液压仿真技术的现状及发展趋势

讨论了液压仿真技术的最新进展, 对国内外有着广泛影响的几个典型的液压仿真软件进行了全面的剖析, 并在此基础上阐述了液压仿真技术的发展趋势。

数字设计与数字制造

液压仿真技术的现状及发展趋势

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华南理工大学机械工程学院(510640)　潘东升　陈松茂　丘宏扬　夏琴香

【摘要】讨论了液压仿真技术的最新进展,对国内外有着广泛影响的几个典型的液压仿真软件进行了全面的剖析,并在此基础上阐述了液压仿真技术的发展趋势。关键词　液压系统　计算机仿真　软件

ThePresentStatusandTrendoftheDevelopmentofHydraulicSimulaSoftware

Abstract　Withthecontinuingdevelopmentandprogressoflicascontinuing

expansionofapplication,thehydraulicsimulationresearchmoremoswidelyapplied.Inthispaperthelatestprogressofhydraulicsiisseveraltypicalsimulationsoftwaresareanalyzed,whavethandabroad.Onthisbasis,thedevelopmentprosimuexplained.

,ulation,softwareG:A

仿真技术作为液压系统或元件设计阶段的必要手段,已被业界广泛认识。液压仿真技术,从诞生到今天,已经有30多年的历史,在我国也有20多年的发展历史。随着流体力学、现代控制理论、算法理论、可靠性理论等相关学科的发展,特别是计算机技术的突飞猛进,液压仿真技术也日益成熟,越来越成为液压系统设计人员的有力工具[1]。

本文重点介绍国外几个有影响的典型液压仿真软件的发展现状,并在此基础上对液压仿真软件的发展趋势进行展望。

系统面向原理图建模,具有图形建模功能(如图

1所示)。对元件进行了细致的分类,共有8大类,然后层层细分。元件参数通过对话框设定,系统提供元件每个参数的默认值。在图表建模的基础上,DSHplus重点是描述系统的功能单元(模拟重要因素)。回路类推法让使用者很轻松和方便地设计模拟模型,并能很快熟悉使用DSHplus。

1　国外典型液压仿真软件剖析

液压系统仿真技术始于20世纪50年代,德国亚琛工业大学的DSH和英国Bath大学的Bath fp推出得最早,在行业中影响也最大[2]。近年来,又有数十款液压仿真软件应运而生。本文将

对DSHplus,荷兰的202sim,美国的EASY5和MATLAB Simulink,法国的AMESim5个典型的

图1　DSHplus系统

系统进行较为全面的分析。1.1　德国的DSHplus[224]

1972年,IFAS(国际流体动力学会)以欧洲享

有盛名的RWTHAachen研究的电力驱动液压系统为基础,开发出DSH和SIMULANT2个程序表。1994年IFAS将这2个程序表合而为一并加入其多年的气动系统研究成果,形成了完整的液压2气动2控制仿真软件——DSHplus。作为IFAS的长期合作伙伴,德国FLUIDON公司在技术发展和市场运作方面得到了IFAS认可,于同年接管了DSHplus。

系统拥有众多程序模块化的工具集,比如优化模块、批处理模拟模块、神经网络模块、模糊逻辑模块等十余种模块,通过这些模块,工程人员可以方便地对系统进行优化、批处理,将神经网络和模糊控制继承到模型中等。

系统通过DSHplus2STC模块可以实现与下列软件的协同仿真:Matlab .Simulink,LMSVirtualLab,LMS2DADS,MSC.ADAMSandSIMPACK.

[526]

1.2　荷兰的20-sim

202sim(如图2所示)是由荷兰ControllabProductsB.V.公司与荷兰Twente大学联合开发的,由ControllabProductsB.V.公司负责销售和售

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后支持的动态系统建模与仿真软件。202sim支持原理图、方框图、键合图和方程式建模,并且支持几种建模方法的综合应用,以便以最适合的方法对仿真系统中的每一个元素进行建模。202sim支持不同形式动态系统的建模,如线性系统、非线性系统、连续时间系统、离散时间系统和混和系统。202sim还支持分层模型表示,也支持向量和矩阵运算。

202si优化功能、蒙特卡洛m内嵌仿真编译器、仿真、图形动画、三维动画和控制器C源代码生成、

设计编辑器等。仿真编译器可以将模型元素生成的一系列方程式编译为主机可快速执行的代码;优化功能是通过自动变化模型参数和初始条件获得用户指定目标函数的最值,该产品提供了算法;)法;202simANSI标准C源代码的能力,

;202sim可以在执行仿真过程中建立模型动画,以便信号线的粗细和颜色随着信号值的变化而变化;202sim可以在执行仿真过程中建立清晰的三维动画显示,控制器设计编辑器可以适用线性系统的伯德图、奈奎斯特图、零极点图进行反馈控制系统设计。

