计算机仿真(虚拟样机)技术ppt课件

1、1虚拟样机技术2第一章第一章 概述概述1.1 1.1 基本概念基本概念31 1、样机和虚拟、样机和虚拟n样机：正式产品投产之前制造的实验机样机：正式产品投产之前制造的实验机型，用以评价产品的综合性能。型，用以评价产品的综合性能。n虚拟虚拟完全的数字化方法完全的数字化方法借助于网络通信的分布式工作借助于网络通信的分布式工作基于多媒体技术和虚拟现实技术基于多媒体技术和虚拟现实技术42 2、虚拟样机、虚拟样机n概念：原型产品的计算机仿真模型概念：原型产品的计算机仿真模型, ,具有一具有一定的真实功能定的真实功能, ,并可与物理样机媲美。并可与物理样机媲美。n两种理解：两种理解：从计算机图形学的角度：

2、虚拟样机从计算机图形学的角度：虚拟样机（VP:Virtual Prototype ）从生产制造的角度：从生产制造的角度：数字化模型数字化模型(DMU:Digital Mock-Up ) 53 3、虚拟样机技术、虚拟样机技术n美国国防部：使用虚拟样机代替物理样机对设计美国国防部：使用虚拟样机代替物理样机对设计方案进行方案进行测试和评估的过程测试和评估的过程n美国美国UARKUARK大学虚拟样机技术实验室：虚拟样机技大学虚拟样机技术实验室：虚拟样机技术是在一个人造的四维交互环境中对新的或修改术是在一个人造的四维交互环境中对新的或修改过的想法、概念、产品、模式或者过程所进行的过的想法、概念、产品、模

3、式或者过程所进行的设计、仿真和试验设计、仿真和试验。 n熊光楞：是一种基于产品的计算机仿真模型的熊光楞：是一种基于产品的计算机仿真模型的数数字化设计方法字化设计方法，这些数字化模型就是虚拟样机，这些数字化模型就是虚拟样机，能从视觉、听觉、触觉以及功能、性能和行为上能从视觉、听觉、触觉以及功能、性能和行为上模拟真实产品。模拟真实产品。64 4、虚拟样机技术的内容、虚拟样机技术的内容n数字化物理样机（数字化物理样机（DMU）装配过程）装配过程型态特性型态特性装配特性装配特性n功能虚拟样机（功能虚拟样机（FVP:Functional Virtual Prototyping ）分析过程）分析过程功能功

4、能操作性能操作性能n虚拟工厂仿真（虚拟工厂仿真（VFS:Virtual Factory Simulation ）制造过程）制造过程制造性能制造性能75 5、虚拟产品开发的概念、虚拟产品开发的概念n集计算机图形学、人工智能、并行集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体技术和虚工程、网络技术、多媒体技术和虚拟建模技术为一体，拟建模技术为一体，以计算机仿真以计算机仿真和产品建模为基础和产品建模为基础，对产品进行，对产品进行构构思、设计、制造、测试和分析思、设计、制造、测试和分析，完，完成产品开发的过程。成产品开发的过程。86 6、虚拟产品开发的特点、虚拟产品开发的特点 利用利用数字化模型

5、数字化模型进行仿真分析，提高进行仿真分析，提高多目标多目标决策水平，达到决策水平，达到全局优化和一次性全局优化和一次性开发成功开发成功的目的。的目的。数字化方式贯穿产品生命周期数字化方式贯穿产品生命周期并行工程，网络协同并行工程，网络协同低成本、短周期、高质量低成本、短周期、高质量支持产品的全方位测试、分析与评估支持产品的全方位测试、分析与评估98 8、虚拟现实、虚拟现实n虚拟现实技术是多媒体技术广泛应用后兴起的更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、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，生成三维多传感交互

6、技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的逼真的虚拟环境虚拟环境，用户戴上特殊的头盔、数据手，用户戴上特殊的头盔、数据手套等套等传感设备传感设备，或利用键盘、鼠标等，或利用键盘、鼠标等输入设备输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行行实时交互实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得从而获得身临其境身临其境的感受和体会，达到真实体验的感受和体会，达到真实体验和基于自然技能的人机交互，这样的虚拟环境给和基于自然技能的人机交互，这样的虚拟环境给计算机仿真工作者带来莫大的好处。计算机仿真工作者带来莫大的好处。

7、1011LAN CableMotion Bed 3D Glasses Headphone3D ScreenCamera PanControlA/D D/AComputerfor Slave SideHydraulic ServoValve Drive UnitConstructionRobotFrame Buffer Stereo Microphone Stereo View Camera Torque Sensor Position Sensor Pressure SensorHydraulicActuatorsJoystickTele-Operation construction robo

