虛擬樣機技術在工程車輛中的應用初探

 

    虛擬樣機技術是一種基於產品計算機模型的數字化設計方法，這種技術以計算機仿真和建模技術為支撐，融合了智能化設計技術、並行工程
、仿真工程和網絡技術等多種先進的製造技術，其最終目標是實現在產品加工前對產品的性能、kezhizaoxingdengjinxingyuce

，congerduishejifanganjinxingpingguheyouhua，yidadaochanpindezuiyouhua。yuchuantongdekaifawuliyangjideshejifangfaxiangbi
，liyongxuniyangjijishukaifaxunichanpinjuyouhendadeyouyuexing。xuniyangjikeyidaitiwuliyangjiduichanpinjinxingchuangxinsheji、測(ce)試(shi)和(he)評(ping)估(gu)，可(ke)以(yi)縮(suo)短(duan)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)
，降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)，改(gai)進(jin)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)質(zhi)量(liang)。作(zuo)為(wei)國(guo)家(jia)大(da)型(xing)企(qi)業(ye)，安(an)徽(hui)叉(cha)車(che)集(ji)團(tuan)公(gong)司(si)在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian)做(zuo)了(le)一(yi)些(xie)有(you)益(yi)的(de)初(chu)探(tan)，本(ben)文(wen)以(yi)安(an)徽(hui)叉(cha)車(che)集(ji)團(tuan)的(de)叉(cha)車(che)生(sheng)產(chan)製(zhi)造(zao)為(wei)背(bei)景(jing)，闡(chan)述(shu)了(le)工(gong)程(cheng)車(che)輛(liang)虛(xu)擬(ni)樣(yang)機(ji)設(she)計(ji)的(de)框(kuang)架(jia)結(jie)構(gou)、工作流程和實現該係統的相關技術。

 

    二、工程車輛虛擬樣機技術的基本內涵

 

    新型工程車輛的開發要受到安全性、可靠性
、舒適性、美觀性
、可製造性及可維護性等多方麵的製約。在虛擬設計環境下，利用可視化的優勢
，把技術設計
、部件裝配、jiegoufenxihexingnengyouhuaronghezaijisuanjixunixianshihuanjingzhongjinxing，zonghekaolvcheliangdewaiguanzongtibujujiyixiezhuruyundongyueshuhekejiejinxingdengtezheng，duichanpinjihechicun、技術性能
、生產和製造等方麵進行交互式的快速建模與分析，生成的模型可被直接操縱與修改，數據可被反複利用。

 

    三
、工程車輛虛擬樣機工程的體係結構

 

    叉車是典型的機、電
、液一體化的工程車輛
，其虛擬樣機工程係統的體係結構如圖1所示：由協同設計支撐平台

，產品模型
、虛擬樣機(VP)引擎和虛擬現實（VR）可視化環境四部分組成。其中協同設計支撐平台提供了一個協同設計環境，包括集成平台/框架、項目管理等工具。產品模型包括叉車係統產品主模型、機械子係統模型、電子子係統模型、液壓子係統模型、控製子係統模型和軟件子係統模型。產品主模型負責產品在係統級層次上的設計與樣機的外觀
、功能和性能的建模，如樣機的動力學、運動學建模仿真。VP引擎包括各領域CAx/DFx工具集
，對樣機外觀、功能、性能及環境進行模擬仿真，並將生成的數據送入VR可視化環境，從外觀、功能及在虛擬樣機環境中的各種行為上展示虛擬樣機。

 

    圖1叉車虛擬樣機的體係結構

 

    四
、工程車輛虛擬樣機的開發流程

 

    虛擬樣機的開發流程如圖2所suo示shi

，從cong產chan品pin需xu求qiu分fen析xi到dao評ping估gu測ce試shi，通tong過guo使shi用yong相xiang關guan產chan品pin開kai發fa工gong具ju
，在zai虛xu擬ni環huan境jing中zhong，構gou造zao產chan品pin的de虛xu擬ni樣yang機ji。這zhe是shi一yi個ge循xun環huan漸jian進jin的de過guo程cheng
，基ji於yu產chan品pin的de開kai發fa要yao求qiu，采cai用yong相xiang應ying的de仿fang真zhen分fen析xi工gong具ju對dui虛xu擬ni樣yang機ji的de功gong能neng和he性xing能neng進jin行xing仿fang真zhen分fen析xi，對dui虛xu擬ni樣yang機ji的de行xing為wei進jin行xing模mo擬ni分fen析xi
，並bing基ji於yu仿fang真zhen分fen析xi的de結jie果guo，通tong過guo產chan品pin全quan生sheng命ming周zhou期qi的de反fan複fu建jian模mo/仿真分析與模型的改進，開發出滿足產品預期設計目標的虛擬樣機。

