水果采摘裝置的設(shè)計【仿生機械手含SW三維仿真及13張CAD圖】
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附錄 A 外文翻譯工程設(shè)計中機械分析模型的使用與重用的信息構(gòu)造如今，在工業(yè)背景下，成本和的效率的提高，以及質(zhì)量的提高。對工程設(shè)計有重大的影響。因此，為了盡早做出最終方案。根據(jù)產(chǎn)品的具體情況，在工程過程中越來越多地使用機械分析。然后,眾多的力學(xué)模型闡述了在工程設(shè)計與工程更改或規(guī)則的革新。此外，當(dāng)設(shè)計人員面臨設(shè)計或建模選項時，先前的分析可以幫助決策的選擇。然后，必須設(shè)想對以前的分析的重用。論文發(fā)表的交易目的和不同體現(xiàn)設(shè)計中使用的機械分析。后來不同水平的模型由設(shè)計師在工程過程中提出。一種特殊類型的分析，即“教學(xué)”在進一步的步驟中被標(biāo)識出來，并且強調(diào)它對重用上下文的興趣。最后，提出了在工程設(shè)計中允許機械分析重用的信息結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞:機械分析、力學(xué)模型、信息構(gòu)建、重用、工程設(shè)計1. 導(dǎo)言在工業(yè)環(huán)境下, 降低成本和提高質(zhì)量是非常重要的。為了在工程設(shè)計過程中盡快做出最佳決策, 經(jīng)常采用分析方法。一方面, 在工程師在設(shè)計過程中 , 設(shè)計產(chǎn)品成本的 80% 是不確定的, 所以設(shè)計流程中的每個決策都必須符合產(chǎn)品要求。另一方面, 隨著時間的推移, 市場是一個 產(chǎn)品的成功的主要因素之一, 產(chǎn)品開發(fā)的不同階段的時間長短, 特別是工程設(shè)計, 必須減少。良好的設(shè)計選擇必須在最早的階段按照所要求的規(guī)格完成。然而, 當(dāng)工程發(fā)生變化產(chǎn)品的設(shè)計必須控制, 以限制損失的時間。這種控制取決于對不同產(chǎn)品之間存在的聯(lián)系，另一種節(jié)省時間的方法是系統(tǒng)地使用可重用的分析庫。這種分析依賴于分析的軌道和這些軌道的可訪問性。面對這一問題的一種方法是在設(shè)計和分析過程中對信息進行結(jié)構(gòu)化處理, 以方便多個模型的控制和重用。首先, 對計算機輔助設(shè)計 (CAD) 集成的實際研究進行了簡要回顧, 給出了支持實例的描述。在此之后, 根據(jù)分析的目的和背景, 對三種類型的機械分析進行了區(qū)分。然后, 本文的主要部分論述了設(shè)計者處理的不同層次的產(chǎn)品模型, 強調(diào)了 "教學(xué)案例" 在重用語境中的重要性。最后, 提出了信息構(gòu)造, 使可重用分析在繪制了工程設(shè)計過程和一些結(jié)論。2. 體現(xiàn)設(shè)計中的機械分析工程設(shè)計是一種將需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的創(chuàng)造過程。它的特點是它的復(fù)雜性和它背后所存在的許多工作和行為者。結(jié)構(gòu)的構(gòu)造可以分為兩個步驟:首先，初步布局和形式設(shè)計, 第二, 詳細的布局和形式設(shè)計。對于實施方案設(shè)計, 必須選擇最佳布局。然后和結(jié)構(gòu)的改進與技術(shù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。因此, 為了選擇和評估解決方案, 在設(shè)計過程中需要機械分析。機械分析可以用來驗證, 標(biāo)注或模擬產(chǎn)品行為。對分析與機械設(shè)計之間聯(lián)系的研究大多涉及分析與CAD 有關(guān)。主要的問題是數(shù)據(jù)傳遞。在設(shè)計過程中, 提出了將分析模型與設(shè)計模型 (幾何表示和技術(shù)邏輯參數(shù)) 聯(lián)系起來的數(shù)據(jù)建模方法。