在过去的五到七年中,运动模拟和分析软件取得了稳步发展,较之大多数工程师所熟悉的上一代产品,在价格、功能和易用性上都具有优势。将其作为完全集成的设计验证要素在产品开发流程的每一级都发挥作用的条件已经成熟。高质量运动模拟和分析软件目前的价格低于桌面 3D CAD 应用程序,非常便于第一线工程师使用,从使用效果上看,可以达到经过专门培训的分析人员在使用上一代产品时的最好水平。最终结果是,机械设计人员在设计流程的各个环节均可实现更高的精确度。在设计流程的各个环节更广泛地应用运动模拟软件可以消除一些错误,而在原型制造阶段纠正这些错误时需要付出高昂的代价,还可以缩短设计周期和投入市场时间。那些仍然认为运动模拟过于复杂和耗时而拒绝采用它的工程师已经落伍了。运动模拟技术上的进步最终将实现无缝设计环境,在这样的环境中,高级数据模型的创建和测试同时进行,就好像它们是实际对象一样。较之依赖实际原型的开发,在这些环境中,产品从设计、制造直至投入市场的周期更短,成本也更低。
模拟与动画的比较
如今,大多数机械设计人员都会使用某种形式的动画技术,这些技术内嵌在他们的 3D 设计应用程序中。这些工具显示运动装配体的啮合情况并反映一些基本的干涉情况,但它们缺少完整的运动分析,因为它们没有将各种装配体零部件的质量考虑在内。它们显示了运动情况,但没有反映决定装配体在作为实际对象时是否可以运作的基础机理。
这种能力解决了工程师所面对的最严峻挑战之一,即设法了解要确定设计主体在实际环境中的运作情况,需要对设计主体的哪些部件施加多大的试验负载。这种模拟在工程师的 3D 实体建模环境中进行。工程师在进行实际试验时能够获得哪些数据,运动模拟便可以为他们提供哪些数据,而且不必再花费时间和金钱来制造原型。当工程师改变对装配体施加的负载时,"假设"分析可以为其提供即时反馈来反映某些情况:例如,使用较粗的弹簧产生的力过大,因此应减小弹簧的粗度。以这些结果为基础修改 3D 实体模型时,几乎不会增加时间或成本,并可减少使设计主体符合成品要求所需制造的原型数量。如果没有这种功能,公司将不得不建立实际原型,为其连接上各种传感器,运行它来产生数据,然后再对这些数据进行分析。如果分析在此时揭示了某些缺陷,则意味着必须重新切割模具。显然,这样做的成本要比在模拟环境中进行调整高得多。
机械设计以三项功能为中心:创建设计主体、对其结构进行测试和对其运作进行测试。实现这三项功能的技术分别是 3D 机械设计软件、采用有限元分析 (FEA) 的设计验证软件和运动模拟软件。如今,3D 机械设计和 FEA 软件往往集成在一个软件包内,运动模拟仍被看做是附加软件包。在五年内,使用集成的 3D 设计、FEA 及运动模拟环境的公司就会看到市场份额的增加和生产成本的降低。由于成本和复杂性因素不复存在,并且机械设计公司已经拥有了 3D 机械设计和 FEA 能力,它们没有合理的理由不将运动模拟和分析整合到其设计流程中。如果机械设计公司客观地看待运动分析,而不是只将它们当作漂亮的图片,则其具有的成本和投入市场时间优势便具备了令人无法忽视的说服力。(end)