基于Solid Edge的液压虚拟样机平台的研究和开发
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摘要
虚拟样机技术利用计算机在虚拟可视化方面的优势以及可交互式地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，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的特性。可以通过虚拟样机设计中反馈的信息不断地指导设计，保证产品寻优开发过程顺利进行。
本文在深入了解CAD的发展近况和分析目前现代设计方法的基础上，提出了液压系统虚拟样机技术的概念，论述了虚拟样机技术对于提高产品质量、缩短设计开发周期、降低成本的优点，以及发展这门技术在实践方面的意义。论文是围绕着设计开发出液压系统虚拟样机设计平台的工作而展开的。论文分析研究了开发液压系统虚拟样机设计平台的关键问题：首先，研究了组件对象模型(COM)技术的思想方法在软件开发中的应用，提出了基于Solid Edge三维建模软件，融合ANSYS、MATLAB等仿真分析软件的功能进行液压虚拟样机设计平台的开发思路，确定了该软件系统的基本框架。其次，针对液压系统中集成阀块等非标件的结构设计灵活而复杂的特点，提出了由粗到精、自顶向下的设计过程，在三维虚拟装配环境下进行非标件的详细结构设计，圆满地解决了集成阀块和管道布局设计难的问题；第三，通过采用VB编程语言，完成了供液压系统从原理图的设计到三维图模型的辅助建立，再到虚拟样机的试验仿真的液压虚拟样机设计平台的软件。最后，在该软件平台上对攀钢冷轧伺服油缸试验台进行了虚拟样机设计的实践，完成了试验台的三维模型的建立、液压集成阀块的详细设计、液压管道的合理布局设计、试验台的仿真试验和试验台机架的受力有限元分析，对本平台软件进行了初步校验，取得了比较满意的结果。由于设计开发液压系统虚拟样机平台软件是一项复杂的、基础性的细致工作，(?)此本论文的研究工作仅仅为开发液压系统虚拟样机设计软件进行了初浅的探索。
Making use of the advantage of computer in the aspect of visual virtual object and interactive function, virtual prototype technique can make modeling and analyze production in many aspect, such as geometry, function and manufacture and so on. The virtual prototype can reflect some characteristics of real production, including appearance, interspace relation, kinematics and kinetic. It can assure developing excellent production by the feedback information in the virtual prototype design process.
Based on the intimate understanding of recent development of CAD and the analysis of current modern design method, the concept of hydraulic virtual prototype technique is put forward. The quality of products can be improved, the period of designing and developing can be cut short and the production cost can be reduced when the virtual prototype technique is adopted. The significance in practice of developing this kind technique is discussed in this paper. Centered on developing hydraulic virtual prototype, some key points have been analyzed. First, the idea of component object model (COM) applied in software developing is studied. Based on the three-dimensional model software ?Solid Edge, the developing thinking of designing the hydraulic virtual prototype is formed, which combines the analyzed functions of some imitation software such as ANSYS and MATLAB. Then, the basic frame of this software system is determined. Second, in accordance with the flexible and complex characteristics, the structure designing
process for non-standard work-piece like integrated value in hydraulic system under three-dimensional virtual assembly environment is put forward, which is from rough to precise and from top to bottom. The difficulty with layout of integrated value pieces and pipelines is completely solved. Third, the software with using VB programming language is accomplished, which realizes the supplementary establishment for hydraulic system from principle draft to three-dimensional drawing model, then to hydraulic virtual prototype with the aim of experimental imitation. Finally, the virtual prototype designing practice to servo-cylinder test platform in cold rolled factory of PanZhiHua iron & steel company is carried on. The three-dimensional prototype of test platform is established; the design for hydraulic integrated value pieces and the reasonable layout of pipelines are finished; the imitation test of test platform and the limited unit analysis to the forces which test platform stand received are also carried on.
The satisfying results are acquired through preliminary correction and test. Due to the complex character and basic nature, the superficial exploration for developing the software of hydraulic virtual prototype has been carried on in this paper.