然而 , 在工程設(shè)計中, 機械分析活動是由多種可能的模型、現(xiàn)有的多種方法和多種可用工具。在工業(yè)環(huán)境中挑戰(zhàn)是項目動態(tài)中產(chǎn)生的眾多分析模型的管理。工程設(shè)計中的這種分析管理不僅涉及項目中不同模型的使用而且還與現(xiàn)有項目中其他項目的舊分析重新使用有關(guān)。正確使用 (在設(shè)計更改的情況下) 和重用分析要求智能跟蹤設(shè)計過程中所做的選擇。特別是, 必須對機械約束重新設(shè)計選項進行重新計算, 以允許驗證選擇的機械分析。此外, 舊模擬所獲得的知識的重用是設(shè)計器的最新結(jié)果。在這種重用中缺乏方法論和形式主義往往會導(dǎo)致在分析模型的操縱不受控制時出現(xiàn)錯誤。開發(fā)的信息結(jié)構(gòu)旨在幫助工程設(shè)計中的機械模型管理。具體而言, 不同的分析運用、不同層次的模型和 "教學(xué)案例" 的重要性等。在本文中, 以汽車的發(fā)展為名為 "馬拉松殼" 的比賽進行了說明。比賽的挑戰(zhàn)是用一公升燃料來覆蓋最大的距離。有幾家學(xué)?；虼髮W(xué)參加了這場比賽, 法國格勒諾布爾理工國家學(xué)院機械工程學(xué)院每年都有一輛車進入這一競賽（圖 1） 。圖 2 所示車輛的底盤由與鋁接頭連接的碳管制成, 必須對以下功能進行改進 :(1) 在扭轉(zhuǎn)和彎曲載荷下提高剛度(2) 如果可能,減少機箱的總質(zhì)量(3) 減少空氣動力阻力和燃料消耗(4) 添加滾動條 .彎曲的裝載是由于司機重量和扭轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)折情況。新的底盤建議是一個肋鋁的 U 型鋼, 如圖 3 所示。3. 分析的不同用途分析的使用取決于其目標(biāo)。三種類型的用途可以區(qū)分:圖 1。馬拉松炮彈車圖 2。實際管式機箱。圖 3。新型鋁合金 U 型鋼底盤。3.1. 驗證分析驗證分析模擬了結(jié)構(gòu)的定量行為。如果設(shè)計的選擇與要求列表的規(guī)格一致, 則允許。例如, 當(dāng)新機箱的設(shè)計完成后, 使用圖 4 中所示的殼模型來計算 (扭轉(zhuǎn)和彎曲載荷下的剛度驗證) 和最大應(yīng)力結(jié)構(gòu) (在設(shè)計的抵抗方面 )。3.2. 協(xié)助決策的分析輔助決策的分析旨在評價不同設(shè)計方案對功能結(jié)構(gòu)行為的驗證。舉例來說,在彎曲結(jié)構(gòu)的最大位移上一個分析, 有助于確定哪一節(jié)是很好的適應(yīng), 以驗證要求的剛度。對于底盤分析, 在扭轉(zhuǎn)載荷作用下, u 形截面作為慣性函數(shù)的最大位移被用于幾何 (圖 5)。決策分析必須在材料和復(fù)雜性方面投入低成本。例如, 制造也是一種應(yīng)力分析, 它提供了設(shè)計參數(shù)的趨勢。3.3. 對理解的分析理解的分析作為一個主要的目標(biāo), 為以后使用的知識產(chǎn)生的分析。對于之前理解充分的, 當(dāng)一個原型打破測試和失敗是不可預(yù)期和不理解, 分析往往是為了提供理解的結(jié)構(gòu)行為, 以防止失敗。對于底盤分析, 在預(yù)期的問題和原型的測量之間出現(xiàn)了一個重要的連接。利用特定值, 在分析了機械假設(shè)后, 對 U 形截面彈性鏈路進行了評價。結(jié)果表明, 由于關(guān)節(jié)長度短, 局部磨損出現(xiàn)并解釋了實驗與分析模型之間的差異(圖 6)。所有三種分析都提供了知識: 然而, 驗證分析和輔助決策分析都直接與需求清單的規(guī)格相關(guān)聯(lián), 而對不足的分析則獨立于需求列表。目前, 所開發(fā)的機械分析的主要工具和方法僅適用于驗證。然而, 在工業(yè)應(yīng)用中的分析在工程的標(biāo)志, 協(xié)助決策的分析是很大的重要性, 即使很少形式化。對產(chǎn)品行為的判斷作為設(shè)計選項的功能或作為設(shè)計參數(shù)的函數(shù), 似乎是選擇 "最佳" 設(shè)計選項或參數(shù)值的好方法。' 