机械仿真设计篇1

木工机械安全作为A类检测项目，检测结果对产品的安全性能判定具有重要意义。在实际检测中，木工机械安全的检验不符合项目在设计阶段已经出现，主要的不合格项为防护功能部件不齐全，设计安全间距不符合等［1］。除通用机械安全要求以外，不同种类的专用木工机械产品涉及的机械安全相关标准繁多。对于强制性标准中要求的木工机械安全检测项目，通过事前风险评估对机械本质安全的设计进行改良将成为趋势。目前，虚拟仿真技术在检测、风险评价方面的应用较少，相关应用技术研究也主要集中在设计参数化以及装配干涉性上，对机械安全等级方面的可视化仿真研究较少［2-4］。将虚拟仿真技术应用于部分木工机械安全项目设计阶段可进行模型的检测预判，可为木工机械的风险评价提供更为多样的手段［5］。

1软件设计

1.1总体技术方案

区别于传统的风险评价针对机械产品的成品，木工机械风险评价虚拟仿真的主要功能是对木工机械的三维模型进行虚拟仿真检测，并对仿真检测的结果进行判定，在模型中建立标识，实现机械风险在源头上进行把关。首先，在完成三维原始模型的基础上，对模型的特征进行参数化提取（零部件特征和装配特征）。然后在建立风险评价体系的基础上，对机械安全特征进行提取并参数化。将模型参数与安全标准参数进行比对，输出比对后的判定结果，完全合格则直接完成安全性能等级评估，有不符合项可反馈至模型并进行标识。在改良设计参数后，重新进行比对评估，最终完成整个检测评估与提升安全设计的过程。

1.2关键功能的分析与设计

1．2．1主功能设计

（1）木工机械三维模型的模块化设计与关键安全特征参数化提取过程。根据典型木工机械整机的主要特征，将木工机械的主要部分分为支架模块、功能件模块、防护模块，以及相关主要零部件刀具装置、送料装置、传动装置、制动装置、联锁机构等的三维模型的模块，各个模块下细分出关键的零部件，如锯轮、吸尘口、防护罩等关键安全件，安全功能参数化提取过程。

（2）木工机械风险评价参数的建立，在比较中国与欧美木工机械安全标准的基础上，对不同机床的安全防护进行分类，比如根据木工锯床、木工铣床、木工刨床的通用标准以及专用标准，定义出相应机床的安全参数与防护功能，建立木工机械风险评价的参数体系。

（3）对虚拟仿真环境下的木工机床功能部件机械安全的参数化检测方式进行研究，并设计出适合木工机械安全的参数化检测方法。交互方式采用参数与三维模型实时互动的方式，用户可以同时操作评估以及三维模型，通过三维模型的实时检测进行评估，并生成评估结果以及标记不符合项评估节点，使用文字的方式在三维模型上显现。

1．2．2系统开发流程

（1）建模设计主要研究装备路径与功能部件的模块化问题，通过使用Solidworks进行三维建模，主要针对安全部分特征，实现装备的功能部件模块化。根据安全功能的描述，主要涉及整机的安全防护功能、人类工效学相关整体层次，装配体间的安全距离等局部功能层次，以及零部件的安全尺寸层次。

（2）根据木工机械的特征，本评估过程主要采用评分法与风险矩阵法混合的方式［6］，结合相关木工机械通用标准和专用标准，建立相应的木工机械评价体系，其优势是在评估过程中对结果的表述更加直观，有利于设计参数的修改和反馈。

（3）用户的交互操作由两个部分组成：虚拟仿真检测环境与参数评估计算环境。虚拟仿真环境利用eDrawing的测试功能，将三维模型导入后，可对模型进行实时检测与记录。参数评估计算环境采取表格的型式，主要包括风险文字描述、参数、数值几个方面，用户根据虚拟仿真检测的结果输入相关的计算参数数值和文字描述，并生成相关的风险评估报表。参数评估计算环境与虚拟仿真环境的界面可同时显示或自由切换，达到风险评估和虚拟仿真检测相结合的目的。

（4）操作界面的开发设计使用VC语言进行开发，操作界面包括主菜单、功能栏目、操作说明，主界面为评估内容和相关信息表，并将三维模型检测界面嵌入程序中进行交互操作，最终设计完成了虚拟环境下木工机械检测可视化仿真原型系统的操作界面开发。

