流体动力与运动控制仿真软件HyPneu简介

1、流体动力与运动控制的虚拟实验室流体动力与运动控制仿真软件HyPneu 简介北京方通正信科技有限公司2010 年 9 月、软件概述HyP neu软件是一款集液压、气动分析为一体的流体动力与运动控制设计仿真与过程 可视化的软件。软件包含了前、后处理、仿真计算与动画演示功能，可为工程设计人员提 供了分析和解决液压、气动领域问题的CAE手段，并提供了对工程验证、改型设计、新产品研发的辅助支持，以及作为液压、气动、机械、电子、电磁一体化系统分析的虚拟仿真 平台，实现多学科多领域的联合仿真。二、软件背景HyPneu软件是美国 BarDyne公司的产品。BarDyne公司成立于1989年，致力于流体动 力设

2、计与分析软件的开发、各种相关设计分析技术咨询、各企业设计测试中心的设计规划 和各种高科技检测设备的研制开发。BarDyne公司前身为美国俄克拉荷马州州立大学(OSU的流体动力研究中心(FPRC,此研究中心在国际上久负盛名，拥有很高的知名度和权威性。BarDyne公司的资深液压和气动专家为世界各国军方、航空、航天、造船和制造业提供了众多的世界级权威解决方案； BarDyne公司已有376项技术标准得到美国军方采用，20项技术标准得到国际相关技术组织的采用，同时公司还拥有众多的设计与试验专利技术。BarDyne公司于1993年推出HyPneu软件，并于1995年推出HyPneu for Windo

3、ws 版 本，并在美国及全球开始商业运作。目前，最新HyPneu版本为V11版。是基于全面设计管理理念开发，各模块高度集成，为工程师提供极致的设计仿真与过程可视化平台。三、软件功能利用HyPneu软件可以在其图形化的界面内，使用软件元件库中的丰富的元件，搭建用于仿真分析的原理图，进行稳态、动态、频域、热传、污染等类型的仿真分析，得到元件 或系统的压力、流量、频率响应、功率谱、温度、抗污染能力等多种类型的仿真结果，并 可由此分析元件特性，系统性能等。HyP neu还可以通过与其它软件的联合仿真接口，实现机、电、液、气等多学科的联合仿真，以完成更复杂、更全面的分析。HyP neu的仿真计算结果可在

4、仿真过程中实时显示，并可和动画同步演示，更可加入人机界面， 进行实时控制，以逼近实际工况操作。仿真计算结果可在后处理界面中重新显示，还可以用动画的形式进 行演示播放、回放、单步播放、截图、录制AVI等，以验证设计逻辑的正确性和全面检验设计中的盲点。HyPneu软件由原理图绘制器( Schematic Editor )、图标设计器(Shape Designer )、北京方通正信科技有限公司北京中关村南大街甲10号银海大厦南608室电话(010) 68910691 传真(010) 68910690FANCYTECH流体动力与运动控制的虚拟实验室仿真管理器(Simulation Manager)、过

5、程动画演示器(Process Animator )和共享察看器(HyPneu Viewer )五部分组成。各部分相互配合，形成统一的完善的仿真体系与信息管理 体系，为使用者带来十分便利的设计分析的辅助。软件功能可归纳为以下数点：1. 时域静态/动态仿真。这是软件的基本功能，可以得到仿真时间内各点的压力、流量等参数变化。并可与过程动画并联运行，实现设计仿真可视化。2. 仿真算法选择。HyPneu提供多种积分算法可用于仿真分析，其中HyPneu特有的优化算法HyPneu Smart可以根据模型优化初始步长，并在仿真中自动变 换合适的步长，处理不连续点的能力更加突出，可实现短时、精确的仿真。3. 频

