基于HyperMesh乘用车顶部抗压性建模仿真
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
基于HyperMesh乘用车顶部抗压性建模仿真
魏敏肖庆华袁静冯虎印
长安汽车北京研究院，北京 100081
摘要：随着交通事故数量越来越多，汽车安全性备受重视。本文依据乘用车顶部抗压强度国标，依托某轿车平台开发，运用HyperMesh有限元分析软件，以设计车型的CAD模型为基
础建立了汽车顶部压强的计算机仿真模型，开展了深入分析。
关键词：车顶强度；HyperMesh；计算机仿真
0 前言
汽车滚翻事故是交通事故一种主要表现形式，滚翻时车顶受冲击载荷作用发生大变形并侵入乘员室,使乘员生存空间变小,易对乘员造成伤害，其事故的死亡率远高于其他形式的道路交通事故死亡率[1]。大量研究表明,顶部车架强度偏弱是引起乘员头部和颈部受伤的直接原因[2]。各国政府对车辆顶部抗压强度安全提出了明确要求，我国在2010年颁布了乘用车顶部抗压强度强制法规《GB 26134-2010 乘用车顶部抗压强度》[3]。
公司开发的某型轿车需满足GB 26134要求。本文应用美国澳汰尔（Altair）公司的HyperMesh软件，建立了该车型的顶部抗压计算机仿真模型，并根据输出的结果数据，进行了结构分析和验证。
1 整车建模
针对《GB 26134-2010 乘用车顶部抗压强度》法规的要求，应用高效网格生成工具HyperMesh建立了对应法规要求的有限元模型，如图1。
整车有限元模型遵循的建模规则如下：
（1）从CAD数据库中得到各零件的几何信息及连接信息，确认材料属性。
(2)根据零件的性质，确定采用何种单元形式；若用壳单元柔性体，需抽取CAD零件中面；若用刚性体，对零件抽取表面。
(3)将CAD数据导入HyperMesh软件后，首先清理几何，但必须保证所有的面都能被正确的表示。
(4)划分单元网格并且检查网格的质量。
(5)组装划分好的各个零件模型，形成整车完整的有限元模型，调节穿透。
(6)根据零部件间的连接关系，选择相对应的方法，连接相接的零件，注意要按照焊接手册和装配图中的说明进行。
(7)检查整车模型。
(8)建立边界条件，输入关键字控制卡片。
图1 整车有限元模型
表1 分析模型的节点数和单元数
2 顶压工况模拟
2.1加载装置
按照乘用车顶部抗压强度法规规定，在有限元模型中加载装置设定为刚性块，其下表面为1829mm×762mm的平整矩形表面。对车顶加载有两种方式：刚性墙加载和刚性平面加载。用刚性墙关键字创建的顶压平面在后处理动画播放中不可见。为了在动画播放中能够清楚的显示出顶压平面的运动，本文采用刚性网格单元对该顶压平面进行建模，如图2所示。调整该刚性平面各单元的法线方向一致，都指向车身方向。
图2： 刚性加载平面
2.2加载位置
参照法规要求调整加载装置的位置，使加载装置下表面的纵向中心线穿过与车顶的接触点或接触区域的中心；加载装置下表面的前缘中点在车顶外表面最前点，包括穿过车辆纵向中心平面的风窗装饰条，再向前254mm 的横向垂直平面不超过10mm 的范围之内。并使其纵轴的前倾角为水平向下5°，且纵轴平行于穿过车辆纵向中心线的垂直面；横轴的外倾角为水平向下25°（图3）。
图3 顶压工况 2.3边界条件设置
根据《GB26134-2010乘用车顶部抗压强度》法规规定，加载装置沿垂直于下表面的法
1829mm
762mm 约束左右门槛下沿节点的6个自由度
放大正视图
线方向向下移动，不得出现转动，加载速度不超过13mm/s，加载装置下表面的移动量不得超过127mm，整个试验在120s内完成。本文使用*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION 关键字卡片定义刚性平面对车体的加载（图4），在加载关键字菜单中单击激活PID，选择刚性面为加载项。单击激活DOF选择4，表示该加载为根据矢量方向所指的平动加载；单击激活VAD并选择0，表示加载类型为速度—时间关系加载；设定一个速度--时间关系曲线LCID 对刚性平面的运动进行控制，保证刚性平面是以均匀低速的方式对车体施压；SF为加载曲线比例因子；单击激活VID选取垂直于刚性平面向下方向的向量作为刚性平面的运动方向。
图4：按速度-时间曲线加载关键字菜单
将车顶与刚性面设置面面接触，其关键字菜单如图5所示，单击SPR和MPR并选取1，将主接触面和从接触面受到的压力在结果文件NCFORC中输出。
图5：接触参数控制关键字菜单
3 结果分析
将设置了顶压工况参数的模型导入求解器中进行求解计算。应用HyperGraph导入结果文件以考察模型计算过程中的能量转化信息，以确认计算模型的有效性，（图6和图7）。结果表明，加载装置下压过程中各项指标都在控制要求范围内，保证了仿真结果的精度（表2）。
图6 能量转化过程曲线 图7 模型质量增加曲线
表2 模型计算有效性检查
将计算得到的结果文件导入到HyperView 模块中以查看汽车顶压动画结果，如图8所示。
图8 整车顶压变形情况
法规要求加载装置下压位移达到127mm 前，加载力大小应达到汽车整备质量的1.5倍载荷，最大要求为22.24kN 。
本车型整车整备质量1490kg ，根据法规要求，考察加载力大小为22.1kN 。应用HyperGraph 调入加载力分析结果，表明当加载装置下压到127mm 的时候，加载力达到80.4kN ，大幅超过法规要求值（图9） 。
检查项目
实际值 目标要求 沙漏与最大能量比例
4.37% ＜5% 动态质量增加比例
2.08% ＜5%
图9：加载力与法规要求曲线对比图
4 结论
本文应用美国澳汰尔（Altair）公司的HyperWorks高效软件，按照《GB26134-2010 乘用车顶部抗压强度》法规，建立了某型轿车顶部抗压强度有限元模型。仿真结果验证了该车型满足法规要求。
5参考文献
[1] 张维刚, 何文, 钟志华. 车辆乘员碰撞安全保护技术[M] . 长沙: 湖南大学出版社, 2007.
