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淺析機械設備的仿真技術(shù)
摘 要:分析機械設備仿真的應用.指出了機械設備設計、工藝、制造中的一些先進(jìn)技術(shù),并且以虛擬樣機為例,展示了仿真技術(shù)在機械領(lǐng)域的應用。
關(guān)鍵詞:仿真;虛擬樣機;計算機輔助設計
以信息技術(shù)、計算機技術(shù)、系統理論、通信技術(shù)為基礎的系統仿真技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。特別的是,系統仿真技術(shù)在機械設備制造領(lǐng)域也得到了廣泛的應用。比如世界上的許多大飛機制造公司(如美國波音、洛克希德?馬丁、法國空中客車(chē)等公司)和大汽車(chē)制造公司(如通用、福特、戴姆勒-奔馳、豐田、寶馬、大眾等公司)都在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設計、實(shí)驗分析、制造和管理的各個(gè)階段大量地、充分地使用仿真技術(shù),不僅大大地縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,極大地減少了人力。
一、機械設備制造仿真技術(shù)概論
仿真技術(shù)的迅猛發(fā)展,為機械產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)、性能分析與制造提供了強有力的利研手段,逐漸形成了專(zhuān)業(yè)的機械系統仿真技術(shù)。主要的仿真技術(shù)包括cAD三維建模、結構有限元分析、多體系統動(dòng)力學(xué)分析、優(yōu)化設計。應用它們可以解決從零件到裝配件的結構剛強度和產(chǎn)品的各項性能要求等問(wèn)題,這些技術(shù)作為機械系統仿真技術(shù)中的幾個(gè)最為關(guān)鍵的部分,相互滲透,相互關(guān)聯(lián),大有一體化和集成化趨勢。
二、設備仿真技術(shù)發(fā)展
(一)加工設備布局仿真
設備布局是構造一個(gè)有效車(chē)間系統最為重要的環(huán)節,相同車(chē)間地址、相同的人員、相同的技術(shù)和設備,僅僅由于布置方式的不同,生產(chǎn)系統的功能可產(chǎn)生天壤之別。高效率的設備布局作為提高企業(yè)生產(chǎn)效率和效益的手段之～,越來(lái)越受到人們的重視。在工業(yè)發(fā)達國家,除了降低原材料和能源消耗外,已把改進(jìn)物料搬運、改善工廠(chǎng)中的物流組織看作是減少和節省開(kāi)支以獲取利潤的重要方面�，F代生產(chǎn)管理理論減少企業(yè)內部生產(chǎn)物流的具體途徑可以概括為以下三點(diǎn):
一是通過(guò)最優(yōu)的工廠(chǎng)布局,建立順暢的物流線(xiàn)路,或者采用加工中心,實(shí)現工序集中,減少運輸次數,縮短物流距離;二是成組搬運,直接減少搬運次數;三是確定最優(yōu)的運輸路線(xiàn)和運輸速度,建立連續短捷的運輸路線(xiàn),減少運輸的停頓、路線(xiàn)交叉和倒流現象。
(二)多學(xué)科優(yōu)化理論在仿真中的應用
機械設計技術(shù)及設計方法學(xué)的研究大都開(kāi)始于工程應用問(wèn)題的研究,再隨著(zhù)研究工作的進(jìn)展逐步上升為獨立的理論,然后反饋應用于產(chǎn)品設計的實(shí)踐。多學(xué)科設計優(yōu)化理
論的研究也遵循了同樣的規律。在航空航天領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的MDO技術(shù)是當前國際上一個(gè)最活躍的研究課題。MDO問(wèn)題涉及到的變量數目較多,學(xué)科之間的信息交換極為復雜,直接搜索目標函數和約束值的計算量令人難以忍受,某些學(xué)科分析會(huì )產(chǎn)生一些無(wú)法預計的失真,難以采用效率較高的梯度算法進(jìn)行設計空間搜索,影響處理速度。因此,優(yōu)化過(guò)程中一般不將設計空間搜索程序與多學(xué)科分析直接禍合起來(lái),而是對目標函數和約束給予近似的表達,將直接搜索和這些易于計算的近似表達禍合起來(lái),得到近似問(wèn)題的最優(yōu)解后,通過(guò)最優(yōu)解處的重分析來(lái)修正改進(jìn)近似模型,避免頻繁的多學(xué)科全分析。
(三)基于虛擬樣機的機械仿真
在機械設計領(lǐng)域,虛擬樣機技術(shù)作為一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法,更是一種十分重要的綜合仿真式開(kāi)發(fā)手段。機械系統虛擬樣機是基于虛擬樣機的機械系統仿真技術(shù),是指在制造的一臺物理樣機生產(chǎn)出來(lái)之前,利用計算機技術(shù)建立該機械系統f產(chǎn)品)的三維數字化模型(即虛擬樣機);對其進(jìn)行靜力學(xué)、運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,較好地仿真該機械系統的運動(dòng)過(guò)程,以預測機械系統的整體性能。該技術(shù)以機械系統運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心加上成熟的三維計算機圖形技術(shù)和基于圖形的用戶(hù)界面技術(shù),將分散的零部件設計和分析技術(shù)集成在一起,提供一個(gè)全新的研發(fā)機械產(chǎn)品的設計方法。它通過(guò)設計中的反饋信息不斷的指導設計,保證產(chǎn)品尋優(yōu)過(guò)程的順利進(jìn)行。
三、sOILDwROK建模導入ADAMS
ADAMS軟件具有強大的動(dòng)力學(xué)解算器,但其實(shí)體建模功能相對比較薄弱。對于比較復雜的零部件,如用ADAMS建模模塊進(jìn)行三維實(shí)體建模,不能保證模型的尺寸精度和裝配的位置精度。應用SoildWorks軟件對設備進(jìn)行整機建模,按工程圖紙將其變?yōu)橐粋�(gè)數字樣機,然后將其轉換并導入到ADAMS壞境中使用。由于SoildWorks和ADAMS是兩個(gè)完全不同的系統,所以各自的數據都難以被對方識別。要將SoildWorks中創(chuàng )建的三維實(shí)體模型導入到ADAMS環(huán)境中,必須兩種軟件具備某一相同的幾何數據轉換模塊,先將SoildW01.ks的數據轉換成中性(不依賴(lài)于SoildWoI_ks系統),然后將中性數據通過(guò)幾何數據轉換模塊轉換成AI)AMS數據。
(一)虛擬設備的裝配
經(jīng)上面步驟零部件導入AI)AMS后,各構件之間還只是毫無(wú)聯(lián)系地獨立存在于A(yíng)DAMS中。這種狀態(tài)下即使全部零部件都己導入,也不能構成一臺具有現實(shí)意義的虛擬樣機。這就如一堆拆散的零件擺在地上不能構成一臺完整的機器。下面的工作就是要將這些分散的零部件
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