虚拟样机技术的应用

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域是：ＣＡＤ技术、计算机仿真技术和以虚拟现实（Ｖｉｒ－　ｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）为最终目标的人机交互技术．　虚拟样机技术生成的前提是虚拟部件的“制　ＣＡＤ数据生成和预处理　反求ＣＡＤ数据或者直接设计　简化数据量减少多边形数目　造”．成熟的ＣＡＤ三维几何造型软件能快速、便捷地　设计和生成三维造型．虚拟部件必须包含颜色、材质、　外表纹理等外在特征以显示真实的外观，同时还必须　包含质量、重心位置、转动惯量等内在特征，用来进行　ＣＡＤ模型后处理　数据结构分层管理　添加颜色材质属性　模型导出生成参照坐标系　虚拟仿真环境　参数控制修改设计仿真控制　动画性能曲线图表显示控制　效能评估　精确的机械系统动力学仿真运算．　ＣＡＤ生成的三维造型数据只有在导人虚拟样机　连接ＣＡＤ模型至ＤＭＵ　机构运动Ｊｏｉｎｔｓ　ｃｏｎｓｔａｉｎｓ　环境，在虚拟环境中能测量和装配，并能显示出三维　的外观造型后才能成为真正意义上的虚拟部件．ＣＡＤ　三维造型还是实现最终从虚拟部件“制造”到现实部　件制造的基础．　虚拟样机是代替物理样机进行检测的数学模型．　它的内核是包含组成整机的不同学科子系统的大模　型，即Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｏｃｋ－ＵＰ，简称ＤＭＵ　．由于ＤＭＵ同时　包含了产品设计的所有学科提供的多个视角，并对产　品的外形、功能等方面进行了科学、连贯的评价，因此　通过虚拟样机，能进行产品综合性能评测．传统设计　方法注意力集中于单学科，重视子系统细节，而忽视　了整机性能，就是因为无法同时从多视角对产品综合　性能进行评定．　虚拟样机必须具备交互的功能．设计师通过交户　界面对参数化“软模型”进行控制，实现虚拟样机原　型多样化．而虚拟样机反过来通过动画、曲线和图表　等方式向设计师提供产品感知和性能评价．最好的交　互手段是虚拟现实技术．除了应用上述传统方式，设　计师还能通过数据手段，修改虚拟部件的参数，对虚　拟部件重新装配，生成新的虚拟样机．虚拟样机仿真　模型，通过力反馈操纵杆等传感装置，向设计师传递　虚拟样机操纵力感，通过立体眼镜向设计师提供实时　的立体图像，有了这些人类对产品的直观感知，就能　使设计师产生强烈的“虚拟现实”沉浸感，协助设计　师和用户对产品性能作出评价．　计算机网络、计算机支持的协同工作技术（Ｃｏｍ．　ｐｕｔｅｒ　Ｓｕｐｐｏｓｅｄ　Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｗｏｒｋ，简称ＣＳＣＷ）、产品　数据管理（ＰＤＭ）和知识管理等是虚拟样机技术实现　的重要低层次技术支撑　．通过这些技术将产品的各　个设计、分析小组人员联系在一起，共同完成新产品　从概念设计、初步设计、详细设计直到方案评估的整　个开发过程．　２．２虚拟样机的生产流程　生成虚拟样机的具体流程如图１所示．　２第七期２００７年技术篇　ＣＡＤ模型定位　各子系统关联　图Ｉ　虚拟样机的生产流程　在第一阶段，描述虚拟部件的ＣＡＤ数据必须产　生，并且作针对实时应用的预处理．ＣＡＤ数据的产　生，可以采用反求工程方法，从现有产品上获取，或直　接由ＣＡＤ三维造型软件设计产生．　第二阶段是针对ＤＭＵ仿真的需要对ＣＡＤ几何　造型进行后处理．首先是对模型的几何部分进行分层　管理，以支持对每个零件的交互访问，实现参数修改．　这一点在常用的三维造型软件中都能做到；其次是给　零件添加颜色、材质等属性，赋予虚拟部件的真实外　观；最后为ＣＡＤ几何造型能准确导人到虚拟样机仿　真环境中进行处理，建立参照坐标系　。　。第三阶段是将处理好的ＣＡＤ三维模型连接到虚　拟样机内核上，使之与定义好的运动联结（ｊｏｉｎｔｓ）、运　动约束（Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ）的机构系统以及其它子系统有机　联系在一起，最后在虚拟样机仿真环境下生成虚拟　样机．　３虚拟样机技术的软件化　国外虚拟样机相关技术的软件化过程已基本实　现，目前有许多家公司在这个领域上竞争．比较有影　响的产品包括美国机械动力公司（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｄｙｎａｍ－　ｉｃｓ　Ｉｎｃ．）的ＡＤＡＭＳ，美国ＣＡＤＳＩ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅ－　ｓｉｇｎ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｉｎｃ．