虚拟样机技术在机械设计中的应用与发展

科技信息　０机械与电子０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第ｌ期　

虚拟样机技术及其在农业机械系统中的应用　

马斌强　顿文涛　郭延廷。李勉　豆根生　郑丹　袁超　（１．西安电子科技大学　陕西　西安　７１　００７１；２．河南农业大学　河南　郑州４５０００２；　３．郑州市中果农业科技有限公司　河南郑州４５０００８）　【摘要】虚拟样机技术的出现为农业机械系统的研发提供了一个全新的设计方法。本文主要阐述了虚拟样机技术的内涵和特点，并结合　农业机械系统的特点，概述了虚拟样机技术在农业机械领域中应用的情况。　【关键词】虚拟样机；农业机械；仿真　随着计算机技术的广泛应用，机械系统设计的理论、方法和手段　也随之发生一些重大变革。上个世纪８０年代出现的计算机辅助设计　（ＣＡＤ）技术是传统设计方法的一次革命。它将设计人员从繁琐、重复　的手工绘图方式中解放出来．不但提高了工程图纸的质量和绘制速　度，而且为设计人员提供更多的时间和精力进行创造性的工作；有限　元分析（ＦＥＡ）技术在工程中的应用再一次改进了机械系统的设计手　段．使设计人员在设计阶段能够对机械系统零部件的结构强度、刚度　及热特性和动态特性进行分析，通过反馈信息不断地指导设计，保证　系统零部件的性能达到最优；而“功能化数字样机”技术则实现了在现　实工作条件下逼真地模拟机械系统所有的运动情况，并且快速分析比　较多种设计思想．直至获得最优设计方案。近些年．在这些技术发展的　基础上兴起一门新的技术——虚拟样机技术，它进一步改进了机械系　统设计的理论和手段，使设计人员在虚拟的环境中能够模拟机械系统　在各工况下的工作情况，实现在概念设计阶段即可对多种设计方案进　行分析比较，达到系统整体性能最优的目的。　１虚拟样机技术的内涵　虚拟样机技术是一门综合机械、计算机图形学、系统建模技术、虚　拟现实技术、协同仿真技术等多个技术领域的新兴技术．以多体系统　运动学与动力学理论为基础，借助计算机辅助设计技术、有限元分析　技术、“功能化数字样机”技术、信息技术和集成技术等，实现对真实环　境和产品性能的模拟。由于各领域的特点和侧重点不尽相同，虚拟样　机技术目前尚没有一个明确统一的定义。　简单地说，虚拟样机是用来代替物理样机的计算机仿真数字化模　型，而虚拟样机技术就是利用虚拟样机在虚拟环境中实现物理样机的　各项性能要求的方法。虚拟样机是模型，而虚拟样机技术是方法；虚拟　样机是虚拟样机技术的外在表现，而虚拟样机技术是基于虚拟样机的　多领域、多学科的综合应用方法。　虚拟样机技术主要是针对传统的设计理念和方法而言。传统设计　需经过概念设计和方案论证，然后进行产品的细节设计，设计完成后　试制样机进行测试。如果测试结果满意则投入生产，反之，则需修改设　计并再用样机测试，直至测试结果满意。在大多数情况下。样机的试制　往往需要经过反复多次的设计一测试一设计过程．有些时候测试实验　甚至是破坏性的。这样不但产品的设计周期无法缩短，而且样机的制　造和测试反而会增加成本。虚拟样机技术则利用可视化的虚拟环境以　及可交互式探索虚拟物体的功能，对产品进行几何、功能、制造等许多　方面交互的建模与分析，在产品投入生产制造之前，即可通过多种设　计方案的筛选、比较，来获得系统级的优化设计方案，以降低产品的开　发成本和缩短产品的开发周期。　２虚拟样机技术的特点　２．１虚拟样机技术的优势：　２．１，１虚拟样机技术能够实现系统级的产品优化，使研发成本降低、　研发周期缩短、产品质量提高。与传统的串行研发过程不同，虚拟样机　技术是基于并行工程的开发技术，具有从系统的层面来分析复杂系统　的特点，能够支持“由上至下”的开发模式。