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虛擬樣機技術論文范文1
中圖分類號：G424.2文獻標志碼：B
0引言
虛擬樣機技術以其高效率和低成本，在機械產品設計中得到越來越廣泛的應用.通過對機械產品的虛擬樣機建模和仿真分析，可以快速、準確地獲取機械產品的性能，從而驗證設計指標并評價設計結果[1].作為目前世界領先的機械系統動力學分析軟件，Adams以其公認的優越性被越來越多的工程技術人員和科研人員所應用，在機械系統設計和分析領域發揮重要作用.
筆者多年來一直探索如何使學生在課程學習中了解和掌握Adams這一先進軟件.在“機械原理”課程[2]的教學中，已有一些教師進行有益的探索——將Adams用于機構分析[3-6]，獲得良好的效果.在“機械原理課程設計”課程中，有些教師也將Adams應用其中——學生在設計機構運動方案時，應用Adams對設計結果進行驗證[7-9].這些嘗試為“機械原理”課程注入新的教學內容和教學方法，加深學生對機構學知識的理解.但總體來看，這些嘗試還停留在個別教師的教學改革試點層次，缺少Adams與課程內容融合的整體規劃和實施方案.本文從本科生課程和研究生課程2個方面介紹北航在Adams教學中的一些嘗試.
1Adams在本科生教學中的應用
機械原理課程的研究對象為機器和機構，如何在課堂上將機器和機構運動起來，成為提高學生學習興趣和扎實掌握相關理論的關鍵.傳統的教學方法只能依靠教師的講解，將靜止的機器和機構“動”起來，不直觀；一些設計分析結果也無法實際展示和驗證，在很大程度上影響學生對問題的理解和對知識的掌握；此外，雖然學生學習很多的經典理論，但在工作不會應用，導致理論與應用脫節.
為此，自2003年以來，北航機械原理教學團隊以Adams為平臺，將虛擬樣機技術與課程的機構以及機構系統的分析與設計內容有機結合，不僅使靜止的機構圖形運動起來，提高學生的學習興趣，增強對問題的深刻理解，而且使學生初步掌握虛擬樣機這一先進技術，為持續、快速地進行機構創新設計與分析奠定基礎.在課堂教學過程中，以教師為主導，通過虛擬樣機的建立和仿真，對涉及的機構學問題給予直觀、生動的詮釋.學生則利用課余時間，通過上機練習來熟悉和掌握虛擬樣機技術.
1.1課堂教學
3結束語
探索和總結本科生的“機械原理”課程與Adams有機結合的內容和實現方法，進一步探討在研究生階段開設針對學習Adams的“產品設計與虛擬樣機”課程的教學內容、教學方法和教學成果等.在高校開展Adams的學習和應用教學，雖然取得一定的成果，但總體來看，仍處于探索階段，希望通過同行的共同努力，在相關行業的支持下，不斷地深入和推廣下去.
參考文獻：
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虛擬樣機技術論文范文2
車輛模擬器具有工況設置方便、試驗重復性好、安全性高等優點,在駕駛培訓、車輛新產品的研究和開發、人—車—環境試驗中有著重要作用,良好的車輛運動模擬技術是車輛模擬器質量的保障。本文以“車輛人—機—環境模擬器”項目為依托,圍繞車輛模擬器運動模擬技術中三維虛擬道路建模、車輛動力學建模與仿真、動感模擬算法等展開研究。提出了隨機激勵路面輪廓三維高程數據生成方法;對Vortex車輛動力學建模特別是車輛懸架參數的設置進行闡述,并給出了車輛動力學仿真的實例;提出了基于六自由度平臺桿長的模糊自適應動感模擬算法,最后建立了車輛動力學、動感模擬算法與六自由度平臺虛擬樣機組成的車輛模擬器開發綜合仿真平臺。 論文闡述了項目中車輛模擬器的組成及工作原理,闡述了模擬器運動感覺模擬的機制,對模擬器運動系統做了詳細的介紹,為車輛模擬器運動模擬技術奠定基礎。