[2] RAINS G C, KANIANT HRA J N. Determination of the Significance of Roof Crush on Head and Neck Injury to Passenger Vehicle Occupants in Rollover Crashes[ J] . SAE Paper 950655.
[3] 潘锋.朱平.章斯亮.轿车车顶压溃仿真与结构耐撞性研究[J].中国公路学报，2010（3）：108
Roof Crush Resistance Simulation of
Passenger’s Car Based on HyperMesh
Wei Min Xiao Qinghua YuanJing Feng Huyin
Abstract:With the increasing number of traffic accidents, the car safety has been paid more attention. In this paper, it refers to the compressive strength of passenger’s car at the top of GB and uses HyperMesh for the finite element analysis, according to the CAD model of a car to build the computational simulation model with pressure on the roof. This will establish the foundation for subsequent further analysis.
Keywords: Roof Strength; HyperMesh; Computational Simulation
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用 摘要：建模与仿真技术是21世纪信息技术和制造技术结合的桥梁，是使企业产生最大经济效益的核心技术，也是21世纪制造业的一项关键支撑技术。本文阐述了仿真技术在制造业的地位和作用，总结建模与仿真技术的特点，给出了制造业建模与仿真技术的方展方向。 关键词：制造系统建模仿真 仿真应用系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术 1制造业建模与仿真技术的地位 制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是国家综合国力的重要体现；21世纪的制造业仍然是国家经济和国防建设的命脉，也是国家经济实现快速增长的重要因素。制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。现代制造的基本特点是大制造和全过程。“大制造”应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，它是一种广义制造概念。“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析，产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品的销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。由于国内外市场竞争的加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，先后出现了柔性制造，计算机集成制造、并行工程、虚拟制造、敏捷制造、网络化制造、现代集成制造、下一代制造、综合制造等新的先进制造理念和哲理。但是，从整体来看，制造业的发展离不开先进的信息与知识技术、全面的建模与仿真技术、精密的工艺与装备技术和高效的企业集成技术共四大关键技术。建模与仿真作为一种重要手段，通常可以渗透到先进制造当中去，并帮助先进制造实现集成，从而促进一些先进制造技术的发展。建模与仿真（M＆S）技术在改进产品和过程，缩短市场响应时间，以及降低产品实现的成本方面，具有其它技术 无法比拟的重要作用。 2制造业建模与仿真技术的作用 当今的制造系统是集现代机械制造、计算机科学和管理工程于一体的综合应用，由于它技术复杂、投资巨大，采用建造实体系统进行研究显然是不合理的。
运用HyperMesh软件对拉杆进行有限元分析 1、1 问题得描述 拉杆结构如图1-1所示,其中各个参数为:D1=5mm、D2=15mm,长度L0=50mm、L1=60mm、L2=110mm,圆角半径R=mm,拉力P=4500N。求载荷下得应力与变形。 图1-1 拉杆结构图 1、2 有限元分析单元 单元采用三维实体单元。边界条件为在拉杆得纵向对称中心平面上施加轴向对称约束。 1、3 模型创建过程 1、3、1 CAD模型得创建 拉杆得CAD模型使用ProE软件进行创建,如图1-2所示,将其输出为IGES格式文件即可。
图1-2 拉杆三维模型 1、3、2 CAE模型得创建 CAE模型得创建工程为: 将三维CAD创建得模型保存为lagan、igs文件。 启动HyperWorks中得hypermesh:选择optistuct模版,进入hypermesh程序窗口。主界面如图1-3所示。 程序运行后,在下拉菜单“File”得下拉菜单中选择“Import”,在标签区选择导入类型为“Import Goemetry”,同时在标签区点击“select files”对应得图形按钮,选择“lagan01、igs”文件,点击“import”按钮,将几何模型导入进来,导入及导入后得界面如图1-4所示。 图1-3 hypermesh程序主页面
图1-4 导入得几何模型 (4)几何模型得编辑。根据模型得特点,在划分网格时可取1/8,然后进行镜像操作,画出全部网格。因此,首先对其进行几何切分。 1)曲面形体实体化。点击页面菜单“Geom”,在对应面板处点击“Solid”按钮,选择“surfs”,点击“all”则所有表面被选择,点击“creat”,然后点击“return”,如图1-5~图1-7所示。 图1-5 Geom页面菜单及其对应得面板 图1-6 solids按钮命令对应得弹出子面板
通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日
