機(jī)電一體化系統(tǒng)多能量域集成產(chǎn)品建模與仿真技術(shù)分析

查娜 李國華

摘 要：我國機(jī)電一體化研究項(xiàng)目層出不窮，包括飛機(jī)、汽車工具等都與集成網(wǎng)絡(luò)并行、協(xié)同制造，其中必要的建模問題開始引起國際CAD領(lǐng)域嚴(yán)密關(guān)注。因此，本文主要透過系統(tǒng)角度研究，全程配合工程類別之間的相似特征，延展出端口結(jié)構(gòu)中多能量域集成組件模型，同步供應(yīng)形式化描述，在此基礎(chǔ)上涉及機(jī)電一體化系統(tǒng)多能量產(chǎn)品建模仿真框架形態(tài)清晰，確保能夠更加方便地支撐系統(tǒng)不同空間演練進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 異地設(shè)計(jì) 集成組件 虛擬形態(tài) 建模方式

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

作者信息：查娜（1982-），女，江蘇丹陽人。鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，教師，本科，研究方向?yàn)殡姽し较颉?/p>

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)多能量集成體系形態(tài)觀察

機(jī)電一體化系統(tǒng)主要配合機(jī)電裝置、電子設(shè)備以及信息處理程序進(jìn)行協(xié)調(diào)搭配的柔性自動化產(chǎn)品格式，我們不能單純地判定其為零件疊加形成的積木結(jié)構(gòu)，反而應(yīng)該貫徹系統(tǒng)化認(rèn)知觀念。結(jié)合工程相似性特征分析，如果工程現(xiàn)場及時引進(jìn)廣義形式的電壓、電流、動能函數(shù)、損耗函數(shù)等，就可以依照力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)方程以及電網(wǎng)中的基爾霍夫定律實(shí)施建模，特別是設(shè)計(jì)中期有必要結(jié)合組建模型關(guān)系，透過計(jì)算機(jī)輔助自動生成機(jī)電一體化多能量域集成系統(tǒng)格式。當(dāng)然，為了快速實(shí)現(xiàn)被控對象的快速、精準(zhǔn)調(diào)試目標(biāo)，必須建設(shè)動態(tài)模型與驗(yàn)證方程。實(shí)際上機(jī)電一體化系統(tǒng)組件繁多，尤其在能量觀點(diǎn)下，組件包括能源、能量儲存、能量變換以及調(diào)節(jié)等各種樣式，如果其間建設(shè)單位部件動力學(xué)模型以及能量余之間耦合模型，使得系統(tǒng)內(nèi)部組件高效銜接并將當(dāng)下正確連結(jié)關(guān)系闡述完全，就可以確定該類系統(tǒng)的動力學(xué)方程內(nèi)容。有關(guān)基本理性組件，包括機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部質(zhì)量、彈簧等形式較為復(fù)雜，需要現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)用行為模型進(jìn)行裝配模型附加改造，并在生成原型中提煉更加精準(zhǔn)的仿真、測試要訣。

2 基于端口內(nèi)部多能量域集成組件模型設(shè)置狀況研究

機(jī)電一體化異地設(shè)計(jì)活動中的產(chǎn)品建模問題，需要采取統(tǒng)一處理手段，特別是在端口多能量集成組件模型范圍下，可以運(yùn)用六元組形式加以清晰表述；而多能量端口則選用五元組加以表述。按照客觀層面審視，端口變量包含廣義速度與力變量元素，兩者乘機(jī)即為功率量，不同組件之間會借用端口實(shí)施能量、信號交換。參數(shù)化集合模型，如液壓系統(tǒng)、機(jī)械等都必須展現(xiàn)物理形式且保留一定質(zhì)量，安裝過程中仍須界定運(yùn)動、散熱問題，主要是因?yàn)槿魏谓M件不論結(jié)構(gòu)形式或是功能行為，都必須利用幾何、裝配模型綻放，實(shí)際上就是運(yùn)用系統(tǒng)可視化特征完成虛擬原型改造任務(wù)。再就是由于不同能量域的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在此情況下參數(shù)化建模方法應(yīng)保留一定特征，并且利用紋理、材質(zhì)等三維建模技術(shù)，使得模型逼真之外更保留結(jié)構(gòu)簡潔性特征。機(jī)電一體化系統(tǒng)多能量域集成組件就是聯(lián)合形狀特征、約束零件模型進(jìn)行裝配，針對不同部件幾何形態(tài)進(jìn)行建模，包括不同剛性、可變性零件等；同時采取參數(shù)化約束模型和聯(lián)結(jié)特征模型，針對不同聯(lián)結(jié)裝配關(guān)系實(shí)施建模改造，包括機(jī)械靜聯(lián)結(jié)等，進(jìn)而建立整個機(jī)電一體化系統(tǒng)的可視化虛擬原型架構(gòu)。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計(jì)多能量域集成仿真技術(shù)解析