 

    圖2虛擬設計的一般流程

 

    五
、工程車輛虛擬樣機的關鍵技術

 

    1．虛擬樣機工程的總體技術

 

    虛xu擬ni樣yang機ji製zhi造zao技ji術shu發fa展zhan十shi分fen迅xun速su，目mu前qian雖sui然ran還hai難nan以yi實shi現xian可ke支zhi持chi產chan品pin設she計ji全quan過guo程cheng的de數shu字zi化hua產chan品pin的de開kai發fa係xi統tong
，但dan虛xu擬ni樣yang機ji工gong程cheng作zuo為wei一yi個ge龐pang大da的de係xi統tong工gong程cheng


，總zong體ti上shang還hai是shi有you一yi些xie共gong性xing的de。虛xu擬ni樣yang機ji工gong程cheng總zong體ti技ji術shu從cong必bi然ran全quan局ju出chu發fa，解jie決jue涉she及ji到dao係xi統tong全quan局ju的de問wen題ti，考kao慮lv構gou成cheng虛xu擬ni樣yang機ji工gong程cheng各ge部bu分fen之zhi間jian的de關guan係xi，規gui定ding和he協xie調tiao各ge部bu分fen係xi統tong的de運yun行xing，並bing將jiang他ta們men組zu成cheng為wei一yi個ge有you機ji的de整zheng體ti



，實shi現xian信xin息xi和he資zi源yuan的de共gong享xiang，進jin而er實shi現xian總zong體ti目mu標biao。虛xu擬ni樣yang機ji的de設she計ji主zhu要yao有you以yi下xia幾ji個ge組zu成cheng部bu分fen：初步設計方案的確定、概念設計
、詳細設計、仿fang真zhen分fen析xi和he結jie構gou優you化hua設she計ji等deng。各ge個ge部bu分fen由you不bu同tong的de設she計ji人ren員yuan進jin行xing並bing行xing設she計ji，而er各ge部bu分fen的de功gong能neng活huo動dong存cun在zai大da量liang的de相xiang互hu依yi賴lai的de關guan係xi，為wei保bao證zheng產chan品pin開kai發fa隊dui伍wu的de協xie同tong工gong作zuo，實shi現xian在zai分fen布bu環huan境jing中zhong群qun體ti活huo動dong的de信xin息xi交jiao換huan與yu共gong享xiang，必bi須xu對dui設she計ji過guo程cheng進jin行xing動dong態tai調tiao整zheng和he監jian控kong
，構gou造zao合he適shi的de並bing行xing設she計ji的de工gong作zuo環huan境jing，保bao證zheng並bing行xing設she計ji的de順shun利li進jin行xing，這zhe是shi虛xu擬ni樣yang機ji縮suo短duan開kai發fa周zhou期qi的de關guan鍵jian。工gong程cheng車che輛liang虛xu擬ni樣yang機ji(以叉車為例)的總體結構如圖3所示。

 

    圖3虛擬設計的總體結構

 

    2．虛擬環境下的車輛概念設計和方案評價

 

    zaixuniyangjihuanjingzhongjinxingcheliangdegainianshejihefanganpingjiashishixianxuniyangjideqianqigongzuo。zaijisuanjixunixianshihuanjingtigongdelianghaodexunixianshimanyoutexingheshishijiaohuxingdetiaojianxia
，xiangguanrenyuankeyiduixunixitongjianlidemoxing，baokuoshijiaoxiaoguo


，jinxingpingjiayuxiugai。zaizhegejieduan
，keyimonicheliangdezhuangpeiguocheng
，jiejuegebujianzhijiandekejiejinxinghekezhuangpeixing，tongguoduilingbujiandezhijiezhuangpeicaozuo
，jianyanlingjiandekecaozuoxing、裝配的難易程度及裝配的次序；可以在不耗費實際加工時間和原材料的基礎上，進行虛擬測試。通過虛擬樣機的設計