充其量 ' 并不意味著一個需要和最優(yōu)的解決方案, 但新興工業(yè)化, 一個合適的快速解決方案的要求。在實行中, 組合復(fù)雜度是計算優(yōu)化問題的主要障礙。這些不同類型的分析意味著不同的方法來驅(qū)動分析, 而且, 有不同類型的結(jié)果 (應(yīng)力圖, 應(yīng)變圖, 變形形狀或曲線推斷從靈敏度分析)。因此 , 所闡述的信息結(jié)構(gòu)必須能夠管理不同類型的計算。第一步是確定用于分析的實體, 在第二步中, 必須解釋這些實體之間關(guān)系的描述。以前實現(xiàn)的模擬的基礎(chǔ)可以在未來的設(shè)計中重用。圖 4 所示。外殼模型的底盤。圖 5 所示。最大位移作為截面慣性矩的函數(shù)。4. 機械分析用不同層次的模型在工程設(shè)計中用于機械分析的實體的標(biāo)識是基于產(chǎn)品操縱的不同代表。在使用或重用上下文中, 對假說的控制是必要的。然后從假說中推斷出不同的模型。分析取決于在機械結(jié)果方面的目標(biāo), 需要最小的幾何和技術(shù)。該產(chǎn)品的知識用于負載和邊界條件的設(shè)定。為了建立分析, 不同的模型匯集了這些數(shù)據(jù)的一部分。4.1. 功能模型該功能模型由與產(chǎn)品的整個生命周期相關(guān)的約束組成。該產(chǎn)品的功能模型提供了有關(guān)產(chǎn)品在其未來環(huán)境中的使用情況的信息。它可以是產(chǎn)品的要求列表 (功能和標(biāo)準(zhǔn))。從功能模型中所包含的信息出發(fā), 推導(dǎo)出分析、載荷和位移條件的目標(biāo)。最后是通過合同方面對設(shè)計過程的參考。然而, 它可以在設(shè)計的日程安排中改變。表 1 顯示了機箱的功能模型的提取。每行都與第 2 節(jié)中列出的三個函數(shù)之一相關(guān)聯(lián)。每個功能的特點是由元素控制的標(biāo)準(zhǔn)和特征。這些函數(shù)與允許函數(shù)進行評估并在功能需求列表中顯示的條件相關(guān)聯(lián)。4.2. 設(shè)計模型設(shè)計模型包含產(chǎn)品的幾何和技術(shù)邏輯表示。圖 6。U 型截面上的關(guān)節(jié)。分析所需的公制和技術(shù)支持。此外, 設(shè)計參數(shù)的約束屬于設(shè)計模型。它們是在需求清單中提供的一種操作形式, 代表了為分析目標(biāo)的制定的一步。設(shè)計模型具有較強的演化動力學(xué)特征。機箱設(shè)計模型如圖 7 所示 , 在表 2 中給出了設(shè)計參數(shù)的約束。請注意, 在再造過程中, 另一種提供分析的方法是使用實際產(chǎn)品 (或測試部門的原始類型 ), 并使用它生成分析模型。4.3. 機械模型基于產(chǎn)品的設(shè)計模型, 分析人員 (工程師或設(shè)計者) 建立了一個機械模型。通過理想化的步驟, 從設(shè)計模型中推導(dǎo)出其表示形式。換言之, 設(shè)計模型的幾何長度通常是參照實際, 以建立機械模型。圖 7。底盤 CAD 設(shè)計模型。觀點: 這個模型與分析方法或工具無關(guān)。從設(shè)計模型到機械模型的過程由機械假說管理, 并采用分析目標(biāo)。這個過程重新定義人在分析和設(shè)計中高度。圖 8 顯示了在機箱設(shè)計過程中使用的這種機械模型的例子。此模型與仿真的目標(biāo)相關(guān)聯(lián): 計算該模型包括從設(shè)計模型的幾何部分推導(dǎo)出的底盤的理想化幾何模型、應(yīng)用載荷的建模和與所研究情況有關(guān)的邊界條件, 以及有關(guān)結(jié)構(gòu)的行為: 標(biāo)準(zhǔn)光束理論和均勻各向同性的目的, 所有這些特征都與所考慮的問題一致。4.4. 仿真模型一旦建立了機械模型, 分析方法和分析工具可以與機械模型相關(guān)聯(lián), 提供仿真模型。代表提出了該方法的產(chǎn)品和用于分析的工具。例如, 使用元素方法意味著幾何描述作為一組元素。