主要研发软件介绍

进行可视化仿真研究必须具备强大的软件系统支持，由于可视化仿真内容的多样性，现有的软件中，尚没有一种可用于全部六方面可视化仿真。即使在进行加工、装配、运动学等某一项可视化仿真研究时，通常也需要几种软件作为支撑平台进行研究。现把常用的软件按其重点应用领域进行分类，可分为三维建模类、工程模拟类、控制仿真类、有限元计算类、软件开发编程类及其他软件类等。

（1）三维建模类 三维建模类软件用于创建所设计产品的三维几何模型，它是多种可视化仿真的基础。通过三维建模类软件创建的实体模型，可让设计者直观了解零部件的实际形状、质心位置及零件的实际质量等。常见的三维建模类软件有SolidWorks、Pro/E、Catia、UG等。这些软件都能基于零件的特征进行实体建模，且都具有尺寸驱动和参数化设计的功能，非常适合机械零部件的创建，且可动态地将零件装配成装配体。需要指出的是，上述所提的建模类软件并非只具有三维建模功能，一般还具有简单的功能模拟的能力，只是建模是其最核心的功能模块，如Catia作为汽车、飞机等重要的研发软件，三维建模是其最主要的功能模块，除此之外还有运动仿真、有限元计算及CAM功能等。

（2）工程模拟类 工程模拟类软件用于模拟所研究对象的运动学、动力学特性，全方位地展示所设计产品的工作状况，它是运动学、动力学、工作过程可视化仿真的核心软件。常见的工程模拟类软件有美国MDI公司的ADAMS（2002年被MSC收购）、比利时LMS公司的DADS、德国航天局的SIMPACK、韩国的Recurdyn等。对于以上软件，国内外应用最广的还是ADAMS。

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）是专用于机械系统运动学、动力学的仿真分析软件。利用其零件库、运动约束库、力库等模块能方便地建立复杂机械系统的运动学/动力学仿真模型。ADAMS能自动计算输出机械系统部件的运动位移、速度、加速度和反作用力，仿真结果不仅可以用曲线输出，还可以显示动画仿真。它可以迅速地分析和比较多种参数方案，直至获得优化的工作性能。这里需要指出的是，作为专业的工程模拟软件，它的建模功能不是很强，在对于分析复杂结构的机械系统时，通常要先在三维建模类软件上创建模型，再导入到ADAMS的仿真环境。

（3）控制仿真类 控制仿真类软件主要用于控制过程可视化研究，它可以用于创建机械系统的控制模型，模拟所设计机械产品的控制过程，改变相关参数，优化现有的控制策略等。在控制系统设计与分析的软件中，Matlab是目前应用最为广泛的。在Matlab环境中，有超过500种数学、统计、科学及工程方面的函数可使用。此外，Matlab工具箱提供了在许多应用领域所需的函数，如符号运算、图像处理、信号分析、控制系统仿真等。SimuLink是Matlab提供给控制领域的用户，作为对线性、非线性、离散控制系统进行分析的工具。因此，应用Matlab/SimuLink可方便地建立机械产品控制系统的仿真模型，并进行控制系统性能的仿真分析。

（4）有限元计算类 有限元计算类软件也是进行可视化仿真研究的重要软件。通过有限元软件可求解具有复杂结构的机械零部件静态及动态应力分布情况、在外载荷作用下的变形情况和求解零部件的固有模态特性等，这些都是进行动力学可视化分析的核心内容。常见的有限元分析软件有ANSYS、NASTRAN和MARC等。有限元分析软件种类较多，其中ANSYS是最常用的一种，它是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数CAD软件接口实现数据的共享和交换。ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析、热分析等；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。(www.xing528.com)

（5）软件开发编程类 前面所提的各类可用于可视化仿真的软件都是通用软件系统，实际应用中很可能遇到可视化仿真困难或相当麻烦，还有可能根本无法使用。为了解决上述问题就必须用到开发编程类软件。开发编程类软件在进行可视化仿真研究中主要有两方面应用：一是在原有通用可视化仿真软件基础上进行二次开发，使进行可视化仿真更容易、更方便；二是自行开发可视化仿真系统，使整个仿真系统完全围绕自己的研究对象进行。常见的开发编程类软件有编程语言Visual Basic、Visual C++、Delphi、Visual Fortran等和图形化编程语言OpenGL，这些软件可以方便创建可视化的图形界面，进行原有可视化仿真系统的二次开发，Open-GL和其他编程语言结合可自行开发可视化仿真系统。

（6）其他软件类 因为机械产品可视化仿真是涉及多个学科的交叉领域研究，除上述所提的软件外，在实际进行可视化仿真时还可能用到诸如专用的CAM、CAPP、数据库技术、网络技术等相关软件。在进行装配、加工、运动学、动力学、工作过程、控制过程这六个方面可视化仿真研究时，通常也需要几种软件联合使用以完成预定的仿真任务。软件系统的集成使用，已成为进行可视化仿真研究的一种趋势，表10-1列出了进行这六方面可视化仿真常用的软件搭配成的软件系统。

表10-1 六种可视化仿真应用的软件系统