8、t system129 9、虚拟设计与传统设计、虚拟设计与传统设计n传统设计：传统设计：设计对象：设计对象：物理样机物理样机设计环境：设计环境：真实环境，以图纸上的线条、线框表述设真实环境，以图纸上的线条、线框表述设计对象计对象特点：特点：步骤清晰、责任明确，但反复的过程中消耗较步骤清晰、责任明确，但反复的过程中消耗较大的人力物力和时间大的人力物力和时间n虚拟设计：虚拟设计：设计对象：设计对象：虚拟样机虚拟样机设计环境：设计环境：虚拟环境，在计算机上方便进行交互、实虚拟环境，在计算机上方便进行交互、实时、可视化的修改，并能马上看到结果。时、可视化的修改，并能马上看到结果。特点：特点：并行工程，

9、协同工作、异地设计、资源共享、并行工程，协同工作、异地设计、资源共享、优势互补，缩短周期优势互补，缩短周期13参考书参考书 根据作者使用根据作者使用ADAMS的的经验和体会，结合实际的例经验和体会，结合实际的例子对机械系统动力学分析的子对机械系统动力学分析的建模、分析、优化以及专用建模、分析、优化以及专用仿真系统的二次开发等进行仿真系统的二次开发等进行了较详细的阐述。了较详细的阐述。本书可作本书可作为高校为高校“机械系统动力学分机械系统动力学分析析”课程教材，对从事机械课程教材，对从事机械系统数字化功能样机的建模、系统数字化功能样机的建模、求解、专业化仿真系统二次求解、专业化仿真系统二次开发的

10、工程技术人员具有重开发的工程技术人员具有重要的实用价值，可作为机电要的实用价值，可作为机电工程类本科、研究生教学用工程类本科、研究生教学用书。书。 14参考书参考书 以以ADAMS软件为蓝本，软件为蓝本，较系统地介绍了机械系统动较系统地介绍了机械系统动态仿真技术，并根据作者实态仿真技术，并根据作者实际使用际使用ADAMS的经验和体的经验和体会，机械设计和创新设计的会，机械设计和创新设计的需求，需求，结合大量的实例，从结合大量的实例，从ADAMS的入门上知识入手，的入门上知识入手，介绍了虚拟样机的基本概念，介绍了虚拟样机的基本概念，ADAMS软件的主要功能和软件的主要功能和操作技巧。操作技巧。1

11、5参考书参考书 本书主要介绍如何用虚拟本书主要介绍如何用虚拟样机仿真分析软件样机仿真分析软件ADAMS进进行虚拟样机仿真，重点介绍行虚拟样机仿真，重点介绍ADAMS提供的虚拟样机的仿提供的虚拟样机的仿真建模工具以及专业模块的应真建模工具以及专业模块的应用（汽车模块、液压模块、控用（汽车模块、液压模块、控制模块）。制模块）。读者对象主要是各读者对象主要是各高校的研究生及科研院所、技高校的研究生及科研院所、技术公司、企业技术部门的设计术公司、企业技术部门的设计人员；应用领域包括航空航天、人员；应用领域包括航空航天、汽车、机械生产厂、发动机、汽车、机械生产厂、发动机、液压传动等行业。液压传动等行业。

12、16参考书参考书17参考书参考书181.2 1.2 计算机辅助设计计算机辅助设计 Computer-Aided Design19在当代，广义的在当代，广义的CAD则是指则是指CAD/CAE/CAM/PDM的高度集成的高度集成CAD 侧重于产品的设计与开发侧重于产品的设计与开发CAE (Computer Aided Engineer) 侧重于产品的优化与分析侧重于产品的优化与分析CAM (Computer Aided Manufacture)侧重于产品的加工与制造侧重于产品的加工与制造PDM (Product Data Management) 侧重于产品数据管理侧重于产品数据管理2021波音波音

13、777 无纸化设计无纸化设计n波音波音777是波音公司研是波音公司研制的双发宽体客机制的双发宽体客机n1990年年10月月29日正式日正式起动。起动。n1994年年6月月12日第日第1架架波音波音777首次试飞首次试飞22 1995年年5月月17日日波音公司生产出首架波音波音公司生产出首架波音777，交交付用户美国联合航空公司。付用户美国联合航空公司。是当时世界上最大的双引擎是当时世界上最大的双引擎远距离喷气式飞机。远距离喷气式飞机。23 波音波音777 虚拟制造技术虚拟制造技术CATIA24戴姆勒奔驰引擎戴姆勒奔驰引擎CATIA25常用常用CAE软件调查软件调查来自仿真论坛来自仿真论坛261