、加工和組裝
、可以對產品多種方案進行快速的成本核算並製定合理的生產管理方案。

 

    3．虛擬樣機技術的並行工程

 

    xuniyangjijishuzhichibingxingsheji，shigehuanjiedegongzuotongshijinxing，jidadisuoduanlechanpinyanzhizhouqi，jiakuailechanpinshejibufa，bimianlewuweideshiwuyufengxian
，keyiyouxiaodijiangdishengchanchengben。gongchengshikeyibaxincailiao、新結構
、新xin工gong藝yi結jie合he起qi來lai嚐chang試shi著zhe進jin行xing虛xu擬ni樣yang機ji設she計ji，以yi增zeng強qiang車che輛liang設she計ji的de靈ling活huo性xing，提ti高gao車che輛liang的de質zhi量liang。並bing行xing工gong程cheng的de核he心xin是shi並bing行xing一yi體ti化hua設she計ji
，強qiang調tiao產chan品pin設she計ji及ji其qi相xiang關guan的de過guo程cheng同tong時shi交jiao叉cha進jin行xing
，即ji在zai設she計ji階jie段duan就jiu要yao考kao慮lv製zhi造zao、裝配等後期階段所涉及的環節。企業實行並行運行機製

，要求設計、製(zhi)造(zao)等(deng)各(ge)個(ge)過(guo)程(cheng)的(de)多(duo)項(xiang)任(ren)務(wu)交(jiao)叉(cha)進(jin)行(xing)，減(jian)少(shao)設(she)計(ji)的(de)反(fan)複(fu)，並(bing)行(xing)工(gong)程(cheng)的(de)協(xie)同(tong)效(xiao)應(ying)使(shi)得(de)各(ge)部(bu)門(men)協(xie)調(tiao)工(gong)作(zuo)，能(neng)夠(gou)對(dui)眾(zhong)多(duo)的(de)方(fang)案(an)進(jin)行(xing)及(ji)時(shi)準(zhun)確(que)的(de)評(ping)價(jia)
，以(yi)達(da)到(dao)最(zui)優(you)方(fang)案(an)。工(gong)程(cheng)車(che)輛(liang)虛(xu)擬(ni)設(she)計(ji)並(bing)行(xing)流(liu)程(cheng)如(ru)圖(tu)4所示。

 

    圖4虛擬設計的並行設

 

    4．虛擬樣機工程的優化設計

 

    設(she)計(ji)的(de)最(zui)終(zhong)目(mu)的(de)是(shi)要(yao)獲(huo)得(de)一(yi)個(ge)滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)要(yao)求(qiu)的(de)最(zui)優(you)方(fang)案(an)
，這(zhe)就(jiu)是(shi)工(gong)程(cheng)優(you)化(hua)問(wen)題(ti)。實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)優(you)化(hua)設(she)計(ji)是(shi)保(bao)證(zheng)產(chan)品(pin)具(ju)有(you)優(you)良(liang)性(xing)能(neng)，減(jian)輕(qing)結(jie)構(gou)自(zi)重(zhong)或(huo)體(ti)積(ji)，並(bing)能(neng)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)的(de)一(yi)種(zhong)行(xing)之(zhi)有(you)效(xiao)的(de)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)。

 

    5．虛擬樣機工程的集成仿真與數據協調

 

    係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)與(yu)仿(fang)真(zhen)是(shi)企(qi)業(ye)實(shi)現(xian)虛(xu)擬(ni)製(zhi)造(zao)的(de)一(yi)個(ge)難(nan)點(dian)
，也(ye)是(shi)企(qi)業(ye)不(bu)能(neng)加(jia)快(kuai)實(shi)現(xian)虛(xu)擬(ni)製(zhi)造(zao)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)與(yu)仿(fang)真(zhen)需(xu)要(yao)諸(zhu)多(duo)的(de)技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)，需(xu)要(yao)從(cong)全(quan)局(ju)出(chu)發(fa)考(kao)慮(lv)各(ge)子(zi)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)，研(yan)究(jiu)各(ge)子(zi)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)接(jie)口(kou)的(de)關(guan)係(xi)
，是(shi)多(duo)領(ling)域(yu)的(de)仿(fang)真(zhen)軟(ruan)件(jian)協(xie)同(tong)的(de)過(guo)程(cheng)
，然(ran)而(er)一(yi)般(ban)企(qi)業(ye)難(nan)以(yi)購(gou)置(zhi)齊(qi)全(quan)用(yong)於(yu)係(xi)統(tong)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)的(de)軟(ruan)件(jian)係(xi)統(tong)。