2仿真评估应用

为了验证软件系统的可行性与实用性，根据木工机械的三个主要类型木工铣床、木工锯床、木工刨床制作了三维实物模型。根据模型类型制作了相应的评估模板，输入相关的测量参数进入评估模板可自动判定和统计不符合项目。风险评价软件左边界面为评价内容，右边界面为评价模型与检测插件。导入模型相应的评价标准，然后根据风险评价的参数对模型进行仿真的测量与标识，并将参数反馈到评估报告上进行首次风险评估。首次风险评估后，将不符合项以统计的方式显示。根据不符合项以及相应模型上的标识对模型的设计参数进行修改，修改后进行再次风险评估，形成改善安全设计后的风险评估报告。根据评估结果与实际检测木工机械的能力对比，木工机械安全风险评价虚拟仿真软件可以在模型的设计阶段发现机械安全防护、电击防护、功能部件、安全距离、人类工效学等与机械安全相关的安全问题，并能有效进行不符合项设计的标识和反馈，软件的总体设计方案可行。

3结论

机械仿真设计篇2

关键词:虚拟仿真技术；机械工程；实验教学

高校工科类专业中,操作实践是教学中重要的组成部分,我国大部分院校都设立了工科类的专业操作实验室,为学生动手能力和创新能力的提高创造条件。在传统的机械工程实验教学中,使用仪器设备的密集程度非常的高,使得实验的复杂程度大大增加。很多仪器设备的价值昂贵,体积结构为实验的操作带来极大不便。学生只能在教材知识的基础上刻板地进行实验的操作,在这种情况下学生的创新能力和主观能动性就不能得到发挥。众多高校在实验室的更新建设中,因为受到资金的限制,会继续使用旧的仪器设备,这些设备在长期的使用过程中出现机能老化,已经不能满足当前机械工程实验教学的需要。在计算机技术不断发展的基础上,虚拟仿真技术的应用成为现在机械工程实验教学中普遍的教学手段。

1机械工程实验室的虚拟实验改进

现在高校实验教学中的问题越来越突出,制约着教学效率和质量,突出体现在很多院校的实验基地和实验单位的建设能力非常有限,不能满足学生自己动手操作要求,不能实现对学生进行基础理论知识深化和了解。很多院校为了节省资金,减少出现实验设备的安全问题等,在进行实验教学的时候,主要是以参观和讲座的形式进行实践培训,学生基本没有实践动手的机会。在这种情况下,就会造成学生毕业后,参加相关工作没有机械设备操作的经验,无法独立完成工作的内容。尤其在是实验教学的过程中,学生会逐渐失去对实验知识的学习动力和兴趣,对学生长远发展造成负面影响。所以在科学技术不断发展的今天,机械工程该实验室教学要转变传统的教学模式,采用先进的科学技术更新教学理念和教学手段,实现实验教学方法和教学的完善。在院校的机械教学中,实验教学是学生进行知识学习和巩固的重要手段,是学生实践操作能力培养的根本方法,是当今院校机械制造专业教学中最为重要的环节,是现代化机械人才培养的基本途径。通过现代化的教学方式可以最大程度提高学生实践动手能力,保证学生在实验动手操作的基础上对基本理论知识进行理解和完善。通过这样的实践实验教学,可以使学生合理将基础知识理论与实践内容相结合,在动手实践过程中逐渐形成独特的自我知识技能认知能力。现在大多数院校利用的是CAD机房,然后在此硬件设施的基础上,实现部分实验室教学方式的改革。并且引进虚拟仿真技术对现有的实验设备进行更新和改进。在机械工程实验室教学中应用虚拟仿真技术,不但可以避免在实验教学过程中出现设备的故障隐患,还能最大程度提高学生的实践动手能力,为学生专业理论知识的学习提供科学实践依据。对实验室部分设备装置进行传动性能实验、数控加工仿真实验和减速器装配实验,最大程度提高了机械工程实验教学的效率和质量。

2虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的典型应用

2.1带传动性能测试实验

带传动性能测试实验是机械工程专业实验室教学中的一个重要组成部分,其主要是让学生能够直观地观察带传动的弹性滑动和打滑现象,还能有效地对实验中的相关机电设备的承载能力进行分析,根据分析的数据参数实现对带动问题的控制。进行传动性能测试实验的时候,需要利用的机械设备有力传感器、电动机、转矩力测杆、光电测速装置、发电机等。这些实验机械设备主要通过人工实现传动性能测试,这样的测试方式主要的特点是人工费用会高于设备使用的费用。在虚拟仿真技术的基础上,进行带传动性能测试系统的设计可以最大程度提升机械工程实验教学效率和教学质量。