它强调在系统层面上模拟　产品的外观、功能和特定环境下的行为，使产品在概念设计阶段就可　以迅速地分析、比较多种设计方案，确定影响性能的敏感参数．预测产　品在真实工作状况下的特征以及所具有的响应．直至获得整体最优的　工作性能，有些时候甚至可以通过虚拟样机完成物理样机无法进行的　试验。这极大地提高了产品设计的效率和质量以及一次开发的成功　率。　２．１．２虚拟样机技术支持协同设计．实现虚拟企业的动态联盟。为了　适应快速变化的全球市场，克服单个企业资源的局限性，出现了在一　定时间内，通过Ｉｎｔｅｍｅｔ临时缔结的一种虚拟企业。虚拟样机的数字　化特征使得产品信息在网络中能够快速传递和及时反馈，实现参盟企　业之间产品信息的敏捷交流，使不同企业、不同部门的专业人员针对　各自行业的需求，在不同地点对虚拟样机进行测试、仿真评价、协同改　进和完善。　２．１．３虚拟样机技术涉及产品全生命周期，除了设计开发阶段的分析　测试，还可以对产品的故障监测、维护服务甚至回收利用进行全面分　析仿真。　２．２虚拟样机技术的局限性：　２．２．１虚拟样机技术对于复杂产品的应用，要求设计者具有广泛的知　识面，尤其是对计算机技术、计算机辅助设计技术、数学方法要非常熟　悉，并能够将专业领域的知识综合到虚拟样机技术中。因此，产品的复　杂程度、各学科的难度，以及设计者本身知识面的情况，都将成为虚拟　样机技术应用的制约因素，并将在一定程度上影响虚拟结果的正确性　和准确性。　２．２．２在对复杂系统模型进行分析时受知识、技术的限制，通常要对　模型进行简化，忽略次要因素而得到近似模型，这对产品的性能分析　有一定的影响，而且所得的分析结果多是近似解，并不能百分之百反　应现实的情况。因此．虚拟样机的分析结果可以指导物理样机的制造，　但不能取代物理样机。　２．２－３对复杂产品的应用，其使用的工程数据库管理系统，数据模型　复杂、数据类型多样、交互性要求高，不一定有成熟的软件可供选择，　这在一定程度上制约了虚拟样机技术的应用。　２．２．４建立一个整机水平的虚拟样机应用系统需要有强大的经济实　力和人才资源。　３虚拟样机技术在农业机械系统中的应用　３．１　虚拟样机技术在农业机械系统中应用的必要性　在我国，传统的农业机械装备开发过程要经过样机设计、样机试　制、田问试验、改进设计、再试验等多个步骤，并且传统的农业机械的　设计很大一部分是凭借经验进行类比设计，很多设计参数靠设计人员　的经验决定．一般只进行静态分析而不注重动态特征的分析。严重制　约了产品质量的提高。同时，由于我国多样性的地形和作物，针对不同　地域的不同作物需要不同的机械，甚至同一作物在不同的地形、气候　等条件下对机械的要求也不尽相同，这就决定了农业机械设计需要为　每一特定的情况制造出与之相适应的机械。另外，农业机械的试验具　有季节性，无疑延长了传统设计模式的开发周期。因此，传统的设计和　开发模式已经不能满足当今社会发展的需要，必须进行重大的变革。　而虚拟样机技术通过在设计初期直接在计算机环境中创建虚拟样机　并进行各项性能仿真试验和分析，不仅可以使农业机械的结构和功能　得到模拟．还可以使样机缺陷在最初的设计阶段就能被及时地发现并　加以改进，实现了设计与完善同步进行，有利于做出前瞻性的决策和　优化设计方案。这样，不仅缩短了研发周期，节省了大量原材料，降低　了研发成本，而且使产品能够实现全局优化和一次性开发成功变为可　能。　３．２虚拟样机技术在农业机械系统中应用的现状　虚拟样机技术自２０世纪末出现并传人我国以来，在军事国防、航　空航天、汽车制造等多个领域取得了很大发展，但是由于农业机械领　

