虚拟样机技术
机械创新设计中的虚拟样机技术
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。
虚拟样机技术汇总.ppt
几何建模的预备知识 1、几何体类型 刚体、柔性体、点质量、大地 2、几何体的命名 点质量：POINT_MASS_1 刚体:PART_2
建模前的准备工作 1、工作栅格的设置 2、坐标系的设置 3、单位的设置 4、确定当前所绘几何形体属于：新的构件、向现有 构件添加的几何形体、添加在地基上的几何构件。
第一章 绪论
1、1虚拟样机技术
1、概念：
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年代发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术。工程师 在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样 机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机实验。
2、研究范围
主要是机械系统的运动学和动力学分析，其核心是利用计算机辅助分析
技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统及其各构件在任
意时刻的位置、速度和加速度，同时，通过求解代数方程组确定引起系
统及其各构性质的分析
1、机械系统的静力学分析：刚性系统 2、机械系统的运动学分析：主要涉及系统及其构件的运 动分析 当机构的自由度=0时,进行运动学分析 3、机械系统的动力学分析：主要涉及由外力作用引起的 系统运动分析 当机构的自由度AMS/Controls：用户可以将基于几何外形的完整的 系统模型，便捷的放到所使用的控制系统设计软件所 定义的框图中。
ADAMS/Flex（柔性分析模块）：提供了ADAMS软 件与其他有基本步骤
机械系统 的建模
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis Mechanical System）软件是美国MDI公司（现已并入 MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世 界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。
《虚拟样机技术》课件
仿真技术利用计算机对设备、系统或过程进行数字化仿真，使得虚拟样机与真实设备非 常相似。
虚拟样机技术的优点
时间和成本节约
虚拟样机技术可以减少制造原型 的成本和时间。
易于修改和测试
虚拟样机可以轻松地进行修改和 测试，以满足用户要求。
结果准确
虚拟样机可以提供精确的测量结 果，减少了制造失败的可能性。
总结
1 虚拟样机技术的优势
2 虚拟样机技术的未来潜力
虚拟样机技术可以提高制造效率，降低成本， 并且可以轻松地进行修改和测试。
虚拟样机技术将继续发展，更多的应用将出 现，在未来的制造业中扮演着越来越重要的 角色。
参考文献
• 虚拟样机技术在汽车行业中的应用研究，XXX 期刊 • 虚拟样机技术的优缺点分析，XXX 期刊 • 虚拟样机技术的未来发展趋势及应用前景，XXX 期刊
虚拟样机技术
虚拟样机技术是现代制造业中必不可少的工具。这种技术使用虚拟现实和仿 真技术来创建数字化的产品原型，为制造商提供了一种更快、更便宜、更准 确的原型开发方式。
虚拟样机技术的基本原理
1 系统结构
虚拟样机技术由计算机模型、虚拟现实设备和控制器等组成。
2 虚拟现实技术
虚拟样机中的虚拟现实技术可以让用户感受到仿真环境中的真实交互体验。
虚拟样机技术的未来发展趋势
1
增加应用场景
2
虚拟样机技术不仅可以在制造业中使用，
未来还将在医疗、房地产等领域得到广
泛应用。
3
探索新的应用领域
4
虚拟样机技术将继续探索新的应用领域， 如教育和娱乐。
升级技术
虚拟样机技术将会继续进化，包括更快 的处理器、更高的分辨率、更便宜的硬 件设备等。
工业设计中的虚拟样机技术
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
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。
虚拟样机技术
目录
1．虚拟样机技术的基本概念 2. 虚拟样机技术的特点 3. 虚拟样机技术的软件化 4 虚拟样机技术的工程应用
虚拟样机技术的基本概念
虚拟样机技术（Virtual Prototyping, VP） 是指在产品设计开发过程中，将分散的零部 件设计和分析技术（指在某一系统中零部件 的CAD和FEA技术）揉合在一起，在计算机 上建造出产品的整体模型，并针对该产品在 投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测 产品的整体性能，进而改进产品设计，提高 产品性能的一种新技术。