 

    安(an)徽(hui)叉(cha)車(che)集(ji)團(tuan)公(gong)司(si)也(ye)遇(yu)到(dao)了(le)類(lei)似(si)的(de)難(nan)題(ti)，盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci)，該(gai)公(gong)司(si)還(hai)是(shi)在(zai)現(xian)有(you)條(tiao)件(jian)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)做(zuo)了(le)一(yi)些(xie)有(you)益(yi)的(de)嚐(chang)試(shi)。實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)環(huan)節(jie)的(de)關(guan)鍵(jian)就(jiu)是(shi)子(zi)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)的(de)數(shu)據(ju)協(xie)調(tiao)與(yu)數(shu)據(ju)集(ji)成(cheng)，如(ru)果(guo)做(zuo)到(dao)了(le)這(zhe)一(yi)點(dian)
，便(bian)能(neng)有(you)所(suo)作(zuo)為(wei)。下(xia)麵(mian)以(yi)該(gai)公(gong)司(si)現(xian)在(zai)使(shi)用(yong)的(de)三(san)維(wei)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)SolidWorks和(he)自(zi)行(xing)研(yan)發(fa)的(de)參(can)數(shu)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)相(xiang)結(jie)合(he)為(wei)例(li)來(lai)介(jie)紹(shao)不(bu)同(tong)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)接(jie)口(kou)實(shi)現(xian)和(he)數(shu)據(ju)集(ji)成(cheng)通(tong)信(xin)。我(wo)們(men)使(shi)用(yong)參(can)數(shu)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)
，是(shi)為(wei)了(le)獲(huo)得(de)準(zhun)確(que)的(de)叉(cha)車(che)零(ling)部(bu)件(jian)參(can)數(shu)，參(can)數(shu)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)與(yu)三(san)維(wei)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)SolidWorksxiangjiehedemudeshixiwangjiangcanshushejiruanjianjisuanchudecanshuzaisanweishejizhongtixianchulai，congernenggoujinxingxingnengfenxiyugaijin。zhejiuxuyaocanshushejiruanjianyusanweishejiruanjianzhijiannenggoushixianshujutongxun，suirancanshushejiruanjianyusanweishejiruanjianSolidWorks之間沒有可直接實現通信的接口，但它們與MicrosoftExcel軟件實現了接口。我們以MicrosoftExcel軟件的表單作為數據存儲的媒介，並以MicrosoftExcel軟件作為橋梁來實現數據共享。具體做法是參數設計軟件計算出某一零部件的參數，自動存入MicrosoftExcel軟件的表單，再將此表單直接嵌入SolidWorks。將表單中的數據對應於實體模型中需要變化的尺寸，通過表單中數據的變化來自動改變實體模型（如圖5所示）
，這樣就實現了不同數據模塊之間的通信。

 

    圖5係統之間數據通信示意圖

 

    六
、結束語

 

    本文介紹了虛擬製造技術在工程車輛中應用的若幹框架，虛擬樣機是一種基於產品過程開發的新興技術
，它是融合智能化設計技術
、並行工程
、仿真工程和網絡技術等多種的先進製造技術的綜合性技術，它貫穿於產品的設計、研製、生產
、評ping估gu的de全quan生sheng命ming周zhou期qi中zhong。虛xu擬ni樣yang機ji的de導dao入ru不bu僅jin可ke以yi快kuai速su提ti升sheng企qi業ye的de競jing爭zheng能neng力li，還hai可ke以yi刺ci激ji技ji術shu的de發fa展zhan。虛xu擬ni技ji術shu的de出chu現xian為wei傳chuan統tong工gong業ye的de進jin步bu提ti供gong了le一yi個ge契qi機ji

，但dan也ye是shi一yi個ge漫man長chang探tan索suo的de過guo程cheng，實shi現xian全quan麵mian的de虛xu擬ni製zhi造zao
，還hai有you很hen多duo工gong作zuo要yao做zuo。