本文在深入了解CAD的发展近况和分析目前现代设计方法的基础上，提出了液压系统虚拟样机技术的概念，论述了虚拟样机技术对于提高产品质量、缩短设计开发周期、降低成本的优点，以及发展这门技术在实践方面的意义。论文是围绕着设计开发出液压系统虚拟样机设计平台的工作而展开的。论文分析研究了开发液压系统虚拟样机设计平台的关键问题：首先，研究了组件对象模型(COM)技术的思想方法在软件开发中的应用，提出了基于Solid Edge三维建模软件，融合ANSYS、MATLAB等仿真分析软件的功能进行液压虚拟样机设计平台的开发思路，确定了该软件系统的基本框架。其次，针对液压系统中集成阀块等非标件的结构设计灵活而复杂的特点，提出了由粗到精、自顶向下的设计过程，在三维虚拟装配环境下进行非标件的详细结构设计，圆满地解决了集成阀块和管道布局设计难的问题；第三，通过采用VB编程语言，完成了供液压系统从原理图的设计到三维图模型的辅助建立，再到虚拟样机的试验仿真的液压虚拟样机设计平台的软件。最后，在该软件平台上对攀钢冷轧伺服油缸试验台进行了虚拟样机设计的实践，完成了试验台的三维模型的建立、液压集成阀块的详细设计、液压管道的合理布局设计、试验台的仿真试验和试验台机架的受力有限元分析，对本平台软件进行了初步校验，取得了比较满意的结果。由于设计开发液压系统虚拟样机平台软件是一项复杂的、基础性的细致工作，(?)此本论文的研究工作仅仅为开发液压系统虚拟样机设计软件进行了初浅的探索。
Making use of the advantage of computer in the aspect of visual virtual object and interactive function, virtual prototype technique can make modeling and analyze production in many aspect, such as geometry, function and manufacture and so on. The virtual prototype can reflect some characteristics of real production, including appearance, interspace relation, kinematics and kinetic. It can assure developing excellent production by the feedback information in the virtual prototype design process.
Based on the intimate understanding of recent development of CAD and the analysis of current modern design method, the concept of hydraulic virtual prototype technique is put forward. The quality of products can be improved, the period of designing and developing can be cut short and the production cost can be reduced when the virtual prototype technique is adopted. The significance in practice of developing this kind technique is discussed in this paper. Centered on developing hydraulic virtual prototype, some key points have been analyzed. First, the idea of component object model (COM) applied in software developing is studied. Based on the three-dimensional model software ?Solid Edge, the developing thinking of designing the hydraulic virtual prototype is formed, which combines the analyzed functions of some imitation software such as ANSYS and MATLAB. Then, the basic frame of this software system is determined. Second, in accordance with the flexible and complex characteristics, the structure designing
process for non-standard work-piece like integrated value in hydraulic system under three-dimensional virtual assembly environment is put forward, which is from rough to precise and from top to bottom. The difficulty with layout of integrated value pieces and pipelines is completely solved. Third, the software with using VB programming language is accomplished, which realizes the supplementary establishment for hydraulic system from principle draft to three-dimensional drawing model, then to hydraulic virtual prototype with the aim of experimental imitation. Finally, the virtual prototype designing practice to servo-cylinder test platform in cold rolled factory of PanZhiHua iron & steel company is carried on. The three-dimensional prototype of test platform is established; the design for hydraulic integrated value pieces and the reasonable layout of pipelines are finished; the imitation test of test platform and the limited unit analysis to the forces which test platform stand received are also carried on.