2.2数控加工仿真实验

数字加工技术是现代制造业中一个核心的技术,在现代制造业的进步和发展过程中发挥着至关重要的作用。数字加工技术是综合计算机应用技术中的微电子技术和机械加工技术。现在众多院校的机械自动化成为一门重要的专业,这门专业的核心内容是在数控机床的操作中利用数控加工技术。但是数控机床的价格非常高,设备运作形式单一,并且运行程序的设置相当复杂,不能实现对每一位学生实验操作需求的满足,这种复杂性的实验操作,只能满足极少部分学生的需求,严重制约了机械工程实验教学的效率。虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用,可以实现让每一位学生加入到具体的机械工程实验中来,对机械机床加工环境和流程才形成一个系统认知。

2.3减速器装配实验

机械设计的一个基础项目是减速器在机械设备中的使用。在传统的减速器实验教学中,都会利用实物代替减速器的教学方法。虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用,实现了通过实物模拟模型的拆卸,进行减速器的构成结构的直观讲解。

3虚拟实验室建设的构想

在进行虚拟实验室建设思路设计的时候,首先,可以不考虑实验室应用设备的操作性,也就是保证实验室需要操作实践的目标和任务与相关机械工程专业知识系统相统一,然后再研究实验设备的稳定性。其次,要构思虚拟仿真平台的建设,例如：机械操作平台中的仿真器、ECU和虚拟演示平台等。在整个虚拟仿真系统框架的设计中,主要是满足院校机械工程类专业学生实验操作的需要,所以一定要保证虚拟仿真实验结果的精确性,才能确保学生对理论知识的掌握和巩固。一般构建虚拟实验室要进行仿真计算,观察相关系数,观察预先系数与实际操作系统是否统一。再次,仿真器的构建设计,随着计算机软件技术在机械工程实验中的应用,虚拟仿真器代替了原来操作实验中的实物操作,最大程度简化了实验步骤。并且仿真器可以利用USB实现与虚拟演示平台的链接,在实验的过程中可以保证虚拟演示平台及时接收到虚拟实验仿真信号,通过PWM模块实现向ECU传输一定频率的方波,在多媒体上模拟机械设备的工作原理,在虚拟实验进行的时候仿真器利用USB将仿真实验得到的数据传送到模拟演示平台,实现学生实验操作的参数需要。最后,建立虚拟仿真系统,利用相关的计算机应用软件,编辑建立应用模块,结合相关的3Dmax建模工具建立虚拟演示平台中的技术模块,将模块中的内容以特定的文件格式导入虚拟演示平台中,最终让学生在虚拟演示平台中进行相关机械工程实验操作。

4结语

综上所述,虚拟仿真技术在现代院校机械工程专业实验教学中的应用,可以克服传统实验中的众多实验问题,保证学生能够主动参与到实验操作中来,提高机械工程实验教学的质量。所以,院校应该重视对机械工程实验室的虚拟实验改进,以及虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的具体应用手段和方法,对传统的实验教学进行更新和补充。虚拟实验要紧密结合现代科学技术和先进的计算机应用技术,满足机械工程专业学生实验操作要求的同时,适应院校实验室敬爱教学的改革和发展。

参考文献

[1]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2011(8)：76-78，82.

[2]张立松,闫相祯,杨秀娟，等.虚拟仿真技术在复杂工程力学问题实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2014(9)：102-105.

[3]王艳丽.分析虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].黑龙江科技信息,2012(33)：187.

机械仿真设计篇3

一、机械设备制造仿真技术概论

仿真技术的迅猛发展,为机械产品的设计开发、性能分析与制造提供了强有力的利研手段,逐渐形成了专业的机械系统仿真技术。主要的仿真技术包括cAD三维建模、结构有限元分析、多体系统动力学分析、优化设计。应用它们可以解决从零件到装配件的结构刚强度和产品的各项性能要求等问题,这些技术作为机械系统仿真技术中的几个最为关键的部分,相互渗透,相互关联,大有一体化和集成化趋势。