6、域仿真分析。频域特征分析是得到系统的频域特性的必需手段，如果要用 HyP neu对系统进行稳定性、振动噪声特性分析，频域分析功能是必不可少的 重要环节。4. 热传分析。热传仿真器用于分析液压和气动系统工作过程中，各部位、各部 件的温度变化，以及同一时刻油液粘度、阻尼的相应变化对元件乃到整个系 统工作性能的影响。5. 污染分析。HyPneu可对油液颗粒污染引起的液压元件进行性能衰减进行分析，得到在污染状况下元件或系统的污染寿命，还可做颗粒分布动态分析，以及预测元件与系统在给定的污染度下(如SAE-9级)性能衰减状况等。另外还可对滤油器的过滤动态进行仿真，确定控制污染方案，使元件在安全的 清洁度等

7、级下工作，做到对污染问题防患于未然。6. 过程动画仿真。可使用HyPneu提供的专用动画元件替换标准元件，进行动 画仿真，通过液压缸、油泵等元件的运动、管路颜色变化、性能超标失效示 警等以动画形式来显示液压系统的工作过程。另外，动画过程无需再仿真， 可立即回播、单步播放、截图或全程录像，便于直观地验证设计逻辑的正确性，或检验设计中的盲点，或作报告演示等。另外，其人机界面(HMI)功能,可让用户在动画过程中同步进行设计优化。7. 联合仿真功能。软件提供两种联合仿真方式，其一、 HyPneu Linx的模块，可与控制仿真软件 Simulink进行联合仿真，或透过 Simulink与RecurDyn

8、、 Adams等动力学软件进行联合真。其二、Client-Server 模块，提供接口函数，可与RecurDyn、Adams等直接进行联合仿真，还可以与物理硬件进行半实物 仿真，得到快速的原型评估与优化。元件设计。HyPneu提供了许多基础元素，如阀芯、阀套、球阀、锥阀、孔口北京方通正信科技有限公司北京中关村南大街甲10号银海大厦南608室电话(010) 68910691 传真(010) 68910690FANCYTECH流体动力与运动控制的虚拟实验室等模型，可进行特殊元件的详细设计分析，进行复杂元件（如伺服阀等）的 设计分析。8. 二次开发功能。HyPneu提供了几种开次开发功能，如使用超级

9、图标功能或是万能阀建模模块。HyP neu拥有独特的万能阀建模模块，使用可以通过拼接搭建完成特殊阀类元件的创建，整个过程全部是图形化的方式完成，完全无需编程。另外还可以采用编程的方式进行二次开发，HyP neu提供了脚本语言编写元件的方式，还提供 C语言编程二次开发功能，所开发的元件数学模型以 动态链接库形式保存，便于保密及形成专用元件。9. 个性化设置。HyPneu的SE不只具有前处理的基本功能，还可进行诸多用户 个性化设置，如更改标准库元件图标（使用彩图或截面图等）、更改元件或连 线属性（颜色、形状等）、力叭图片（如元件的性能曲线）、文字说明、链接 程序、AVI影视资料、网页链接等，使 H

10、yPneu模型不仅是一个仿真模型，而 成为一个管理系统相关资源的资料库。10. 共享察看。为使没有HyPneu软件的同事或领导也可察看所仿真的系统，HyP neu提供了共享察看的功能，软件使用者可将仿真模型导出为只读模式， 其它人员只需用免费的察看工具就可察看原理图，并做简单批注等，方便同 事之间、员工与领导间进行交流。11. 仿真管理。HyPneu软件的多页仿真管理功能，允许用户将大型仿真模型按功能拆分为几部分，分别置于多个页面内，并使用链接功能相互链接起来，使 系统的各部分功能表现的更加清晰，此功能对于数百个元件的超大系统非常 必要。此功能还可允许将多个相似的系统放置于多个页面内，多页同时

11、仿真,并在同一界面内察看多个系统的仿真结果，进行参数敏感性分析等工作。12. 设计模板。HyPneu模板库提供大量现成液压、气动系统或元件设计模板，为相关行业用户提供了快速便捷的HyPneu模型，只需做一些修改便可完成自己的系统。众多模板还可作为 HyPneu初学用户的入门示例，使用户能更快更全 面地掌握软件的功能和操作。四、应用领域HyPneu软件作为一款集液压、气动为一体的流体动力与运动控制仿真软件，广泛应用于涉及液压、气动控制，燃油控制和环境控制的广大工业领域：北京方通正信科技有限公司北京中关村南大街甲10号银海大厦南608室电话（010） 68910691 传真（010） 689106