1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案
中北大学 课程设计说明书 学生姓名：学号： 学院： 专业： 题目：多产品离散型流水作业线系统仿真
指导教师： 2016年 06 月17日
目录 1、课程设计步骤 (4) 1.1模型建立 (4) 1.2参数设置 (5) 1.3 模型运行 (10) 1.4模型优化 (10) 1.5数据统计 (11) 2、总结 (12) 3、参考文献 (13)
生产系统建模与仿真》课程设计题目 1. 题目 运用Flexsim软件进行的多产品离散型流水作业线系统仿真 2. 课程设计内容 系统描述与系统参数： （1）一个流水加工生产线，不考虑其流程间的空间运输。 （2）有三类工件A，B，C分别以正态分布、均匀分布和三角分布的时间间隔进入系统，A进入队列Q1, B进入队列Q2，C进入队列Q3等待检验。 （按学号最后位数对应的仿真参数设置按照下表进行） 对B进行检验，每件检验用时2分钟，操作工人labor3对C进行检验，每件检验用时3.5分钟。
（4）不合格的工件废弃，离开系统；合格的工件送往后续加工工序，A 的合格率为65%，B的合格率为95%，C的合格率为85%， （5）工件A送往机器M1加工，如需等待，则在Q4队列中等待；B送往机器M2加工，如需等待，则在Q5队列中等待。C送往机器M3加工，如需等待，则在Q6队列中等待。 （6）A在机器M1上的加工时间；B在机器M2上的加工时间，C在机器M3上的加工时间，按照下表对应进行。 （学号首位数对应的仿真参数设置按照下表进行） （5，1）分钟，装配完成后离开系统。 （8）如装配机器忙，则A在队列Q7中等待，B在队列Q8中等待，C在队列Q9中等待。
第一届（2013）复杂管理系统建模与仿真国际研讨会征文通知 仿真建模、分析与优化，已经成为解决复杂管理系统的重要手段，正日益受到理论界和实践界的广泛关注。本会议的目标，旨在为国内外从事复杂管理系统建模与仿真的研究及实践人员提供一个高水平的、专业的论坛，通过思想碰撞与信息交流，探讨系统仿真领域的最新理论和实践，促进相互合作，进而推动仿真建模、分析与优化技术在复杂管理系统中的研究与应用。本会议邀请了国内外在仿真领域卓有建树的知名学者参加，如美国建模与仿真学会（SCS ）主席J. Fowler 教授，美国冬季仿真会议（WSC ）主任委员会委员J. Smith 教授，2012年WSC 会务主席美国亚利桑那大学Y .J. Son 教授等；以及中国系统仿真学会、广东省系统工程学会推荐的众多专家学者。会议将请各位专家学者就仿真理论、技术及其应用的最新进展做主题报告，大会还将组织针对性强的分组专题报告与研讨。第一届（2013）复杂管理系统建模与仿真国际研讨会期待您的参与和交流。 主办单位： 中国系统仿真学会离散仿真专业委员会 广东省系统工程学会 深圳大学 承办单位：深圳大学（管理学院） 赞助单位：深圳本斯集团 会议地点：中国·广东·深圳 会议网站：https://www.360docs.net/doc/ef18008804.html,/ismscs13/ 会议时间：2013年6月1日至2日 会议主席：李凤亮教授，深圳大学副校长 大会执行主席： 陈智民教授，深圳大学管理学院院长 周泓教授，北京航空航天大学 张光宇教授，广东省系统工程学会 Dr. J. Fowler ，Arizona StateUniv . (USA) Dr. J. Smith ，Auburn Univ . (USA) Dr. Y .J. Son ，Univ . of Arizona (U SA) 学术委员会主席：周泓教授，北京航空航天大学 学术委员会委员： Dr. J. Fowler ，Arizona StateUniv . (USA) Dr. J. Smith ，Auburn Univ . (USA) Dr. Y .J. Son ，Univ . of Arizona (U SA) Dr. P. Ahrweiler, Univ . of Dublin (Ireland) 范文慧教授，清华大学 何世伟教授，北京交通大学 胡斌教授，华中科技大学 隽志才教授，上海交通大学 任佩瑜教授，四川大学 卫军胡教授，西安交通大学 魏新教授，广东工业大学 徐哲教授，北京航空航天大学 徐宗昌教授，装甲兵工程学院 张光宇教授，广东工业大学 周明教授，深圳大学 朱一凡教授，国防科技大学 戈鹏副教授，四川大学 刘蕾副教授，电子科技大学 龚晓光副教授，华中科技大学 潘燕春副教授，深圳大学 赵晗萍副教授，北京师范大学 会议主题：复杂管理系统建模、仿真与分析---理论研究与应用实践。 议题范围（会议议题包括但不限于以下方面）： 1. 复杂管理系统建模：基于系统科学/系统工程的方法； 2. 仿真建模与分析的理论和方法，如离散事件仿真、系 统动力学仿真、多智能体仿真、嵌入式仿真等； 3. 仿真技术与工具； 4. 基于仿真的复杂系统优化； 5. 基于仿真的风险决策与分析； 6. 面向可持续发展的绿色生产与服务：基于仿真的研 究； 7. 系统仿真与信息系统整合：决策支持与智能化管理； 8. 仿真在复杂管理系统中的应用，包括生产制造系统、 供应链与物流系统、交通运输系统、计算机/通讯网络管理系统、医疗服务管理系统、旅游与智慧景区管理系统、作战与综合保障系统，以及循环经济、项目管理、流程再造、工程或技术管理、战略管理、信息管理与电子商务等各大领域。 会议出版物：会议拟将录用的论文以光盘形式出版，并申请国际权威检索机构（EI/ISTP ）审查收录。 论文投递：论文请用英文撰写，MS W ord 编辑，采用电子投稿方式，投递至大会邮箱ismscs2013@https://www.360docs.net/doc/ef18008804.html, ，论文格式规范详见会议网站https://www.360docs.net/doc/ef18008804.html,/ismscs13/。 最佳论文奖：大会将评选最佳论文奖（最多3篇），并颁发获奖证书。 重要时间：2013年3月1日，论文扩展摘要或全文（最多6页）投稿截止；2013年4月1日，论文录用与否通知；2013年5月15日，大会注册截止；2013年6月1日-2日，会议召开。 费用：版面费800元（5页内），每超一页加100元；会务费700元每位。版面费和会务费学生减半，详见会议网站。
