机械系统动态仿真技术
机械系统的动力学建模与仿真分析
机械系统的动力学建模与仿真分析一、引言机械系统是由多个相互作用的部件组成的复杂系统，其动力学行为是研究的核心问题之一。
动力学建模与仿真分析可以帮助工程师深入理解机械系统的运动规律，预测系统的性能，并优化设计。
本文将介绍机械系统的动力学建模方法以及仿真分析技术。
二、动力学建模1. 基本原理机械系统的动力学建模是基于牛顿力学的基本原理进行的。
通过分析受力、受力矩以及质量、惯性等因素，可以建立机械系统的运动方程。
在建立方程时，需要考虑系统的自由度、刚体或者弹性体的运动特性以及约束条件等因素。
2. 运动学建模运动学建模是机械系统动力学建模的前提。
通过研究机械系统的几何结构和运动规律，可以得到系统的等效长度、转动角度等信息。
基于运动学建模，可以计算系统的速度、加速度以及运动的轨迹等。
3. 动力学建模动力学建模是机械系统分析的核心部分。
基于受力和受力矩的平衡条件，可以建立机械系统的运动方程。
通常采用牛顿第二定律和力矩平衡条件，可以得到刚体的平动和旋转方程。
对于复杂的非线性系统，也可以采用拉格朗日方程或者哈密顿原理进行建模。
三、仿真分析1. 数值解算方法为了求解机械系统的运动方程，需要采用适当的数值解算方法。
常见的方法包括欧拉法、龙格－库塔法、变步长积分法等。
这些方法可以将微分方程离散化，然后通过迭代计算求解系统的状态变量。
2. 动力学仿真动力学仿真是建立在动力学模型的基础上。
通过将模型转化成计算机程序，可以在计算机上模拟机械系统的运动行为。
通过仿真分析，可以研究系统的稳定性、动态响应以及力学性能等。
3. 优化设计动力学仿真还可以应用于优化设计。
通过改变系统参数、构型和控制策略等，可以研究不同设计方案的性能差异，并选择最佳方案。
通过仿真分析，可以避免实际试验的成本和时间消耗。
四、案例分析以汽车悬挂系统为例，进行动力学建模与仿真分析。
汽车悬挂系统是一个典型的机械系统，包含减震器、弹簧、悬挂臂等部件。
首先进行运动学建模，分析车轮的运动状态和轨迹。
机械系统动力学仿真分析
机械系统动力学仿真分析机械系统动力学仿真分析是一种利用计算机技术对机械系统进行模拟的方法。
它通过对机械系统中各个部件的运动学、力学、动力学特性进行分析，来模拟机械系统的运动状态和性能。
同时，它也是一种非常重要的工程分析方法，可以用来验证机械系统的设计和优化。
机械系统动力学仿真分析需要依靠一些理论和模型来支撑，其中最基本的是牛顿运动定律。
牛顿运动定律描述了受力物体的运动状态，以及力和运动之间的关系。
然而，在实际应用中，机械系统的运动状态和性能往往比较复杂，需要通过更加复杂的力学模型进行分析。
在机械系统动力学仿真分析中，常用的力学模型包括单自由度系统、多自由度系统、连续系统等等。
其中，单自由度系统指的是只有一个自由度的系统，例如弹簧振子和单摆系统；多自由度系统指的是有多个自由度的系统，例如机械臂和机床；连续系统则指的是由无数个质点组成的连续体，例如弹性杆和弹性板。
在进行机械系统动力学仿真分析时，通常需要先进行模型的建立和求解。
模型的建立包括几何模型和力学模型两部分。
几何模型指的是对机械系统进行几何建模，包括各个部件的形状和位置关系。
力学模型则是对机械系统进行力学建模，包括各个部件之间的约束关系、受力关系等等。
建立好模型后，就可以进行求解了。
求解的过程中，需要解决的主要问题包括：如何准确地描述机械系统的运动状态、如何计算机械系统各部件的受力情况等等。
机械系统动力学仿真分析可以用来预测机械系统的运动状态和性能，同时还可以用来验证机械系统的设计和优化。
例如，在汽车工业中，可以用机械系统动力学仿真分析来预测汽车的性能和行驶状态，进而优化汽车的设计，提高车辆的安全性和性能。
在机床制造业中，可以用机械系统动力学仿真分析来验证机床的设计是否合理、寿命是否符合预期等等。
在机械系统动力学仿真分析中，还涉及一些软件和工具的使用。
例如，有许多商业软件可以用于机械系统动力学仿真分析，例如ADAMS、ANSYS等等。
同时，也有许多自由软件供大众使用，例如OpenFOAM、FEMM等等。
机械系统动力学建模与仿真
机械系统动力学建模与仿真机械系统动力学建模与仿真是现代机械设计的重要内容之一，如何掌握机械系统动力学建模与仿真是现代工程设计人员的核心能力，本文以此详述机械系统建模与仿真的过程，以及现代机械动力学建模与仿真过程中应注意的问题与现状，为现代工程设计人员的设计提供新思路，为机械系统动力学与仿真的进一步发展提供理论基础。
