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虚拟制造环境下有限元分析的应用

发布于:2016-03-05 20:08
有限元分析

      虚拟制造(VM)在计算机上全面仿真产品设计、制造和装配的全过程。它不仅可为现有企业的全部生产活动提供仿真支撑,而且可以仿真未来企业的设备布置和物流系统,因而可以对新产品设计、制造乃至生产设备引进及车间布局等各个方面进行模拟。这不仅可以提高新产品开发的质量,而且可以缩短产品开发周期。
      VM系统可分为以设计为中心VM系统、以生产为中心VM系统和以控制为中心VM系统。以设计为中心VM系统在设计阶段为设计者提供制造信息,它采用基于制造的仿真来优化产品和过程设计,从而实现特定的制造目标。以生产为中心VM系统为生产计划、工艺计划和资源需求计划的可实行性提供支撑环境,并在不加工实际产品的情况下,进行工厂生产过程仿真,从而实现低成本快速评估各种加工过程,以重构和优化各种加工设备。以控制为中心VM系统将仿真用于控制模型和实际生产过程,为实现生产循环的最优化提供无缝仿真。首先论述以设计为中心VM系统体系结构,然后讨论有限元分析与以设计为中心VM系统的集成以及有限元分析的应用。
      实际制造系统可分为现实物理系统(RPS)和现实信息系统(RIS)二个子系统。RPS由系统中物理实体组成,这些实体包括材料、零件、产品、机床、机器人、夹具、传感器和控制器等,当系统运行时,这些物理实体具有一定行为和交互,如运动或改变形状。RIS涉及信息处理和决策的活动,如设计、计划、调度、控制和评估等,它由计算机和人员组成。RIS不包括RPS中的物理实体,而只与RPS交换有关信息。RPS向RIS发送状态报告,而RIS生成并向RPS发送控制指令。假定用计算机系统说明来自RIS的控制命令并向RIS返回状态报告,并且该系统的行为完全等同于RPS,那么将模拟RPS的计算机系统称为虚拟物理系统(VPS)。同样如果用计算机系统模拟RIS的功能,使得RPS无法区分控制指令是来自RIS还是计算机系统,那么该计算机系统称为虚拟信息系统(VIS)。
      图为国家CIMS工程研究中心的以设计为中心VM系统的体系结构,它是整个VM系统的一部分。以设计为中心VM系统强调产品的开发过程。该系统的RIS基于传统的产品开发活动,而VIS基于计算机支撑的产品设计活动,它包括CAD、运动学动力学分析、有限元分析、DFA、DFM、CAPP和CAM等。在传统产品开发过程中,产品设计、运动学和动力学分析、有限元分析和工艺设计通常是串行进行。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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