波音公司在波音777飞机设计过程中， 采用虚拟样机技术后，减少了设计更改 次数，减少了94%的研制费用，提高模 具设计精度10倍，研制周期降低50%。 福特在C3P(CAD/CAM/CAE/PIM)项 目中，采用虚拟样机技术后，产品开发 周期从原来的48个月缩短为24个月。
制造业典型的产品开发过程
概念
设计 - 制造 - 测试
产品
串行开发模式：导致开发周期长、开发成本高！
基于虚拟样机的产品开发
概念
基于虚拟样机的设计的开发时间 无虚拟样机的设计的开发时间
虚拟样机
产品
Time = $
MathCAD2001 界面
喷浆机器人大臂俯仰特性曲线
AutoCAD 图 形 展 示
AutoCAD 图 形 展 示
应用虚拟样机技术的企业主要由波音、通用、 福特、丰田、本田等。飞机制造业对虚拟样机 的需求最为迫切。飞机成本高，系统复杂，因 此不可能制造多台物理样机，或多台飞机子系 统物理样机；此外实地试验耗资巨大，危险性 高，且受到安全法规的严格限制，还必须有产 品安全性、性能和可靠性的标准。
虚拟样机技术的工程应用
浅析虚拟样机技术在机械工程设计中的有效应用
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。
虚拟样机
三、策划仿真工作:圆柱齿轮减速器关键零部件的优化设计
仿真的目的： 以单级圆柱齿轮减速器为研究对象，建立减速器的功能虚拟样机 模型,利用ADAMS软件对其动态特性进行分析研究,将其结果指导减速 器关键零部件的优化设计,实现系统优化,提高减速器的设计品质,加 快减速器的设计周期,简化减速器的设计过程,降低减速器的设计成本 等工作。
虚拟样机设计与仿真
一、虚拟样机的概念
虚拟样机技术是上世纪80年逐渐兴起、基于计算机技术的一个新概念。 从国内外对虚拟样机技术 (Virtual Prototyping, VP)的研究可以看出，虚 拟样机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存在不同定义。 在建模和仿真领域比较通用的关于虚拟样机的概念是美国国防部建模和 仿真办公室（DMSO）的定义。DMSO 将虚拟样机定义为建立在计算机上的一 个与物理原型具有功能相似性的系统或者子系统模型；而虚拟样机仿真则是 使用虚拟样机来代替物理样机，对候选设计方案的某一方面的特性进行仿真 测试和评估的过程。 目前，虚拟样机的定义多种多样，有以下观点：①虚拟样机就是计算机 中的模型；②有限元模型就是虚拟样机；③ ADAMS的模型就是虚拟样机； ④只有满足虚拟现实三个基本特征:沉浸(Immersion)、交互(Interaction) 和构想(Imagination)即“3I”特征的才是虚拟样机。这些观点都具有片面 性。其中定义①强调虚拟样机的数字化设计，定义②和③只是从建模和仿真 的角度来论述。定义④侧重于虚拟现实和交互性。
仿真步骤
4、利用ANSYS对减速器输出轴进行优化设计。 (1) 建立工程问题的数学模型。根据前面动力学求得的输出轴的支反力， 选取轴径d为设计变量,轴质量We为目标函数,分别考虑轴弯扭合成应力与刚体 变形条件,得到约束条件。 (2) 参数化建模及有限元分析。选取单元类型SOLID92,采用自由网格划 分方法进行网格划分,然后添加相应的载荷与约束,进行有限元分析求解。 (3) 提取状态变量和目标函数。首先提取轴的体积量“Elem Volume VOLU ”, 建立目标函数“VTOT =ρ*VOLU”；提取状态变量σc为Von Mises SEQV的值, ymax为VonMises EPTOEQV的值。 (4) 优化分析。使用ANSYS的Design Opt模块进行优化设计，实现最小轴 径的较好逼近。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 虚拟样机技术概述
3）虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前， 设计师利用计算机技术建立机械系统的数学模型，进 行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件 下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。 4）虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际 产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力 学特性。借助于这项技术，设计师可以在计算机上建 立机械系统模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真 实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简 和优化系统。
1 虚拟样机技术概述