二、设备仿真技术发展

(一)加工设备布局仿真

设备布局是构造一个有效车间系统最为重要的环节,相同车间地址、相同的人员、相同的技术和设备,仅仅由于布置方式的不同,生产系统的功能可产生天壤之别。高效率的设备布局作为提高企业生产效率和效益的手段之～,越来越受到人们的重视。在工业发达国家,除了降低原材料和能源消耗外,已把改进物料搬运、改善工厂中的物流组织看作是减少和节省开支以获取利润的重要方面。现代生产管理理论减少企业内部生产物流的具体途径可以概括为以下三点:

一是通过最优的工厂布局,建立顺畅的物流线路,或者采用加工中心,实现工序集中,减少运输次数,缩短物流距离;二是成组搬运,直接减少搬运次数;三是确定最优的运输路线和运输速度,建立连续短捷的运输路线,减少运输的停顿、路线交叉和倒流现象。

(二)多学科优化理论在仿真中的应用

机械设计技术及设计方法学的研究大都开始于工程应用问题的研究,再随着研究工作的进展逐步上升为独立的理论,然后反馈应用于产品设计的实践。多学科设计优化理

论的研究也遵循了同样的规律。在航空航天领域发展起来的MDO技术是当前国际上一个最活跃的研究课题。MDO问题涉及到的变量数目较多,学科之间的信息交换极为复杂,直接搜索目标函数和约束值的计算量令人难以忍受,某些学科分析会产生一些无法预计的失真,难以采用效率较高的梯度算法进行设计空间搜索,影响处理速度。因此,优化过程中一般不将设计空间搜索程序与多学科分析直接祸合起来,而是对目标函数和约束给予近似的表达,将直接搜索和这些易于计算的近似表达祸合起来,得到近似问题的最优解后,通过最优解处的重分析来修正改进近似模型,避免频繁的多学科全分析。

(三)基于虚拟样机的机械仿真

在机械设计领域,虚拟样机技术作为一种崭新的产品开发方法,更是一种十分重要的综合仿真式开发手段。机械系统虚拟样机是基于虚拟样机的机械系统仿真技术,是指在制造的一台物理样机生产出来之前,利用计算机技术建立该机械系统f产品)的三维数字化模型(即虚拟样机);对其进行静力学、运动学和动力学分析,较好地仿真该机械系统的运动过程,以预测机械系统的整体性能。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机械产品的设计方法。它通过设计中的反馈信息不断的指导设计,保证产品寻优过程的顺利进行。

三、sOILDwROK建模导入ADAMS

ADAMS软件具有强大的动力学解算器,但其实体建模功能相对比较薄弱。对于比较复杂的零部件,如用ADAMS建模模块进行三维实体建模,不能保证模型的尺寸精度和装配的位置精度。应用SoildWorks软件对设备进行整机建模,按工程图纸将其变为一个数字样机,然后将其转换并导入到ADAMS坏境中使用。由于SoildWorks和ADAMS是两个完全不同的系统,所以各自的数据都难以被对方识别。要将SoildWorks中创建的三维实体模型导入到ADAMS环境中,必须两种软件具备某一相同的几何数据转换模块,先将SoildW01.ks的数据转换成中性(不依赖于SoildWoI_ks系统),然后将中性数据通过几何数据转换模块转换成AI)AMS数据。

(一)虚拟设备的装配

经上面步骤零部件导入AI)AMS后,各构件之间还只是毫无联系地独立存在于ADAMS中。这种状态下即使全部零部件都己导入,也不能构成一台具有现实意义的虚拟样机。这就如一堆拆散的零件摆在地上不能构成一整的机器。下面的工作就是要将这些分散的零部件"装配"成一整的机械,并赋予一定的工作环境,使其能够模拟现实的工况工作。

(二)仿真实验

所谓仿真就是在模型上进行实验,它是将被研究的对象及其特征抽象成模型,通过对模型的实验操作及实验结果的分析,探讨和推断对象本身所具有的性质及其运动变化规律。

机械仿真设计篇4

关健词：科技创新训练；智能小车；Proe建模；教学效果

一、科技创新训练选修课目前教学方法存在的问题

1.传统的教学方法影响课堂教学效果

科技创新训练智能小车的设计与制作，是机电综合的一个训练项目。小车机械主体结构有车体、前轮转向机构（四杆机构）、后轮驱动机构、齿轮机构（差速器）等机构和传动系统，以及轴承、轴、弹簧、卡簧、车轮等标准件和通用零部件。在项目设计与制作中要研究相应机构和机械零件的工作原理、结构特点、基本设计原理和计算方法。课前学生往往对机械设计、机械设备、机械加工等相关知识知之甚少，甚至不知，尤其是对四杆机构和差速器部分既没有理性认识也没有感性认识。

