摘  要： 以功能相似理論為基礎(chǔ),，認為虛擬樣機技術(shù)中存在大量的相似問題,，主要集中在虛擬樣機建模和虛擬試驗仿真兩個方面，其中虛擬樣機建模是核心和關(guān)鍵,。以立式行星磨設(shè)備為例,，探討了虛擬樣機建模仿真方法，并對所開發(fā)的虛擬樣機的置信度進行了研究和評估,。
關(guān)鍵詞： 置信度,；虛擬樣機；仿真,；相似理論,；立式行星磨

　虛擬樣機是一種計算機的數(shù)字模型，它能夠反映實際產(chǎn)品的特性,，包括外觀,、空間關(guān)系以及運動學和動力學的特性。借助于虛擬樣機技術(shù),，可以在計算機上建立機械系統(tǒng)的數(shù)字化模型,，伴之以三維可視化處理，模擬在現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性并根據(jù)仿真結(jié)果精化,、優(yōu)化系統(tǒng),。虛擬樣機技術(shù)就是利用計算機仿真技術(shù)，對一個與實際系統(tǒng)具有功能相似性的系統(tǒng)或子系統(tǒng)進行可視化的數(shù)字仿真,，并對數(shù)字模型進行評估和測試,，從而獲取最優(yōu)設(shè)計方案。虛擬樣機技術(shù)利用抽象的虛擬樣機系統(tǒng)模仿實際系統(tǒng)的某些行為特征,。既然是一個系統(tǒng)模仿另一個系統(tǒng),，當然兩者不可能完全等同，但是最基本的內(nèi)容應(yīng)該相同,，即虛擬樣機必須反映實際系統(tǒng)的主要特性,，而如何判斷兩個系統(tǒng)的“可模仿性”變得尤為重要，本文將探討虛擬樣機建模及仿真置信度評估方法[1-4]。
1 虛擬樣機相似建模
　基于虛擬樣機的系統(tǒng)仿真過程中存在大量的相似問題,，其包含兩個方面：虛擬樣機建模和虛擬試驗,，其中虛擬樣機建模是核心和關(guān)鍵。功能相似的虛擬樣機仿真過程如圖1所示,。
虛擬樣機建模的本質(zhì)是在數(shù)字模型與實際系統(tǒng)之間建立相似關(guān)系,，其途徑就是抽象，抽象過程是建模過程的基礎(chǔ),。為了保證仿真結(jié)果的可信度,，勢必要進行驗?zāi)＃災(zāi)Ｖ辽侔瑑蓪右馑?，一是檢驗仿真模型與特定數(shù)學模型是等價的,，稱為檢驗(Verification)；二是驗證仿真結(jié)果同試驗結(jié)果是否一致,，若不一致,，則修改仿真模型/特定數(shù)學模型，直到一致,。這個過程稱為驗證(Validation),。
　圖2所示為建模、驗?zāi)Ｒ话氵^程,。建模有三類主要信息源：目的,、先驗知識和試驗。通過驗?zāi)＿M行可信性分析,，著重在邏輯上正確,、數(shù)學上嚴格的含義上進行演繹分析?？傊?，可信性分析都歸結(jié)為模型行為與真實系統(tǒng)行為之間的比較。如果運用一個模型能達到預(yù)期目的,，那么這個模型就是成功的,、可信的。從相似理論的角度看,，明確建模目的有助于確定虛擬樣機應(yīng)具有的相似的形式,、把握建模過程所要用到的相似方法及建模的復(fù)雜程序。

　相似方式的種類很多,，最主要的有經(jīng)典相似和功能相似兩種,。虛擬樣機建模仿真就是一種以功能相似為基礎(chǔ)的仿真方法，按照此種方法只需依據(jù)功能相似原理建立功能相似的虛擬樣機,，然后在該樣機上進行功能模擬,，以研究實際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為,。
依據(jù)相似系統(tǒng)建模原則，虛擬樣機的建模要點是：使得建立的虛擬樣機模型真實反映系統(tǒng)相似的特征,，建立要素間的對應(yīng)關(guān)系,，并使虛擬樣機與實際系統(tǒng)間要素相似、要素間相互關(guān)系等方面的特性相似,。

3 實例
3.1 立式行星磨虛擬樣機建模
　建立切合實際情況的磨機虛擬樣機是實現(xiàn)系統(tǒng)仿真和優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵和基礎(chǔ),。開發(fā)虛擬樣機的過程見圖3。主要包括實體建模,、設(shè)定運動學關(guān)系,、設(shè)定動力學關(guān)系。
　其中實體建模包括零件實體建模和實體零件裝配,，運動學關(guān)系包括行星架約束的施加、行星架與固定塊之間的運動關(guān)系,、固定塊與行星輪之間的運動關(guān)系,、行星輪與襯套之間的運動關(guān)系，動力學關(guān)系包括行星架的主旋轉(zhuǎn)運動激勵和行星輪所受力矩的施加,?；谠O(shè)備機械系統(tǒng)力學模型，本文建立了該設(shè)備的虛擬樣機數(shù)字模型見圖4,，模型校驗信息見表1,。

　將上面的權(quán)重數(shù)值代入系統(tǒng)相似度的計算公式便可以得到：
　Q(A，B)=0.19×0.6+0.14×1+0.14×1+0.16×0.8+0.16×0.8+0.19×0.68+0.02×1=0.8
　通過對虛擬系統(tǒng)的可信度分析及相似度的計算結(jié)果,，可知本文開發(fā)的設(shè)備數(shù)字模型非常符合實際,，由此數(shù)字建模進行的虛擬實驗得到的仿真結(jié)果是可信的。
　建立一個虛擬樣機一般要經(jīng)過從實際系統(tǒng)到基本模型,，從基本模型再轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣機的過程,。由于對實際系統(tǒng)的觀察不全面，數(shù)據(jù)的獲取也不可能完全,。但只要把基本模型中的有關(guān)分量集中起來,，簡化它們之間的相互關(guān)系，建立起相對簡單相似模型并數(shù)字化成虛擬樣機,，這樣,，虛擬樣機的仿真結(jié)果便能夠完全可信。本文對虛擬樣機的相似建模及仿真的置信度評估進行研究與探討,，相信會對實際系統(tǒng)的虛擬仿真,、特別是對復(fù)雜系統(tǒng)虛擬樣機的建模和有效性判定具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻
[1] 李瑞濤,，方湄,，張文明.虛擬樣機技術(shù)及其在礦山機械領(lǐng)域的應(yīng)用展望[J].礦山機械,，2000(5)：11-12.
[2] 李瑞濤，方湄,，張文明,，等.虛擬樣機技術(shù)在立式行星磨設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].冶金設(shè)備，2001(3)：4-8.
[3] Li Ruitao,， Fang Mei,， Zhang Wenming， et al. Simulation research on vertical planetary mill based on virtual prototyping[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing,，2001(2)：86-90.
[4] 周美立.相似工程學[M].北京：機械工業(yè)出版社,，1998.