劉艷東

（唐山開灤鐵拓重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司，河北 唐山 063103）

液壓支架虛擬樣機(jī)是我國上個(gè)世紀(jì)90年代中后期才興起的一種煤礦用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，可以說是仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等諸多技術(shù)相互結(jié)合的綜合產(chǎn)物。隨著我國科技的發(fā)展，它的應(yīng)用已被用在液壓系統(tǒng)、汽車制造、機(jī)械工程等領(lǐng)域，在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造中發(fā)揮了作用。據(jù)筆者所了解，在虛擬造型設(shè)計(jì)、虛擬工藝等諸多的方面在我國都取得了較好的成績。

1 液壓支架虛擬樣機(jī)功能組成

它的功能組成，一般來說是以CAD技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為中心，共同組成。其功能組成具體如圖1所示。從圖中我們不難看出該系統(tǒng)主要由二維建模、三維建模、動(dòng)力學(xué)仿真、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、靜力學(xué)分析等組成。

圖1

而它的技術(shù)特點(diǎn)是，以低研發(fā)成本、短的研發(fā)周期、高的產(chǎn)品質(zhì)量通過計(jì)算機(jī)技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型；并且克服單個(gè)企業(yè)資源的局限性，來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的重要手段。

圖2

我們知道，虛擬樣機(jī)具有多個(gè)領(lǐng)域、多種類型的物理特性。在實(shí)際生產(chǎn)中為了能對(duì)產(chǎn)品特性進(jìn)行全面仿真，虛擬樣機(jī)必須能夠反映產(chǎn)品的各種性能，筆者給出了虛擬樣機(jī)的多視圖結(jié)構(gòu)。如圖2所示。

2 液壓支架虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思想。液壓支架虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)中心思想是在物理樣機(jī)實(shí)現(xiàn)之前，我們通過在虛擬樣機(jī)上的全面仿真，對(duì)產(chǎn)品功能、性能外觀等進(jìn)行猜測、評(píng)估和優(yōu)化，以達(dá)到提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本和縮短研發(fā)周期。

目前來說，煤礦用虛擬樣機(jī)是對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD 技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用，這也對(duì)設(shè)計(jì)者提出了很高的要求，要求設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在其管理、技術(shù)等方面要全面，更要集中于信息流、物流的集成和優(yōu)化。筆者認(rèn)為，設(shè)計(jì)者要對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD 技術(shù)熟悉，同時(shí)也要把特殊專業(yè)的知識(shí)消化并利用到實(shí)際研發(fā)設(shè)計(jì)中，目的是更好更快地投入到實(shí)際應(yīng)用。

2.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)。它在實(shí)際設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員要通過虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上并進(jìn)行試驗(yàn)和分析，根據(jù)結(jié)果再次對(duì)模型信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的修改。

2.3 設(shè)計(jì)方法。在我國，液壓虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)采用分布的、并行的方法來建立產(chǎn)品模型，建立的模型一定要具備有效的管理和協(xié)同運(yùn)行這些模型，并具備有產(chǎn)品生命周期及其他信息和在工作中支持信息的共享。

在設(shè)計(jì)中我們對(duì)每個(gè)特定虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)過程要保持?jǐn)?shù)據(jù)視圖。其中，在一個(gè)設(shè)計(jì)過程中，不同的用戶只能共享該設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)視圖，而且一個(gè)特定的用戶可以通過參與不同層次的設(shè)計(jì)過程和活動(dòng)來共享不同層次的產(chǎn)品視圖。

同時(shí)，筆者認(rèn)為，它的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的，在設(shè)計(jì)過程中，如果當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)已經(jīng)通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或其他的計(jì)算過程時(shí)候，設(shè)計(jì)人員可以取消或跳過這個(gè)設(shè)計(jì)；同時(shí)，在工作流運(yùn)行過程中不能對(duì)模型實(shí)鍘的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，因此設(shè)計(jì)人員在這樣的工作流執(zhí)行過程中，不能對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)的處理。

2.4 對(duì)虛擬樣機(jī)的構(gòu)建。經(jīng)過上面的分析，筆者嘗試著對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行構(gòu)建。第一種對(duì)虛擬樣機(jī)方案的設(shè)計(jì)構(gòu)建。在操作中我們可以選擇SolidWorks作為三維建模平臺(tái)，可以在上面選取Cosmos/Works作為靜力分析的模塊，同時(shí)設(shè)計(jì)人員可以任意選取Cosmos／motion，DDM和 Visual NastranDeskTop作為運(yùn)動(dòng)仿真模塊。

第二種對(duì)虛擬樣機(jī)方案的設(shè)計(jì)構(gòu)建，同樣我們也可以選擇SolidWorks作三維建模平臺(tái)，并選取De-signSpace作為靜力分析模塊，同時(shí)選取Cosmos/mo-tion等作為運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)建。

第三種對(duì)虛擬樣機(jī)方案的設(shè)計(jì)構(gòu)建。同樣來說，設(shè)計(jì)人員可以選用SolidWorks作三維建模平臺(tái)，選取Visual Nastran DeskTop作為靜力分析模塊和運(yùn)動(dòng)。

在實(shí)際操作中，經(jīng)過上面三種方案的比對(duì)，筆者認(rèn)為第三種設(shè)計(jì)方案是最佳的，在應(yīng)用中我們可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求的不同，可以任選其一。

3 液壓支架虛擬樣機(jī)的技術(shù)應(yīng)用

說起液壓支架虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，它的應(yīng)用可以貫穿于液壓支架的評(píng)估、使用生命周期中，同時(shí)也可以對(duì)虛擬樣機(jī)代替物理模型對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用、測試設(shè)計(jì)和評(píng)估分析，可以大大地提高對(duì)產(chǎn)品一次交驗(yàn)合格率，提高經(jīng)濟(jì)效益。通過這項(xiàng)技術(shù)，我們還可為企業(yè)建立良好的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，培養(yǎng)一支掌握現(xiàn)代化設(shè)計(jì)、管理方法和手段，具有開拓創(chuàng)新精神的高素質(zhì)技術(shù)人員隊(duì)伍和管理人員隊(duì)伍。

[1]郝虎.虛擬樣機(jī)技術(shù)在采煤機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2011（25）.

[2]張悅刊.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的液壓支架設(shè)計(jì)方法研究[D].山東科技大學(xué)，2007.

[3]陳艷.虛擬樣機(jī)技術(shù)在液壓支架性能分析中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2006（02）.

[4]成經(jīng)平，丁晚景，雷才洪，黃新民.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的液壓立爪裝煤機(jī)設(shè)計(jì)及仿真分析[A].湖北省裝備制造業(yè)自主創(chuàng)新與發(fā)展研討會(huì)論文集[C].2007.