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仿真技術(shù)與液壓挖掘機的開發(fā)
（作者未知） 2010/6/14
摘要：液壓挖掘機是一種功能典型、工況復(fù)雜、用途非常廣泛的工程機械，特別是在中國這樣一個發(fā)展中國家，幾乎在所有的基礎(chǔ)建設(shè)中都要用到挖掘機。文章介紹了計算機仿真技術(shù)，及其在液壓挖掘機設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；液壓挖掘機；聯(lián)合仿真
液壓挖掘機是一種功能典型、工況復(fù)雜、用途非常廣泛的工程機械，特別是在中國這樣一個發(fā)展中國家，幾乎在所有的基礎(chǔ)建設(shè)中都要用到挖掘機。節(jié)能型挖掘機就成為發(fā)展的方向和趨勢，利用計算機仿真技術(shù)進行液壓挖掘機的設(shè)計開發(fā)成為目前主要的先進設(shè)計手段之一。
1 計算機仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景
1.1傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷
傳統(tǒng)批量產(chǎn)品的開發(fā)過程通過單件產(chǎn)品的模型試驗來獲取信息，然后再制造物理樣機來核查設(shè)計要求是否達到。要加快設(shè)計周期，滿足市場需求，可以采用“并行設(shè)計”的思想，但是產(chǎn)品有實質(zhì)性變化時設(shè)計需要反復(fù)試驗和修正，影響了并行設(shè)計的效果。要有效地加快設(shè)計進程，最合理的方法是加快樣機的試制。由于物理樣機的試驗和改進延長了設(shè)計周期，多個樣機的制造更導(dǎo)致成本高昂，可見傳統(tǒng)的基于物理樣機的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計模式有待改進。
1.2市場競爭的需要
隨著世界經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，企業(yè)為了提高競爭力，必須縮短新產(chǎn)品研制和開發(fā)，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，進行創(chuàng)新性設(shè)計.計算機仿真技術(shù)就是在這種迫切需要的驅(qū)動下產(chǎn)生的。
1.3仿真技術(shù)實現(xiàn)的可能性
計算機軟硬件的發(fā)展，為計算機仿真技術(shù)的實現(xiàn)提供了良好的支持和技術(shù)環(huán)境。仿真技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展與CAD技術(shù)的成熟及大規(guī)模推廣應(yīng)用分不開。此外，機械系統(tǒng)動力學(xué)建模理論的計算機實現(xiàn)使得參數(shù)化機械系統(tǒng)動力學(xué)數(shù)學(xué)“軟模型”得以很好實現(xiàn)。計算機硬件的發(fā)展，加上數(shù)值算法的進步，加快了復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型仿真運算速度，促進了計算機可視化技術(shù)及動畫顯示技術(shù)的提高，為虛擬樣機技術(shù)提供了良好的用戶交互界面。
2 計算機仿真技術(shù)發(fā)展趨勢
雖然現(xiàn)有的仿真工具可以有效輔助產(chǎn)品某個功能單元的設(shè)計開發(fā)，但隨著產(chǎn)品規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷增長，分系統(tǒng)問的關(guān)系也越來越復(fù)雜。僅靠傳統(tǒng)的單領(lǐng)域仿真已經(jīng)很難滿足對整個產(chǎn)品或其某個復(fù)雜子系統(tǒng)的功能和行為分析。目前，有不少商用仿真軟件本身里邊有好多模塊，它既可以對一個產(chǎn)品進行聯(lián)合仿真，同時也提供了與其他仿真軟件之間的接口。通過這些接口，實現(xiàn)多領(lǐng)域建模，并提供聯(lián)合仿真運行功能。
3 聯(lián)合仿真技術(shù)的特點
傳統(tǒng)的設(shè)計思想是串行的過程，從設(shè)計到產(chǎn)品的批量生產(chǎn)按照從前至后的順序進行。在整個過程中各個小組往往把注意力集中在各自的細節(jié)上而忽略了整機性能，最終產(chǎn)品集成后存在沖突缺陷。
聯(lián)合仿真技術(shù)采用數(shù)字仿真的形式進行虛擬產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，仿真模型的參數(shù)就是物理樣機的設(shè)計參數(shù)，虛擬樣機因為參數(shù)修改方便，相比物理樣機而言是“軟模型”，能輕易地實現(xiàn)原型的多樣化，柔性好。無需制造實物樣機就可預(yù)測產(chǎn)品的性能.節(jié)省了物理樣機制造時間，降低了開發(fā)成本，減少了風(fēng)險。
4 仿真技術(shù)與液壓挖掘機開發(fā)
4.1復(fù)雜產(chǎn)品仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀
復(fù)雜產(chǎn)品通常涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域，其每個子系統(tǒng)都可能是由各學(xué)科領(lǐng)域的零部件組成。眾多的子系統(tǒng)相互作用，組成一個有機的整體，展示出產(chǎn)品的外觀和功能。
仿真通過對所要研究系統(tǒng)模型的開發(fā)，幫助人們了解系統(tǒng)的行為，使人們在產(chǎn)品設(shè)計階段即可對產(chǎn)品行為進行全面的分析，并有可能根據(jù)產(chǎn)品行為進行優(yōu)化設(shè)計。復(fù)雜產(chǎn)品由于自身的復(fù)雜性，開發(fā)難度大、時間長、成本高，因此要求將仿真應(yīng)用于其設(shè)計中，使企業(yè)能以更短的時間、更好的質(zhì)量、更低的成本推出自己的產(chǎn)品。在過去的10—20年內(nèi)，隨著計算機軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，仿真技術(shù)已在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計中得到大量應(yīng)用。
4.1.1系統(tǒng)動力學(xué)仿真現(xiàn)狀
虛擬樣機是一種新型的設(shè)計、開發(fā)和評估手段，其在工程中的應(yīng)用是通過商業(yè)化軟件實現(xiàn)的。由于系統(tǒng)仿真技術(shù)能夠滿足真實產(chǎn)品設(shè)計要求，通過建立機械系統(tǒng)的虛擬樣機。使得在物理樣機建造前便可分析出它們的工作性能，因而其日益受到國內(nèi)外機械領(lǐng)域的重視。目前，國際上有20多家公司在這個日益增長的市場上競爭，比較有影響的有美國MSC.Soflware公司的ADAMS、比利時LMS公司的DADS等。
4.1.2液壓控制系統(tǒng)仿真現(xiàn)狀
從20世紀(jì)70年代初開始，國外開始進行液壓系統(tǒng)和元件的計算機數(shù)字仿真研究，經(jīng)過幾十年的研究開發(fā)，液壓仿真軟什的性能實現(xiàn)了從原先的精度低、速度慢，發(fā)展到精度高、速度快：從只能處理線性系統(tǒng)發(fā)展到能處理非線性系統(tǒng)；從復(fù)雜的編程和輸入發(fā)展到交互友好的圖形（未完，下一頁）
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