The satisfying results are acquired through preliminary correction and test. Due to the complex character and basic nature, the superficial exploration for developing the software of hydraulic virtual prototype has been carried on in this paper.
引文
[1]熊光楞等．虚拟样机技术．系统仿真学报，2001，13(1)：114-117
[2]唐硕等．飞行器设计与试验的虚拟样机技术．宇航学报，2000，21(增刊)：1-6
[3]李瑞涛等．虚拟样机技术及其在矿山机械领域的应用展望．矿山机械，2000(5)：11-12
[4]廉自生等．采煤机的虚拟原型技术探讨．矿山机械，1998(11)：16-18
[5]王士刚等．液压系统动态仿真模型可视化建模技术研究．大连理工大学学报，2001，41(2)：201-204
[6]董建华，刘晓冰．基于特征的液压CAD系统产品信息模型研究．组合机床与自动化加工技术．1998(7)：38-42
[7]董建华，刘晓冰．面向对象的液压系统分析研究．机械科学与技术．2000，19(1)：146-149
[8]王红兵．虚拟现实技术——回顾与展望．计算机工程与应用．2001(1)：48-51
[9]杨尔庄．二十一世纪液压技术现状及其发展趋势．液压与气动．2001(3)：1-2
[10]李伯虎，柴旭东．信息时代的仿真软件．系统仿真学报．1999，11(5)：316-320
[11]童秉枢．试论CAD技术的发展．工程图学学报．1999，3：17-21
[12]B.Pott,D.G.Feldmann,吴根茂译，陈鹰译校．液压控制集成块的产品模型化．工程设计．2001，1：37-42
[13]黄刚等．面向对象的液压系统的描述及原理图的自动识别．机电一体化．2000，6：51-53
[14]王国彪，程小虎．基于虚拟样机的设计联盟．矿山机械．2000，7：6-7
[15]吴晓兰等．液压系统计算机辅助设计系统的研究与开发．机床与液压，1998(5)：19-21
[16]刘跃军等．基于Internet的产品设计与制造及其关键技术．机械设计与研究．2001，17(1)：63-65
[17]Dale Rogerson著，杨秀章译．COM技术内幕．1998．12，清华大学出版社．
[18]塔里木主编．SolidEdgc实例精华．2001．8，重庆大学出版社
[19]王柏等编．分布计算环境．2000．8,北京邮电大学出版社
[20]楼顺天等编．MATLAB程序设计语言．1998，西安电子科技大学出版社
[21]李启炎主编．Solid Edge二次开发高级指南．2000．10，同济大学出版社
[22]王国强主编．实用工程数值模拟技术及其在Ansys上的实践．1999，西北工业大学出版社
[23]J.E.Harrison, Integration of CAE Tools for Complete System Prototype, Proeceedings of the 3rd International Symposium on Fluid Power Transmission and Control(ISFP'99),International Academic Publishers,Beijing, 1999.8:578-582
[24]Axel Lemann. Prospects of System Modelling and Simulation in the Next Century[A]. System Simulation and Scientific Computing. October, 1999, Beijing, China. 5-9
[25]http://www.adams.com
[26]http://www.boeing.com
[27]http://www.solid-edge.com
[28]路甬祥．液压气动技术手册．2002．1，机械工业出版社。
[29]周云根，曾良才．液压系统设计与试验的虚拟样机技术．机床与液压．2002，No．3，PP．26-27。
[30]刘韬等编著．Visual Basic 6.0数据库系统开发实例导航．2002．4，人民邮电出版社。
[31]Steven Holzer著，详实翻译组译．Visual Basic 6技术内幕．1999．4，机械工业出版社。
[32]魏生民主编．机械CAD／CAM．2001．9，武汉理工大学出版社。
[33]攀钢冷轧伺服油缸试验台竣工资料．2001．6，武汉科技大学机械自动化学院
[34]钟志华等主编．现代设计方法．2001．8，武汉理工大学出版社。
[35]董兴仁．浅谈机械CAD发展趋势．科技情报开发与经济．2001，Vol．11，No．1， PP．41-43
[36]陈积光．特征技术及其展望．广西民族学院学报(自然科学版)．1999，Vol．5，No．1， PP．30-32
[37]邹十践．21世纪制造科学发展前景．建筑机械化．2001，No．4，47-48
[38]熊勇刚等．机械CAD参数化设计技术．机械科学与技术．1999，Vol．18，No．6，PP．1025-1027
[39]郭津津等．面向CAD／CAPP集成的液压缸设计CAD系统．天津理工学院学报．1999，Vol．15，NO．4，PP43-45
[40]郭捷等．液压集成块CAD系统．组合机床与自动化加工技术．2000，No．3，PP32～34
[41]王军，胡英．机床液压系统智能CAD系统的设计．新技术新工艺．1997，No．2，PP．9
