[发明专利]一种产品的结构与机构联合设计方法

说明书

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种产品的结构与机构联合设计方法，包括：产品结构三维设计数字化；产品机构运动仿真可视化；产品性能评估预知化。本发明实施例运用三维数字化设计、数字化预装配、机构运动分析等技术进行产品的结构和机构综合设计，实现了产品设计中结构与机构的空间协调和运动协调，能够在产品的设计阶段预知并解决潜在的缺陷，并借助有限元模拟仿真技术对产品性能进行分析和优化，促进产品的迭代设计，直到所设计产品的各项性能最优。本发明提供的联合设计方法使产品的研发成本降低、周期缩短，并同时实现了产品的研发过程可视化、流程化、规范化和高效化，研发成果精细化。

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种产品的结构与机构联合设计方法。

背景技术

传统产品设计的方法是基于多年的工作经验手绘草图和二维工程图来展示设计成果，并通过图纸标注的尺寸、精度等信息完成加工制造和装配，这种方式难以保证产品的使用性能，而且需要大量的试验来验证结构的可靠性和机构的合理性，费时费力还费钱。

随着计算机图形学技术和虚拟现实技术的快速发展，计算机辅助设计CAD、分析CAE和制造CAM技术已经越来越多的应用到产品全生命周期的研发中，尤其在航空航天、轨道交通和城建规划行业已大展身手。先进虚拟设计和仿真技术的应用使产品的性能更加优越，功能更加完善，研发周期缩短，研发成本降低，使产品的研发可视化，信息的存储和检索便捷化。近年来，计算机辅助设计技术已逐渐成为产品设计的主流技术。因此，有必要提供一种产品的结构与机构联合设计方法，以实现一般性能要求的产品设计工作。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种研发成本低、周期短的产品的结构与机构联合设计方法，实现产品设计中结构与机构的空间协调和运动协调。

本发明实施例提供的一种产品的结构与机构联合设计方法，该方法包括：

1)产品结构三维设计数字化；

2)产品机构运动仿真可视化；

3)产品性能评估预知化。

进一步地，上述方法中，所述产品结构三维设计数字化流程如下：

1)根据产品的市场调研和定位，结合产品设计输入的参考信息和基准元素，确定产品整个设计周期的顶层数据；

2)以顶层数据为后续设计工作的输入，确定各个零部件的初步结构；

3)根据产品的使用环境和受载情况确定零部件的连接形式；

4)运用三维设计预装配技术判断产品各零部件是否配合，若配合，即进入下一阶段的机构设计工作，否则，返回零部件设计阶段，重新设计。

进一步地，上述方法中，所述产品机构运动仿真可视化流程如下：

1)根据上一阶段产品结构设计数据和机构运动原理确定机构的运动关系和机构零部件的基本形式、材料选择；

2)将组成产品运动机构的各个零部件定位、固定和约束到产品的结构上；

3)进入机构运动学分析阶段，分析产品机构的运动轨迹、位移、速度和加速度信息；

4)进入产品人机工程学分析阶段，通过建立人体模型，设置操作姿势，分析人对产品的可操作性，人与产品的匹配性；

5)结合以上分析结果对产品的动态性能做出评估，若动态性能科学合理即进入下一阶段的工作，否则，返回上一阶段的结构设计工作或本阶段的机构设计重新设计。

进一步地，上述方法中，所述产品性能评估预知化流程如下：

1)以前期的结构和机构数据为载体，通过建立有限元模型、设置属性和模型连接，分别对产品的结构进行分析和校核，对机构的动力学特性进行仿真和优化；