機電產(chǎn)品的虛擬設計與仿真(編輯修改稿)
2025-02-10 20:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 系、華中科技大學CAD／ CAM中心、華中科技大學仿真中心、武漢理工大學智能制造與控制研究所及汽車學院、廣東工業(yè)大學等單位都進行了一些有成效的研究工作和成功嘗試。其中，上海交通大學 CIM研究所承擔了國家自然科學基金重點項目“虛擬制造的理論與技術基礎”，在有關理論與方法、系統(tǒng)開發(fā)與應用、虛擬環(huán)境建設方面做了很好的工作。 ? 工程應用 – 虛擬現(xiàn)實技術在汽車制造業(yè)的廣泛應用。 ? 美國通用汽車公司的 CAVE ? 福特公司的虛擬工廠 ? 英國航空實驗室的虛擬轎車客艙 ? 雷諾汽車公司的“ city Fleet” 虛擬現(xiàn)實的主要應用領域 ? 工程應用 – 虛擬現(xiàn)實技術在飛行仿真領域的應用 ? 飛行員的操縱艙系統(tǒng) ? 顯示外部圖像的視覺系統(tǒng) ? 產(chǎn)生運動感的運動系統(tǒng) ? 計算和控制飛行運動的計算機系統(tǒng)。 虛擬現(xiàn)實的主要應用領域 ? 工程應用 – 虛擬現(xiàn)實技術在虛擬實驗的應用 ? 虛擬風洞 ? 虛擬物理實驗室 ? 虛擬電力控制室 虛擬現(xiàn)實的主要應用領域 ? 醫(yī)學領域的應用 – “虛擬現(xiàn)實”裝置 – 虛擬現(xiàn)實技術分析神經(jīng)系統(tǒng) – 分子造型 虛擬現(xiàn)實的主要應用領域 ? 教育培訓領域的應用 – 建筑工程學 – 考古學 – 醫(yī)學教育 – 導游培訓 – 生物教育 – 歷史教育 – 化學和物理教育 – 社會科學 虛擬現(xiàn)實的主要應用領域 ? 軍事應用 – 步兵訓練系統(tǒng) – 作戰(zhàn)仿真系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實技術的應用實例 ?網(wǎng)上虛擬商城 ?山城自駕游 虛擬現(xiàn)實技術的應用實例 虛擬工人進入飛機內(nèi)部檢查管道的場景 虛擬現(xiàn)實技術的應用實例 ? 美國國家航空航天局 (NASA)就建立了這樣一個虛擬風洞系統(tǒng) ， 該系統(tǒng)使用三維工作站產(chǎn)生空氣流動場的可視化圖象 ， 用戶通過 BOOM顯示器和數(shù)據(jù)手套與虛擬場景進行交互 。 數(shù)據(jù)手套用作煙的生成器 ， 以便用戶能觀察到局部氣流的流動情況 。 虛擬現(xiàn)實技術的應用實例 ? 美國 Navstar公司是一家卡車制造商 ， 它利用虛擬油漆車間來安排噴漆機械手的位置 ， 使其發(fā)揮最高功效 。 這套 UltraPaint軟件是 Deneb公司提供的 ， 它能對多個機械手和噴漆槍的運動軌跡和動作以及噴漆工藝參數(shù)進行仿真 ， 如圖示 。 虛擬現(xiàn)實技術的應用實例 虛擬現(xiàn)實技術未來發(fā)展展望 ? ( 1) 動態(tài)環(huán)境建模技術。 虛擬環(huán)境的建立是 VR 技術的核心內(nèi)容 , 動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù) , 并根據(jù)需要建立相應的虛擬環(huán)境模型。 ? ( 2) 實時三維圖形生成和顯示技術。 三維圖形的生成技術已比較成熟 , 而關鍵是怎樣“實時生成” , 在不降低圖形的質(zhì)量和復雜程度的基礎上 , 如何提高刷新頻率將是今后重要的研究內(nèi)容。此外 , VR 還依賴于立體顯示和傳感器技術的發(fā)展 , 現(xiàn)有的虛擬設備還不能滿足系統(tǒng)的需要 , 有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術。 ? ( 3) 新型交互設備的研制。 虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)人能夠自由與虛擬世界對象進行交互 , 猶如身臨其境 , 借助的輸入輸出設備主要有頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維位置傳感器和三維聲音產(chǎn)生器等。因此 , 新型、便宜、魯棒性優(yōu)良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來研究的重要方向。 ? ( 4) 智能化語音虛擬現(xiàn)實建模。 虛擬現(xiàn)實建模是一個比較繁復的過程 , 需要大量的時間和精力。如果將 VR 技術與智能技術、語音識別技術結合起來 , 可以很好地解決這個問題。我們對模型的屬性、方法和一般特點的描述通過語音識別技術轉化成建模所需的數(shù)據(jù) , 然后利用計算機的圖形處理技術和人工智能技術進行設計、導航以及評價 , 將模型用對象表示出來 , 并且將各種基本模型靜態(tài)或動態(tài)地連接起來 , 最終形成系統(tǒng)模型。人工智能一直是業(yè)界的難題 , 人工智能在各個領域十分有用 , 在虛擬世界也大有用武之地 , 良好的人工智能系統(tǒng)對減少乏味的人工勞動具有非常積極的作用。 ? ( 5) 分布式虛擬現(xiàn)實技術的展望。 分布式虛擬現(xiàn)實是今后虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展的重要方向。隨著眾多 DVE 開發(fā)工具及其系統(tǒng)的出現(xiàn) , DVE 本身的應用也滲透到各行各業(yè) , 包括醫(yī)療、工程、訓練與教學以及協(xié)同設計。仿真訓練和教學訓練是 DVE 的又一個重要的應用領域 , 包括虛擬戰(zhàn)場、輔助教學等。另外 , 研究人員還用 DVE 系統(tǒng)來支持協(xié)同設計工作。近年來 , 隨著 Inter 應用的普及 , 一些面向 Inter 的 DVE 應用使得位于世界各地多個用戶可以進行協(xié)同工作。將分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或仿真器通過網(wǎng)絡聯(lián)結起來 ,采用協(xié)調(diào)一致的結構、標準、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫 , 形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán)境 , 參與者可自由地進行交互作用。特別是在航空航天中應用價值極為明顯 , 因為國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域 , 分布式 VR 訓練環(huán)境不需要在各國重建仿真系統(tǒng) , 這樣不僅減少了研制費和設備費用 , 減少了人員出差的費用以及異地生活的不適。 2. 虛擬樣機技術 虛擬樣機定義 VP工具分類 Vp方法 ADAMS例子 （ Virtual Prototype) – 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，以產(chǎn)品的數(shù)字化模型為基礎，在計算機中對模型的各種動態(tài)性能進行分析、測試和評估，并根據(jù)分析結果改進設計方案，從而達到以虛擬產(chǎn)品模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實物樣機試驗的目的 – 涉及技術：產(chǎn)品三維建模技術、傳感器技術、顯示技術、有限元分析技術、機電液控制技術、優(yōu)化技術、系統(tǒng)運動學和動力學分析理論等。 物理原型及其不足 ? 傳統(tǒng)原型 材料去除法 ?手工 ?手工 +機加工 ?完全自動化加工 – 快速原型 材料添加法 – 混合原型 包括材料去除和添加 – 物理原型的不足 – Michigan州立大學的 Gowda提出：“ VP是一種利用虛擬現(xiàn)實和其他信息技術建立的數(shù)字原型。 – Pennsylvania大學的 Song提出：”
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