[42]王筠等．液压元件计算机辅助选择系统的设计．西北纺织工学院学报，1997，Vol．11，No．2
[43]魏国前，范勤．虚拟现实及其在机械工程中的应用．计算机应用，1999，Vol．19，No8，PP．35-36
[44]刘向阳，潘圣建．企业如何开发和应用CAD／CAE／CAM／CAPP技术．工程建设与设计，2000，No．2，PP．32-33
[45]刘方湖，陈振华．面向装配的设计型专家系统的研究与开发．机械设计与制造工程，1999，Vol．28，No．5，PP．12-14
[46]廖武等．机电产品造型概念CAD的三种方法．机械与电子，1999，No．4，PP．52-54
[47]李峰等．基于特征的CAD系统研究．组合机床与自动化加工技术，1999，No．6
[48]王锂平等．当前CAD技术发展对策．广西师院学报(自然科学版)，2000，Vol．17，No．3，PP．58-62
[49]金忠孝等．基于约束的液压集成块智能CAD研究．机床与液压，1999，No．1，PP．54-56
[50]高钦和，成曙．虚拟现实语言VRML与仿真结果可视化．计算机工程与应用，2001．1，PP 97-98
[51]陈田等．基于三维特征建模的叶片泵CAD系统研制．计算机集成制造系统，2001，Vol．7，No．2，PP．59-64
[52]Kalle Lyytinen,Richard Welke[J].Special Issue on Meta-Modellingand Methodology, Informatin Systems, 1999,24(2),67-69
[53]Wynne Hsu, Irene M Y Woon. Current research in the conceptual design of mechanical products, Computer aided Design, 1998,30(5),377-389
[54]王筠等．液压元件计算机辅助选择系统的设计．西北纺织工学院学报，1997，11(2)，PP 121-125
[55]吴晓兰等．液压系统计算机辅助设计系统的研究与开发．机床与液压．1998，5，19-21
[56]梁秋憧等．CAD／CAM系统中的仿真．机械设计与制造．2000，5，9-12
[57]Gerard J. Kim, George A. Bekey. AEX: a DFA analysis and advisor system, Proceedings of the 1990 IEEE Conference on Robotics and Automation, 1990:563-565
[58]杨建思．COM技术在CAD／CAM集成中的应用．机械工业自动化．1998，20(3)，21-23
[59]Li B H, Tong J, Song X, Chai X D, Li X Y. Concurrent Distributed Interactive Simulation Engineering and Its Support Environment[A]. The Proceedings of the Summer Computer Simulation Conference[C]. eds Mohammad S Obaidat, Franco Davoli, Danny Demarinis, 1998.225-230
[60]曹鑫铭．液压伺服系统．1991，冶金工业出版社．
[61]黄威等．面向装配的零部件表示法及分类编码系统研究．广东工业大学学报，1997，14(2)，69-74
[62]Koichi Kikkawa, etal. A Product Modeling System for Top Down Design of Machine Assembly with Kinematic Motion. Robotics & Computer-Integrated Manufacturing, 1993.10(1/2):49-55
[2]唐硕等．飞行器设计与试验的虚拟样机技术．宇航学报，2000，21(增刊)：1-6
[3]李瑞涛等．虚拟样机技术及其在矿山机械领域的应用展望．矿山机械，2000(5)：11-12
[4]廉自生等．采煤机的虚拟原型技术探讨．矿山机械，1998(11)：16-18
[5]王士刚等．液压系统动态仿真模型可视化建模技术研究．大连理工大学学报，2001，41(2)：201-204
[6]董建华，刘晓冰．基于特征的液压CAD系统产品信息模型研究．组合机床与自动化加工技术．1998(7)：38-42
[7]董建华，刘晓冰．面向对象的液压系统分析研究．机械科学与技术．2000，19(1)：146-149
[8]王红兵．虚拟现实技术——回顾与展望．计算机工程与应用．2001(1)：48-51
[9]杨尔庄．二十一世纪液压技术现状及其发展趋势．液压与气动．2001(3)：1-2
[10]李伯虎，柴旭东．信息时代的仿真软件．系统仿真学报．1999，11(5)：316-320
[11]童秉枢．试论CAD技术的发展．工程图学学报．1999，3：17-21
[12]B.Pott,D.G.Feldmann,吴根茂译，陈鹰译校．液压控制集成块的产品模型化．工程设计．2001，1：37-42
[13]黄刚等．面向对象的液压系统的描述及原理图的自动识别．机电一体化．2000，6：51-53
[14]王国彪，程小虎．基于虚拟样机的设计联盟．矿山机械．2000，7：6-7
[15]吴晓兰等．液压系统计算机辅助设计系统的研究与开发．机床与液压，1998(5)：19-21
[16]刘跃军等．基于Internet的产品设计与制造及其关键技术．机械设计与研究．2001，17(1)：63-65
[17]Dale Rogerson著，杨秀章译．COM技术内幕．1998．12，清华大学出版社．
[18]塔里木主编．SolidEdgc实例精华．2001．8，重庆大学出版社
[19]王柏等编．分布计算环境．2000．8,北京邮电大学出版社
[20]楼顺天等编．MATLAB程序设计语言．1998，西安电子科技大学出版社
[21]李启炎主编．Solid Edge二次开发高级指南．2000．10，同济大学出版社
[22]王国强主编．实用工程数值模拟技术及其在Ansys上的实践．1999，西北工业大学出版社
[23]J.E.Harrison, Integration of CAE Tools for Complete System Prototype, Proeceedings of the 3rd International Symposium on Fluid Power Transmission and Control(ISFP'99),International Academic Publishers,Beijing, 1999.8:578-582