◇科技论坛◇　科技强向导　２０１１年第１１期　机械设计中虚拟样机技术的有效运用　彭广林　（风台县新集镇国投新集设备管理中心技术科安徽凤台２３２１７０）　【摘要】虚拟样机技术在汽车制造、机械制造、航天领域、国防工业以及机械电子和造船业等各个领域都有着广泛的应用，采用虚拟样机　技术可以省去制造物理样机的成本，并且缩Ｈ＿ｚ－期，不仅降了产品的投入资金，而且性能还比较优越。因此本文就针对机械设计中虚拟样机技　术的应用展开讨论。　【关键词１机械设计；虚拟样机　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｒｅｌｅｓｓ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ＰＥＮＧ　Ｇｕａｎｇ－ｌｉｎ　ｆＡｎｈｕｉ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｏｗｎ．ｉｔ　ＦｅｎｇＴａｉＸｉａｎ　ｒａｐｉｄ—ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｘｉｎｊｉ　ｅｑ￣ｐｍｅｎｔ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｃｅｎｔｅｒ　ＪｉＳｈｕＫｅ　ＡｎＨｕｉ　ＦｅｎｇＴａｉ　２３２１７０）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｓｐａｅｅｆｌｉｇｈｔ，ｎａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆｉｅｌｄｓ　ｈａｖｅ　ａ　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ｓａｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ａｎｄ　ｓｈｏｒｔｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｅｒｉｏｄ，ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｄｒｏｐ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ；Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　１．虚拟样机的定义及优势　所谓虚拟样机是在制造物理样机前工程师利用计算机技术所建　立的数字化模型，即数字模拟机械系统．然后进行仿真实验．那么该系　统就可以以图形的方法显示出处于真实环境中系统的特性．工程师可　以根据该仿真模型对设计方案进行修改　工程师利用该技术在计算上　建立起机械系统的模型，再辅助可视化的相关处理，将系统的动力、动　力特性在一个真实的环境下做模拟运行．再按照仿真结果对系统进行　精化以及优化　它是以ＣＡＤ模型为基础．采用仿真技术结合虚拟技　术．从而为产品的研发提供一个新的设计方法　２．虚拟样机技术在机械设计中的应用　２．１建模　２．１．１建立三维模型　要实现虚拟样机的前提条件就是要建立一个机械系统的三维实　体模型　所有的仿真实验都是建立在三维模型的基础上的　数字化机　械系统的模型的建立是一个非常复杂的过程中．工程师常为两个问题　所困扰，一是诸如齿轮、扇页等零件的外形比较复杂．二是各种驱动　力、运动副等约束关系比较复杂．所以如果要建立一个复杂机械系统　的虚拟样机．就要比较专业的ＣＡＤ软件进行　现在市场上有多种三维　的ＣＡＤ软件．这些软件比二维ＣＡＤ更具优势．一般二维ＣＡＤ系统主　要是取代手工绘图所用．但是三维ＣＡＤ则更能对产品的技术以及诸　如转动惯量以及质心位置等相关生产管理信息进行完整的表达　２．１．２添加约束　完成三维模型的建模后．为了对物体间发生的相对运动做出定　义，那么就要用约束副将其进行连接。在添加约束副时要尽可能符合　实际的约束情况　现在多数三维ＣＡＤ软件都装有运动，动力学的插　件．这些插件可以实现约束关系以及装配关系的映射．从而将虚拟装　配过程和预约束添加过程进行统一　另外还有一种作法是先在ＣＡＤ　中完成预装配．再将其导人ＡＤＡＭＳ中．该软件是专业分析机械系统　运动，动力学的．因此分析工作可以更完备。下图为建成的某蠕动泵传　动部件的三维模型：　麟　２．１．３施加模型驱动　如果确定了零件模型之间的各种连接关系．以及它们的相对运　动．那么接下来就要给模型添加驱动力以及驱动转矩．或者让模型按　照设计师所设定的运动规律运动。例如上述蠕动泵传动部件模型中．　本例为凸轮轴子装配施加的驱动．促使凸轮轴按照一定的速度转动．　其可以用下式表达：凸轮轴的角位移：３６０ｏ×时间．完成上述步骤以后，　蠕动泵传动部分的虚拟样机就建立完成了　２．１．４虚拟样机的仿真　完成了上述工作后．就能对机械系统运动做仿真试验．然后求取　运动的全部物理量．包括位移量、速度和加速度以及作用力与反作用　力等等．同时还能为后续的有限元分析提供边界条件　２．２有限元分析　有限元法可以精准的分析出各结构件的动态特性以及结构的强　度．它最显著的特点就是其通用性。对于结构形状以及边界条件都相　对随意的力学问题都可以通过它来求解．现在在机械设计中已经被广　泛的应用　而对于虚拟样机技术来说．该计算方法的可靠性高，因此也　是必不可缺的工具　２＿３优化　机模设计中的优化是常见的问题．一般机械优化可以分为以下几　种：在各种设计条件都满足的前提下．在所制定的变量变化的范围内，　采用自动选择来设计变量．目标函数最大值可以利用分析函数来求　取．其借助于计算机的计算能力．通过计算机来改变设计变量迭代求　解．以实现多次仿真　每经过一次仿真试验都会对模型的设计变量做　一部分的修改．直到得出设定物理量最优解为止　２．４控制、机械系统联合仿真　在传统的机械开发过程中．机械系统是独立于控制系统之外的．　其设计和测试都是相对独立的。那么二者之间没有互动，因此设计效　果就会受到直接的影响　但是虚拟样机技术具备机构控制一体化的特　点．其对机电进行整体的设计．那么诸如控制规律是否合理或者控制　品质的高低等问题就会迎刃而解　控制和机械系统的联合仿真设计思　路如下：利用ＡＤＡＭＳ等仿真软件提供设计目标的三维模型、动力以　及运动学的模型．再由ＭＡＴＬＡＢ等控制系统软件提供相应的控制算　法以及电机模型　运动学仿真软件接受到控制系统软件发送的控制命　令后．就会利用虚拟位置传感器把各种物理量向控制系统进行实进反　馈．从而形成完整的控制系统和机械系统的联合仿真。　３．总结　虚拟样机技术是通过计算机技术建立起所设计的机横的模型．再　借助相关的仿真软件对虚拟样机模型做仿真实验分析。先将特定的约　束以及驱动施加到虚拟样机模型中．从而使得该模拟系统可以处于一　个模拟的真实工作环境中．从而进行运动学以及动力学特性的分析　研究其在实际情况中会出现的情况，并做出虚拟响应．再根据响应结　果进行优化设计，得出各项设计参数。镶　（下转第１４５页）　作者简介：彭广林，男，安徽淮南人，助理工程师，就职于国投新集设备管理中心技术科，研究方向为煤矿综机设备的维修与管理。　１　