12、90FANCYTECHI从液压、气动兀器件设计到整个系统分析;从水下机器到陆地机械；I从汽车工业到航空航天；从产品的研究开发到运行维护；I从建筑机械到机器人领域；从钢铁制造到农用机械；在这些领域中，无论是液压、气动、燃油和环境控制系统中的元件设计， 还是全机全部系统的匹配、优化、元件选型都可以由HyPneu软件来进行建模和仿真分析，在这一优秀的虚拟平台上，无论多大的模型，都可以快速得到准 确可靠的分析结果，最后为物理结构设计提供参考和依据。五、国内外使用情况现在，公司已经拥有了许多全球知名的客户，如Ford Motor公司，BoeingAerospace 公司，Ge neral Motors

13、公司，Vickers， Marti n Marietta, Oak Ridge 国家实验室，韩国 Aerospace Agency ， 台湾 Aerospace Development Center ， 台湾China Steel公司以及日本的Tokico Ltd等等。下表是按领域划分的公司 现有主要客户：汽车工业中的液压系统设计刹车系统 悬挂系统 助力转向系统变速系统 红外热传输分析润滑系统供油管理系统Apitech Auto Parts,TOKICO, Japa nUSATI Group, USA &Ford Motor Compa ny,Germa nyUSATRW, USADelphi

14、, USATRW, USAGeneral MotorVisteo n, USA &Compa ny, USAGerma nyMan do, KoreaVolvo, Swede nMonroe Auto Parts,USA航空航天部份用户及应用领域飞机液压控制系 统训练控制系统起落架AerospaceIn dustrialDevlop. Ctr., Taiwa nAge ncy for Defense Developme nt,KoreaHochelagaAerospace,CanadaHyun daiPrecisi onMach in ery, Korea飞机液压系统故DaewooAerosp

15、ace,Lockheed,USA障分析KoreaLoral Vought Systems,弹射救生系统DowtyAerospace,USA环控系统USAMarti ne Marietta, USA燃油系统GECI,FranceNASA,USA直升机控制系统Gen eralDyn amics,液压可靠性研究USA液压系统维护HanWha Aerospace,机电液飞控系统Korea两栖机械分析精密机械和工程机械 建筑机械的可靠1 Caterpillar, USAMoog, USA性研究Chi na Steel, Taiwa nNati onal Productivity 叉车稳定性研究Crow

16、n Equipme nt,Coun cil, In dia 高精度机械设计USAOak Ridge Natio nal 机器人设计Hitachi HeavyLab., USA 工厂自动化设计In dustries, Japa nParker, USA 风能系统设计Ingersol Rand, US APOSCO (Poho ng 智能泵设计In dustrial Tech no logySteel), Korea 泵寿命设计Research In stitute,SINTIFF, NorwayTaiwa nTaisei Kogyo, Japa nJapa n Steel, Japa nTo n

17、g Myu ng Steel,Vickers, USAKoreaKomatsu, Japa nViki ng Pump, USAMitsubishi HeavyIn dustries, Japa n在国内用户方面，HyPneu在进入中国不长的时间内，已经得到了国内各 液压控制领域企事业单位的高度认同，许多单位已经将该系统列入技术发展规 划并正在逐步组织实施，目前，已经成为正式用户的单位近二十家，涵盖了航 空、航天、兵器、船舶和各种民用机械制造领域。六、软件模块介绍软件分为以下模块:标准工具包编辑:器是HyPneu的前处理界面，可以完成创建仿真分析原理图、加入相关资源、创建或修改兀件图标、输入兀

