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机械创新设计中的虚拟样机技术引言：随着科技的快速发展，机械创新设计正朝着数字化、虚拟化的方向迅猛发展。
虚拟样机技术作为数字化设计的重要组成部分，可以帮助工程师和设计师在机械创新设计过程中降低成本、缩短时间，并提高产品的可靠性和可持续性。
本文将重点探讨机械创新设计中虚拟样机技术的应用以及对设计过程的影响和优势。
一、虚拟样机技术在机械创新设计中的应用虚拟样机技术是指利用计算机模拟和仿真的方法来生成机械产品的三维模型，并对其进行各种工程分析和测试，以验证设计的可行性和优化产品性能。
在机械创新设计中，虚拟样机技术可以应用于以下几个方面：1. 产品设计和结构优化：通过虚拟样机技术，设计师可以在计算机上创建产品的三维模型，并进行结构优化和功能分析。
这样可以避免传统样机制作过程中的材料浪费和时间消耗，同时提高设计的灵活性和可调性。
2. 工艺规划和生产模拟：虚拟样机技术可以模拟生产过程并进行工艺规划，帮助企业降低成本、提高效率。
通过模拟机械产品的装配、制造和运行过程，工程师可以识别潜在的问题并进行改进，提高产品的质量和可靠性。
3. 故障分析和诊断：虚拟样机技术可以在设计阶段模拟产品的故障情况，并通过分析和诊断来找出问题所在。
这样可以提前预防和解决故障，减少产品的维修和召回成本。
二、虚拟样机技术对机械创新设计过程的影响和优势虚拟样机技术在机械创新设计过程中具有以下几个优势：1. 提高设计效率：传统的样机制作需要大量的时间和资源，而虚拟样机技术可以在计算机上进行模拟和仿真，大大加快了设计的速度和效率。
设计师可以通过快速生成和修改三维模型，迅速得到最佳设计方案。
2. 降低设计成本：传统样机制作需要消耗大量的材料和人力，而虚拟样机技术可以减少这些成本。
设计师可以通过虚拟样机进行多次优化和测试，减少实际制作样机的次数和成本。
3. 提高产品质量：虚拟样机技术可以在设计阶段模拟产品使用过程中的各种场景和负载情况，进行各种分析和测试，从而提前发现和解决潜在问题，提高产品的质量和性能。
工业设计中的虚拟样机技术在工业设计领域中，虚拟样机技术正发挥着越来越重要的作用。
虚拟样机技术是指通过计算机软件和硬件模拟真实产品的外观、结构和功能，以便在产品开发过程中进行设计验证、检测和模拟。
本文将介绍虚拟样机技术的优势、应用领域以及未来发展趋势。
一、虚拟样机技术的优势虚拟样机技术相对于传统的物理样机具有以下几个显著的优势。
1. 时间和成本的节省传统的物理样机需要进行制造、组装和测试，耗费宝贵的时间和大量的成本。
而虚拟样机技术只需要在计算机软件中进行模拟和验证，节省了制造样机所需的时间和成本。
2. 设计灵活性和可迭代性虚拟样机技术可以快速生成多个设计方案，并通过模拟和优化来选择最佳设计方案。
设计师可以轻松地对产品进行修改、优化和迭代，不受物理样机制造和测试的限制。
3. 设计评估和决策的可靠性通过虚拟样机技术，设计师可以对产品进行多方面的评估和分析，包括结构强度、运动学、流体力学等。
这使得设计师能够更加准确地评估设计方案的性能和可行性，并作出更加可靠的决策。
二、虚拟样机技术的应用领域虚拟样机技术广泛应用于各个工业设计领域，包括汽车、航空航天、医疗器械、消费电子等。
以下将以汽车工业为例，介绍虚拟样机技术的具体应用。
1. 汽车外观设计虚拟样机技术可以通过建立三维模型和材质贴图等手段，模拟汽车外观设计的效果。
设计师可以在计算机上进行各种细节的调整和修改，包括车身线条、轮毂造型、灯光效果等，以验证设计方案的可行性和吸引力。
2. 汽车结构设计虚拟样机技术可以对汽车结构进行强度分析和优化，以确保车身在各种工况下的强度和安全性。
设计师可以通过模拟车辆在碰撞、翻滚等事故情况下的反应，进行结构的改进和优化，提高汽车的安全性能。
3. 汽车动力系统设计虚拟样机技术可以对汽车动力系统进行模拟和优化，以提高汽车的燃油经济性和性能表现。
设计师可以通过模拟发动机的工作特性、传动系统的效率等，为汽车动力系统的设计和调校提供准确的数据和评估。
虚拟产品开发与虚拟样机技术摘要：虚拟产品开发与虚拟样机技术是现代产品设计和制造领域中的一种新型技术。
