可重构虚拟样机的应用以可重构虚拟样机的构建为基础,根据用户的需求,确定新产品关键性能和整体尺寸参数,以整体尺寸参数为基础生成该产品的关键参数。利用新产品的关键参数进行参数驱动可重构虚拟样机,生成新产品虚拟样机。新产品设计开发建立过程是提取参数、驱动模型、构建样机支持新产品设计、分析和优化一体化的过程。
可重构虚拟样机建模方法研究文中利用UML语言进行可重构虚拟样机模型构建。UML统一建模语言是一种可视化的通用建模方法,构建基本模型图来描述系统。文中构建了可重构虚拟样机系统的基本类图、状态活动图和关系映射图。
可重构虚拟样机体系活动图通过对可重构虚拟样机流程框架研究,结合10种基本类的定义及其相互关系,构建可重构虚拟样机体系活动图。为了详细说明虚拟样机中基本类的活动过程,在活动图中将分析阶段的模型划分成分析模型和边界条件模型两部分。
模型映射关系可重构虚拟样机技术体系中最重要的组成要素(可重构设计模型、分析模型和优化模型)及新产品所对应的3种模型的映射组成关系如图4所示,分析模型是在设计模型简化基础上提取而成,而优化模型针对优化内容可进一步简化。
锤式破碎机可重构虚拟样机构建及应用煤矿井下锤式破碎机是一种典型的定制产品,工作环境恶劣、工况复杂、制约因素多,但它又是一种结构形式变化不大,近似程度较高的产品。传统设计开发过程中重复性工作多,依靠经验多,设计结果不能实现最优化,造成设计周期长,设计成本高,设计过程繁琐冗余。为此文中针对锤式破碎机的关键组成部件―――主轴,利用可重构虚拟样机技术,构建可重构设计模型、分析模型和优化模型,支持新产品的快速优化设计。经过可重构虚拟样机的分析和优化,某新产品主轴直径由初定470mm优化成260mm,经实用证明该结果满足使用要求。
提出可重构虚拟样机技术,通过构建可重构的设计模型、分析模型和优化模型,充分利用已有设计知识、分析知识和优化知识进行新产品的结构设计、性能分析和协同优化,这对复杂产品缩短设计周期、提高设计效率有重要的意义。锤式破碎机是典型的定制型复杂产品,产品快速设计、分析仿真和协同优化成为开发过程中的瓶颈环节。通过构建和应用锤式破碎机可重构虚拟样机,实现了锤式破碎机的快速设计和分析。
该方法是虚拟样机技术体系的进一步探索,在理论研究和应用实践角度都具有重要意义。