩大生 产规模的方式来降低产品成本。显然，这种少品种、大批量的生产方式是由当时 生产力状况决定。随着社会生产力水平的提高，并且当市场上的产品数量达到一 定水平后，产品质量和价格成为企业赢得市场的关键要素。随着科技的进一步发 展，产品更新速度不断加快，产品市场寿命却不断缩短，企业新产品开发能力成 为企业赢得市场的关键要素。到了上世纪9 0 年代，高度发达的生产力给市场带来 了丰富多样的产品。在扩大了消费者选择余地的同时，也对企业的产品提出了更 高的要求。为了适应市场的这种变化，企业的生产方式逐渐由少品种、大批量转 变为多品种、小批量的生产方式。并且，越来越多的企业采用了按订单生产的组 织模式。此外，瞬息万变的市场环境迫使企业具有高度的灵敏性，能够抓住稍纵 即逝的商机。企业只有通过不断地开发、生产新产品，才能吸引更多的消费者。 企业只有从被动适应市场转变为主动引导市场，才能在激烈的市场竞争中抢占更 多的市场份额。 在这种环境下，企业间的竞争焦点逐渐转移到新产品的开发速度和设计成功 率上来。对于一个现代企业而言，其对市场响应速度的快慢、新产品开发成功率 的高低，不仅决定着该企业产品在市场上所占份额的大小，更决定了它的前途与 命运。为了赢得竞争，制造企业不得不将许多新出现的技术引入到设计和制造领 域中来，为此产生了许多新的制造技术和制造系统，如并行工程( c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ) 、柔性制造系统( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、计算机集成制造 系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、智能制造系统( i n t e l l i g e n c e m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 等。制造技术和模式的发展，使得产品越来越复杂、产品投 资较大、开发周期较长，从而产生一系列问题：开发一个新产品，无法在投入大 量人力和经费之前就确定其开发价值，难以对产品的性能、功能的合理性以及对 投产后所取得的效益及风险进行确实有效的评估；不能在产品设计开发的各个阶 段把握产品制造过程各个阶段的实况，不能有效地协调设计与制造各阶段的关系， 以寻求企业整体最优效益。需要花费大量的时问和费用反复制造实物样机并对实 物样机进行试验来验证设计结果。随着计算机软硬件和信息网络技术的不断发展 以及计算机辅助工程和仿真技术发展的逐渐成熟，以数字化描述为主要手段的虚 拟设计和虚拟制造技术应运而生，为这些问题的解决带来了无限生机。虚拟制造 要求能实现从方案设计、结构设计、性能分析、功能仿真、具体加工过程，直至 试验的全面建模和仿真。 1 3 2 虚拟制造技术的发展现状 为使制造系统能解决产品开发中的前瞻性问题，近几年由美国首先提出的一 种全新概念“虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) ”。它是并行工程f c e ) 的发展，是敏捷制造的关键之一，也是先进制造技术的重要标志之一。虚拟制造 技术的出现尽管只有短短的几年时间，但它对制造业的革命性的影响却很快地显 示出来。例如，美国波音公司波音7 7 7 的研制，其整机设计、部件测试、整机装 配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的。产品开发周期由过去的8 年缩 短为5 年，同时也大大提高了产品设计的可靠性，使波音7 7 7 成为首架无图纸生 产出的飞机。为了论证vm 技术在英国制造工业实现的可行性和其在制造中的技 术潜力，英国n o t t i n g h a m 大学的s u e v g c o b b 等构造了一个虚拟示范工厂，包括 虚拟设计制造一检测几个环节，以便对虚拟制造技术的可行性进行演示和验证。 