通过虚拟样机技术可以预先展示产品设计效果、验证产品设计的合理性、评估产品制造的可行性，从而加速产品开发流程，降低产品研发成本，提高产品质量和市场竞争力。
本文将对虚拟产品开发与虚拟样机技术的概念、发展历程、技术特点及应用进行详细介绍和分析，探讨虚拟样机技术在产品研发中的优势和局限性，并展望虚拟样机技术在将来的发展前景。
关键词：虚拟产品开发；虚拟样机技术；产品设计；制造领域；研发成本；市场竞争力；发展前景正文：一、虚拟产品开发与虚拟样机技术的概念虚拟产品开发是利用计算机等现代信息技术手段，对产品的设计、制造和检验等全过程进行模拟计算和虚拟仿真，以达到快速、高效、精准地实现产品开发的目的。
虚拟样机技术是指在产品设计和制造过程中，利用计算机和虚拟现实技术，对产品的形态、结构、性能等方面进行虚拟仿真，以确定产品的形态、性能、制造工艺等基本技术参数。
二、虚拟产品开发与虚拟样机技术的发展历程虚拟产品开发和虚拟样机技术的发展可以追溯到上世纪60年代。
20世纪70年代中期，由于计算机技术的发展和CAD技术的日益成熟，虚拟产品开发开始萌芽。
20世纪90年代，随着虚拟现实技术的应用和虚拟样机技术的引入，虚拟产品开发和虚拟样机技术在航天、汽车、机械制造等行业中得到广泛应用。
21世纪以来，随着计算机性能和网络技术的快速提高，并且由于竞争的激烈，产品研发过程的周期迅速缩短，虚拟产品开发和虚拟样机技术开始向各行业全面渗透。
三、虚拟产品开发与虚拟样机技术的技术特点虚拟产品开发和虚拟样机技术的技术特点有以下几个方面：1.模型设计自由灵活：虚拟样机技术可以对产品模型的形态、结构、性能等参数进行精准、灵活设计，大大节省了试制费用和试制时间。
2.高保真度：虚拟样机技术的仿真结果可以做到高保真度，并且可以对产品性能指标进行精准评估和仿真。
浅析虚拟样机技术在机械工程设计中的有效应用虚拟样机技术是一种利用计算机模拟和仿真的技术，可以有效地对机械工程设计进行分析和优化。
通过虚拟样机技术，工程师可以在计算机上进行各种工程设计和模拟实验，从而提高产品设计的效率和质量。
本文将通过对虚拟样机技术在机械工程设计中的应用进行浅析，探讨其在机械工程设计中的有效性和可行性。
一、虚拟样机技术的概念和特点虚拟样机技术是一种基于计算机仿真的技术，可以模拟出真实的机械系统，并对其进行仿真分析。
其特点有以下几点：1. 实时性：虚拟样机技术可以实时地模拟和分析机械系统的运行状态，工程师可以通过计算机屏幕上的模拟效果来观察和分析机械系统的运行情况。
2. 精确性：虚拟样机技术可以精确地模拟机械系统的各种运动和受力情况，工程师可以通过模拟分析来对机械系统进行精确的设计和优化。
3. 交互性：虚拟样机技术可以进行交互式的设计和仿真分析，工程师可以通过计算机软件来对机械系统进行动态调整和优化。
4. 可视性：虚拟样机技术可以将机械系统的各种运动和受力情况通过计算机图形的方式呈现出来，工程师可以通过可视化的方式来对机械系统进行分析和设计。
四、虚拟样机技术在机械工程设计中的挑战和应对措施虚拟样机技术在机械工程设计中也面临着许多挑战和难点，主要包括以下几个方面：1. 模拟精度：虚拟样机技术对机械系统的运动和受力情况进行仿真分析时，需要考虑到各种非线性和非理想因素，如材料的变形、接触面的摩擦等，这需要建立精确的模型和算法，以保证仿真结果的精度和可靠性。
2. 计算资源：虚拟样机技术需要大量的计算资源和算法支持，特别是在进行大型机械系统的仿真分析时，需要利用并行计算和高性能计算机来进行计算，以保证仿真结果的实时性和稳定性。
3. 数据有效性：虚拟样机技术需要充分考虑实验数据的有效性和可靠性，需要采集和整理大量的实验数据，并借助于数据挖掘和机器学习等方法来提取有效的模型参数和算法特征。
针对以上挑战和难点，工程师可以采取以下措施来提高虚拟样机技术在机械工程设计中的应用效果：1. 多学科交叉：虚拟样机技术需要多学科交叉的知识支持，如计算机科学、数学、力学等，工程师可以通过跨学科的合作和交流来充分利用各种专业知识和技术手段。
哈尔滨职业技术学院学报 2006年第6期 J ou r n al o f Har b i n I ns t i t ut e of V oc at i ona l Tech nol og y
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中图分类号：TP391.9