标签：机械动力学；建模与仿真；现代工程设计动态仿真在制造业应用非常广泛，经过长期的实践检验，表明动态仿真理论与方法可以明显的提高设计的速度和质量，继而大大降低设计成本，是现代制造业中新产品设计的一个发展趋势，是从事现代制造工程的高级设计人员必须掌握的重要工具之一。
1 动态仿真的作用及过程对于现代制造产业，动态仿真是根据现实制造系统现状对新产品、新技术对象的抽象属性的模仿，针对这种模型在计算机上进行模拟和实验，根据计算机获得的实验数据进行，获得这种模型的资料、信息以及结果，最后对现实制造业中的新产品或者新技术设计方案做出合理正确的评估。
随着计算机行业的快速发展，计算机的容量及计算速度有了快速的提高，为动态仿真的实现提供了有利的工具。
建立在计算机强大的计算能力和速度，近代来，动态仿真有了蓬勃的发展。
采用计算机技术和制造技术对实际中一些新产品的设计与开发进行建立数学模型，并在抽象出的实验条件下（如载荷、湿度、温度等）对模型进行动态再现的一种融合性技术。
这种技术具有效率高、运行安全、受环境的约束影响少、各种比例尺可以改变、使用方便等优点，在航天、航空、核工业、机械工程、化工等工程技术领域有广泛的应用，成为现代科学设计、优化方法的发展趋势。
然而，这种动态仿真技术主要应用于科研机构和大型公司，在中小企业应用不多，还需要进一步推广，基于此本文主要针对动态仿真技术在机械制造业的使用过程及现状进行研究，促进动态仿真技术的推广及提高中小型制造业设计创新能力。
2 动态仿真的步骤根据制造业的特点，新产品新技术动态仿真的步骤主要有3步。
虚拟样机技术
包括：边缘倒角、边缘圆角、开孔、添加凸台、 抽壳等。
修改构件特性
修改构件质量、转动惯量和惯性积
几何建模
..\ADAMS实例教程.pdf
3、3 约束模型机构
模型构件创建结束后，要定义构件间的连接方式和相对 运动方式，就是对模型施加约束
约束类型 1、理想约束。包括转动副、移动副和圆柱副 等 2、虚约束。限制构件某个运动方向 3、运动产生器。例如，规定一个构件遵循某 个时间函数按指定的轨迹规律运动。 4、接触约束。定义两构件在运动中发生接触 时是怎样相互约束的。
第二 章 ADAMS软件
2、1 ADAMS软件模块介绍 ADAMS由基本模块、扩展模块、接口模块、 专业领域模块组成
基本模块：ADAMS软件包包括三个最基本的解题模块： ADAMS/View（基本环境） ADAMS/Solver（求解器） ADAMS/PostProcessor（后处理）
ADAMS/View（界面模块）：样机建摸、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、同其他应用程序的接口。
仿真结果 •回放仿真结果 分析 •绘制仿真结果曲线 验证仿真 •输入实验数据 分析结果 •添加实验数据曲线 与实验结果一致？ •增加摩擦力 精制机械 •定义柔性物体和连接 系统模型 •定义控制 重复仿真 •设置可变参数 分析 •定义设计变量 •进行主要设计影响因素研究 机械系统 •进行试验研究 优化分析 •进行优化研究
试验研究（Design of Experiments,DOE）
试验设计可以考虑多个设计变量同时发生变化， 对样机性能的影响
优化研究（Optimization）
在满足各种设计条件和指定的变量变化范围内， 通过自动化的选择设计变量，由分析程序求取 目标函数的最大值和最小值。
机械系统的动力学仿真
机械系统的动力学仿真近年来，机械系统的动力学仿真在工程领域中扮演着重要的角色。
通过对机械系统进行仿真分析，可以有效地预测系统的动态性能，为设计与优化提供依据。
本文将介绍机械系统的动力学仿真以及其在工程应用中的重要性。
一、机械系统的动力学仿真概述机械系统的动力学仿真是指使用计算机模拟机械系统在特定工况下的运动规律和力学特性。
通过建立数学模型，包括质量、弹性、阻尼等参数，仿真方法可以模拟和预测机械系统的动态行为。
这对于机械系统的设计、优化和故障诊断等方面都具有重要意义。
二、机械系统动力学仿真的应用领域1. 汽车工程：在汽车工程领域，动力学仿真可以用于评估车辆的悬挂系统、转向系统和制动系统等的性能。
通过仿真模拟，可以预测车辆在不同路况下的悬挂系统的响应、车辆的操控性和稳定性等。
2. 航空航天工程：在航空航天工程领域，动力学仿真可以用于模拟飞机的飞行、着陆和滑行过程。
通过仿真模拟，可以评估飞机在各种工况下的动态响应、操纵特性和安全性能，以指导飞机结构的设计和飞行控制系统的优化。
3. 机械制造：在机械制造领域，动力学仿真可以用于评估机械设备的性能和可靠性。