在德国，d a r m s t a t t 技术大学的f r a u n h o f e r 计算机图形研究所，加拿大的w a t e r l o o 大学，比利时的虚拟现实协会等均先后成立了研究机构，致力于虚拟制造技术的 研究和应用。美国m d i 公司( m e c h a n i c a ld y n a m i c si n c ) 已开发出可实现机械系 统动力学自动分析的商用软件a d a m s ( a u t o m a t i cd y n a m i ca 1 1 a l y s i so f m e c h a n i c a ls y s t e m s ) 。 我国制造与自动化领域“十五”计划及2 0 1 5 年远景规划也十分重视虚拟 制造技术的应用，将其列为今后攻关和推广的重点方向和关键技术之一。国内一 些企业也在进行v m 的研究，并取得了一些初步成果。安徽叉车集团正在进行虚 拟装配和虚拟加工技术的研究。在多个新产品设计中应用虚拟装配技术，对装配 件进行运动分析、干涉检查，在新产品试制前即可以对产品外观、结构进行评价 m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 等。制造技术和模式的发展，使得产品越来越复杂、产品投 资较大、开发周期较长，从而产生一系列问题：开发一个新产品，无法在投入大 量人力和经费之前就确定其开发价值，难以对产品的性能、功能的合理性以及对 投产后所取得的效益及风险进行确实有效的评估；不能在产品设计开发的各个阶 段把握产品制造过程各个阶段的实况，不能有效地协调设计与制造各阶段的关系， 以寻求企业整体最优效益。需要花费大量的时问和费用反复制造实物样机并对实 物样机进行试验来验证设计结果。随着计算机软硬件和信息网络技术的不断发展 以及计算机辅助工程和仿真技术发展的逐渐成熟，以数字化描述为主要手段的虚 拟设计和虚拟制造技术应运而生，为这些问题的解决带来了无限生机。虚拟制造 要求能实现从方案设计、结构设计、性能分析、功能仿真、具体加工过程，直至 试验的全面建模和仿真。 1 3 2 虚拟制造技术的发展现状 为使制造系统能解决产品开发中的前瞻性问题，近几年由美国首先提出的一 种全新概念“虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) ”。它是并行工程f c e ) 的发展，是敏捷制造的关键之一，也是先进制造技术的重要标志之一。虚拟制造 技术的出现尽管只有短短的几年时间，但它对制造业的革命性的影响却很快地显 示出来。例如，美国波音公司波音7 7 7 的研制，其整机设计、部件测试、整机装 配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的。产品开发周期由过去的8 年缩 短为5 年，同时也大大提高了产品设计的可靠性，使波音7 7 7 成为首架无图纸生 产出的飞机。为了论证vm 技术在英国制造工业实现的可行性和其在制造中的技 术潜力，英国n o t t i n g h a m 大学的s u e v g c o b b 等构造了一个虚拟示范工厂，包括 虚拟设计制造一检测几个环节，以便对虚拟制造技术的可行性进行演示和验证。 在德国，d a r m s t a t t 技术大学的f r a u n h o f e r 计算机图形研究所，加拿大的w a t e r l o o 大学，比利时的虚拟现实协会等均先后成立了研究机构，致力于虚拟制造技术的 研究和应用。美国m d i 公司( m e c h a n i c a ld y n a m i c si n c ) 已开发出可实现机械系 统动力学自动分析的商用软件a d a m s ( a u t o m a t i cd y n a m i ca 1 1 a l y s i so f m e c h a n i c a ls y s t e m s ) 。 