文献标识码：A 文章编号：1008—8970—（2006）06—0085—02
[收稿日期]6[作者简介]崔荣章()，男，山东莱西人，威海职业学院讲师，工学硕士，研究方向为机械D 。
一、虚拟样机技术概述
机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上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（C A E ）技术，是当前设计制造领域的一门新技术。
该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一个全新的研发产品的设计方法。
它利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析评估系统性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。
传统的设计方式是由下到上：从部件设计到整机设计。
这种设计的弊端是往往把注意力集中在细节而忽略了整体性能。
这种情况在国内经常发生。
借助于虚拟样机技术，传统设计过程被逆转了。
设计过程先从整机开始，按照“由上到下”的顺序进行，这样可以避免在系统设计方面的失误。
虚拟样机技术在设计的初级阶段——概念设计阶段就可以对整个系统进行完整的分析，可以观察并试验各个组成部件的相互运动情况。
使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实的模拟系统的运动，它可以在计算机上方便的修改设计缺陷，仿真试验不同的设计方案，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案，再做出物理样机。
运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，获得最优化和创新的设计产品。
国外虚拟样机技术的商品化过程早已完成，目前有二十多家公司在这个日益增长的市场上竞争。
比较有影响的产品包括美国M D I 公司（M echani cal D ynam i cs I nc.）的A DAM S ，CA DSI 的DA DS 以及德国航天局的SI M PA CK ，其中美国M D I 公司占据了市场的70％。
二、ADAM S
机械系统动力学自动分析软件AD AM S （Aut o m at i c
D ynam i c A nal ysi s of M echani cal Sys t em s ），是美国M D I 公司（M echani cal D ynam i cs I nc.）开发的非常著名的虚拟样机分析软件。
ADA MS 软件包括三个最基本的解题程序模块：A D A M S/V i ew （用户界面模块）、A D AM S/So l ver （求解器）、和A D A M S/Post P r ocess or （后处理模块）。
另外还有一些特殊场合应用的附加程序模块。
在三个基本模块中，A DA M S/V i e w 提供了一个直接面向用户的基本操作对话环境和虚拟样机分析的前处理功能，其中包括样机的建模和各种建模工具、样机模型数据的输入和编辑、与求解器和后处理等程序的自动连接、虚拟样机分析参数的设置、各种数据的输入和输出等。
A D A M S/Sol ver 是求解机械系统运动和动力学问题的程序。
完成样机分析的准备工作后，A D A M S/V i ew 程序可以自动的调用A D A M S/Sol ver 模块，求解样机模型的静力学、运动学或动力学问题，完成仿真分析以后再自动返回A DAM S/Vi ew 操作界面。
因此，一般用户可以将ADAM S/S ol ver 的操作视为一个“黑匣子”，只需熟悉A D A M S/V i ew 的操作，即可完成建模和整个分析过程。
A D A M S 仿真分析结果的后处理，可以通过调用后处理模块A D A M S/Pos t Pr ocess or 来完成。
A D A M S /Pos t Proces s or 模块具有相当强的后处理功能，它可以回放仿真结果，还可以绘制各种分析曲线。
三、虚拟样机技术的相关技术