18、件参数等诸多功Schematic Editor原理图编辑器能。在创建原理图时，可采用标准图纸(AO、A1等)、标准ISO元件图标进行绘制，也可使用个性化的图标进行创建并完成一些CAD的功能。HyPneu SE还包括了用于设计兀件图标的Shape Designer ,用于创建方向阀的万能阀建模模块。时域求解器，包括时域静态和动态求解器，能完成流体动力系统时域静态和动态分析的全部功能，提供多种算法，包括一种Time domai nHyPneu专有的算法HyPneu Smart，能根据系统兀件布局及输入steady/dy namic参数自动决定仿真步长，精确、快速地计算液压、气动系统的仿真state

19、 An alyzer结果。既可在仿真完成后察看结果，又可在仿真冋时实时察看仿真时域静态/动态求解结果。并可与过程动画并联运行，实现设计仿真可视化。器用作时域仿真的原理图，只需增加参数而无需更换兀件，即可完成频域仿真分析、热传仿真分析和污染仿真分析，真正实现了原理图的实用性和通用性。1). Hydraulic Library，液压元件库z定量泵、变量泵、压力补偿泵、带壳漏的泵、离心泵、射流管泵等；z定量/变量马达、摆动马达等；z单/双作用、单/双杆作动缸、多级缸、带缓冲作动缸等；z溢流阀、减压阀、顺序阀、卸荷阀、平衡阀、直动/先导/Stan dard遥控式等；Comp onentz疋/变截面节流

20、孔、分流集流阀等；Libraryz单向阀、液控单向阀、液压锁、梭形阀、2、3、4通换向基本元件库阀；z比例阀、伺服阀等；z压力、流量源、油缸、加压油箱、油滤、热交换器、蓄能器、增压器、硬管、软管、弯管等。2) . Pn eumatic Library，气动元件库z定、变排量压缩机等z 定、变排量、单、双向气动马达等z单、双杆、单、双作用气动活塞缸、气动弹簧等z减压阀、定压阀、顺序阀、直动/先导/遥控式z定、变节流口z 气动单向阀、2、3、4通换向阀，伺服阀和比例阀z压力源，贮气罐，油水分离器，干燥器、热交换器，增压器，软管，硬管，3) . Mecha nical Library，机械元件库各种

21、机械元件，如平移元件、转动元件、齿轮齿条、齿轮组、 质量块、阻尼、弹簧等；4) . Electrical Library，电气元件库各种电子、电机、电磁元件，如电压源、电阻、电容、开关、 电机、线圈、力矩马达等；5) . I nstrume nt Library，仪器兀件库各种仪器元件，如传感器、控制器、信号发生器、信号处理器、 逻辑元件、数据表读元件等。6) . Ani mation Library，动画元件库各种动画兀件，如液压油缸、液压泵等对应的动画兀件7) . Gage Library仪表库各类数字仪表、模拟仪表、警示灯、人机对话操作块、时实图表等。8) . Image Library

22、图像元件库各种常用兀件的图像兀件(实物、截面等样式的图标)。9) . Basic Eleme nts液压元件设计库柱塞、滑阀、球形阀芯、锥形阀芯、带弹簧阀芯、各种孔、槽 等。10) . PLC Library可编程控制元件库如电压源、常开/常闭开关、延迟器、ladder、通断线圈等11) . CoSimulation Blocks联合仿真接口元件库北京方通正信科技有限公司北京中关村南大街甲10号银海大厦南608室电话(010) 68910691 传真(010) 68910690FANCYTECH流体动力与运动控制的虚拟实验室各种信号分离器、路由器、接口元件等12) Mock Elements虚

23、拟元件库各种用于示意而不参与仿真的虚拟图标。13) User Defined Component Library 用户自定义图标库存放用户自制元件数学模型和动画模型。14) Fluid Manager油料数据管理器储存各种标准和自定的油液特性数据以供仿真调用。说明：HyPneu无需专门的热元件库、污染元件库，同一元件本身集成了基 本参数、动态参数、热传参数、污染参数的输入，各种类型仿真都用同一元件， 只需输入对应参数即可。HyP neu TemplateLibrary模板库HyPneu模板库提供大量现成液压、气动系统或兀件设计模板， 如制动系统、助力转向系统、空气悬挂系统、压床系统、伺服阀设