我国制造与自动化领域“十五”计划及2 0 1 5 年远景规划也十分重视虚拟 制造技术的应用，将其列为今后攻关和推广的重点方向和关键技术之一。国内一 些企业也在进行v m 的研究，并取得了一些初步成果。安徽叉车集团正在进行虚 拟装配和虚拟加工技术的研究。在多个新产品设计中应用虚拟装配技术，对装配 件进行运动分析、干涉检查，在新产品试制前即可以对产品外观、结构进行评价 稀修改。徐工榘鳞c i m s 工程橇器入产品舞发顼嚣孛电有多个产茹瘟薅蠹撅籍逢技 术。 麸总俸主说，虚援糕造技术在莓乡 缝子麸骚究至l 实耀懿褪多输段，在鏊建， 碰拟制造技术的研究还刚刚起步，还有许多关键技术值得深入研究。 1 3 3 产晶性髓参数确定是虚拟触造技术的重要维成 企藏妥赢褥毙争，必矮维矮舞发彗季阕、晦骶舞发费掰、提离产瑟覆爨、霞产 鼯具有鲜明特色，能满慰用户的黼求。现在，开发一个新产品需瓣投入犬量人力、 缀费纛对翘，袈产鑫豹羚发戎费慧否壹接影稳裂念韭懿发震穗垒孬。泼b m w 公嚣3 系列汽车为例，熊个设计时间为5 年，其间共制造1 30 个实物模型或实物整车和 2 4 0 0 令实势郄终，每个实物整车串垮兹费2 5 万美元。电戴可觅鼹传凌豹漩违流爨 设计一个新产品往往需袋多次制造实物样机、多次对实物模型进行修改以及多次 溅试实彩撵规，遨器要蕊费大量貔薅霾秘费曩。嚣就，谗多垒敛要求在投入太羹 人力和经费之前能对新产品的性能、功能的合理性、效撬和风险进行确实而有效 憋评绩，将投资飒验降裂最，l 、。 产晶的性能参数，即功能能番满足用户的需求是产晶生存的最重要的条件。 产晶的技能参数约确定然产暴开发戆基础，以蜃魑结构设计、工芑设计等都是灏 绕这个基础进行的。因此，产品性能参数确定悬虚拟制遣技术的重要组成。随着 站算规技术的发腥，剥用产品性戆参数设计软彳牛，企业就能在锄造出实物撵枧之 前就能对产品的所有性能参数进行评估，对未达弼目标期望的性能参数通过修改 设计达到设计要求，修改设计的过程都磁计算机内进行，可大大缩短设计对问， 间时可保证生产蹦的产晶性能满足市场的需要。蒯用传统的设计方法开发新产品 肘，性能参数往徒要等列实物样机试制出来后才能获得，如不能满足设计要求， 往往要报翻原设计方案羹新设计翔试制，这会浪费大量的金钱秘耽误大蘩的时闷。 所以，产品性能参数确憝系统是廉拟制造技术的震要组成，是新产品开发成功的 麓础。 1 3 。3 搀遣虚擞撵戡技术辍斟试裳羧捧甄技术是撵羧爨遮技拳豹关键 构造虚拟样机技术和测试虚拟样机技术是虚拟制造技术的关键。构造虚拟样 橇是否麓等同与实物祥税，虚掇测试的雏栗是否写实褥样机测试稻一致，是虚叛 制造技术艟否实际应用，产生巨大效益的关键。 虚羧祥税应鬻时具蠢产螽豹梵俺结构特毪纛辩产鑫豹所有霉檬耢望( 弼外赡、 功能、安垒性、质量、成本、舒遗性等目标期望) ，以及实物样机所具有的所有功 稀修改。徐工榘鳞c i m s 工程橇器入产品舞发顼嚣孛电有多个产茹瘟薅蠹撅籍逢技 术。 麸总俸主说，虚援糕造技术在莓乡 缝子麸骚究至l 实耀懿褪多输段，在鏊建， 碰拟制造技术的研究还刚刚起步，还有许多关键技术值得深入研究。 1 3 3 产晶性髓参数确定是虚拟触造技术的重要维成 企藏妥赢褥毙争，必矮维矮舞发彗季阕、晦骶舞发费掰、提离产瑟覆爨、霞产 鼯具有鲜明特色，能满慰用户的黼求。现在，开发一个新产品需瓣投入犬量人力、 缀费纛对翘，袈产鑫豹羚发戎费慧否壹接影稳裂念韭懿发震穗垒孬。泼b m w 公嚣3 系列汽车为例，熊个设计时间为5 年，其间共制造1 30 个实物模型或实物整车和 2 4 0 0 令实势郄终，每个实物整车串垮兹费2 5 万美元。电戴可觅鼹传凌豹漩违流爨 设计一个新产品往往需袋多次制造实物样机、多次对实物模型进行修改以及多次 溅试实彩撵规，遨器要蕊费大量貔薅霾秘费曩。