第三大講第三章創新機構的虛擬設計與仿真第一節產品設計數字化第二節虛擬樣機技術簡介第三節基于ADAMS的機械系統虛擬設計與仿真信息技術對企業的影響:第一節產品設計數字化

企業信息化是用信息技術改造傳統產業和實現信息化帶動工業化的突破口。企業信息化將信息技術、自動化技術、現代管理技術與制造技術相結合，帶動產品設計方法和工具的創新，企業管理模式的創新，企業間協作關系的創新，實現產品設計制造和企業管理的信息化、生產過程控制的智能化、制造裝備的數字化、咨詢服務的網絡化，全面提升企業的競爭力。企業信息化技術的5個主要特征：管理數字化設計數字化生產過程數字化制造裝備數字化企業數字化管路設計強度分析結構分析數字預裝配CAM裝配過程仿真裝配過程仿真設計數字化

通過實現產品設計手段與設計過程的數字化和智能化，縮短產品開發周期，促進產品的數字化，提高企業的產品創新能力。

產品設計雖然只占產品整個成本的5％，但它卻影響產品整個成本的70％。產品設計數字化的技術的發展

以并行工程思想為指導，建模/仿真技術為核心,以已有的各領域CAD/CAE/仿真技術為工具的虛擬樣機技術。Time=$基于虛擬樣機的設計的開發時間無虛擬樣機的傳統設計的開發時間產品設計數字化的技術的發展虛擬樣機概念產品第二節虛擬樣機技術簡介1.虛擬樣機2.虛擬樣機技術的特點3.虛擬樣機的相關技術4.虛擬樣機仿真分析基本步驟1.虛擬樣機

虛擬樣機是由分布的、不同工具開發的、甚至異構的子模型組成的模型聯合體：產品的CAD模型產品的外觀表示模型產品的功能和性能仿真模型產品的各種分析模型（可制造性、可裝配性等）產品的使用和維護模型以及環境模型等；在產品全生命周期中的虛擬樣機需求樣機概念樣機工程樣機最終樣機1.虛擬樣機需求論證概念設計詳細設計生產、裝配維護1.1需求樣機

需求樣機是根據用戶需求建立的未來產品的可視化和數字化描述，描述產品功能和外部行為的結構模型。基本性能粗略框架1.2概念樣機

概念樣機是根據需求樣機的要求，對所提出未來產品的方案設想的可視化和數字化描述細化了功能模塊物理細節和可視化描述可制造性、可裝配性進行概略評估1.3工程樣機

工程樣機是概念樣機的進一步細化，主要由產品的各種物理性能模型、CAD模型以及其他模型組成仿真試驗，評估詳細設計方案的優缺點對產品的開發和生產進度、成本、質量提出更為全面的要求1.4最終樣機

原型樣機是將原有樣機與實際使用環境相結合，檢驗產品的實際使用效果，評估進一步改進設計方案的可能性加入可靠性模型、維護模型和可用性模型，支持產品的虛擬維護加入虛擬仿真模型和操作模型，支持產品的使用訓練模擬2.虛擬樣機技術的特點強調系統的觀點----強調在系統的層次上模擬產品的外觀、功能和在特定環境下的行為；

涉及產品全生命周期----虛擬樣機可應用于產品開發的全生命周期，并隨著產品生命周期的演進而不斷豐富和完善；

生產銷售使用維護/服務報廢/回收規劃設計/確認制造概念設計2.虛擬樣機技術的特點支持產品的全方位測試、分析與評估---支持不同領域人員從不同的角度對同一虛擬產品并行地進行測試、分析與評估活動。強調不同領域的虛擬化的協同設計。2.虛擬樣機技術的特點1.總體技術2.建模技術3.協同仿真技術4.虛擬環境技術5.性能評估技術6.模型VV&A（校驗、驗證和確認）技術7.集成管理技術3.虛擬樣機的相關技術