点,内嵌性能卓越的求解器和稳态仿真分析工具。使

用方便,求解准确,可为相关专业领域动态仿真研究提供强大的辅助功能。

图3　EASY5系统

EASY5包含一个代码生成器,在执行之前它可

以自动地将模型翻译成FORTRAN或者C语言进行编译,从而使仿真可以高速度执行。

由于分析机理和数学手段的差异,工程动态系统的数字虚拟原型往往需要多种不同类型的CAE软件协同完成。EASY5开放的构架和API为这种应用提供了良好的平台(如图4所示)。在这一平台之下,机械机构、结构变形、控制算法、数字逻辑等动态过程环节不再孤立。他们可以通过数据接口,

与EASY5的模型进行同步仿真数据交换,完成真实系统的整体模型,而不是自己另外推导模型编写代码或是采用简化处理方法。这一过程通常也称为全系统数字虚拟原型。EASY5全系统数字虚拟原型的应用方式,为系统整体动态性能的准确把握,开辟广阔的空间。

图2　202sim系统

1.3　美国的EASY5[5,728]

MSC.EASY5(EngineeringAnalysisSystem)

是由美国波音公司根据航空技术发展需要开发的多专业动态系统仿真分析软件包,操作界面如图3所示。该软件使用简单易用的图形化建模方式,模型参数的输入及不同模型间数据传递都在简单的图形界面中完成,用户只需以微分方程、差分方程、传递函数、

代数方程及方程组方式即可建立自己的动态模型。该软件的最大特点是提供强大的专业库支持,其中任何一个专业库都包含该专业领域所有常用物理元件的数学模型,同时,针对各专业领域动态模型特

图4　EASY5开放式结构

[9]

1.4　法国的AMESim

AMESim(如图5所示)软件包是法国IMAGINE公司开发的一个出色的用于解决目前实

际问题的系统工程的建模、仿真和动态性能分析的图形化的开发环境。IMAGINE公司于1986年在法国成立,目前已经发展成为一个国际化的大公司,拥

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有包括在法国、美国和德国的分公司以及在韩国、日本、英国、匈牙利和巴西的代表处和分销商,并于2001年开始进入中国市场。AMESim软件的界面用C语言实现,算法用FORTRAN语言实现,不需要

而且还可以把用户自己的C或FORTRAN代码模

型以图形化模块的方式综合进AMESim软件包。AMESet可以将用户在AMESim上建立的模型生成标准化的C或FORTRAN代码并为此生成相应的标准的说明文档。

4)齐全的分析工具　AMESim提供了齐全的分析工具以方便用户分析和优化自己的系统:线性化分析工具、模态分析工具、频谱分析工具、模型简化工具、三维可视化功能,并且还内嵌了设计分析功能模块,可以直接在AM进行试验分析()、)。

[10]

5ATWorks公司开发的软件工, 向量为重点的数值分析的命令行界面环境和绘图工具。M

ATLAB提供大量的二维和三维绘图工具。要使用任何其他MathWorks公司现有的产品,MATLAB是基础。

Simulink(如图6所示)是MATLAB的扩充产品,是一个用于动态系统建模、仿真和分析的软件包,它可以完成连续、离散和混合的线性或非线性系统的仿真,也能完成多种采样速率的仿真。

其他商用软件作支撑

。

5　AMESim系统

AMESim软件系列包括用于系统设计的AMESim,用于创建应用库的AMESet,用于模型定

制的AMECostom和传送至最终用户的AMESim

的只运行版本AMERun。AMESim的模型库多达20种,子模型总数多达1500多个,并且支持数据库

管理。

AMESim运行界面如图5所示。该系统面向原

理图建模,保留了4个层次的建模方式:数学方程级、方块级、基本元素级和元件级;并且具有多种仿真运行模式:动态仿真模式、稳态仿真模式、间断连续仿真模式以及批处理仿真模式;AMESim提供了丰富的和其他软件的接口:Matlab,MatrixX,Adams,Simpack,VLMotion,Flux,xPC,dSPCE,iSIGHT,OPTIMUS,Excel。此外,AMESim还具有

图6　MATLAB Simulink系统

以下特点:

1)鲁棒性极强的智能求解器　AMESim的智能求解器能够根据用户所建模型的数学特性自动选择最佳的积分算法,并根据在不同的仿真时刻的系统的特点动态地切换积分算法和调整积分步长以缩短仿真时间和提高仿真精度。内嵌式自动的数学不连续性处理工具解决了数字仿真的杀手:间断点的问题。

2)多学科领域的建模仿真平台　AMESim在统一平台上实现了多学科领域的系统工程的建模和仿真:机械、液压、气动、热、电和磁等物理领域,并且不同领域的模块之间采用直接的物理连接方式。