一、基本概念 1、数字正弦载波调制 在通信中不少信道不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓数字正弦载波调制。 2、数字正弦载波调制的分类。 在二进制时, 数字正弦载波调制可以分为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本信号形式。如黑板所示。 2、高斯白噪声信道 二、实验原理 1、实验系统组成 2、实验系统结构框图
图 1 2FSK信号在高斯白噪声信道中传输模拟框图 各个模块介绍p12 3、仿真程序 x=0:15;% x表示信噪比 y=x;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同FrequencySeparation=24000;% BFSK调制的频率间隔等于24KHz BitRate=10000;% 信源产生信号的bit率等于10kbit/s SimulationTime=10;% 仿真时间设置为10秒SamplesPerSymbol=2;% BFSK调制信号每个符号的抽样数等于2 for i=1:length(x)% 循环执行仿真程序 SNR=x(i);% 信道的信噪比依次取中的元素 sim('project_1');% 运行仿真程序得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 y(i)=mean(BitErrorRate); end hold off% 准备一个空白的图 semilogy(x,y);%绘制的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标 三、实验结论
图 4 2FSK信号误比特率与信噪比的关系曲线图 系统建模与仿真（二） ——BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能 一、基本概念 多径瑞利衰落信道 二、实验原理 1、实验系统组成
知识点1 1. 在查阅资料的基础上，了解系统建模与仿真技术在经济建设、新品研发、企业运作以及 社会发展中的功能与作用，包括： ①系统建模与仿真技术在制造企业规划与运营中的应用，如企业选址、车间布局、生产线 平衡、瓶颈分析等。 ②系统建模与仿真技术在工程开发中的应用，如三峡大坝建设、机场选址、城市及区域规 划、大型体育设施建设等。 ③系统建模与仿真技术在工业产品研制中的应用，如长征火箭、神舟飞船、军用及民用飞 机研制、高铁列车开发、汽车产品研制等。 ④系统建模与仿真技术在社会服务系统中的作用，如商业服务企业选址、医院选址与布局、 商业设施的布局规划、游乐设施规划布局、公交线路布点及班次优化等。 ⑤系统建模与仿真技术在物流系统中的应用，如物流企业选址、配送中心选址与布局、物 流系统规划开发、物流设备研制等。 ⑥围绕具体产品（如汽车）或系统（如载人航天工程），分析系统建模与仿真技术的具体应 用。 2．什么是系统，它有哪些特点？结合具体的制造系统、物流系统或服务系统，分析系统的组成要素、功能和边界。 3. 什么是制造系统？它有哪些特点？常见的制造系统有哪些类型？ 4. 什么是机械制造系统，它具有哪些特点？简要分析机械制造系统的运行过程。 5. 以机械制造系统为例，分析此类系统运作的基本特点，系统与环境之间存在哪些交互作 用？ 6. 在查阅资料的基础上，以汽车整车制造企业为例，分析此类系统中物料流、能量流和信 息流涵盖的内容。 7. 以家用电气产品（如电视机、冰箱、手机等）制造系统为例，分析此类系统在设计及运 行过程可能存在的各类动态和随机性因素。 8．什么是连续系统和离散系统，它们存在哪些区别。结合具体案例，分析连续系统和离散系统分别具有哪些特点。 9．分析系统、模型与仿真三者之间的关系。对系统而言，建模与仿真技术具有哪些作用？10．对制造系统而言，哪些方法能够分析此类系统的性能，它们各具有什么特点？为什么计算机仿真技术的应用越来越普遍？ 11. 与实物试验相比，基于模型的试验具有哪些优点？ 12. 总体上，系统模型可以分为哪些类型？简要分析每类模型的特点，并给出具体案例。13．制造系统的建模与仿真具有哪些特点？ 14. 对制造系统而言，仿真研究的目标可以分为哪几种类型？ 15. 分别从“设计决策”和“运行决策”的角度出发，分析仿真技术可以为制造系统设计及运行 提供决策支持。 16. 仿真技术本身具有优化系统设计的功能吗？为什么？试解释之。 17. 在查阅资料的基础上，比较仿真技术与运筹学方法的异同之处。 18. 从建模和仿真研究的角度，机械制造系统建模和仿真时通常涉及哪些类型的建模元素？ 19. 以制造系统及物流系统为对象，在查阅资料的基础上，了解下列术语在系统性能评估中 的作用，分析仿真技术与它们之间的关系。 ⑴系统（system）
《建模与仿真》课程教学大纲 (Modeling and Simulation) 课程编码： 学分：2.5 总学时：40 适用专业：工业工程 先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术 一、课程的性质、目的和任务 《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。使学生了解计算机仿真的基本步骤。结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下基础。二、教学基本要求 具体在教学过程中要求学生应该达到： 1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法； 2.掌握仿真的概率统计基础知识。 3.掌握供理论模型建模方法。 4.掌握仿真模型的设计与实现方法。 5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。 三、教学内容与学时分配 离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、 加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。本课程 深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计 算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介 绍。 具体教学内容如下： 第一章绪论 4学时