為實現(xiàn)計算, 增加了步驟等分析參數(shù)。在機箱設(shè)計實例中, 必須對靜態(tài)損耗和振動模式進行評估。相關(guān)的力學(xué)模型分別是圖 9 所示的, 一個類似的應(yīng)用力, F, 被簡單的支持力所取代。ANSYS 有限元軟件中兩種相應(yīng)的仿真模型。圖 8。底盤的機械模型。如圖 9 所示。他們在選擇一個解決方法, 在應(yīng)用的邊界條件和在網(wǎng)格密度參數(shù): 一個單一元素每長度為靜態(tài)情況, 而一些更多元素每長度為準(zhǔn)確表示數(shù)最低的本征需要。5. 教學(xué)案例的重要性在分析中, 簡化案例用于解決模型問題或為設(shè)計提供指示。這些簡化案件被稱為 ' 教學(xué)案例 ', 這是簡單的例子, 作為教師的支持, 以突出現(xiàn)象。這個案件必須實例說明現(xiàn)象。教學(xué)案例要么是整個結(jié)構(gòu)的一部分, 要么是一個簡化問題, 有助于解決復(fù)雜問題。因此, 兩種不同的教學(xué)案例被區(qū)分為其作用的功能。如果教學(xué)案例提供建模支持, 它被稱為 "基本案例", 是對模型的輔助。例如, 它可以提供信息 , 在 U 節(jié)中放置一個肋骨, 以硬化結(jié)構(gòu)。如果教學(xué)案例提供設(shè)計支持, 它被稱為 "簡化案例", 是設(shè)計決策的輔助工具。例如, 它可以突出表現(xiàn)在平面行為結(jié)構(gòu)中代表一個主體的意思。在重用上下文中, 這兩種類型的教學(xué)案例都是通過它們所包含的與問題無關(guān)的知識而感興趣的。為了弄清這一點, 將給出兩個教學(xué)案例的準(zhǔn)確描述。5.1. 基本案例在建模過程中, 結(jié)構(gòu)行為可以以不同的方式代表提出;然后, 分析師們經(jīng)常面臨模型選擇。為了確定最能代表所需行為的模型選擇, 通常會建立 "補充案例"。例如, 機箱的不同部分被焊接。為了精確分析, 建模需要代表焊接接頭所引入的彈性。因此, 應(yīng)使用彈性鏈接來聯(lián)接元素。這些彈性關(guān)節(jié)的特征是等效的。為了等效, 必須使用一個基本的案例。其目的是確定相關(guān)的興趣性性病與關(guān)節(jié)參數(shù)之間的關(guān)系。圖 10 說明了一個補充的情況。為了確定全局結(jié)構(gòu)的布局, 需要對機箱的不同組件進行表示。理論很好地適應(yīng)了布局分析和計算成本, 雖然關(guān)節(jié)引入的彈性在結(jié)構(gòu)行為中具有不足。然后, 特定分析的驅(qū)動, 以評估在彈性之間的聯(lián)系機械分析的信息結(jié)構(gòu)。圖 9。機箱的兩個仿真模型: (a) 剛性和 (b) 動態(tài)。結(jié)構(gòu)位移的單元模型。這一分析是基于一個固定的光束和三維的組件表示法的比較。從焊接接頭設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)位移的靈敏度分析出發(fā), 推導(dǎo)出了所得結(jié)果的質(zhì)量。5.2. 簡化案設(shè)計師每天都要面對不同的選擇。所選選項必須滿足 "最好" 的重新定義列表。然后, 必須控制設(shè)計參數(shù)對特殊要求的滿足。因此, 簡化案例通常是為了顯示設(shè)計規(guī)定上的參數(shù)而構(gòu)建的。例如, 為了提高底盤在扭轉(zhuǎn)載荷下的剛度, 必須增加肋骨。肋骨的位置和方向必須由設(shè)計師提供。因此, 設(shè)計者可以使用一個簡化的情況來表示在扭轉(zhuǎn)載荷和質(zhì)量約束下肋條的最佳方向: 底盤由 U 型鋼組成, 在該截面上施加扭力載荷。然后一個簡化的情況下, 設(shè)計的方向是采取一個無夾緊 ' 光束 ' 與 U 型鋼, 載有扭轉(zhuǎn)扭矩在其自由極端。然后 , 靈敏度分析提供了最大的分布, 即隨著肋條位置所隱含的體積, 表明肋條的 "最佳" 位置, 以僵化結(jié)構(gòu)在具有質(zhì)量約束的扭轉(zhuǎn)載荷下 (圖 11)。由于從他們那里得到的知識, 分析的基本和簡化的案例是非常感興趣的。