3)强大的二次开发能力　AMESet为用户提供一个标准化、规范化和图形化的二次开发平台:用户不仅可以直接调用AMESim所有模型的源代码,

Simulink本身没有专门针对流体仿真的工具

箱,用户使用时要自己建立模型,但已有的大量控制模块可以任意调用。同时Mathtools公司另行开发的一些收费模块(Automative,SimMechanics)里包含大量的机械、液压、气动模型,复制后可以使用。其主要界面图如下:Simulink系统使用MATLAB语言,也可以与C,C++结合,搭建系统时,可以结合优化工具箱进行优化;可以结合VirtualReality工具箱实现三维动画功能;可以结合MATLAB的网页服务程序在Web应用中使用仿真。

该软件因为没有针对流体仿真工具箱,液压系统建模复杂,使用Simulink,需要对系统的数学模型有深刻的理解;支持三维动画和网络仿真,但是实现起来比较复杂;应用最广泛,几乎所有的商业仿真软件都提供了与它的接口。

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2　液压仿真技术的发展趋势

现代液压仿真技术得到蓬勃发展,仿真软件也已经在工程实际中越来越得到广泛的应用。纵观仿真和液压技术的发展,笔者认为,液压仿真技术主要有如下几个发展方向。

2.1　分布式交互仿真和实时仿真技术

分布式交互仿真技术是当前仿真技术研究的重要领域之一,其在工程技术方面有深远的应用价值。其基本任务是定义一个层次化结构,主要提供接口标准、通信结构、管理结构、置信度指标、技术规范以及将异构仿真器加入到一个统一的、无缝的综合环境中所必需的要素,可将现有的不同用途现交互使真要的[11]。,不支持逻辑时间仿真。

实时仿真包含2层含义:一是仿真结果的表达采用动画技术,二是在计算机屏幕上能“实时”地看到系统的动作。实时仿真对数据处理速度提出较高的要求,并通常需要一个三维实体造型器的支持[12]。

2.2　面向对象的仿真技术和开展人机和谐仿真环境的研究

面向对象仿真技术在理论上突破了传统仿真方法的观念,它根据组成系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型,模型的对象通常表示实际系统中相应的实体,从而弥补了模型与实际系统之间的差距,而且它分析、设计和实现系统的观点与人们认识客观世界的自然思维方式一致,因而增强了仿真研究的直观性和易理解性。面向对象的仿真具有内在的可扩充性和可重用性,因而为仿真大规模的复杂系统提供了十分方便的手段。此外该仿真技术很容易和计算机图形学、人工智能 专家系统和管理决策科学结合,从而可以形成崭新的面向对象的仿真建模环境,建立起一个基于图形和面向对象技术的仿真模型可视化输入环境。

面向对象的仿真方法,提供了更为自然、直观的系统仿真框架,实施框架则要进一步创建高逼真感觉的信息环境,使真实化环境、模型化物理环境与用户融为一体,使研究主体——人产生身临其境的感受,这就是人机和谐的仿真环境。这种技术包括可视仿真、多媒体仿真和虚拟现实仿真3个方面。可视仿真可使仿真人员通过视觉信息掌握系统中变量之间、变量和参数之间、变量和外部作用之间的变化关系,直接了解系统的静态和动态特性;多媒体仿真使

仿真人员可以获取有关系统的感性和理性认识;虚拟现实仿真使仿真人员有身临其境的感受,能体验、接受和认识客观世界中的客观事物,同时人与虚拟环境之间可以进行多维信息的交互作用,参与者从定性和定量综合集成的虚拟环境中获得客观世界中客观事物的感性和理性认识,从而深化概念和建造新的构想和创意。

2.3　人工智能和专家系统在仿真技术中的应用[13214]

,如何将专家系统、快速地获,需要人们作进。

仿真软件的优化设计包括结构设计的优化、参数优化及性能价格比的优化。应用现代控制理论和人工智能专家库设计系统结构和确定系统参数,缩短设计周期。

2.4　半物理仿真技术[12]

半物理仿真的特征是仿真模型中包含物理模型。当一些系统部件和现象难于建模,或在某些特殊要求下,系统的某些部分或其相似系统成为仿真模型的一部分,从而使仿真过程更加灵活,仿真结果更具说服力。半物理仿真中要解决的关键问题是处理好仿真模型中数学部分与物理部分的衔接。

[参考文献]

[1]吴跃斌,谢英俊,徐立.液压仿真技术的现在和未来.液

压与气动,2002(11):123.

[2]陈鹰.面向创新的液压仿真技术.液压气动与密封,2003,8(4):16220.