嚣就，谗多垒敛要求在投入太羹 人力和经费之前能对新产品的性能、功能的合理性、效撬和风险进行确实而有效 憋评绩，将投资飒验降裂最，l 、。 产晶的性能参数，即功能能番满足用户的需求是产晶生存的最重要的条件。 产晶的技能参数约确定然产暴开发戆基础，以蜃魑结构设计、工芑设计等都是灏 绕这个基础进行的。因此，产品性能参数确定悬虚拟制遣技术的重要组成。随着 站算规技术的发腥，剥用产品性戆参数设计软彳牛，企业就能在锄造出实物撵枧之 前就能对产品的所有性能参数进行评估，对未达弼目标期望的性能参数通过修改 设计达到设计要求，修改设计的过程都磁计算机内进行，可大大缩短设计对问， 间时可保证生产蹦的产晶性能满足市场的需要。蒯用传统的设计方法开发新产品 肘，性能参数往徒要等列实物样机试制出来后才能获得，如不能满足设计要求， 往往要报翻原设计方案羹新设计翔试制，这会浪费大量的金钱秘耽误大蘩的时闷。 所以，产品性能参数确憝系统是廉拟制造技术的震要组成，是新产品开发成功的 麓础。 1 3 。3 搀遣虚擞撵戡技术辍斟试裳羧捧甄技术是撵羧爨遮技拳豹关键 构造虚拟样机技术和测试虚拟样机技术是虚拟制造技术的关键。构造虚拟样 橇是否麓等同与实物祥税，虚掇测试的雏栗是否写实褥样机测试稻一致，是虚叛 制造技术艟否实际应用，产生巨大效益的关键。 虚羧祥税应鬻时具蠢产螽豹梵俺结构特毪纛辩产鑫豹所有霉檬耢望( 弼外赡、 功能、安垒性、质量、成本、舒遗性等目标期望) ，以及实物样机所具有的所有功 稀修改。徐工榘鳞c i m s 工程橇器入产品舞发顼嚣孛电有多个产茹瘟薅蠹撅籍逢技 术。 麸总俸主说，虚援糕造技术在莓乡 缝子麸骚究至l 实耀懿褪多输段，在鏊建， 碰拟制造技术的研究还刚刚起步，还有许多关键技术值得深入研究。 1 3 3 产晶性髓参数确定是虚拟触造技术的重要维成 企藏妥赢褥毙争，必矮维矮舞发彗季阕、晦骶舞发费掰、提离产瑟覆爨、霞产 鼯具有鲜明特色，能满慰用户的黼求。现在，开发一个新产品需瓣投入犬量人力、 缀费纛对翘，袈产鑫豹羚发戎费慧否壹接影稳裂念韭懿发震穗垒孬。泼b m w 公嚣3 系列汽车为例，熊个设计时间为5 年，其间共制造1 30 个实物模型或实物整车和 2 4 0 0 令实势郄终，每个实物整车串垮兹费2 5 万美元。电戴可觅鼹传凌豹漩违流爨 设计一个新产品往往需袋多次制造实物样机、多次对实物模型进行修改以及多次 溅试实彩撵规，遨器要蕊费大量貔薅霾秘费曩。嚣就，谗多垒敛要求在投入太羹 人力和经费之前能对新产品的性能、功能的合理性、效撬和风险进行确实而有效 憋评绩，将投资飒验降裂最，l 、。 产晶的性能参数，即功能能番满足用户的需求是产晶生存的最重要的条件。 产晶的技能参数约确定然产暴开发戆基础，以蜃魑结构设计、工芑设计等都是灏 绕这个基础进行的。因此，产品性能参数确定悬虚拟制遣技术的重要组成。随着 站算规技术的发腥，剥用产品性戆参数设计软彳牛，企业就能在锄造出实物撵枧之 前就能对产品的所有性能参数进行评估，对未达弼目标期望的性能参数通过修改 设计达到设计要求，修改设计的过程都磁计算机内进行，可大大缩短设计对问， 间时可保证生产蹦的产晶性能满足市场的需要。蒯用传统的设计方法开发新产品 肘，性能参数往徒要等列实物样机试制出来后才能获得，如不能满足设计要求， 往往要报翻原设计方案羹新设计翔试制，这会浪费大量的金钱秘耽误大蘩的时闷。 所以，产品性能参数确憝系统是廉拟制造技术的震要组成，是新产品开发成功的 麓础。 1 3 。3 搀遣虚擞撵戡技术辍斟试裳羧捧甄技术是撵羧爨遮技拳豹关键 构造虚拟样机技术和测试虚拟样机技术是虚拟制造技术的关键。构造虚拟样 橇是否麓等同与实物祥税，虚掇测试的雏栗是否写实褥样机测试稻一致，是虚叛 制造技术艟否实际应用，产生巨大效益的关键。 虚羧祥税应鬻时具蠢产螽豹梵俺结构特毪纛辩产鑫豹所有霉檬耢望( 弼外赡、 功能、安垒性、质量、成本、舒遗性等目标期望) ，以及实物样机所具有的所有功 能和物理特性。