它們可以用來選擇辯解。因此, 他們必須清楚地保持, 然后使可利用和容易地被設(shè)計師使用。目前, 這些案件被廣泛使用, 但沒有真正正規(guī)化。許多教學(xué)案例都是錯的。圖 10。裝配行為表征的基本案例。但是只有在設(shè)計人員的新項目中才可以記住他們給出的結(jié)果。我們的研究項目助手在公司范圍內(nèi)的不同項目中相互引用這些案例。信息結(jié)構(gòu)的目的是確定一個教學(xué)案例的誕生, 以便保持它的獨立性并使其可供其他項目使用。6. 信息結(jié)構(gòu)設(shè)計機器處理的信息在多個實體中派生。表 3 描述了這些實體。在通常的項目中 , 不同的實體組織如圖 12 所示。功能模型翻譯了產(chǎn)品在環(huán)境中的地位。設(shè)計模型與功能模型它包含幾何表示和設(shè)計參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。然后, 從設(shè)計模型中導(dǎo)出了仿真目標(biāo)。它們是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn), 在設(shè)計參數(shù)和可以重組產(chǎn)品的幾個情況下, 在其環(huán)境。在項目的時間線上, 模擬目標(biāo)可以根據(jù)所需的交流精度和分析成本需要多個機械模型。此外, 一個單一的機械模型可以同時回答幾個仿真目標(biāo)。最后通過仿真模型和計算方法得到了結(jié)果。結(jié)果的代辦處 (曲線、應(yīng)力圖...) 及其裂解屬于 "結(jié)果" 實體。當(dāng)將多個結(jié)果進行比較以回答模擬目標(biāo)時, 由分析人員繪制的比較結(jié)果稱為 "結(jié)論"。用圖 13 中的例子說明了不同的實體搭建及其連接。簡化案例和基本案例呈現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu), 如圖 14 a, b。在機箱示例中, 圖 10 所示的兩個機械模型的基本情況。體積的假設(shè)是最好的表現(xiàn)的行為, 即真實的, 并作為參考。將模型的結(jié)果與參考模型的結(jié)果進行了比較。它提供了結(jié)論關(guān)節(jié)的等效差距。建立一個基本的案例需要兩個機械模型, 但總的來說 (圖 14b), 必須比較兩個以上的模型。圖 11。簡化肋條位置: (a) 截面通過梁, (b) 最大位移和 (c) 肋容積。圖 13。項目上下文中的不同實體的示例。然后, 兩種類型的機械模型必須在復(fù)用上下文中體現(xiàn)。工程機械模型與設(shè)計模型掛鉤, 仿真目標(biāo)和仿真模型, 并與元素軍用實例進行了參考。簡化機械模型屬于簡化案例和參考設(shè)計選擇 (圖 15)。圖 14。 (a) 簡化案例, 以及 (b) 基本案件。7. 結(jié)論機械分析在工程設(shè)計過程中使用了許多模型。四種主要類別的模型是: 功能模型, 設(shè)計模型, 機械模型和仿真模型。強調(diào)了兩種特殊用途的分析的重要性, 即所謂的基本案例和簡化案例。然后提出了適應(yīng)機械分析使用和重用的信息結(jié)構(gòu)。說明了搭建實體, 并說明了實體之間的聯(lián)系。這種信息結(jié)構(gòu)似乎適合于所有三種機械分析的表示: 驗證、輔助決策和不足。一方面, 這項工作的目的是提供一個正式的援助, 以機械造型。另一方面, 所提出的信息結(jié)構(gòu)也有許多優(yōu)點:· 在項目中進行任何更改時, 可以管理多個機械模型,· 每個模型的作用范圍可以改變· 簡化案例可以用來證明 "設(shè)計選擇" 的合理性· "項目的獨立" 知識的創(chuàng)建和真正可重用的模型是關(guān)聯(lián)的?，F(xiàn)在, 在工業(yè)環(huán)境中, 信息結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過前實驗的驗證。為了實現(xiàn)這種狀態(tài), 將建立一個基于超文本概念的軟件環(huán)境。