本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。 本章教学目标： 本章教学基本要求： 了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。 理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。 掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。 本章教学重点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤。 本章教学难点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤 第一节系统与制造系统 0.3学时 （一）什么是系统 （二）制造系统的组成与特点 第二节系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时 (一)系统、模型与仿真的关系 (二)系统建模与仿真技术的特点 第三节制造系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时 （一）制造系统建模与仿真的特点分析 （二）制造系统类型及建模元素 （三）制造系统仿真的功能分析 第四节系统建模与仿真的基本步骤 0.4学时 第五节系统建模与仿真的案例分析 0.5学时 （一）连杆生产线的组成与功能分析 （二）连杆生产线仿真模型的构建 （三）仿真逻辑的分析与定义 （四）仿真结果分析及系统优化 第二章系统建模与仿真的基本原理 2学时 本章在分析离散事件系统模型的分类和元素组成的基础上，介绍了建立系统模型的常用方法。 本章教学目标：使学生掌握常用的系统建模方法 本章教学基本要求：
Hypermesh和Abaqus的接口分析实例（三维接触分析） In this tutorial, you will learn how to: ?Load the Abaqus user profile and model ?Define the material and properties and assign them to a component ?View the *SOLID SECTION for solid elements ?Define the *SPRING properties and create a component collector for it ?Create the *SPRING1 element ?Assign a property to the selected elements Step 1: Load the Abaqus user profile and model A set of standard user profiles is included in the HyperMesh installation. They include: RADIOSS (Bulk Data Format), RADIOSS (Block Format), Abaqus, Actran, ANSYS, LS-DYNA, MADYMO, Nastran, PAM-CRASH, PERMAS, and CFD. When the user profile is loaded, applicable utility menu are loaded, unused panels are removed, unneeded entities are disabled in the find, mask, card and reorder panels and specific adaptations related to the Abaqus solver are made. 1. From the Preferences drop down menu, click User Profiles.... 2. Select Abaqus as the profile name. 3. Select Standard3D and click OK. 4. From the File drop down menu, select Open… or click the Open .hm file icon. 5. Select the abaqus3_0tutorial.hm file. 6. Click Open. Step 2: Define the material properties HyperMesh supports many different material models for Abaqus. In this example, you will create the basic *ELASTIC material model with no temperature variation. The material will then be assigned to the property, which is assigned to a component collector. Follow the steps below to create the *ELASTIC material model card: 1. From the Materials drop down menu, select Create. 2. Click mat name = and enter STEEL. 3. Click type= and select MATERIAL. 4. Click card image = and choose ABAQUS_MATERIAL. 5. Click create/edit. The card image for the new material opens. 6. In the card image, select Elastic in the option list.
目录 1．课程设计题目 (2) 2．任务分析 (2) 3．解题分析过程 (3) 3.1顺序移动方式 (3) 3.2平行移动方式 (6) 3.3平行顺序移动方式 (9) 4．三种移动方式的综合分析与评价 (12) 4.1零件的三种移动方式的比较 (12) 4.2三种移动方式的综合分析 (12) 5．设计最优方案 (13) 5.1设计移动方式 (13) 5.2设计小结 (16) 6．课程设计总结 (16)