１９９８年后，ＣＡＤＳＩ与比利时ＬＭＳ　Ｉｎ—　ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司合并，ＣＡＤＳＩ易名为ＬＭＳ—ＣＡＤＳＩ）公司　的ＤＡＤＳ，以及德国航天局的ＳＩＭＰＡＣＫ．其中美国机　械动力公司的ＡＤＡＭＳ占据了市场的７０％．　目前，国际上商品化专用虚拟样机软件逐渐在工　程中得到应用．这些功能强大的商业软件，正在从供　少数专家使用逐渐面向普通的工程设计人员．虚拟样　（下转第１３页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

～１３４位）北纬２２度２４分３８３８（１／１００００弧分）．　４总结　由于我国所在的时区与格林威治标准时间　本文论述了处于ＡＩＳ链路层的数据格式，同时分　（ＧＭＴ）之间相差八个小时，我国的时间等于ＧＭＴ＋　析了链路层数据的各个组成部分，并给出了ＡＩＳ系统　８：００．而ＡＩＳ设备接收的是ＧＰＳ的时间，也就是ＧＭＴ　实现的硬件设计框图．按照本文的设计方案得到的系　时间，因此，当ＡＩＳ接收到的数据是７时４８分２１秒　统能够在网络中正确地接收数据，并且只需要扩充相　时，我国的时间应该是ｌ５时４８分２１秒，与接收设备　应的ＡＩＳ网络控制协议，即可满足ＡＩＳ的网络要求．　显示的终止时间“１５：４７：５９”（该时间是计算机系　统时间）相差２２秒．这段时间是由于ＡＩＳ系统并非实　参考文献：　时向Ｐｃ机传送数据，而是在系统空闲时才传送数据　［１］Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｆｏｒ　ａ　ｕｎｉｖｅｒｓｌａ　ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　ａｕｔｏ－　ｍａｔｉｃ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　而产生的．　ａｃｃｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＶＨＦ　ｍａｒｉｔｉｍｅ　ｍｏｂｉｌｅ　ｂａｎｄ［Ｍ］．ＩＴＵ－ＲＭ．　而从所有报文中，解得的所有报文的ＧＰＳ定位　１３７１．２００１．　信息都显示，这些船舶和基站所在的位置在东经１１３　［２］袁安存，张淑芳．通用船载自动识别系统国际标准汇　度５４分、北纬２２度２４分左右，而这个位置正是接收　编［Ｍ］．大连：大连海事大学出版社，２００５．　机所在的深圳、香港附近，所以认为以上接收解包方　［３］孙文力，孙文强．船载自动识别系统［Ｍ］．大连海事大　式所得的结果是完全正确的．　学出版社，２００４．　综上可知，按照本文的系统结构设计的接收机所　［４］黄丽卿，等．ＡＩＳ输出数据包的解包技术研究［Ｊ］．集美　得到的数据是完整的ＡＩＳ网络信息，并且文中对ＡＩＳ　大学学报（自然科学版），２００５（３）：３７－４１．　［５］郑佳春．ＡＩＳ通信协议的ＤＳＰ实现技术研究［Ｊ］．中国　空中数据的理解是完全正确的，在对本系统进行扩　航海，２００５（１）：５３—５８．　充——增加了必要的链路层控制和网络层控制协议　［６］陈朝阳，等．ＡＩＳ通信系统设计及调制器实现［Ｊ］．中国　之后，即可设计满足ＡＩＳ标准的设备．　航海，２００３（２）：６５－６９．　（上接第２页）　机技术在国内的范围还较小，一般仅集中在多体动力　用虚拟样机技术，对其工程机械进行了分析，不仅找　学实验室研究阶段，由于缺乏相应软件，还很少用于　到了原因，而且提出了改进方案，并且在虚拟样机上　解决工程实际问题．　验证了方案的有效性，该公司产品的高速性能与重载　作业性能大为提高．　４虚拟样机技术的工程应用　总而言之，虚拟样机技术是一门新兴的技术，有　虚拟样机技术已经广泛地应用到：汽车制造业、　着广阔的前景及市场．　工程机械、航空航天业、国防工业及通用机械制造业　等领域．所涉及到的产品，从庞大的卡车到照相机的　参考文献：　［１］熊有伦．机器人技术基础［Ｍ］．武汉：华中理工大学出　快门，上天的火箭到轮船的锚链．在各个领域，针对各　版社，１９９６．　种产品，虚拟样机技术都为用户节省了开支、时间，并　［２］黄文梅，杨勇．系统仿真分析与设计［Ｍ］．北京：国防　提供了满意的设计方案．　科技大学出版社，２００１．　工程机械在高速行驶时的蛇行现象，以及在重载　［３］纪哲锐．ＭａｔｈＣＡＤ２００１详解［Ｍ］．北京：清华大学出版　下的自振动，一直困扰着设计师及其用户．由于工程　社，２００２．　机械系统非常复杂，传统的分析方法对此无能为力，　找不出原因．约翰迪尔（ｊｏｈｎ　Ｄｅｅｒｅ）公司的工程师利　技术篇２００７年第七期　１３