ADAMS在現(xiàn)代設(shè)計方法中的應(yīng)用

會計學1ADAMS在現(xiàn)代設(shè)計方法中的應(yīng)用一、虛擬樣機技術(shù)簡介虛擬樣機技術(shù)有什么用處？

1990年10月29日，美國波音公司正式啟動波音777飛機研制計劃，采用一種全新的設(shè)計與制造方式——虛擬樣機技術(shù)，4年半之后，于1994年6月12日直接進行了第1架波音777的首次試飛。波音777飛機的研制采用了全數(shù)字化的無紙設(shè)計技術(shù)，整機外型、結(jié)構(gòu)件和整機飛機系統(tǒng)100%采用三維數(shù)字化定義，100%應(yīng)用數(shù)字化預(yù)裝配，整個設(shè)計制造過程無需模型和樣機，一次成功，首次實現(xiàn)了整機數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造和數(shù)字化協(xié)調(diào)。對比以往的飛機研制，波音777成本降低了25%，出錯返工率減少了75%，制造周期從8年縮短到5年。波音777的研制成為現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)新技術(shù)應(yīng)用的里程碑，其采用的開發(fā)過程現(xiàn)在稱之為虛擬產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)用的開發(fā)技術(shù)稱之為虛擬樣機技術(shù)（VirtualPrototyping-VP），是一個經(jīng)典的現(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用例子。第2頁/共28頁第1頁/共28頁第3頁/共28頁第2頁/共28頁虛擬設(shè)計與傳統(tǒng)有什么區(qū)別？第4頁/共28頁第3頁/共28頁虛擬樣機典型代表—ADAMS機械系統(tǒng)建模幾何建模施加運動副和運動約束施加載荷仿真分析設(shè)置測量和仿真輸出仿真輸出仿真結(jié)果分析回放仿真結(jié)果繪制仿真結(jié)果曲線輸入實驗數(shù)據(jù)添加實驗數(shù)據(jù)曲線增加摩擦，改進載荷定義柔性物體和連接定義控制精制系統(tǒng)模型驗證分析結(jié)果與實驗結(jié)果一致

重復(fù)仿真分析設(shè)置可變參數(shù)點定義設(shè)計變量系統(tǒng)優(yōu)化分析主要設(shè)計影響因素研究試驗設(shè)計研究最優(yōu)化研究是否第5頁/共28頁第4頁/共28頁二、設(shè)計原理及技術(shù)要求設(shè)計原理下壓操作手柄(handle)，掛鎖就能夠夾緊。下壓時，曲柄(pivot)繞最下面鉸鏈順時針轉(zhuǎn)動，將鉤子(hook)向后拖動，此時，連桿(slider)向下傾斜運動。當其中三點在一條直線上時，夾緊力達到最大值。連桿與手柄的鉸接從應(yīng)該在此直線的下方移動，直到操作手柄(handle)停在鉤子(hook)上部。這樣使得夾緊力接近最大值，但只需一個較小的力就可以打開掛鎖。第6頁/共28頁第5頁/共28頁1、能產(chǎn)生至少800N的夾緊力。2、手動夾緊，用力不大于80N。3、手動松開時做功最少。4、必須在給定的空間內(nèi)工作。5、有震動時，仍能保持可靠夾緊。

彈簧掛鎖技術(shù)要求根據(jù)對掛鎖操作過程的描述可知，POINT_1與POINT_9的相對位置對于保證掛鎖滿足設(shè)計要求是非常重要的。因此，在建立和測試模型時，可以通過改變這兩點之間的相對位置來研究它們對設(shè)計要求的影響。第7頁/共28頁第6頁/共28頁1、創(chuàng)建一個包括運動件、運動副、柔性連接和作用力等在內(nèi)的機械系統(tǒng)模型；2、通過模擬仿真模型在實際操作過程中的動作來測試所建模型；3、通過將模擬仿真結(jié)果與物理樣機試驗數(shù)據(jù)對照比較來驗證所設(shè)計的方案；4、細化模型，使你的仿真測試數(shù)據(jù)符合物理樣機試驗數(shù)據(jù)；5、深化設(shè)計，評估系統(tǒng)模型針對不同的設(shè)計變量的靈敏度；6、優(yōu)化設(shè)計方案，找到能夠獲得最佳性能的最優(yōu)化設(shè)計組合；7、使各設(shè)計步驟自動化，以便你能迅速地測試不同的設(shè)計可選方案。設(shè)計方案第8頁/共28頁第7頁/共28頁三、具體設(shè)計步驟

建物理模型并檢測可行性創(chuàng)建一個包括運動件、運動副、剛體以及柔性連接等在內(nèi)的機械系統(tǒng)模型。由于本次是初步設(shè)計，所以先假設(shè)所有構(gòu)件為剛體。進行仿真來檢驗?zāi)Ｐ褪欠窨梢赃\動，相互之間是否有干涉等等。

因為沒有給模型加載，作用在模型上的力只有重力。第9頁/共28頁第8頁/共28頁對模型施加載荷并再次仿真獲得相關(guān)數(shù)據(jù)

通過模擬仿真模型在實際操作過程中的動作來測試所建模型。進行仿真來檢驗是否把各構(gòu)件和運動鉸鏈正確地連接到了一起。在仿真過程中，手柄、鉤子和連桿相對曲柄做圓周運動，而曲柄相對大地做轉(zhuǎn)動。這次仿真也要通過彈簧加入兩個測量獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