图1给出了虚拟样机技术的相关技术，一个优秀的虚拟样机分析软件除了可以进行机械系统运动学和动力学分析外，还应包含以下技术。
一是几何形体的计算机辅助设计（CA D ）软件和技术。
用于机械系统的几何建模，或者用来展现机械系统的仿真分析结果。
二是有限元分析（FEA ）软件和技术。
可以利用机械系
虚拟样机技术
崔荣章
（威海职业学院，山东
威海
264210）
摘要：本文对虚拟样机技术进行总体介绍，主要包括虚拟样机技术概况、实现软件A D AM S 、相关技术以及虚拟样机仿真
分析步骤，最后对虚拟样机技术在新产品开发中的应用进行讨论。
关键词：虚拟样机；A DA M S ；仿真200-09-18
1977-C A
哈尔滨职业技术学院学报 2006年第6期 J ou r n al o f H a r b i n I ns t i t ut e of Voc at i ona l Tech nol ogy 86
统的运动学和动力学分析结果，确定进行机械系统有限元分析（FE A）所需的外力和边界条件或者利用有限元分析对构件应力和强度进行进一步的分析。
三是模拟各种各样作用力的软件编程技术。
虚拟样机软件运用开放式的软件编程技术来模拟各种力和动力，以适应各种机械系统的要求。
四是利用试验装置的试验结果进行某些构件的建模。
试验结果经过线性化处理输入机械系统，成为机械系统模型的一个组成部分。
五是控制系统设计与分析软件和技术。
虚拟样机软件可以运用传统的和现代的控制理论，进行机械系统的运动仿真分析；或者可以运用其他专用的控制系统分析软件，进行机械系统和控制系统的联合分析。
六是优化分析软件和技术。
运用虚拟样机分析技术进行机械系统的优化分析和设计，是一个重要应用领域，通过优化分析，确定最佳设计结构和参数值，使机械系统获得最佳的综合性能。
图1虚拟样机及其相关技术
四、虚拟样机仿真分析基本步骤
虚拟样机仿真分析的步骤如图2所示。
根据图2所示步骤可以完成一个复杂的机械系统的仿真分析。
图2虚拟样机仿真分析步骤
五、虚拟样机技术在新产品开发中的应用
新产品的开发是各方面知识应用的结果，涉及机械设计、制造工艺、机械运动学与动力学、美学等多个相关的学科。
但是传统的设计方法不仅要求设计者具备专家的知识，而且还要通晓产品的细节，产品设计一开始就试图进入详细设计阶段。
这种详细设计方式在整个设计方案出台前，往往要经过多次修改，浪费很多时间，并且用户也只有在产品彻底完成后，才能了解到各方面的性能，这样不利于设计方案的修改，导致产品设计周期长、设计成本高，往往使物理样机反复性试验不够充分，从而使产品在市场上缺乏竞争力。
把虚拟样机技术应用到新产品的开发中，具体的实现方法为：使用C A D软件进行三维实体建模，将模型导入运动学动力学分析软件A D A M S，建立仿真模型，进行仿真分析，其流程如图3所示。
使用三维实体模型设计方法可以方便的检查零部件的干涉，直观的检验产品外形的美观和新颖性。
通过仿真模型的运动学、动力学分析，无须制造实际的物理样机，就能实现对其性能的评价。
而使用C A D技术与虚拟样机技术在计算机上建立的三维实体模型和仿真模型可以将未来产品的外观及性能展示给客户，在产品设计阶段就能获得客户的反馈意见，缩短了产品研发周期，而且使产品赢得客户的信任，产品的设计过程就是一个不断评价与再设计的过程。
C A D技术结合虚拟样机技术是新产品开发的一种行之有效的方法，大大提高了设计的成功率，缩短了产品的研发周期，具有很高的效费比。
图3虚拟样机技术应用流程图
虚拟样机技术是一门新兴的技术，它有着广阔的发展前景及市场。
它面向系统的全生命周期和全系统，使研究、开发研制和使用者之间的联系更为有效，加速了新技术向产品转化的开发、研制与使用过程。
在我国，虚拟样机技术正在引起重视，通过深入研究虚拟样机的关键技术，进一步探讨虚拟样机的有效开发模式，必将增强我国企业的产品开发能力，提高我国企业在世界制造业中的地位。
[参考文献]
[1]郑建荣.A D A M S－虚拟样机技术入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]王国强，张进平，马若丁.虚拟样机技术及其在
A D A M S上的实践[M].西安：西北工业大学出版社，2002.
（责任编辑：杨晓娜）。