虚拟样机技术是许多技 术的综合。它以多体系统运 动学与动力学建模理论及其 技术实现为核心，以仿真为 手段，各种CAX/DFX技术 为工具，它主要包括面向虚 拟样机的建模技术、基于虚 拟样机的仿真技术、针对虚 拟样机的管理技术、各类工 具的集成技术以及VR/人机 界面技术，其技术体系如图 2 所示。
1 虚拟样机技术概述
（2）国内外学者对虚拟样机技术的定义大同小异， 下面是几种有代表性的论述： 1）虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持 的协同工作(CSCW)技术、用户界面设计、基于知识的 推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟现实技 术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式 环境以支持产品设计过程中的并行工程方法 。 2）虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发 (Integrated Product and Process Development,简称 IPPD)是分不开的。IPPD是一个管理过程，这个过程 将产品概念开发到生产支持的所有活动集成在一起， 对产品及其制造和支持过程进行优化，以满足性能和 费用目标。IPPD的核心是虚拟样机，而虚拟样机技术 必须依赖IPPD才能实现。
1 虚拟样机技术概述
1.2 虚拟样机技术的形成和发展 虚拟样机技术源于对多体系统动力学的研究。工程 中的对象是由大量零部件构成的系统，对它们进行设计 优化与性态分析时可以分为两大类： 一类称为结构，它们的特征是在正常的工况下构件 间没有相对运动（如房屋建筑、桥梁、航空航天器与各 种车辆的壳体以及各种零部件的本身），人们关心的是 这些结构在受到载荷时的强度、刚度与稳定性。 另一类称为机构，其特征是系统在运行过程中这些 部件间存在相对运动（如航空航天器、机车与汽车、操 作机械臂、机器人等复杂机械系统）。
3）VP系统的容错性研究 和基于物理样机的仿真分析结果相比，应用虚拟 样机方法和工具进行仿真获得的数据存在着误差。误 差产生的原因可能是由于计算时间延迟、图像处理时 间延迟或用户在虚拟环境中拘束不安引起的。产品数 据可能会在不同系统平台交换过程中被损坏和恶化。 因此，应该研究出一个容错的VP系统以确保VP给出的 工程测试数据是可信的，并且任何可能的误差都能够 量化。
1 虚拟样机技术概述
3）美国波音公司的波音777大型客机是世界上首 架以无图纸方式研发及制造出来的飞机，其设计、装 配、性能评价及分析就是采用了虚拟样机技术，这不 但使研发周期大大缩短、研发成本大大降低，而且确 保了最终产品一次性接装成功。对比以往的飞机，波 音公司减少了93%的设计更改和94%的成本。 4）在著名的工程机械厂商John Deere公司，为了 解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象及在重载下的 自激振动问题，工程师应用虚拟样机技术，不仅找到 了问题产生的原因，而且提出了改进方案，并且在虚 拟样机的基础上得到了验证，从而大大提高了产品的 高速行驶性能与重载作业性能。
1 虚拟样机技术概述
此外，在研究宇航员的空间运动、在车辆事故中 考虑乘员的运动以及运动员的动作分析时，人体也可 认为是躯干与各肢体间存在相对运动的系统。上述复 杂系统的力学模型为多个物体通过运动副连接的系统， 称为多体系统。 研究复杂机械系统在载荷作用下各部件的动力学 响应是产品设计中的重要问题。现代机械系统离不开 控制技术，产品设计中经常遇到达样的问题，即系统 的部分构件受控，当它们按某已知规律运动时，讨论 在外载荷作用下系统其他构件如何运动。这类问题称 为动力学正逆混合问题。
图2 虚拟样机技术的技术体系
1 虚拟样机技术概述
1.3 虚拟样机技术研究现状 虚拟样机技术仍处在发展阶段，各国学术界和技 术界都开始对这门新技术进行深入的研究，但完整的 理论体系还没形成，目前美国处于研究的前沿。 在美国，波音公司、通用动力公司和西科斯基公 司等许多商业和军用公司都在研究虚拟样机技术，并 己经成功开发出产品。 华盛顿大学(University of Washington)、北卡罗来 纳大学(University of North Carolina)也在进行相关的 研究，在爱荷华大学(University of Iowa)还成立有CAD 中心，从事车辆的虚拟样机研究工作。
1 虚拟样机技术概述
随着研究工作的不断深入和相关技术的进一步发 展，虚拟样机技术将得到更广泛应用。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，尤其 是开发过程所涉及的各类活动的协调、管理和优化策 略，必将促进这一先进制造技术的推广应用，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。