在设计初期，虚拟样机主要由产品的设计功能目标驱动，随着设 计的深化，在虚拟样机上逐渐增加安全性、质量、舒适性等目标期望。合理设置 虚拟样机的目标期望非常重要，这些目标期望应由市场反馈的信息经精练后确定。 同时虚拟样机的各目标期望被分解到各子虚拟系统，再从各子系统分解到各虚拟 部件，直至虚拟零件。由于虚拟样机具有设计者和市场对整车的所有要求，所以 设计者可以站在系统的高度对整车进行多目标优化，获得最优方案。 测试虚拟样机的关键是测试数据符合实际情况。传统的实物样机测试一般包 括各种状态的实验室测试和试验场测试。对于虚拟样机测试，也需构造相同条件 的虚拟实验室测试和试验场测试。对于虚拟实验室测试，需在计算机内构造相应 的虚拟实验设备和仪器，设定实验条件和边界条件。对于试验场测试，需在计算 机模拟出与实际试验场环境相同的虚拟环境，如各种路况、坡道、障碍、风速等。 只有将虚拟测试和实物测试紧密结合在一起，才能使虚拟测试数据真实、可靠。 因为虚拟测试中所需的一些数据最初是从实物测试中获得，虚拟测试的结果需要 实物测试验证。但随着虚拟测试应用更加深入，试验数据更加丰富、准确，实物 测试将越来越少。通过虚拟测试，可大幅减少整车实物样机的测试次数，降低整 车实物样机的测试费用和节约测试时间。 1 4 课题的来源、意义和主要内容 蓄电池叉车总体性能参数设计系统是针对安徽叉车集团生产的系列平衡重式 蓄电池叉车进行开发的。该公司是国家大型一档企业和国家二级企业，是国内目 前规模最大的叉车生产、科研和出口基地，已连续十一年全国叉车行业排名第一。 安徽合力股份有限公司( 集团的核心企业) 已成为国内唯一的叉车制造业股票上 市公司。公司主导产品是在消化引进技术的基础上拓展的具有当代国际水平的 “合力”牌系列叉车，其中新开发的h 2 0 0 0 系列叉车具有自主知识产权。目前公 司具有年产1 0 0 0 0 台叉车的能力，可以生产内燃、电瓶、防爆、石油液化气和静 压传动等4 0 0 多个品种的“合力”牌系列叉车。安徽叉车集团多年从事叉车产品 的开发和制造，具有丰富的设计和制造经验。 叉车属于机、电、液一体的知识密集、技术密集的物料搬运机械。叉车生产 方式是典型的多品种小批量的生产方式，同时还有许多叉车是根据用户的特定需 求进行特殊设计。因此，安徽叉车集团急需蓄电池叉车总体性能参数设计系统来 加快设计周期、减少设计费用、提高设计的成功率。蓄电池叉车总体性能参数设 计系统的主要内容包括： ( 1 ) 确定蓄电池叉车的总体性能参数。 6 能和物理特性。在设计初期，虚拟样机主要由产品的设计功能目标驱动，随着设 计的深化，在虚拟样机上逐渐增加安全性、质量、舒适性等目标期望。合理设置 虚拟样机的目标期望非常重要，这些目标期望应由市场反馈的信息经精练后确定。 同时虚拟样机的各目标期望被分解到各子虚拟系统，再从各子系统分解到各虚拟 部件，直至虚拟零件。由于虚拟样机具有设计者和市场对整车的所有要求，所以 设计者可以站在系统的高度对整车进行多目标优化，获得最优方案。 测试虚拟样机的关键是测试数据符合实际情况。传统的实物样机测试一般包 括各种状态的实验室测试和试验场测试。对于虚拟样机测试，也需构造相同条件 的虚拟实验室测试和试验场测试。对于虚拟实验室测试，需在计算机内构造相应 的虚拟实验设备和仪器，设定实验条件和边界条件。对于试验场测试，需在计算 机模拟出与实际试验场环境相同的虚拟环境，如各种路况、坡道、障碍、风速等。 只有将虚拟测试和实物测试紧密结合在一起，才能使虚拟测试数据真实、可靠。 因为虚拟测试中所需的一些数据最初是从实物测试中获得，虚拟测试的结果需要 实物测试验证。但随着虚拟测试应用更加深入，试验数据更加丰富、准确，实物 测试将越来越少。通过虚拟测试，可大幅减少整车实物样机的测试次数，降低整 车实物样机的测试费用和节约测试时间。 1 4 课题的来源、意义和主要内容 蓄电池叉车总体性能参数设计系统是针对