以前的教学方法是采用成品小车模型和PPT讲解，PPT也只是cad二维图和图片展示，缺乏直观性。教师无法在课堂上进行演示，也不能随意进行反转、拆卸、让学生观察内部结构及装配关系，更不能充分展示动态变化过程。这样，给上课带来诸多不便，直接影响教学效果。

2.学生的学习兴趣不高

科技创新智能小车设计与制作机械知识内容较多，而大二的学生刚接触机械专业知识，有的经过了金工实习训练，有的还没有经过这一过程，因此，对于这些学生既缺少理论知识又缺乏实践经验，对实际制作中的一些零件及机构都很陌生，训练中学生对部分较难的内容不能很好理解，难以掌握。对于大一的学生来说，就更是难上加难了，学生们对这些机构、零件有些连听说都没有听说过。因而有的学生学习积极性受到挫伤，感觉到很难完成，有的甚至放弃。

二、proe辅助教学的重要性

为了克服以往教学中的不足，提高教学效果，教学部组织教师多次在学生中进行了调查，结果显示学生对一些机械工艺基础知识只是简单的记忆，没有真正理解，比如平面四杆机构，由于学生空间想象能力不足和缺乏工程实践经验，面对二维的图纸学生无法想象出各种机构的运行方式，似懂非懂，遇到具体问题不会分析，还有的同学甚至不明白齿轮是如何传动的。为此，我们结合学校教学改革立项，从教学方法、教学手段方面进行了探索，提出了应用proe软件进行机构仿真辅助教学。我们将智能小车的机构、零件用proe软件做成模型并进行仿真。

这种教学方法具有很大的优点。首先，教师在proe环境中可以随意装拆、放大，有利于加深学生对小车整体空间结构及组成的理解，同时可根据实际情况随意旋转、改变对模型的观察方向，其真实感完全与成品中的零件一样，最为重要的是proe软件能进行机构仿真，可以把各种复杂的机构通过形象、生动、逼真的动画演示，以三维的形式直接展示给学生，克服了采用PPT教学中平面图形的不足，从而使学生建立起良好的感性认识。

其次，proe设计过程可以实现真正的相关比，任何修改都会自动反映到所有的相关对象；比如在讲四连杆机构时，利用模型仿真不仅可以验证所设计的机构是否满足要求，同时还可以改变相应的参数改变不同长度的连杆进行装配，来观察克服摇杆死点问题，让学生参与设计并对设计结果进行现场演示加以验证，改变了以往单纯的教学方式，在课堂上真正实现教学的互动，既激发了学生的学习兴趣又加深了印象。基于proe软件的辅助教学，通过模拟、仿真、动画技术的应用，不仅可以使一些在普通条件下无法实现或无法观察的过程生动地显示出来，还能增强学生对抽象事物的理解，拓宽学生的知识面，同时也使教学过程更为生动，课堂气氛活跃，从而提高学生的学习兴趣。

三、教学实践经验与启示

针对proe软件的辅助教学方法，我们在2010-2011第二学期科技创新训练选修课教学实践中进行了尝试和验证，并得到了一些经验和启示:

1.教学方法与手段改革是提高教学质量的关键，通过现代化技术手段的应用，可以提高课堂的信息量和教学效率，应用Proe软件进行机构虚拟装配和运动仿真演示，提高了教学的直观性，有利于在教学中采用启发式教学发挥学生在教学中的主体作用，智能小车成品完成率较高。

2.学生对机械设计与机械加工的过程有了更完整更全面的了解，同时把学到的知识与生产实际结合起来，大大激发了学生的求知欲，从成品完成质量上看，达到了预期的教学目的和教学效果。

3.基于Proe软件辅助教学方法有别与以往的教学方法，在科技创新训练课堂教学中加人了虚拟的机构动画，对于一般从没接触过工程实践的学生来说，可大大增强对各种常用机构和机械零件的感性认识，对于学生快速掌握各种常用机构和通用零件的工作原理、结构特点具有非常重要的促进作用。

