从虚拟样机技术到建造完美产品的必备工具

虚拟样机技术（Virtual Prototyping，VP）是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术（指在某一系统中零部件的CAD 和FEA 技术）糅合在一起，在计算机中建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计，提高产品性能的一种新技术。

虚拟样机技术的实现所具备的关键技术包括系统总体技术、支撑环境技术、虚拟现实技术、多领域协同仿真技术、一体化建模和信息 / 过程管理技术等。其中，系统总体技术从全局出发，考虑支持虚拟样机开发的各部分之间的关系，规定和协调各个子系统的运行，并将它们组成有机的整体，实现信息和资源共享，完成总体目标。支撑环境技术是一个支持并管理产品全生命周期虚拟化设计过程与性能评估活动，支持分布异地的团队采用协同CAX / DFX 技术开发和实施虚拟样机工程的集成应用系统平台。一体化建模技术是虚拟样机技术的核心，是将各模型进行一致、有效的描述、组织、管理和协同运行的技术。协同仿真技术是不同的人员采用各自领域的专业设计 / 分析工具协同地开发复杂系统的一条有效途径。信息 / 过程管理技术是在正确的时刻把正确的数据按正确的方式传递给正确的人的技术。虚拟现实技术则为该技术搭建了一个虚拟环境，关于虚拟现实技术的定义见下节。(www.xing528.com)

在美国、德国等发达国家，虚拟样机技术已被广泛应用，应用的领域涉及汽车制造、机械工程、航空航天、军事国防、医学等方面，涉及的产品由简单的照相机快门到庞大的工程机械。在国内虚拟样机技术已从传统的应用于军事、航空领域，实现了在机械工程、汽车制造、航空航天、军事国防等多个领域的应用，如复杂高精度的数控机房的设计优化、机构的几何造型、运动仿真、碰撞检测、虚拟现实技术培训等。Caterpillar 公司采用虚拟样机技术，从根本上改进设计和试验步骤，实现快速虚拟试验多种设计方案，从而降低产品成本、提高性能。John Deere 公司利用虚拟样机技术找到工程机械在高速行驶时的蛇行现象及在在重载下自激振动问题的原因，并提出改进方案。天津科技大学王新亭等采用Vicion对人体下肢外骨骼进行运动试验与分析，并借助ADAMS 运动仿真与拉格朗日方程计算得出运功学参数，进而设计了一款兼顾行走与低成本的下肢外骨骼虚拟样机。