賀江澤

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭前灣煤業(yè)有限公司， 山西 鄉(xiāng)寧 042100）

引言

在全球化發(fā)展趨勢不斷加速的今天，各企業(yè)均在不斷尋找新的能夠提高機(jī)械設(shè)計(jì)速度和可靠性的方法，以解決現(xiàn)有的機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)分開設(shè)計(jì)，在試制階段才進(jìn)行組合所存在的周期長、可靠性差、成本高的缺陷[1]。本文提出了機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模分析方案在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原理，構(gòu)建了機(jī)電協(xié)同化仿真應(yīng)用平臺(tái)，為機(jī)電產(chǎn)品的聯(lián)合仿真分析提供了一個(gè)完整的框架，解決了現(xiàn)有仿真平臺(tái)無法進(jìn)行模型機(jī)電聯(lián)動(dòng)運(yùn)行分析的難題。

1 機(jī)電一體化協(xié)同建模

機(jī)械工程中的機(jī)電一體化協(xié)同建模主要包括建模與仿真高層體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化體系和數(shù)據(jù)信息交互體系，其中協(xié)同建模的關(guān)鍵在于建模與仿真高層體系結(jié)構(gòu)（簡稱HLA），其體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)面向建模和仿真分析對(duì)象的體系結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)槿S建模和仿真提供相互分離的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊獨(dú)立建模、聯(lián)合仿真運(yùn)行，其主要的優(yōu)點(diǎn)在于能夠使各模塊進(jìn)行獨(dú)立的更新和升級(jí)，從而保證整個(gè)一體化協(xié)同建模體系的先進(jìn)性和對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

該機(jī)電一體化協(xié)同建模能夠根據(jù)所應(yīng)用行業(yè)的不同實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦模塊[2]的快速融合與配置，在運(yùn)行分析是無需考慮建模對(duì)象的實(shí)際應(yīng)用規(guī)則，而是關(guān)注于如何將機(jī)械和電氣模型進(jìn)行聯(lián)合和協(xié)同操作，將本土的聯(lián)邦模塊集成為一個(gè)整體的系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分布式的聯(lián)合仿真分析，有效提升機(jī)械設(shè)計(jì)的聯(lián)合仿真分析速度和準(zhǔn)確性，在建模與仿真高層體系結(jié)構(gòu)下，各個(gè)聯(lián)邦成員和RTI運(yùn)行支撐系統(tǒng)共同構(gòu)成了一個(gè)開放式的機(jī)電一體化協(xié)同工作平臺(tái)，使整個(gè)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

圖1 機(jī)電一體化協(xié)同建模理論示意圖

2UPM建模方案

UPM是統(tǒng)一產(chǎn)品模型的統(tǒng)稱，UPM產(chǎn)品模型不僅能夠反映出機(jī)械工程產(chǎn)品在整個(gè)生命期內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，而且能夠在不同的設(shè)計(jì)階段對(duì)模型的屬性進(jìn)行變更、合并，能夠使各機(jī)械部件所表達(dá)的數(shù)據(jù)信息具有高度的一致性。該建模方案還具有高度的可擴(kuò)展性，便于產(chǎn)品在任何階段的調(diào)整和轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)開發(fā)人員從UPM模型中構(gòu)建產(chǎn)品的屬性和結(jié)構(gòu)信息，在開發(fā)過程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模型屬性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改、完善，整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)完全在同一個(gè)模型庫內(nèi)建模，一個(gè)人所負(fù)責(zé)部分產(chǎn)品信息的變化均會(huì)反應(yīng)到臨近結(jié)構(gòu)上，使臨近結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員能夠直接在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)配合結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)了快速建模分析，而且整個(gè)建模過程實(shí)現(xiàn)了自下而上的集成化建模，能夠有效地確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性，UPM統(tǒng)一建模過程如下頁圖2所示[4]。

3 機(jī)電一體化建模接口確認(rèn)

在進(jìn)行機(jī)電一體化建模聯(lián)合分析時(shí)，需要將不同的仿真分析軟件聯(lián)合運(yùn)行，因此需要有一個(gè)通用、融合、高速的數(shù)據(jù)信息接口，在接口處需要設(shè)置專用的聯(lián)合仿真接口軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)應(yīng)用模塊的有機(jī)連接和分析。對(duì)于聯(lián)合仿真分析時(shí)的數(shù)據(jù)通信，由于單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)通信需求極大，而且要求傳輸穩(wěn)定性好，因此采用了總線數(shù)據(jù)通信模塊，將各個(gè)仿真模塊通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口連接到數(shù)據(jù)總線上，在計(jì)算機(jī)總線控制下實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)通信和傳輸。

目前國際上通用的聯(lián)合數(shù)據(jù)仿真的總線通信標(biāo)準(zhǔn)為HLA標(biāo)準(zhǔn)[5]，該標(biāo)準(zhǔn)能夠有效解決各個(gè)仿真分析軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換問題，目前已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)主推的新一代的數(shù)據(jù)通信模式，其通信結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 UPM統(tǒng)一建模過程結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

通過以上分析可知，采用新的機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模分析方案，能夠有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行分析，解決了傳統(tǒng)的不同的分析軟件無法進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行的情況，目前該類機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模分析方案已在機(jī)械工程行業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)周期縮短40%以上，能夠顯著提升產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

圖3 仿真軟件聯(lián)合總線通信結(jié)構(gòu)示意圖