生产系统建模与仿真课程设计 1．课程设计题目 现要加工n 个相同零件，n=8+学号个位数，共8道工序，工序如下： 请设计一种你认为好的方案，说明设计方法、过程、理由、结果，并输出该方案的总加工时间、总设备等待时间、总设备闲置时间，flexsim 仿真结果，工序图、以及方案分析报告。 设计要求：提交设计说明书。 2．任务分析 本题要加工的是17个（n=8+学号个位数=8+9=17）相同的零件，共经过8道加工工序。其中，工序一、工序二分别有两台可用设备，工序七有三台可用设备。同时，工序二与工序三之间、工序四至六之间、以及工序八与其他工序之间无先后之分。设计过程中，如果只考虑总生产时间最短，整个工艺过程管理起来将会很复杂。我设定了一个最优方案的标准，即在总生产时间尽可能小的前提下，将工艺过程优化，使组织管理更加方便，而且，还要考虑到设备的闲置时间、设备的等待时间以及任务的等待时间。 工序一12分钟，两台可用设备 工序二12分钟，两台可用设备 工序三10分钟，一台可用设备 工序四17分钟，一台可用设备 工序五15分钟，一台可用设备 工序六8分钟，一台可用设备 工序七22分钟，三台可用设备 工序八5分钟，一台可用设备，与以上工序无先后之分 以上两工序之间无先后之分 以下三工序之间无先后之分
管理系统仿真建模及应用结课论文 题目：计算机仿真技术的研究与发展 学院： 班级： 姓名： 学号：
计算机仿真技术的研究与发展 摘要：系统仿真技术也称为系统模拟技术,所谓电子通信系统的计算机仿真,就是利用计算机对实际电子通信系统物理模型或数字模型进行试验,通过这样模型实验来对一个实际系统的性能和工作状态进行分析和研究。在科研领域，计算机技术与系统仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术，作为人们科学研究的一种新型方法，被人们应用到各个领域，用来解决人们用纯数学方法或者现实实验无法解决的问题，对科研领域技术成果的形成有着积极地促进作用。 关键字：计算机仿真技术；概述；现状；发展前景。 一、引言 计算机仿真技术是建立在系统科学、系统辨识、控制理论、计算方法和计算机技术等学科上的一门综合性很强的技术科学。它以计算机和专业实验设备为工具，以物理系统的数学模型为基础，通过数值计算的方法，对已经存在的或尚不存在的系统进行分析、研究和设计。目前，计算机仿真技术不但是科学研究的有力工具，也是分析、综合各类工程系统或非工程系统的一种研究方法和有力手段。 计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。 二、计算机仿真概述 计算机仿真又称计算机模拟或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟
实验研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进,使仿真技术得到迅速发展。 计算机仿真主要有以下三种仿真形式： 物理仿真：按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验研究。直观形象，逼真度高，但代价高，周期长。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的。 半物理仿真：即物理数学仿真，一部分以数学模型描述，并把它仿真计算模型，一部分以实物方式引入仿真回路。针对存在建立数学模型困难的子系统的情况，必须使用此类仿真，如航空航天、武器系统等研究领域。 数字仿真：首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化为仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到对系统运行的目的。现代计算机仿真由仿真系统的软件/硬件环境，动画与图形显示、输入/输出等设备组成。 作为新兴的技术方法，与传统的物理实验相比较，计算机仿真有着很多无可替代的优点： 1. 模拟时间的可伸缩性 由于计算机仿真受人的控制，整个过程可控性比较强，仿真的时间可
实验1 Witness仿真软件认识 一、实验目的 熟悉Witness 的启动；熟悉Witness2006用户界面；熟悉Witness 建模元素；熟悉Witness 建模与仿真过程。 二、实验内容 1、运行witness软件，了解软件界面及组成； 2、以一个简单流水线实例进行操作。小部件（widget）要经过称重、冲洗、加工和检测等操作。执行完每一步操作后小部件通过充当运输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单元。小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型系统。 三、实验步骤 仿真实例操作: 模型元素说明：widget 为加工的小部件名称；weigh、wash、produce、inspect 为四种加工机器，每种机器只有一台；C1、C2、C3 为三条输送链；ship 是系统提供的特殊区域，表示本仿真系统之外的某个地方； 操作步骤： 1：将所需元素布置在界面：
2：更改各元素名称： 如; 3:编辑各个元素的输入输出规则：
4:运行一周（5 天*8 小时*60 分钟=2400 分钟），得到统计结果。5:仿真结果及分析： Widget： 各机器工作状态统计表：
分析：第一台机器效率最高位100%，第二台机器效率次之为79%，第三台和第四台机器效率低下，且空闲时间较多，可考虑加快传送带C2、C3的传送速度以及提高第二台机器的工作效率，以此来提高第三台和第四台机器的工作效率。 6：实验小结： 通过本次实验，我对Witness的操作界面及基本操作有了一个初步的掌握，同学会了对于一个简单的流水线生产线进行建模仿真，总体而言，实验非常成功。
《生产物流系统建模与仿真》课程设计 2012-2013学年度第一学期 姓名孙会芳 学号 099094090 班级工093 指导老师暴伟霍颖
目录 一、课程任务书 (3) 1.题 目............................................................... (3) 2.课程设计内容 (3) 3.课程设计要求 (4) 4.进度安排 (4) 5.参考文献 (4) 二、课程设计正文 (5) 1、题目 (5) 2、仿真模型建立 (5) （1）实体元素定义 (5) （2）元素可视化的设置 (6) （3）元素细节设计 (8) (4 ) 模型运行和数据.................................................................. . (10) （5）模型代码 (12) （6）模型改进 (16) 3.实验感想 (17)