四、结论

通过分析科技创新训练课程传统教学方法的不足，并结合科技创新训练课程的特点，在教学中应用Proe软件进行机构仿真辅助教学，教学实践证明，该教学方法、教学手段改革的举措，可以激发学生的观察力和想象力，提高学生学习的趣味性；减轻了教师教学工作强度，提高了教学效率，保证了教学质量，达到了教学预期的效果。

【参考文献】

机械仿真设计篇5

1计算机仿真技术产生的背景

1.1传统技术的缺陷

传统批量产品的开发过程通过单件产品的模型试验来获取信息，然后再制造物理样机来核查设计要求是否达到。要加快设计周期，满足市场需求，可以采用“并行设计”的思想，但是产品有实质性变化时设计需要反复试验和修正，影响了并行设计的效果。要有效地加快设计进程，最合理的方法是加快样机的试制。由于物理样机的试验和改进延长了设计周期，多个样机的制造更导致成本高昂，可见传统的基于物理样机的产品开发设计模式有待改进。

1.2市场竞争的需要

随着世界经济和科学技术的飞速发展，企业为了提高竞争力，必须缩短新产品研制和开发，降低产品的研发成本，进行创新性设计.计算机仿真技术就是在这种迫切需要的驱动下产生的。

1.3仿真技术实现的可能性

计算机软硬件的发展，为计算机仿真技术的实现提供了良好的支持和技术环境。仿真技术的产生和发展与cad技术的成熟及大规模推广应用分不开。此外，机械系统动力学建模理论的计算机实现使得参数化机械系统动力学数学“软模型”得以很好实现。计算机硬件的发展，加上数值算法的进步，加快了复杂的数学模型仿真运算速度，促进了计算机可视化技术及动画显示技术的提高，为虚拟样机技术提供了良好的用户交互界面。

2计算机仿真技术发展趋势

虽然现有的仿真工具可以有效辅助产品某个功能单元的设计开发，但随着产品规模和复杂程度的不断增长，分系统问的关系也越来越复杂。仅靠传统的单领域仿真已经很难满足对整个产品或其某个复杂子系统的功能和行为分析。目前，有不少商用仿真软件本身里边有好多模块，它既可以对一个产品进行联合仿真，同时也提供了与其他仿真软件之间的接口。通过这些接口，实现多领域建模，并提供联合仿真运行功能。

3联合仿真技术的特点

传统的设计思想是串行的过程，从设计到产品的批量生产按照从前至后的顺序进行。在整个过程中各个小组往往把注意力集中在各自的细节上而忽略了整机性能，最终产品集成后存在冲突缺陷。

联合仿真技术采用数字仿真的形式进行虚拟产品设计开发，仿真模型的参数就是物理样机的设计参数，虚拟样机因为参数修改方便，相比物理样机而言是“软模型”，能轻易地实现原型的多样化，柔性好。无需制造实物样机就可预测产品的性能.节省了物理样机制造时间，降低了开发成本，减少了风险。

4仿真技术与液压挖掘机开发

4.1复杂产品仿真技术研究现状

复杂产品通常涉及众多学科领域，其每个子系统都可能是由各学科领域的零部件组成。众多的子系统相互作用，组成一个有机的整体，展示出产品的外观和功能。

仿真通过对所要研究系统模型的开发，帮助人们了解系统的行为，使人们在产品设计阶段即可对产品行为进行全面的分析，并有可能根据产品行为进行优化设计。复杂产品由于自身的复杂性，开发难度大、时间长、成本高，因此要求将仿真应用于其设计中，使企业能以更短的时间、更好的质量、更低的成本推出自己的产品。在过去的10—20年内，随着计算机软、硬件技术的飞速发展，仿真技术已在复杂产品设计中得到大量应用。

4.1.1系统动力学仿真现状

虚拟样机是一种新型的设计、开发和评估手段，其在工程中的应用是通过商业化软件实现的。由于系统仿真技术能够满足真实产品设计要求，通过建立机械系统的虚拟样机。使得在物理样机建造前便可分析出它们的工作性能，因而其日益受到国内外机械领域的重视。目前，国际上有20多家公司在这个日益增长的市场上竞争，比较有影响的有美国msc.soflware公司的adams、比利时lms公司的dads等。