24、计、压力补偿泵设计等，为相关行业用户提供了快速便捷的HyPneu模型，只需做一些修改便可完成自己的系统。众多模板还可作为 HyPneu初学用户的入门示例，使用户能更快更全面地掌握软件的 功能和操作。User Model Creator元件模型自定义模块在具体工作中，每一个用户、每一项工作均具有各自的特殊性， 当元件库中的元件不能满足需求，或某类型复杂元件时常使用时， 本模块可以利用已有图形兀件构造，或编程语言生成新的兀件，对 元件库进行扩充，形成用户独特的自定义元件库。定义元件模型数 目没有限制。提供五种自定义模型的途径。A、利用标准的元件图标进行复杂元件设计，形成超级图标， 可作为一个元件来

25、使用。B、利用HyPneu的万能阀建模模块以可视化方式建立阀的模 型。C、使用HyPneu自带的解释语言建立新的用户自定义兀件， 简单方便快捷；D、使用标准的C或C+语言，构筑任意自定义模型，然后米北京方通正信科技有限公司北京中关村南大街甲10号银海大厦南608室电话(010) 68910691 传真(010) 68910690FANCYTECH流体动力与运动控制的虚拟实验室用动态连接库(DLL)形式存贮和调用自定义模型，便于保密及形成 专有兀件，即使是软件版本升级，仍可有效兼容。E、使用软件提供动画元件创建功能创建个性化的动画元件。高级工具包HyP neu ProcessAn imator过

26、程动画模块HyP neu PA过程动画模块可实现液压系统仿真的动画演示，实 现可视化的结果输出，能直观简明地看到系统运行中元件的动作、 压力变化，曲线实时输出，HyPneu PA还可很容易地将动画保存为图片或录制为AVI文件，独立于HyPneu浏览和播放，供给其他人观看。另外，HyPneu PA具备强大的人机界面(HM)，可在动画过程 中如操纵真实机器般控制动画的进程，仿真及动画过程的进展完全 依赖于用户的实时控制，给用户提供了一个检验系统任意操作下性 能及设计优化的平台。Thermal An alyzer热传仿真器模块热传仿真器用于分析液压和气动系统工作过程中，各部位、各 部件的温度变化，以

27、及同一时刻油液粘度、阻尼的相应变化对元件 乃到整个系统工作性能的影响。由于液压和气动系统工作环境的温度非常复杂，并且随着工作 时间的延长，系统各部位均会出现较为明显，但不同幅度的温度变 化。热传仿真模块可以在设计阶段预测温度在不同工作环境下，随 工作时间的变化曲线，及油液粘度、阻尼随温度发生变化时，系统 各部件及整体性能的变化情况，为设计和改进提供参考和指导。Freque ncyAn alyzer频域仿真器模块对于很多系统，频率响应是非常重要的设计考虑因素。频域特 征分析是得到系统的频域特性的必需手段，如果要对系统进行稳定 性、振动特性分析，进而优化设计，此模块是必不可少的重要环节。 使用Hy

28、Pneu频域仿真器模块可对分析对象进行频域特征分析，得 到系统的频域特性。频域分析结果包括频率响应分析、功率谱分析、正弦波分析等，不仅能在同一液压、气动系统中分析出基本的性能， 还可发现和有效解决流体动力系统中的振动和噪声冋题，是工程师 们不可多得的好帮手。HyPneu Magi液压、气动的各类公Magi工具箱使得液压和气动设计计算不再是一项苦差事，它可以让您进行快速精确的性能评估，它无可匹敌的计算功能和速度让 用户的设计更加精确和有效率。北京方通正信科技有限公司北京中关村南大街甲10号银海大厦南608室电话(010) 68910691 传真(010) 68910690FANCYTECH流体动