三、参考文献 (18) 《生产物流系统建模与仿真》课程设计任务书 1. 题目 离散型流水作业线系统仿真 2. 课程设计内容 系统描述与系统参数： （1）一个流水加工生产线，不考虑其流程间的空间运输。 （2）两种工件A，B分别以正态分布和均匀分布的时间间隔进入系统，A进入队列Q1, B进入队列Q2，等待检验。（学号最后位数对应的仿真参数设置按照下表进行） （3）操作工人labor1对A进行检验，每件检验用时2分钟，操作工人labor2对B进行检验，每件检验用时2分钟。 （4）不合格的工件废弃，离开系统；合格的工件送往后续加工工序，A的合格率为65%，B的合格率为95%。 （5）工件A送往机器M1加工，如需等待，则在Q3队列中等待；B送往机器M2加工，如需等待，则在Q4队列中等待。 （6）A在机器M1上的加工时间为正态分布（5，1）分钟；B在机器M2上的加工时间为正态分布（8，1）分钟。
知识点2 1. 结合具体制造系统或服务系统，分析离散事件动态系统的基本特征。 2. 什么叫“状态空间爆炸”？产生状态空间爆炸的原因是什么？它给系统性能分析带来哪些 挑战？ 3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些，它们是如何分类的？ 4. 什么是马尔可夫特性？它在离散事件系统建模与分析中有什么作用？ 5. 根据功能不同，仿真模型（程序）可以分为哪三个层次？分析三个层次之间的关系。 6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点，在分 析每种调度方法基本原理的基础上，阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系，并绘制每种仿真调度方法的流程图。 7. 结合具体的离散事件系统，如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等，采用事 件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型，试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。 8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面，比较事件调度法、活动循环法和进 程交互法的异同之处。 9. 什么叫仿真时钟，它在系统仿真中有什么作用？什么叫仿真时钟推进机制？常用的仿真 时钟推进机制有哪些？它们的主要特点是什么，分别适合于怎样的系统？ 10.结合具体的离散事件系统，分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制 或混合时间推进机制时，分别具有哪些优点和缺点，以图形或文字等形式分析时钟推进流程。 11.什么叫仿真效率？什么叫仿真精度？分析影响仿真效率和仿真精度的因素？ 12.从仿真效率和仿真精度的角度，分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点，并分析三种 仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统？ 13. 什么是蒲丰投针试验？绘制蒲丰投针试验原理图，通过推导蒲丰投针试验中针与任一直 线相交的概率，分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。 14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求，完成投针试验，在统计投针次数、针与直线的相交次 数的基础上，求解π的估计值，并以报表或图形等形式表达试验结果。具体要求如下： ①自行确定针的长度、直线之间的距离。 ②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…，分别计算针 与直线相交的概率、π的估计值。 ③以一随机变量描述上述试验结果，并通过编程或采用商品化软件，以图形、报表等形 式表示投针试验结果，分析其中的规律，并给出结论。 ④写出试验报告。 ⑤在熟悉投针试验原理的基础上，编制投针试验仿真程序，动态运行投针试验的过程。15．什么是蒙特卡洛仿真？它有什么特点，蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么？ 16．采用C或C++等语言，分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列，通过改变每种分布中参数的数值，分析不同参数数值对随机数值的影响；通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图，检验伪随机数的特性及其数值特征。 17. 对于制造系统而言，库存有哪些作用和功能？ 18. 在制造企业中，库存大致可以分成四种类型。简要论述四种库存的名称和功能。 19. 什么是安全库存、订货提前期？确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素？ 20. 什么叫“订货点法”？要确定订货点，需要哪些条件？订货点法适合于怎样的库存系统？