[3]http: production promain2.htm.[4]http: Web_Site index.php.[5]JimLedin,焦宗夏,王少萍.仿真工程.北京:机械工业出

版社,2003.

[6]http: index.html

[7]http: Product product_intro.asp?menucolr=3&id=5&name=EASY5.[8]http: [9]http: .

[10]http: .com .www.mathworksproducts simulink [11]邓习树,李自光.当前液压系统仿真技术发展现状及趋

势.机床与液压,2003(1):20222.

[12]陈鹰,谢英俊,徐立.液压仿真技术的新进展.液压与气

动,1997(1):426.

[13]熊光楞,范文慧,陈晓波.复杂产品开发的仿真技术.系

统仿真学报,2004,9(2):1942201.

[14]程安宁.液压仿真技术的应用与发展.机床与液压,

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基于AutoCAD的工艺规程开发与应用

温州职业技术学院(325035)　沈永松

【摘要】利用AutoCAD软件开发机械加工工艺卡片等工艺文件,实现利用图块管理资源,该方法便于工艺文件管理,并将许多资源加以集中利用,使工艺人员从繁重的手工编写工艺规程中解放出来,较好地解决了中小型企业CAPP起步难的问题,值得推广应用。关键词　AutoCAD　工艺卡片　CAPP　推广使用

TheExploitationandApplicationofProcessSpecificationBasedonAutoCAD

Abstract　Thepaperintroducesamethodtorealizeresourcesmanagementthroughmakingprocesscards

etctechnicsdocumentsbyAutoCAD.Themethodisconvenientforentsmanagemcentralized

.Italsocanreleasethetechnssprocessusageoflotsofresources

specificationsbyhandandsovletheproblemstostartCAsmwithgood

popularization.

Keywords　AutoCAD,p,PP,:P.　　技术工作,是生产技术准备的第1步,也是连接产品设计与产品制造的桥梁。工艺规程需要工艺人员耗费大量时间来完成。随着计算机在制造业中的广泛应用,众多企业的AutoCAD已经进入实用化阶段。对于一些中小型机械制造企业,在既没有雄厚资金基础,又没有人才优势的情况下,如何在不增加开支的前提下建立一种简单有效的“,将工艺人CAPP”

员从繁重的手工编写工艺卡片中解放出来,是目前亟需解决的问题。

本文在AutoCAD软件的基础上建立了一种简单有效的智能制作工艺卡片的方法,同时利用AutoCAD的强大功能进行成组划分存储,可方便地为编排新零件工艺规程提供参考资料。

使用中文AutoCAD2002以上版本,打开

AutoCAD,首先创建一个新图,然后按照本企业的图纸使用习惯进行上述各种设置。首先以A3的图幅绘制“机械加工工艺过程卡”,并在有关位置填写不需改变的文字。

1.1.1　定义机械加工工艺过程卡

虽然“机械加工工艺过程卡”可以作为样板文件,但使用AutoCAD提供的标注文字的方法来填写各文字信息较为繁琐,如果利用AutoCAD提供的块与属性功能,可以方便地进行各项文字填写操作。具体实现方法为:将卡片中需要填写的文字部分定义成属性,然后将卡片和属性定义成块即可。当需要填写卡片时,可以直接通过AutoCAD提供的工具填写相应的属性值(即填写各栏内容),操作过程如下。

1)定义文字样式和属性　定义中文文字样式时,需要有对应的中文字体,定义的方法和平时企业制图的定义一样。关于定义属性,这里只定义机械加工工艺过程卡的文字属性的一部分。一般地说,每一个属性有属性标记、属性提示和默认值等内容,如表1所示。

表中列出了部分属性设计要求,用户可根据使用情况,将需要设置属性的按照表上的规律进行属性设置。下面以创建属性标记为“工序1”的属性为例,说明属性的创建过程。

将“文字标注”图层设置为当前层,单击菜单项

　华南理工大学高水平建设苗子项目(73056060)　华南理工大学自然科学基金项目(5116187)

1　建立各种工艺卡片模块

基于AutoCAD本身的特点,用户可以进行更为广泛的绘图设置,如绘图单位、标注文字的设置,标注样式、图层及打印等设置。将上述的设置按照企业的实际情况进行,并按照工艺卡片的规格做成AutoCAD的样板文件(扩展名为dwt的文件)。为便于使用,在文件上绘制一些通用文字、图形和表格等对象。当用户基于此样板文件完成工艺规程的填写、绘制并以dwg格式保存后,所绘的图形和文字对原样板文件无任何影响,可重复使用。1.1　定义各种工艺卡片的样板文件

2004(5):9210.

3国家自然科学基金项目(50275054)　广东省自然科学基金项目(020923)

　广东省工业科技攻关计划项目(2003C102013)

责任编辑　修　　

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a6n1.html