通过仿真模拟，可以预测机械设备在运行时的受力情况、振动特性和故障概率，以指导机械设计的改进和维护策略的制定。
4. 能源工程：在能源工程领域，动力学仿真可以用于模拟和优化能源转换系统的动态性能。
例如，通过仿真模拟燃气轮机的运行过程，可以评估其燃烧效率、传热特性和机械振动等特性，以指导燃气轮机系统的设计和运行优化。
三、机械系统动力学仿真的方法1. 基于建模语言的仿真方法：这种方法基于建模语言，如MATLAB/Simulink 等，通过建立系统的数学模型和参数，进行仿真分析。
它可以有效地模拟机械系统的动态特性，但对于复杂系统的建模和仿真可能存在一定的困难。
2. 基于有限元法的仿真方法：这种方法使用有限元法建立机械系统的数学模型，通过分析和求解系统的运动方程，得到系统的动态响应和力学特性。
机械运动控制系统的动态建模与仿真分析
机械运动控制系统的动态建模与仿真分析引言：机械运动控制系统是工业和生活中的重要组成部分，它能够实现运动控制、定位和调节等功能。
动态建模与仿真分析是理解和优化机械运动控制系统的关键步骤。
本文将介绍机械运动控制系统的动态建模方法以及仿真分析的重要性。
一、机械运动控制系统动态建模方法机械运动控制系统的动态建模是基于控制理论和动力学原理的。
常见的动态建模方法包括基于拉普拉斯变换的传递函数法和基于差分方程的状态空间法。
1. 传递函数法传递函数法是一种常用的机械运动控制系统动态建模方法。
它通过建立控制系统的输入-输出关系，描述系统的传递特性。
在这种方法中，机械运动控制系统被建模为一个线性时不变系统，可以方便地进行频域分析和控制器设计。
2. 状态空间法状态空间法是另一种常见的机械运动控制系统动态建模方法。
它通过描述系统的状态和控制量的关系，提供了系统的全局信息。
状态空间法更加适用于复杂的非线性系统，并且可以通过仿真软件进行更为准确的仿真分析。
二、动态建模与仿真分析的重要性动态建模与仿真分析是改进机械运动控制系统的关键步骤。
通过建立准确的动态模型，可以准确预测系统的响应和性能指标。
仿真分析可以帮助设计师优化控制策略和参数设置，从而提高系统的稳定性、精度和效率。
1. 预测系统性能动态建模和仿真分析可以预测机械运动控制系统的性能，并评估不同控制策略的有效性。
通过仿真分析，可以确定系统的频率响应、阻尼特性以及系统的稳定性。
这些信息对于系统设计和改进非常重要。
2. 优化控制参数仿真分析可以通过改变控制参数，找到最优的控制策略。
例如，可以通过仿真分析确定合适的控制增益、采样周期等参数，从而提高系统的响应速度和抗干扰能力。
通过优化控制参数，可以避免实际试验中的大量试错，降低成本和风险。
3. 分析故障和异常动态建模与仿真分析还可以帮助工程师识别和分析系统故障和异常情况。
通过仿真，可以模拟机械运动控制系统在不同故障条件下的响应，预测故障对系统性能的影响，并提供相应的改进方案。
机械系统的运动学建模与仿真
机械系统的运动学建模与仿真机械系统是现代工程中不可或缺的一部分。
为了更好地了解和预测机械系统的运动行为，运动学建模与仿真技术应运而生。
本文将介绍机械系统的运动学建模与仿真的基本原理和方法，并探讨其在工程实践中的应用。
一、运动学建模运动学建模是通过对机械系统的运动进行描述和分析，以得出系统的运动规律和性能指标。
在运动学建模中，常用的方法有几何法、代数法和向量法。
1. 几何法几何法是一种基于图形分析的运动学建模方法。
通过绘制机械系统的图示，标注物体的位置、速度和加速度等信息，以揭示物体的运动规律。
几何法比较直观，适用于简单的机械系统，如连杆机构和滑块机构等。
2. 代数法代数法是一种利用代数方程描述运动学关系的方法。
通过建立机械系统的位置、速度和加速度等方程，以求解系统的动态行为。
代数法适用于较为复杂的机械系统，如齿轮传动和多关节机器人等。
3. 向量法向量法是一种运用向量分析描述运动学关系的方法。
通过定义机械系统的位置向量、速度向量和加速度向量，以研究系统的运动特性。
向量法具有较强的表达能力和灵活性，适用于各类机械系统。
二、仿真技术仿真技术是通过计算机模拟机械系统的运动行为，以探究系统的性能和优化设计。
目前，常用的机械系统仿真软件有ADAMS、MATLAB/Simulink和SolidWorks Motion等。
1. ADAMSADAMS是一种基于多体动力学的仿真软件，广泛应用于机械系统的动力学仿真和优化设计。
它具有强大的建模和分析能力，能够模拟不同类型的机械系统，包括机械臂、车辆和飞行器等。
2. MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink是一种通用的仿真软件，可用于各类工程系统的建模和仿真。
