虚拟样机技术在工程车辆中的应用

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1、虚拟样机技术在工程车辆中的应用

2、第11工程车辆虚拟样机技术的基本内涵新型工程车辆的开发受到产品安全性、可靠性、舒适性、美观性、可制造性及可维护性等的制约，在虚拟设计环境下，利用其可视化优势，使技术设计、部件装配、结构分析和性能优化融合在计算机虚拟现实环境中进行，并综合考虑车辆的外观总体布局及一些诸如运动约束、可接近性等特征，对产品几何尺寸、功能、制造等进行交互式快速建模与分析，生成的模型可被直接操纵与修改，数据可被反复重新利用。2工程车辆虚拟样机工程的体系结构叉车是典型的机、电、液一体化的工程车辆，其虚

3、拟样机工程的体系结构可以抽象为由协同设计支撑平台、产品模型、虚拟样机引擎和虚拟现实(VR)可视化环境4部分组成，如图l所示。其中，协同设计支撑平台提供一个协同设计环境，包括集成平台／框架、项目管理等工具。产品模型包括叉车系统产品主模型、机械子系统模型、电子子系统模型、液压子系统模型、控制子系统模型、软件子系统模型，系统级产品主模型负责产品在系统级层次上的设计与样机的外观、功能、性能的建模，如样机的动力学、运动学建模仿真。VP引擎包括各领域CAx／DFx工具集，对样机外观／功能／性能及环境进行模拟仿真，并

4、将生成的数据送入VR可视化环境，从外观、功能及在虚拟样机环境下的各种行为上展示虚拟样机。3工程车辆虚拟样机的开发流程虚拟样机的开发流程如图2所示，从产品需求分析到评估测试，通过使用相关产品开发工具，在虚拟环境中构造产品的虚拟样机。这是一个循环渐进的过程，基于产品的开发要求，采用相应的仿真分析工具对虚拟样机的功能／性能进行仿真分析，对虚拟样机的行为进行模拟分析，并基于仿真分析结果，通过产品全生命周期的反复建模／仿真分析与模型的改进，开发出满足产品预期设计目标的虚拟样机。4工程车辆虚拟样机的几个关键技术4．

5、1虚拟样机工程的总体技术虚拟样机工程总体技术从全局出发，解决涉及到系统全局的问题，考虑构成虚拟样机工程各部分之间的关系，规定和协调各部分系统的运行，并将他们组成有机整体，实现信息和资源的共享，实现总体目标。虚拟样机的设计主要由以下几部分组成：初步设计方案的确定、概念设计、详细设计、仿真分析和结构优化设计等，各个部分由不同的设计人员并行设计。由于各部分的功能活动存在相互依赖的关系，为保证产品开发队伍的协同工作，实现在分布环境中群体活动的信息交换与共享，必须对设计过程进行动态调整和监控及构造合适的并行设计工

6、作环境，以保证并行设计的顺利进行，缩短虚拟样机开发周期。图3为工程车辆虚拟样机的总体结构图(以叉车为例)。图3虚拟设计的总体结构4．2虚拟环境下的车辆概念设计和方案评价在虚拟样机环境中进行车辆的概念设计和方案评价是实现虚拟样机的前期工作，在计算机虚拟现实环境提供的良好的虚拟现实漫游特性和实时交互性条件下，相关人员可以对虚拟系统建立的模型包括视觉效果进行评价与修改，在这个阶段，可以模拟车辆装配过程，解决各部件之间的可接近性和可装配性，通过对零部件的直接装配操作，检验零件的可操作性、装配的难易程度及装配的次

7、序；可以在不消耗实际加工时间和原材料的基础上，进行虚拟测试。通过虚拟样机的设计、加工和组装，可以对产品多种方案进行快速成本核算和制定合理的生产管理方案。4．3虚拟样机工程的并行工程见图4，虚拟样机技术支持并行设计，使各环节的工作同时进行，极大地缩短了产品研制周期，加快了产品设计步伐，避免了无谓的失误与风险，可以有效地降低生产成本。同时设计工程师们可大胆地尝试新材料、新结构、新工艺，增强车辆设计的灵活性，提高车辆的质量。并行工程的核心是并行一体化设计，强调产品设计及其相关过程同时交叉进行，即在设计阶段就要

8、考虑制造、装配等后期阶段所涉及的环节，企业实行并行运行机制，要求设计、制造等各个过程的多项任务交叉进行，减少设计的多次反复。并行工程的协同效应使得各部门协调工作，能够对众多的方案进行及时准确的评价，以达到最优方案。4．4虚拟样机工程的优化设计实践证明优化设计是保证产品具有优良性能，减轻结构自重或体积，并降低成本的一种行之有效的设计方法。优化设计首先要选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件，进而建立数学模型，然后选用某种优化方法，来求解数学模型。图5为工程优化设计的一般流程图。4．5虚拟样机工程的集成仿

9、真与数据协调系统集成与仿真是企业实现虚拟制造的一个难点。因为系统集成与仿真需要诸多的技术支持，需要从全局考虑各子系统之间的关系，研究各子系统之间接口的关系，是多领域仿真软件的协同过程，而一般企业难以购置齐全的系统仿真分析软件系统。安徽叉车集团公司也遇到类似问题，公司将现行使用的三维设计软件Solidicrosoftexcel软件接口，我们以microsoftexcel软件的表单作为数据存储的媒介，并以rnicrosoftexcel软件作为桥