14、、AutoCAD 简介简介nAutoCAD是由美国是由美国Autodesk( (欧特克）公司于二十欧特克）公司于二十世纪八十年代初为微机上应用世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。为流行的绘图工具。用于二维绘图、详细绘制、设计用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。文档和基本三维设计。n目前目前CAD技术已在电子和电气、科学研究、机械设技术已在电子和电气、科学研究、机械设计计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自、软件开发、机器人、服装业、出版业

15、、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。广泛应用。27CAD操作界面282、Solidworks的特点的特点29nSolidWorks为法国达索系统（为法国达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。是第一款基销售机械设计软件的视窗产品。是第一款基于于Windows平台开发的三维平台开发的三维CAD软件，软件，目前目前是国际上最为流行的三维机械设计软件。是国际上最为流行的三维机械设计软件。n Solidwoks是一个基于特征、参数化的

16、实体造是一个基于特征、参数化的实体造型系统具有强大的实体建模功能；同时也提型系统具有强大的实体建模功能；同时也提供了二次开发的环境和开放的数据结构。供了二次开发的环境和开放的数据结构。30全动感用户界面全动感用户界面n只有只有SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。拖动控制。“全动感的全动感的”的用户界面减少设计步骤，减少的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。n崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员

17、包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。界面直观。n特征模版为标准件和标准特征，提供了良好的环境。特征模版为标准件和标准特征，提供了良好的环境。用户用户可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征，并与同事可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征，并与同事共享。共享。nSolidWorks 提供的提供的AutoCAD模拟器，使得模拟器，使得AutoCAD用户用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。体设计。31装配设计装配设计n在在SolidWorks 中，当生成新零件

18、时，你可以直接参考其中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，体，SolidWorks 的性能得到极大的提高。的性能得到极大的提高。 nSolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。n镜像部件是镜像部件是SolidWorks 技术的巨大突破。镜像部件能产技术

19、的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。关联关系的零件）的新的零部件。nSolidWorks 用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。配关系。32PhotoWorks高级渲染高级渲染n有效地展示概念设计，减少有效地展示概念设计，减少样机的制作费用，快速地将样机的制作费用，快速地将产品投放入市场。产品投放入市场。 PhotoWorks提供方便

20、易用提供方便易用的、最品质的渲染功能。通的、最品质的渲染功能。通过在过在Windows环境下，与三环境下，与三维机械设计软件的标准维机械设计软件的标准SolidWorks的无缝集成，的无缝集成，PhotoWorks帮助方便制作帮助方便制作出真实质感和视觉效果的图出真实质感和视觉效果的图片，并向客户发布。片，并向客户发布。333、Pro/ENGINEER简介简介nPro/ENGINEER简称简称Pro/E，是美国参数技术公司旗下，是美国参数技术公司旗下的的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。一体化的三维软件。以参数化著称，以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，是参数化技术的最早应用者，在目

21、前的三维造型软件领在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推领域的新标准而得到业界的认可和推广。广。nPro/ENGINEER是集合了零件设计、产品装配、模具开是集合了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能于一体的一种模具发、数控加工、造型设计等多种功能于一体的一种模具软件。软件。一般中小型企业较长用，主要用来造型与分模。一般中小型企业较长用，主要用来造型与分模。由于其参数化性能较强，设计小型产品非常方便，受到由于其参数化性能较强，设计小型产品非

22、常方便，受到多数设计师的青睐。广泛用于电子、机械、模具、工业多数设计师的青睐。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等各行业。设计和玩具等各行业。3435364、Unigraphics NX（UG）简介）简介nUG NX加工加工基础模块提供联接基础模块提供联接UG所有加工模块所有加工模块的基础框架，的基础框架，它为它为UG NX所有加工模块提供一个所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改。其进行图形化修改。UG NX的加工后置处理

23、模块的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于目前世界上几乎所有主流该模块适用于目前世界上几乎所有主流 NC机床机床和加工中心。和加工中心。nUG是当今较为流行的一种是当今较为流行的一种模具设计模具设计软件软件 。37381.3 1.3 计算机辅助工程计算机辅助工程 Computer-Aided Engineer39n传统的传统的CAE主要指用计主要指用计算机对工程和产品进行算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及运行行为进行模拟，及早发现

24、设计缺陷，并证早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠和性能的可用性和可靠性。性。n从广义上说，计算机辅从广义上说，计算机辅助工程包括很多，它可助工程包括很多，它可以包括工程和制造业信以包括工程和制造业信息化的所有方面。息化的所有方面。40n工程设计中的计算机辅助工程设计中的计算机辅助工程工程CAE (Computer Aided Engineering)，指，指用计算机辅助求解分析复用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能性能，以及优化结构性能等。等。nCAE软件可作静态结构分软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构非线性问题；分析结构（固体）、流体、电磁等。（固体）、流体、电磁等。41 应用应用CAE软件对工程或产品进行性能分析和模拟时，一软件对工程或产品进行