從上圖可以看出當夾角為0后,角度就始終為負值,可見已經(jīng)達到了能夠防震的要求。第10頁/共28頁第9頁/共28頁加入傳感器再次獲得數(shù)據(jù)通過模型仿真觀察模型組裝是否正確，傳感器能否在Overcenter_angle小于或等于0時停止仿真。為什么右圖中曲線與橫坐標的交點不是坐標零點？第11頁/共28頁第10頁/共28頁驗證測試結(jié)果把仿真模擬數(shù)據(jù)同物理樣機試驗數(shù)據(jù)比較。通過比較，可以知道你所建的模型與實際物理模型的差別之處，也就可以通過修改模型以消除這些不足之處。第12頁/共28頁第11頁/共28頁將樣機模型參數(shù)化處理對模型進行細化處理，給關(guān)鍵位置的點加入更多的參數(shù)化成分。這樣你就可以比較不同的模型參數(shù)對夾緊力大小的影響。第13頁/共28頁第12頁/共28頁虛擬樣機優(yōu)化設(shè)計基本概念A(yù)DAMS的三種參數(shù)化分析方式設(shè)計研究（DesignStudy）試驗設(shè)計（DesignofExperiments）優(yōu)化分析（Optimization）第14頁/共28頁第13頁/共28頁設(shè)計研究（DesignStudy）主要考慮一個設(shè)計變量的變化對樣機性能的影響。最終的研究結(jié)果：設(shè)計變量的變化對樣機性能的影響設(shè)計變量的最佳取值設(shè)計變量的靈敏度第15頁/共28頁第14頁/共28頁試驗設(shè)計（DesignofExperiments）考慮多個設(shè)計變量同時發(fā)生變化對樣機性能的影響，它包括設(shè)計矩陣的建立和試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析。它可以增加獲得結(jié)果的可信度，并且得到結(jié)果的速度比試錯法試驗或者一次測試一個因子的試驗更快，同時更能有助于用戶更好地理解和優(yōu)化機械系統(tǒng)的性能。第16頁/共28頁第15頁/共28頁優(yōu)化分析（Optimization）通過優(yōu)化分析可以獲得在給定的設(shè)計變量變化范圍內(nèi)目標對象達到最大或者最小的情況優(yōu)化分析過程中的目標函數(shù)是一個數(shù)值表達式，可以表示質(zhì)量、效率、總的材料成本、運行時間、所需的能量、樣機的穩(wěn)定性等等。還有一個重要的概念就是約束，有了約束才能使得目標函數(shù)的解為有限個，有了約束才能排除不滿足條件的設(shè)計方案。第17頁/共28頁第16頁/共28頁進行設(shè)計研究現(xiàn)在你的工作應(yīng)著眼于迅速地獲得一個經(jīng)過改善的模型，它能夠滿足說明書提出的各種要求和彈簧掛鎖所有的必需動作。在滿足手柄過鎖死點的條件下，要對一些點進行設(shè)計方案研究，從中找到一種方案使夾緊力達到最大值。在設(shè)置設(shè)計函數(shù)的目標函數(shù)時選擇最小值選項，因為計算所得的彈簧力為負值最小值實際上代表彈簧力的最大絕對值。第18頁/共28頁第17頁/共28頁對第一個設(shè)計變量的研究結(jié)果彈簧力隨設(shè)計變量的變化曲線設(shè)計變量DV-1的取值范圍彈簧力隨時間變化的曲線手柄角度隨時間的變化曲線第19頁/共28頁第18頁/共28頁對第一個設(shè)計變量的研究結(jié)果設(shè)計研究報告表從設(shè)計研究報告看以得到：第一個點的X坐標（DV-1）取不同的值時，夾緊力的敏感程度。當設(shè)計變量取初始值的時候的敏感度為-85.471。設(shè)計變量取1時可以獲得最佳的夾緊效果。設(shè)計靈敏度為彈簧力的改變量與曲柄位置改變量的比值。靈敏度為曲線SPRING_1_forceVs.DV_1的斜率。第20頁/共28頁第19頁/共28頁對所有變量的設(shè)計研究結(jié)果從這個表中可以看出，第4、3、8個設(shè)計變量對夾緊力有較大的影響，下面就要對這三個變量對應(yīng)的位置進行調(diào)整，以獲得進一步的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。第21頁/共28頁第20頁/共28頁進行最優(yōu)化設(shè)計利用上表的設(shè)計研究結(jié)果來選擇哪些設(shè)計變量應(yīng)用于最優(yōu)化處理。用DV_4，DV_6，DV_8進行最優(yōu)化計，因為它們看起來對夾緊力影響最大。用這些參數(shù)進行最優(yōu)化將使彈簧力達到最大值。因為模型必須在給定的空間工作，所以要對設(shè)計變量進行如下限制：設(shè)計變量名設(shè)計點位置最小值最大值DV_4（POINT_2Y）16DV_6（POINT_3Y）6.510DV_8（POINT_8Y）911第22頁/共28頁第21頁/共28頁各次迭代過程的最大夾緊力迭代過程中設(shè)計變量4的夾緊力迭代過程中設(shè)計變量6的夾緊力迭代過程中設(shè)計變量8的夾緊力迭代過程中彈簧的夾緊力第23頁/共28頁第22頁/共28頁各目標函數(shù)隨時間的變化曲線彈簧力隨時間的變化曲線手柄角度隨時間的變化曲線第24頁/共28頁第23頁/共28頁最終的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果報告第25頁/共28頁第24頁/共28頁優(yōu)化設(shè)計自動化（面向用戶）這一節(jié)的設(shè)計就是為了滿足掛鎖的最后兩項設(shè)計要求：手動夾緊用力不超過80N；松開時用力不超過5.0N。為達到這兩項要求，要迅速地、交互地試驗多種不同的手柄力，因此需要使設(shè)計過程實現(xiàn)自動化