它提供了丰富的函数库和工具箱，可实现机械系统的动态仿真和性能分析。
3. SolidWorks MotionSolidWorks Motion是一种机械系统仿真软件，专门用于运动学和动力学仿真。
它集成在SolidWorks三维建模软件中，方便工程师进行机械系统的建模和分析。
机械工程师如何进行机械运动仿真
机械工程师如何进行机械运动仿真机械运动仿真是现代机械工程领域的重要工具，它可以模拟和预测机械系统的运动轨迹和性能。
在设计和优化机械系统时，机械工程师可以通过运动仿真来评估不同设计方案的优劣，提高系统效率和性能。
本文将介绍机械工程师如何进行机械运动仿真。
第一步是建立模型。
机械运动仿真的第一步是建立准确的机械模型。
机械工程师需要根据实际的机械系统特性和约束，使用专业的仿真软件建立系统的数学模型。
这个模型包括机械系统的结构、零件的参数和运动学关系等。
通过建立准确的模型，机械工程师可以更好地理解和分析系统的运动行为。
第二步是选择仿真工具。
市面上有许多专业的机械运动仿真软件，机械工程师需要根据具体需求选择合适的工具。
一般而言，仿真软件应具备良好的计算精度、友好的用户界面和灵活的功能。
此外，还需注意软件是否支持导入和导出不同格式的模型文件，以便与其他设计和分析软件进行集成。
第三步是进行仿真分析。
在对机械系统进行仿真之前，机械工程师需要定义仿真参数和约束条件。
这些参数可以包括零件的材料特性、力和力矩的大小、摩擦系数等。
通过调整这些参数，机械工程师可以模拟不同工况下的机械系统行为。
同时，还需要考虑系统的约束条件，比如固定约束、转动约束等。
这些约束条件可以限制某些部件的运动自由度，使仿真结果更接近实际情况。
第四步是分析仿真结果。
仿真分析完成后，机械工程师需要对仿真结果进行详细的分析。
他们可以根据仿真结果评估机械系统的性能指标，如速度、加速度、力矩等。
此外，还可以分析零件的位移、变形和应力分布等。
通过分析仿真结果，机械工程师可以发现系统存在的问题，并进行必要的优化和改进。
最后一步是优化设计。
基于对仿真结果的分析，机械工程师可以进行优化设计。
他们可以通过改变零件的尺寸、材料或设计参数来改善系统性能。
优化设计通常采用试错法，即通过多次仿真分析和优化设计迭代，逐步优化机械系统的性能指标。
通过这样的优化过程，机械工程师可以设计出更加高效、稳定和可靠的机械系统。
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机械系统动态仿真技术摘要：计算机仿真技术利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。
它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。
计算机仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。
人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。
仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。
仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。
关键词：计算机仿真技术机械系统动态Mechanical system dynamic simulationAbstract：The use of computer simulation technology in computer science and technology achievements was the establishment of a system simulation model, and in some experimental conditions, the dynamic model of a comprehensive experimental techniques. It is an efficient, safe, less constrained by environmental conditions, can change the time scale, etc., have become the analysis, design, operation, evaluation and training system (especially