[24]Axel Lemann. Prospects of System Modelling and Simulation in the Next Century[A]. System Simulation and Scientific Computing. October, 1999, Beijing, China. 5-9
[25]http://www.adams.com
[26]http://www.boeing.com
[27]http://www.solid-edge.com
[28]路甬祥．液压气动技术手册．2002．1，机械工业出版社。
[29]周云根，曾良才．液压系统设计与试验的虚拟样机技术．机床与液压．2002，No．3，PP．26-27。
[30]刘韬等编著．Visual Basic 6.0数据库系统开发实例导航．2002．4，人民邮电出版社。
[31]Steven Holzer著，详实翻译组译．Visual Basic 6技术内幕．1999．4，机械工业出版社。
[32]魏生民主编．机械CAD／CAM．2001．9，武汉理工大学出版社。
[33]攀钢冷轧伺服油缸试验台竣工资料．2001．6，武汉科技大学机械自动化学院
[34]钟志华等主编．现代设计方法．2001．8，武汉理工大学出版社。
[35]董兴仁．浅谈机械CAD发展趋势．科技情报开发与经济．2001，Vol．11，No．1， PP．41-43
[36]陈积光．特征技术及其展望．广西民族学院学报(自然科学版)．1999，Vol．5，No．1， PP．30-32
[37]邹十践．21世纪制造科学发展前景．建筑机械化．2001，No．4，47-48
[38]熊勇刚等．机械CAD参数化设计技术．机械科学与技术．1999，Vol．18，No．6，PP．1025-1027
[39]郭津津等．面向CAD／CAPP集成的液压缸设计CAD系统．天津理工学院学报．1999，Vol．15，NO．4，PP43-45
[40]郭捷等．液压集成块CAD系统．组合机床与自动化加工技术．2000，No．3，PP32～34
[41]王军，胡英．机床液压系统智能CAD系统的设计．新技术新工艺．1997，No．2，PP．9
[42]王筠等．液压元件计算机辅助选择系统的设计．西北纺织工学院学报，1997，Vol．11，No．2
[43]魏国前，范勤．虚拟现实及其在机械工程中的应用．计算机应用，1999，Vol．19，No8，PP．35-36
[44]刘向阳，潘圣建．企业如何开发和应用CAD／CAE／CAM／CAPP技术．工程建设与设计，2000，No．2，PP．32-33
[45]刘方湖，陈振华．面向装配的设计型专家系统的研究与开发．机械设计与制造工程，1999，Vol．28，No．5，PP．12-14
[46]廖武等．机电产品造型概念CAD的三种方法．机械与电子，1999，No．4，PP．52-54
[47]李峰等．基于特征的CAD系统研究．组合机床与自动化加工技术，1999，No．6
[48]王锂平等．当前CAD技术发展对策．广西师院学报(自然科学版)，2000，Vol．17，No．3，PP．58-62
[49]金忠孝等．基于约束的液压集成块智能CAD研究．机床与液压，1999，No．1，PP．54-56
[50]高钦和，成曙．虚拟现实语言VRML与仿真结果可视化．计算机工程与应用，2001．1，PP 97-98
[51]陈田等．基于三维特征建模的叶片泵CAD系统研制．计算机集成制造系统，2001，Vol．7，No．2，PP．59-64
[52]Kalle Lyytinen,Richard Welke[J].Special Issue on Meta-Modellingand Methodology, Informatin Systems, 1999,24(2),67-69
[53]Wynne Hsu, Irene M Y Woon. Current research in the conceptual design of mechanical products, Computer aided Design, 1998,30(5),377-389
[54]王筠等．液压元件计算机辅助选择系统的设计．西北纺织工学院学报，1997，11(2)，PP 121-125
[55]吴晓兰等．液压系统计算机辅助设计系统的研究与开发．机床与液压．1998，5，19-21
[56]梁秋憧等．CAD／CAM系统中的仿真．机械设计与制造．2000，5，9-12
[57]Gerard J. Kim, George A. Bekey. AEX: a DFA analysis and advisor system, Proceedings of the 1990 IEEE Conference on Robotics and Automation, 1990:563-565
[58]杨建思．COM技术在CAD／CAM集成中的应用．机械工业自动化．1998，20(3)，21-23
[59]Li B H, Tong J, Song X, Chai X D, Li X Y. Concurrent Distributed Interactive Simulation Engineering and Its Support Environment[A]. The Proceedings of the Summer Computer Simulation Conference[C]. eds Mohammad S Obaidat, Franco Davoli, Danny Demarinis, 1998.225-230
[60]曹鑫铭．液压伺服系统．1991，冶金工业出版社．
[61]黄威等．面向装配的零部件表示法及分类编码系统研究．广东工业大学学报，1997，14(2)，69-74
[62]Koichi Kikkawa, etal. A Product Modeling System for Top Down Design of Machine Assembly with Kinematic Motion. Robotics & Computer-Integrated Manufacturing, 1993.10(1/2):49-55
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