4.1.2液压控制系统仿真现状

从20世纪70年代初开始，国外开始进行液压系统和元件的计算机数字仿真研究，经过几十年的研究开发，液压仿真软什的性能实现了从原先的精度低、速度慢，发展到精度高、速度快：从只能处理线性系统发展到能处理非线性系统；从复杂的编程和输入发展到交互友好的图形用户界面等。随着计算机技术的发展，液压系统仿真技术得到了迅速发展，近几年来，各款老牌的液压仿真软件公司纷纷推出了面目一新的版本，例如，英国的bathfp、瑞典的hopsan等。

4.1.3联合仿真现状

目前。人们已经开始将机械、控制、电子和软件等多领域的联合仿真应用于汽车、铁路车辆、作战系统等复杂产品的设计中，例如：福特公司将整车多体动力学仿真和汽车姿态控制系统仿真集成，通过机械、控制的多领域联合仿真，使机械设计人员和控制系统设计人员能够更好地进行通信和协同工作，极大地缩短了产品开发时间。

虽然联合仿真已经在很多领域得到应用，但目前的应用还存在诸多局限，主要体现在：通常只能做到机械、控制和液压等少数领域的联合仿真。通常只能局限于单台计算机上集中进行，分布式协同建模和分布式仿真运行几乎不可能。

4.2仿真技术在液压挖掘机领域的应用

4.2.1国内应用现状

国内液压挖掘机行业近年来虽有很大发展，但与国外挖掘机行业发达国家相比仍存在许多不足，设计水平与发达国家相比有较大的差距。国内众多的研究人员和单位对液压挖掘机工作装置设计进行了不少研究，开发了设计软件，他们的研究基本上局限于某些问题的解决，关于工作装置设计参数分析和在cad上其自动设计的综合研究文献还没有。因此，开发出的软件缺少通用性，不能用于挖掘机一些通用问题的解决，对液压挖掘机进行分析的大型通用软件目前市场上还很少。

4.2.2国外应用现状

仿真技术在国外工程机械的很多方面都得到应用，如车辆悬架设计、发动机设计和冲击特性预测、驾驶员行为特性仿真、挖掘功率预测及工作效率预测等多方面都成功地应用了仿真技术。

机械仿真设计篇6

关键词：项目教学法；计算机仿真；创新；实践

一、前言

研究生教学有其突出的特点，他们中多数人理论基础扎实，获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践，结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点，对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力，增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。

二、课程定位及课程特点

随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具，计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。为了拓宽机械工程专业基础，提高培养对象的整体素质，更好地适应社会对机械工程专业人才的需求，高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程，考虑专业应用需求并结合教学实践情况，课程目的是通过本课程的学习，要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具，以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。一方面，基于仿真技术课程的内容方法较多，实践性强的特点；另一方面，授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点，如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践，以达到计算机仿真技术教学目标。

三、教学内容的设置和教学方法的选择

课程开设初期，由于只是机械电子工程专业方向的同学选修，所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加，以及选修学生所属专业方向的扩大，专业方向包括：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程（专业学位）等，基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点，并充分结合相关课程内容，必须在教学内容的选排上下功夫。项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元，将理论教学和实践教学有机融合在一起，强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性，突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此，为了满足各个专业方向学生的要求，使他们能够掌握一门工程分析技术，为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段，本人在讲授该门课程的过程中，逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授，调整授课内容，采用专题教学方法使课程主题内容分明，有利于将仿真方法讲深、讲透。2.扩展所授课程内容涵盖的范围，包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容，以满足各专业方向学生的需求。3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向，灵活设计若干个专题实验，使学生学以致用，培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。4.采用多个工程应用实例进行教学，从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使学生从生产实际认知的研究对象，提升到理论高度的学习，应用所学的各科理论知识和技术手段，进行数学建模、仿真建模的建立，并对模型求解以及特性进行分析，获得直观结果，提高学生学习兴趣，最终解决实际工程问题，培养学生解决工程实例问题的能力。5.结合学科前沿，进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后，为强化计算机仿真在实际工程的应用概念，在此基础上，以项目形式，开展课程学科前沿以及将该门课程与现代技术融合等专题讨论。6.增加实验环节，培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台，扩充计算机仿真技术资料，提供最新的仿真案例，结合教学团队的科研课题，设计实验项目，培养研究生工程实际应用能力。

四、项目教学法的教学效果

基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践，满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求，教学方法和手段的完善，使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术，使学生掌握一门工程分析技术，为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生选课，工程硕士每年20人左右选课，课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生，发表与该课程相关的学术论文近20篇，撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。

五、结束语