３８　探矿工程（岩土钻掘工程）　２００６年第１１期　

虚拟样机技术在地质工程机械领域的应用研究　

瞿叶高　，Ｉ、．长根　，李金峰　（１．中国地质大学（北京）工程技术学院，北京１０００８３；２．中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古呼　和浩特０１００７０）　

摘要：基于对　内地质丁程机械的研发现状的考虑，根据虚拟样机技术的特点，讨论了在地质ｊ二程机械领域实施　虚拟样机技术的必要件，并提出了建立地质工程机械虚拟样机的策略。联合ＰＲＯ／Ｅ、ＡＮＳＹＳ及ＡＤＡＭＳ建立了气　动潜孔锤的虚拟样机模型，刘气动潜孔锤虚拟样机进行了仿真，阐明＿ｒ虚拟样机技术在地质工程机械领域的应用　前景。　关键词：虚拟样机技术；地质工程机械；仿真；气动潜孔锤　中图分类号：ＴＨＩ２２；Ｐ６３４．４　２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７４２８（２００６）ｌ１—００３８—０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ／ＱＵ　Ｙｅ—　ｇａｏ。，ＢＵ　Ｃｈａｎｇ—ｇｅｎ　，Ｌ１　ｆｉｎ　ｎｇ　（１、Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｂｒｉｇａｄｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｈｏｈｈｏｔ　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　０１００７０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｃｔｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ｏｆ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｕｐ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｖｉ　ｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏ—　ｔｙｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｈ）ｇｙ　ｉｎ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ａ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ＤＴＨ　ｈａｍｍｅｒ　ｗａｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｉｍｕｌａ－　ｔｅｄ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＰＲＯ／Ｅ，ＡＮＳＹＳ，ａｎｄ　ＡＤＡＭＳ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ＤＴＨ　ｈａｍｍｅｒ　

石　油机械　ＣＨＩＮＡ　ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　２０１０年　第３８卷第８期　

●专题综述　

虚拟样机技术在我国石油机械应用现状研究　

盛拥军　

（胜利石油管理局）　

摘要　虚拟样机技术以计算机技术为依托，综合多学科技术为产品全生命周期的设计和评估　提供技术支持。石油机械虚拟样机系统可以对正在开发的石油机械产品进行三维多体动力学建模　与虚拟环境下的特性分析，打破了传统的设计方式，缩短了设计时间，节约了设计成本，使之能　

够快速响应市场要求，具有广阔的应用前景。介绍了虚拟样机技术的基本原理和发展概况，重点　研究其在国内石油机械设计领域的应用现状，详细分析了虚拟样机技术的优势和不足，指出了其　

在石油机械领域的发展方向。　

关键词　石油机械　虚拟样机技术　建模　计算机仿真　

０　引　言　

虚拟样机（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ＶＰ）技术又称　机械系统动态仿真技术，是２０世纪８０年代随着计　

算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助　工程设计技术。作为一项新型工程技术，虚拟样机　

日益显示出强大的生命力，正越来越多地应用于机　械、电子、航空和国防等领域¨　。石油机械产品　

具有品种多、批量小、资金密集、技术含量高等特　

点，设计在产品开发中的地位十分重要　’。石油　工业的蓬勃发展，也对机械设计和制造技术不断提　

出了新的要求，虚拟样机技术必将得到进一步应　用。笔者拟在此介绍虚拟样机技术的基本原理和发　

展概况，重点研究其在国内石油机械设计领域的应　用现状，详细分析虚拟样机技术的优势和不足，同　

时指出其在石油机械领域的发展方向。　

１　虚拟样机技术　

１．１　虚拟样机技术与传统设计技术　

石油机械传统的设计与制造过程是：首先进行　方案论证和概念设计（Ｃｏｎｃｅｐｔ　Ｄｅｓｉｇｎ），制图、制　造物理样机，然后进行试验，根据试验结果，验证　和修改设计，再做物理样机、试验……周而复始地　

进行，直到达到设计目标。这样的设计方法设计周