1.建模技術3.模型類型2.常見代表軟件線框建模自由曲面建模特征實體建模參數化實體建模變量化實體建模平面線框&三維線框三維曲面三維實體AutoCADCADAMCADAMMasterCAMDelCAMPRO/ECATIAI-DealsUG復合建模MDTSolidWorksSolidEdge3.1常用CAD軟件的建模方法3.2仿真技術

仿真技術已經被人們廣泛用于汽車、鐵路車輛、航空航天飛行器、機器人等復雜產品的設計中。大變形碰撞仿真擺式車空調通風仿真工業設計疲勞分析仿真動力學仿真氣流噪聲仿真氣動壓力仿真結構噪聲仿真雙層車模態仿真溫度場仿真D38輕量化設計強度分析制動及沖擊響應仿真3.3機械多體動力學仿真

機械動力學仿真通常被人們用來研究機械系統的位移、速度、加速度與其所受力（力矩）之間的關系。多體動力學仿真則將機械系統建模成由一系列的剛體（可以包含柔性體）通過對相互之間的運動進行約束的關節（joints）連接而成的系統。汽車可操作性和乘坐舒適性仿真：

汽車可操作性（handling)仿真是指利用整車動力學模型，當操作人員在采用各種不同駕駛方法的情況下，對車輛的側傾穩定性進行仿真研究。

以汽車前、后懸架及轉向機構為主的多體動力學模型增加發動機、車身后的整車多體動力學模型4.虛擬樣機仿真分析基本步驟機械系統建模

幾何建模施加運動副和運動約束施加載荷仿真分析

設置測量和仿真輸出進行仿真分析仿真結果分析

回放仿真結果繪制仿真結果曲線驗證仿真結果

輸入實驗數據增加實驗數據曲線精制系統建模

增加摩擦力，改進載荷函數定義柔性物體和連接定義控制重復仿真分析

設置可變參數點定義設計變量與實驗結果一致？系統優化分析

主要設計影響因素研究試驗設計研究最優化研究是否第三節基于ADAMS的機械系統虛擬設計與仿真

機械系統動力學自動分析軟件ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem）是虛擬樣機分析的應用軟件和開發工具。由美國MDI公司開發，現被MSC公司收購，占據同類軟件全球市場的51％，是目前最為流行的機械系統動態仿真分析軟件。

1.軟件介紹（1）包含三個最基本的解題程序模塊：

ADAMS/View(基本環境)ADAMS/Solver(求解器)ADAMS/PostPrecessor(后處理)2.軟件模塊（2）附加程序模塊：

ADAMS/Car(轎車模塊)ADAMS/Rail(機車模塊)ADAMS/Airplane(飛機模塊)ADAMS/Engine(發動機模塊)ADAMS/Flex(柔性體模塊)ADAMS/Controls(控制模塊)ADAMS/Hydraulics(液壓模塊)ADAMS/Animation(高速動畫模塊)3.ADAMS/View工具列瀏覽1234567891011121314151612345678910111213141516幾何建模量測恢復/重做運動連接點色盤移動動態瀏覽設置力元素前后視圖動態旋轉上下視圖左右視圖背景顏色視窗布置其他（1）曲柄搖桿滑塊機構幾何建模→設置運動副→定義運動及力→設置仿真時間→運動模擬→測量位移、速度、加速度→后處理界面→顯示運動曲線→顯示模型動畫→顯示軌跡→數據、曲線及動畫文件輸出。2.例子介紹（2）雙滑塊機構加平動位移（3）兩自由度機構（4）設置工作柵格、單位、圖標大小等（5）幾何建模介紹用點point建立部件，可以參數化（6）平移、旋轉操作（7）與其它CAD軟件的接口Marker點與Pointer點

Marker：具有方向性,大部分情況都是伴隨物件自動產生的，而Point不具有方向性,都是用戶自己建立的；Marker點可以用來定義構件的幾何形狀和方向，定義約束與運動的方向等，而Point點常用來作為參數化的參考點，若構件與參考