螺栓预紧结构用Hypermesh 做接触实例 在很多场合，要将若干个零件组装起来进行有限元分析，如将连杆与连杆盖用连杆螺栓连接起来，机体与气缸盖用螺栓连接起来，机体与主轴承盖连接起来。如何模拟螺栓预紧结构更符合实际情况，是提高有限元计算精度的关键。 螺栓+螺母的连接与螺钉的连接有所不同，螺栓+螺母的连接方式比较简单，可以假设螺母与螺栓刚性连接，由作用在螺母上的拧紧力矩折算出作用在螺栓上的拉伸力F ，将螺杆中间截断，在断面各单元的节点上施加预紧单元PRETS179，模拟螺栓的连接情况。 对于螺钉（双头螺栓）连接有些不一样，螺钉头部对连接件1施加压应力，接触面是一个圆环面，但栽丝的一端，连接件2受拉应力。一种方法是在螺纹圆周上施加拉力，相当于螺纹牙齿接触部分，而且主要在前几牙上存在拉力，如第一牙承担60~65%的载荷，第二牙承担20~25%的载荷，其余作用在后几牙，但因螺纹的螺距较小，一般为1.5~2mm ，而单元的尺寸为3~4mm ，因此可以假定在连接件2的表面的螺纹圆周节点上施加拉力。另一种方法是在连接件2的表面的整个螺纹截面的所有节点上施加拉力，这样可能防止圆周上各节点上应力过大，与实际情况差别较大，应为实际表面圆周各节点只承受60~65%的载荷。比较好的处理办法是在连接件的表面单元的圆周节点上施加70%的载荷，在第二层单元的圆周节点上施加30%的载荷，但操作比较麻烦。 随着连接件1、2的内部结构和刚度不同，以及连接螺钉的个数和分布的不均匀性，连接件1、2表面的变形不一致，产生翘曲，使表面的节点有的接触，有的分离，而导致接触面的应力分布和应变分布不均匀，因此需用非线性的接触理论来讨论合件的应力问题。 若不考察螺栓头部与连接件1表面的变形，可用将螺栓与连接件1用一个公共面连接，作为由两种不同材料的构件组成一个整体。螺钉（双头螺栓）与连接件2也用这种方法处理。 图1是一个简单的螺钉连接实体模型。图2是用hypermesh 划分网格后的模型。 图1 实体模型 图2 网格模型 该模型由三个零件组成，连接件1（蓝色）、连接件2（橙色），螺钉（紫红）。 1. 建立实体模型 在PRO/E 中建立三个零件模型，见图3、4、5，并组合成合件（见图1）。
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用0713020 工业工程刘鹏 [摘要]介绍了企业发展和建模的必要性和必然性，分析了制造系统的建模与仿真在优化企业资源中的作用及意义，详细地论述了制造系统的建模与仿真在优化企业资源中的具体应用。 关键词：制造系统；建模与仿真；企业优化；仿真应用 系统建模与仿真技术的含义 系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术。 仿真科学和技术的通用性和战略性 仿真的通用性表现在一切基础学科(如物理、化学、天文?)都可以通过仿真来研究；并可以极大地提高研究的安全性。仿真的战略性表现在一切复杂巨系统的研究都离不开仿真技术，可以说研究复杂巨系统采用仿真技术是唯一的途径。正如宋健院士所说：“系统仿真是科学实验的利器。 国内仿真技术发展 在我国仿真技术经过半个多世纪的发展，已经从军工走向国民经济。已经从工程走向非工程；已经从确定的小系统走向不确定的复杂巨系统。最初的仿真技术只是用计算机来求解方程，为了实时性，大
都采用电子模拟计算机。现在的仿真技术已经融合了信息技术、网络技术、系统技术、控制技术和高性能的计算技术，以完全崭新的面貌出现在我们的面前。 现在，摆在我们仿真工作者面前的任务是：在虚拟世界与真实世界之间架起一座桥梁；通过仿真技术构筑起一个平台，来勾画出创新型国家的轮廓，例如，国家正投入几个亿，来建设国家级研究经济模型的仿真实验室。 仿真技术，一方面反映了我国仿真技术和仿真技术应用发展的现状，另一方面，又对我国仿真技术今后的发展方向产生了指导作用。近年来，我国仿真技术及其应用的发展是十分迅猛的。仿真技术的发展，使人感到震惊。研究天文、地理、宇宙进化论等等，要依靠仿真，几乎没有哪个领域能离开仿真技术。凡是能写成方程的都要进行仿真。故应鼓励仿真界的科技人员发挥聪明才智，搞好仿真技术。 仿真技术的广度、深度、高度的提高，正反映了我国仿真技术和应用的发展。例如，“面向复杂性地理问题的虚拟研讨厅体系研究”，“复杂系统建模中的几个问题”等都是有代表性的好文章，反映了我国仿真技术已经在军事和国民经济的一些复杂巨系统研究建设中发挥越来越重要的作用。 1、制造系统的建模与仿真在优化企业资源中的作用及意义 计算机仿真技术作为一门高新技术，其方法学建立在计算机能力的基础之上。随着计算机技术的发展，仿真技术也得到迅速的发展，其应用领域及其作用也越来越大。尤其在航空、航天、国防及其他大
1.1问题描述 系统由四台加工中心、五个托盘和装夹工具、一套搬运轨道和小车、一个工件装夹区组成，其布局如图1所示。系统所包含的主要时间类别及大致时间如下： (1) 工件安装时间。是指待加工工件装夹并固定在托盘上的时间，由于模具工件均为长方体，因此，该时间比较稳定，大约2mins 左右。 (2) 小车等待时间。工件安装完成后，如机床都在工作状态，则小车需等待有机床完成工作后，开始运出待加工工件。该等待时间不是固定的值，需要计算得出。 (3) 机床等待时间。当有多个机床处于空置状态时，由于运输容量的限制，有的机床就处于空置等待状态，该状态所经历的时间，就是该机床的等待时间。 (4) 工件运出时间。将已安装好工件的托盘，从安装区运出至数控设备。大约2mins 。 (5) 更换托盘时间。将设备上装载已加工好的零件的托盘与小车上装载待加工工件的托盘进行更换。大约需要1min 。 (6) 工件运回时间。更换托盘后，将载有已加工好的工件的托盘运回安装区，并卸载。大约需要3mins 。 图1 系统布局图 CNC CNC CNC CNC 搬运轨道 小车 工件装夹区
1 任务队列如表1所示，计算该队列条件下的任务总完成时间、四台设备各自的设备等待时间，绘制四台设备的工序图。 2 对任务队列进行排序优化，阐述优化的思路和方法，计算优化后的任务总完成时间、四台设备各自的设备等待时间，绘制四台设备的工序图。 表1 设计案例参数表(单位：分钟) 安装运出运回更换 2 2 3 1 任务1 任务2 任务3 任务4 7 15 21 5 任务5 任务6 任务7 任务8 12 33 17 38 任务9 任务10 任务11 任务12 8 19 22 25 任务13 任务14 任务15 任务16 16 27 31 6 任务17 任务18 任务19 任务20 245118 11 1.3设计中的主要因素及系统分析 在本次的设计条件中，系统中共有20个任务，每个任务的加工时间是不相等的，而且只有一套运输设备，各个设备的功能完全一致。所以制约的加工的最大因素便是运输的制约。按照原始的顺序，进行加工，画出原始工序图。再对原始任务工序图进行分析，并数据计算。计算出20个任务的总加工时间，各个设备的等待时间，小车的等待时间。分析我们所得的数据结果，找出制约整个工序的主要问题所在，并进行改善。 在这个系统中共有20个加工时间各不相同的任务，按照顺序移动的方式来进行加工。在分析之前我们需先进行以下假设： （1）加工开始前，五个托盘分别位于四台加工中心及装夹区； （2）小车运出至每台加工中心的时间相等，运回至每台加工中心的时间也相等。