1 虚拟样机技术概述
1.5 虚拟样机技术未来研究的重点方向 以取代物理样机为目标，VP具有改进当前产品开 发过程的巨大潜力，未来可能的研究发展方向如下： 1）设计、分析和仿真工具的集成 当前VP技术应用的局限性就在于缺乏各种在不同 开发工具之间进行数据交换的无缝连接方法。产品数 据表达和数据库研究仍然是主要课题，需要提出工具 集成的新方法。 2）将VP应用于可制造性、可维护性和可操作性分析 由于对产品可制造性、可维护性和可操作性没有 一个很好的了解，如何测试产品这些方面的性能也是 一个重要的课题。VP技术的应用提供了一条很有希望 的途径。
1 虚拟样机技术概述
国外虚拟样机相关技术的软件化过程己经完成， 较有影响的有美国机械动力学公司 (Mechanical Dynamics Inc) 的 ADAMS，CADSI 的 DADS，德国 航天局的 SIMPACK，其它还有 Working Model， FIow3D，I-DEAS，Phoenics，ANSYS 和 Pamcrash 等。 其中美国机械动力学公司的ADAMS占据了市场 的50%以上。 而在国内，虚拟样机技术的应用研究起步较晚， 目前，只有一些大学和科研院所在进行这一方面的研 究工作。虚拟样机要求的相关技术，如数据库技术、 CAX技术、网络技术、人在回路中的实时仿真技术以 及分布交互式仿真技术等己有一定基础，虚拟现实、 并行工程技术等也已开始进行研究。
图1 虚拟样机与物 理样机的关系
1 虚拟样机技术概述
从国内外对虚拟样机技术的研究可以看出，虚拟样 机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存 在不同定义。 主要观点如下： （1）美国国防部对虚拟样机技术有关概念的建设性 意见为： 1）虚拟样机定义：虚拟样机是建立在计算机上的 原型系统或子系统模型，它在一定程度上具有与物理样 机相当的功能真实度。 2）虚拟样机设计：利用虚拟样机代替物理样机来 对其候选设计的各种特性进行测试和评价。 3）虚拟样机设计环境：是模型、仿真和仿真者的 一个集合，它主要用于引导产品从思想到样机的设计， 强调子系统的优化与组合，而不是实际的硬件系统。
1 虚拟样机技术概述
随着国民经济的发展与国防技术的需要，机械系 统的构型越来超复杂，表现为这些系统在构型上向多 回路与带控制系统方向发展。此外，机械系统的大型 化与高速运行的工况使机械系统的动力学性态变得越 来越复杂。高速机械系统各部件的大范围运动与构件 本身振动的耦合，振动非线性性态的表现等。复杂机 械系统的静力学、运动学与动力学的性态分析、设计 与优化向科技工作者提出了新的挑战。 20世纪60年代，古典的刚体力学、分析力学与计 算机技术相结合的力学分支———多体系统动力学在 社会生产需要的推动下产生了。其主要任务是：
1 虚拟样机技术概述
西南交通大学机械工程研究所对基于虚拟现实技 术的原型设计机理进行了研究，把虚拟现实技术与 CAD设计环境结合了起来。 上海交通大学建立了分布式虚拟制造系统的框架 体系(DVMS)。 中国农业大学周一鸣教授领导的机械系统虚拟样 机仿真分析研究课题组应用多体系统动力学理论和面 向对象的分析与设计方法，开发了基于中文Windows NT/2000平台的机械系统虚拟样机 (Mechanical System Virtual Prototyping) 仿真分析软件的原型 MSVP。
1 虚拟样机技术概述
1）美国航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(JPL)成 功地实现了火星探测器“探路号”在火星上软着陆。JPL 工程师利用虚拟样机技术模拟宇宙飞船在不同阶段(进入大 气层、减速和着陆)的工作过程。在探测器发射以前，JPL 的工程师运用虚拟样机技术预测到由于制动火箭与火星风 的相互作用，探测器很有可能在着陆时滚翻。工程师们针 对这个问题修改了技术方案，将灵敏的科学仪器安全送抵 火星表面，保证了火星登陆计划的成功。 2）一家卡车制造公司在研制新型柴油机时，发现点火 控制系统的链条在转速达到6000r/min时运动失稳并发生振 动。常规的测量技术在这样的高温高速环境下失灵，工程 们不得不借助于虚拟样棚技术。根据对虚拟样机的动力学 及控制系统的分析结果，发现了不稳定因素，改进了控制 系统，使系统的稳定范围达到10000r/min以上。
1 虚拟样机技术概述
1）建立复杂机械系统运动学和动力学程式化的数 学模型，开发实现这个数学模型的软件系统，用户只 需输入描述系统的最基本数据，借助计算机就能自动 进行程式化的处理。 2）开发和实现有效的处理数学模型的计算方法与 数值积分方法，自动得到运动学规律和动力学响应。 3）实现有效的数据后处理，采用动画显示、图表 或其他方式提供数据处理结果。 在多系统动力学研究方法和理论不断成熟的前提 下，随着CAX技术的产生及大规模推广应用，虚拟样 机技术开始形成其技术体系并得到应用。
1 虚拟样机技术概述