結(jié)合早期設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分析，有關(guān)產(chǎn)品功能需求與工作原理需要得到進(jìn)一步重視，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算期間應(yīng)該針對系統(tǒng)內(nèi)部組件形態(tài)加以簡化，包括線性近似、阻尼剛性影響忽略等。目前設(shè)計(jì)精確度不斷提升，有關(guān)CAD、行為、配置模型逐步完善；現(xiàn)實(shí)中系統(tǒng)中組件主要采用實(shí)際模型搭配，其間有必要針對系統(tǒng)實(shí)際性能指標(biāo)加以預(yù)測。因?yàn)榉蔷€性、時變、離散等實(shí)際情況都要考慮在內(nèi)，涉及傳遞函數(shù)形式開始不再適用，數(shù)值求解便成為唯一出路。需要特別注意的是，透過產(chǎn)品模型中推導(dǎo)出如果所有組件的行為模型都已知，則根據(jù)系統(tǒng)的配置模型，利用Mapple等工具包可以進(jìn)行符號求解。但由于整個開發(fā)項(xiàng)目參與者之間存在競爭合作并重關(guān)系，這便導(dǎo)致系統(tǒng)組件行為模型的形式多樣性，包括HDL、XML等可執(zhí)行代碼及其它MDL等。這時可將系統(tǒng)組件模型進(jìn)行封裝，通過提供封裝器的標(biāo)準(zhǔn)API接口，可以開發(fā)出各種系統(tǒng)組件模型的封裝器。利用封裝器可以實(shí)現(xiàn)基于配置的多能量域集成聚臺仿真改造。在此基礎(chǔ)上，如果利用CORBA/ JAVA/XML/Web 技術(shù)，則可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計(jì)的分聚臺仿真目標(biāo)。

另一方面，基于XML的多能量域集成產(chǎn)品建模機(jī)電一體化系統(tǒng)異地設(shè)計(jì)的演化過程對組件的可演化性提出了很高的要求。就是在設(shè)計(jì)的早期階段，強(qiáng)調(diào)組件的功能需求及性能、結(jié)構(gòu)與形狀方面的約束，此時主要定義復(fù)合組件的接口、配置模型、附加的約束；而在設(shè)計(jì)的后期階段，強(qiáng)調(diào)組件在系統(tǒng)中的裝配關(guān)系、端口連結(jié)關(guān)系以及組件內(nèi)部各能量域內(nèi)的行為屬性參數(shù)件是否滿足設(shè)計(jì)需求，此時需要詳細(xì)定義組件的端口模型、配置模型、行為模型、幾何模型、關(guān)聯(lián)模型、約束模型。需要特別注意的是，整個開發(fā)項(xiàng)目中，任何參與者之間都存在競爭、合作關(guān)系，這便令行為組件模型樣式更加豐富多樣，如XML、可執(zhí)行代碼等，此時技術(shù)人員可考慮進(jìn)行組件模型封裝處理，并透過封裝器標(biāo)準(zhǔn)化API接口實(shí)現(xiàn)配置多能量域集成聚合仿真操作目標(biāo)。

4 結(jié)語

綜上所述，目前我國機(jī)電一體化建模技術(shù)與仿真操作軟件應(yīng)用現(xiàn)象極為廣泛，經(jīng)過多種常見機(jī)電模型實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，有關(guān)整套完善機(jī)電一體化系統(tǒng)建模工作已經(jīng)成為當(dāng)下專業(yè)領(lǐng)域研究的特殊話題。這就要求相關(guān)機(jī)電技術(shù)人員要全面應(yīng)用設(shè)計(jì)思路進(jìn)行建模技術(shù)經(jīng)驗(yàn)整編，進(jìn)一步構(gòu)成一種快速、協(xié)調(diào)的仿真軟件系統(tǒng)，規(guī)避不同技術(shù)缺漏危機(jī)，令其在實(shí)踐空間中發(fā)揮更加技術(shù)調(diào)用優(yōu)勢成就。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏端武.中職機(jī)電專業(yè)與本科自動化課程銜接的研究[J].才智，2014，29（27）：152-163.

[2] 李加旺.職業(yè)學(xué)校機(jī)電專業(yè)精品課程建設(shè)的思考[J].電子制作，2014，17（15）：56-63.

[3] 王友權(quán).機(jī)電一體化非均勻運(yùn)動產(chǎn)生綜合裝置研究[J].電子制作，2014，17（15）：123-134.

[4] 段炳花.機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)研究[J].硅谷，2014，19（18）：36-44.