29、力与运动控制的虚拟实验室式计算工具箱其中的具体功能模块有：流体粘度计算器、体积模量计算器、 阀过流面积计算器、雷诺数计算器、液压缸结构集成分析器、泵和 马达性能分析器、液体管道压力流量计算器、气体管道压力流量计 算器、气体阀压力流量计算器、单位换算工具等项。HyP neu Li nx联合仿真平台HyPneu Linx可以非常方便地与控制仿真分析软件MATLAB/ SIMULINK连接，保留相关子系统前期做的工作，从计算速度、 分析功能方面发挥各自的长处，最终实现联合仿真，为涉及到电控、液压、机构运动等多领域的系统设计提供了完整、直观的解决方案。为设计分析及系统整合人员提供全面、直观的全系统和各

30、分系统性 能评估、预测和优化分析。通过该平台，还可与其它多体动力学软件如RecurDyn、Adams等做联合仿真，实现液压系统分析软件与动力学软件的协同工作， 发挥各类型软件各自优势，能有效解决液压、气动和机械机构系统 的复杂系统仿真，为工程机械、航空航天、船舶、战斗车辆提供非 常好的解决方案。HyP neu Elite元件高级分析库在此库中，对100多个液压、气动、机械等的元件模型，采用 更加精细的数学模型及更多元的设计参数选择，为HyPneu高级用户实现更高要求的设计和优化提供了强有力的工具。特殊工具包Con tamI nteg污染分析模块任何液压系统都不可能避免受内部或外部的污染物的影响

31、，液 压系统大部分的故障均与污染有关。HyPneu软件的ContamInteg是液压系统发现和解决污染问题提供了强有力的工具。ContamInteg能实现污染环境下的液压系统仿真。污染分析是以时域动态仿真为基础，无需另建原理图，只需加入了油液的清洁度 等级、元件对污染的敏感度、滤油器的性能指标等与污染相关参数 即可进行污染仿真，大大增加了仿真的深度和精度。污染分析可得 到污染工况下的元件或系统的性能变化，如泵的磨损、阀的卡滞、 污染物侵入的影响、滤油器的过滤作用等结果，可预测寿命或得到 解决污染问题的依据。还可做颗粒分布动态分析，以及预测元件与 系统在给定的污染度下(如SAE-9级)性能衰减状

32、况等。另外还可对滤油器的过滤动态进行仿真，确定控制污染方案，使元件在安全北京方通正信科技有限公司北京中关村南大街甲10号银海大厦南608室电话(010) 68910691 传真(010) 68910690FANCYTECH流体动力与运动控制的虚拟实验室的清洁度等级下工作，做到对污染问题防患于未然。Cyli nder An alyzer液压缸细节仿真模块计算普通单级缸、拉杆缸和多级缸的临界工作载荷和工作压力； 计算给定工作压力下液压缸的工作情况；计算各密封圈的受力情况； 分析油缸筒、活塞杆等部件的最大应力与变形情况；计算油缸各级间 的折角及分析活塞头和杆与缸筒、导向套间的硬接触情况 .Clie

33、nt-ServerModule软件间协同仿真与 半实物仿真模块该模块能依照需求有效地作为服务器或客户端使用。这一特点 允许利用几个软件各自优势的方面达到协冋仿真。实现协冋仿真的 方式有：z软件对软件。为提高仿真速度和精度，软件之间直拉连接通讯以提高仿真速度和精度，比如直接和动力学软件AdamsRecurDyn进行联合仿真。z软件和硬件并行处理。为现场诊断和控制补偿所采用的，软件和硬件在给疋的命令或扰动下冋时运算以提供现场诊断和控制 补偿的信息。z半实物仿真。应用软件来仿真复杂的物理系统行为，同时和关键的硬件元件来交换数据以此得到快速的原型评估和优化。HyP neu Fuel燃油控制系统仿真模块在机械系统设计中，燃油供给的平稳性和耗油顺序等相关问题 是至关重要的，如何考虑燃油特性，结合不