for complex systems) is an important tool. Computer simulation is a realistic level of abstract properties of a system of imitation. People use to test this model, derive the required information, then help people to a level of real-world problems and make decisions. Simulation is a relative concept, any realistic simulation of the system are only some properties of the real approximation. Simulation there are many levels, is seeking treatment for both problems the objective system, but also for the proposed deal's hierarchy of needs, would be difficult to evaluate the merits of a simulation system.Key words：Computer Simulation Mechanical systems Dynamic引言现代制造系统正朝着集成化，柔性化和智能化的方向发展，代表这一发展方向的计算机集成制造系统(CIMS)，精益制造系统(I正S)，灵捷制造系统(A加lS)，智能制造系统(I入JS)等，这些系统对产品制造过程组织和过程控制的柔性和智能性要求越来越高，分析这样一个系统，采用传统的理论算法已经很难处理，甚至有时得不到可以参考的结论。
计算机仿真技术提供了有效而经济的手段，特别在分析复杂程度高的系统，它也许是唯一的途径。
1 机械系统动态仿真技术简介机械系统动态仿真技术，也叫虚拟样机技术(Virtual Prototyping Technolo2gy,简称VPT)。
它是一种全新的机械设计方法，作为一项计算机辅助工程(CAE)技术于上个世纪80 年代随着计算机技术的发展而出现，在90 年代特别是进入21世纪以后得到了迅速发展和广泛应用。
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物理样机。
机械系统动态仿真技术涉及多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术的综合应用技术。
2 虚拟样机定义虚拟样机就是用来代替物理产品的计算机数字模型，它可以像真实的物理模型一样，用来对所关心的产品的全寿命周期，如设计、制造、服务、循环利用等，进行展示、分析和测试。
这种构造和使用虚拟样机的技术就叫虚拟样机技术。
它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现。
3 虚拟样机技术国内应用现状在国内，虚拟样机技术的应用尚处于起步阶段，主要是引用国外的先进技术。
中航第一飞机研究院成功推出了国内首架飞机全机规模电子样机。
863 项目“月球表面探测机器人方案研究”则运用虚拟样机技术构造虚拟月球面计算仿真环境，并对涉及到的多项关键技术进行了深入研究，取得了很好的成果。
各研究院所纷纷开展虚拟样机技术在汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业等方面的应用研究、仿真分析及二次开发。
通过对虚拟样机各关键技术的深入研究,必将促进虚拟样机技术的推广应用，增强我国企业的产品开发能力。
4 虚拟样机技术国外应用现状在国外，虚拟样机技术的应用在美国非常广泛。
我们熟知波音777飞机是世界上首架以无纸方式研发及制造的飞机，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(8年缩短为5年)大大缩短，研发成本大大降低(设计费用降低94 %，设计更改降低93 %)，而且确保了最终产品一次装机成功。
波音西科斯基公司在设计RA H266 直升飞机时，使用了全任务仿真的方法进行设计和验证，花费4 590 h 的仿真测试时间，节省了11590h 的飞行测试。
1997年7月4日，美国航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(J PL)由于采用了虚拟样机技术，成功地实现了火星探测器“探路号”在火星上的软着陆。
