虚拟样机技术的发展及应用

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1、虚拟样机技术的发展及应用席俊杰1,2《制造业自动化》第28卷第11期2006-11，p19-21（1.郑州航空工业管理学院,郑州450015;2.中国矿业大学,北京100083）摘要：虚拟样机技术是一项复杂的系统工程。讨论了虚拟样机技术的内涵，分析了其对制造业的影响，研究了虚拟样机的关键技术：系统总体技术、建模技术、协同仿真技术及支撑环境技术，介绍了虚拟样机技术在国内外的发展和应用状况。关键词：虚拟样机技术；建模技术；协同仿真技术；支撑环境　中图分类号：TP391.9文献标识码：A　文章编号：1009-0134（2006）11-0019-03Developmen

2、tandapplicationofvirtualprototypingtechnologyXIJun-jie1,2（1.ZhengzhouInstituteofAeronauticalIndustryManagement,Zhengzhou450015,China;2.ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China）Abstract：Virtualprototypingtechnologyisacomplexsystemengineering.Thispaperdiscussesthemeaningo

3、fvirtualprototypingtechnology,analysesitsinfluencetomanufacturingindustryandresearchesitskeytechnology：systemoveralltechnology,modelingtechnologyandsupporting,collaborativesimulationtechnologyandsupportingenvironment.Italsointroducesthedevelopmentandapplicationofvirtualprototypingtec

4、hnologyathomeandabroad.Keywords：virtualprototypingtechnology；modelingtechnology；collaborativesimulationtechnology；supportingenvironment0引言随着经济全球化的发展，产品的市场竞争日趋激烈，客户对产品多样化和个性化的要求愈加迫切。市场竞争的核心是产品创新，产品创新主要体现在对客户的响应速度和响应品质上。传统的物理样机设计流程在产品研发中已经越来越无法满足多变的、持续发展的市场需求，要想在市场竞争中获胜，缩短产品开发周期、快速响应市场

5、，降低产品的生命周期成本，提高产品质量成为企业追求的目标。在持续性发展战略下，为提高核心竞争力，制造企业必须解决其新产品的“Ｔ（上市时间）”、“Ｑ（质量）”、“Ｃ（成本）”、“Ｓ（服务）”、“Ｅ（环境）”、“Ｆ（柔性）”等难题。虚拟样机技术（Virtualprototypingtechnology，简称VPT）正是在这种市场背景下产生的。本文研究了虚拟样机技术的内涵及其对制造业的影响、虚拟样机的关键技术及其工业应用。1虚拟样机技术的内涵虚拟样机技术是1990年代随着计算机技术的发展而兴起的一项计算机辅助工程技术。虚拟样机技术是一种崭新的产品设计研发方法，是一种用

6、来代替真实的物理样机设计的基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。虚拟样机技术涉及机械、电子、计算机图形学、协同仿真技术、系统建模技术、虚拟现实技术等多个领域、多项技术，其本质是以计算机支持的仿真技术和生命周期建模技术为前提，以多体系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助计算机图形技术、交互式用户界面技术、并行工程技术、信息技术和集成技术等，从外观、功能和空间关系上模拟真实产品，模拟在真实环境下系统的运动学和动力学特性并根据仿真结构优化系统，为物理样机的设计和制造提供参数依据。2虚拟样机技术对制造业的影响虚拟样机技术较之传统的物理样机技术是一种先进的制造技术，

7、改变了传统的设计理念，对制造业正产生着广泛深远的影响。图１和图２分别给出了传统的物理样机设计流程和虚拟样机技术设计流程。由图1知，在传统的物理样机设计中，首先要进行用户需求和市场分析，制定产品计划，编制设计任务书。然后提出原理性的设计方案，绘制原理图或机构运动简图。在技术设计阶段，绘制总体设计草图、零部件图和总装图。设计完成后，制造物理样机并进行运行试验，有时试验是破坏性的，如压力容器的水压试验。当通过试验发现缺陷时，需要修改设计并再制样机验证，直至达到设计要求。最后，完成详细设计，投入批量生产。由图2知，在虚拟样机技术设计中，在制造第一台物理样机之前，先建立虚

8、拟样机模型，并在虚拟环境