在探测器发射以前，J PL 的工程师们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，探测器很可能在着陆时滚翻并最后 6 轮朝上。
工程师们针对这个问题修改了技术方案，保证了火星登陆计划的成功。
约翰迪尔(John Deere)是一家具有160 多年历史、并在世界农业机械、建筑机械领域处于领先地位的世界500 强企业，总部设在美国伊利诺伊州。
迪尔公司也是全球柴油发动机大型生产商之一。
为了解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及在重载下机械的自激振动问题，公司的工程师利用虚拟样机技术，不仅找到了原因，而且提出了改进方案，并且在虚拟样机上得到了验证，从而大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能。
卡特彼勒是建筑机械、矿用设备、柴油和天然气发动机以及工业用燃气轮机领域的技术领导者和全球领先的制造商之一。
世界上最大的工程机械制造商卡特彼勒公司的工程师们采用了虚拟样机技术，对装载机和挖掘机的工作装置进行了优化设计及分析，在一天的时间内，他们对工作装置进行了上万个工位的运动和受力分析。
通用动力公司1997 年建成了第一个全数字化机车虚拟样机,并行地进行产品的设计、分析、制造及夹具、模具工装设计和可维修性设计。
福特公司专门雇佣一家咨询公司用虚拟样机技术进行车辆事故仿真，在法庭上用其仿真结果为自己辩护。
福特某一款新车型采用虚拟样机技术，缩短设计周期70天。
全公司内采用VPT，减少设计费用4 000万美元，节省制造费用10 亿美元。
为了减少大型洗衣机的振动，Pellerin MilnorCorporation (洗衣机设备制造商)用Adams (一个虚拟样机技术应用软件)建立了3种洗衣机的虚拟样机，然后修改设计方案，改变弹簧的刚度和阻尼，选用不同类型的减震器，变换衬套的尺寸和刚度，进行虚拟样机仿真试验。
每个设计方案的仿真只需1h，但此后的物理样机实验证明与虚拟样机的吻合程度超过95%。
在此基础上，开发的新型洗衣机工作平稳,寿命长，振动噪声小。
日产公司是日本的第二大汽车公司，也是世界10 大汽车公司之一。
该公司除生产各型汽车外，还涉足机床、工程机械、造船和航天技术领域。
日产汽车公司利用虚拟样机进行概念设计、包装设计、覆盖件设计和整车仿真设计等。
在意大利，一位赛车手在赛车中因事故丧生，其家属起诉赛车制造商，认为事故的原因是赛车的设计缺陷，要求巨额赔偿。
制造商借助于虚拟样机技术，说明赛车设计合理,事故原因是赛车手操纵不当。
法庭根据VPT 提供的证据，做出了客观的判决。
从产品优化设计到工程咨询，虚拟样机技术的应用无处不在。
5 虚拟样机技术发展的限制因素虽然在国内外虚拟样机技术得到了广泛的应用和发展，但是这个依赖CAD 和FEA 技术支撑的设计方法的进一步发展存在着许多其自身也无法控制的限制因素。
1) 在普通的工程设计软件和分析软件中，设计和分析的主要对象是零件，针对系统优化的工程设计软件和分析软件很少功能不强；2) 目前，很多工程设计软件和分析软件在设计和分析一个复杂产品时，随着零部件数量的增多，会产生数据爆炸，使分析软件运算时间过长，甚至无法运算出结果；3) 虚拟样机技术系统的误差虚拟样机技术所采用的一些方法,例如有限元分析方法，是存在误差的。
产品的数据在不同的软件平台之间交换的时候同样会给产品数据带来错误的信息。
这样有必要对虚拟样机系统的误差进行研究,使得虚拟样机技术的设计过程中使用的数据是准确的,其中任何可能的错误都应检测到,并且进行量化。
4) 应用虚拟样机需要一个大型工程数据管理软件( PDM)。
但由于工程数据库管理的数据模型复杂、数据类型多样、交互性要求高，现在还没有成熟的工程数据库管理系统软件；5) 建立一个企业级的虚拟样机应用系统需购买大量针对系统设计的分析软件和高档图形工程站，且需培训设计人员，有些专用软件还需企业和软件开发商合作编写，因此需要花费大量的时间和金钱。
一个企业如果无强大的经济实力和人才资源，是无法建立一个整机水平的虚拟样机应用系统的。
6 虚拟样机技术的发展虚拟样机从其发展的历程来看，大致分为 2 个阶段。
第 1 阶段是分析型虚拟样机(Analytical Vir2t ual Prototyping)，这类虚拟样机主要依赖键盘、鼠标、显示器等常规计算机输入输出设备，进行分析和仿真。