給出了車輛模擬器三維虛擬道路建模所需的路面輪廓數據和路形數據建模和生成方法,為車輛動力學仿真提供路面激勵數據。利用路面不平度二維功率譜密度的表達式,通過二維傅里葉逆變換法得到了路面輪廓不平度三維路面高程數據生成方法,生成的高程數據的功率譜特性和各向同性特性均優于已有方法。推導了路面輪廓中包含的隨機瞬態成分的空間位移特征與路面等級的關系,提出了三維空間內隨機瞬態成分生成方法。根據道路路形特征給出了三維空間曲線道路建模方法,并采用線切割方法將道路與地形進行了融合。
闡述了Vortex車輛動力學建模的方法和流程,針對Vortex車輛動力學參數化建模的特點,設置不同的懸架參數,進行車輛行駛平順性和穩定性仿真,然后進行結果分析對比。對不同路面類型以及各種車輛運動的典型工況進行了動力學仿真,為動感模擬算法的設計和優化提供數據支持。 針對經典動感模擬算法參數不能在線實時調整而導致平臺空間利用率低的問題,在經典動感模擬算法和基于平臺單自由度約束的模糊自適應動感模擬算法的基礎上,提出了基于平臺桿長約束的模糊自適應動感模擬算法。
首先解決了動感模擬算法中輸入信號預處理、傾斜角速度限制環節處理以及自由度解耦等幾個問題,然后提出了模糊自適應算法的原理與模糊自適應規則,并對幾種動感模擬算法進行了仿真分析對比,結果顯示基于平臺桿長約束的模糊自適應動感模擬算法具有參數調節簡單意義明確、調節作用平滑無沖擊、不需要考慮多自由度之間耦合作用的優點,能充分利用平臺的運動空間而提高動感模擬逼真度。
建立了車輛動力學、動感模擬算法、六自由度平臺虛擬樣機的Vortex、Simulink、 ADAMS聯合仿真系統。首先闡述了聯合仿真系統的組成、原理及作用,然后建立了六自由度平臺ADAMS虛擬樣機模型,并將其與Simulink相聯接。以動感模擬運動的可視化與數據監控以及蛇形試驗專用動感模擬算法為例,對聯合仿真系統的應用進行了舉例說明。
虛擬樣機技術論文范文3
[關鍵詞]排氣歧管 CAE 有限元分析 優化
[中圖分類號]TK403 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2014）11-0079-02
排氣歧管是車輛內燃機排氣系統中的重要組成部分，對內燃機的動力性、經濟性和排放均有影響。因此，在車輛維修時，它是很難檢測到由于高的內燃機的排氣背壓內燃發動機功率發揮不足或內燃發動機不能正常工作。本論文針對內燃機排氣管路中造成排氣阻力的成因進行分析，為生產、安裝提供結構優化，通過一些數據分析的排氣管線的安裝尺寸、方法和結構的優化，減少排氣管線出現的反壓現象引起的排氣氣體湍流，有效降低高內燃機排氣背壓的情況下，保證內燃機穩定工作。
一、研究對象
本文選用FB4105防爆柴油機的研究對象為排氣歧管。FB4105防爆柴油機的主要技術參數有：轉速2300r/min、凈重350kg、防爆凈功率40KW、總排量2.5L。
邊界條件的排氣系統數學模型包括：
（1）入口邊界條件是：根據發動機排量和速度給定的入口速度V=12.06m/s，根據發動機廢氣排放溫度給定入口溫度600℃，根據給定的速度和湍流強度0.3MPa入口處入口結構的價值。
（2）出口邊界條件：針對出口壓力的條件下，假設出口壓力是大氣壓力。
（3）壁面邊界條件：壁面邊界條件為無滑移速度邊界條件。
二、虛擬樣機模型
根據測繪數據，應用UG軟件建立排氣歧管的三維模型（圖1：排氣歧管三維模型），從三維模型圖中抽取出氣道三維圖（圖2：排氣歧管氣道三維模型）。
圖1 FB4105排氣歧管三維模型
圖2 排氣歧管氣道三維模型
三、CAE有限元分析
CAE模塊是3d應用UG軟件中的一個有限元分析模塊，從訂單的產品、設計、開發，綜合傳統的經驗設計和穩流試驗臺的試驗和錯誤的方法，改進的虛擬開發。在虛擬環境下設計實現了虛擬樣機開發的數字仿真方法的產品性能評價過程、優化和修正，從根本上改變了傳統的設計思想，減少不必要的原型機生產，降低產品設計成本，縮短產品的設計周期。
UG高級仿真模塊提供對許多行業標準解算器的無縫、透明支持，這樣的解算器有NX Nastran、ANSYS等。如高級仿真模塊使用該解算器來處理所有網格劃分、邊界條件和解法，還可以求解模型并直接在結算過程中查看結果。高級仿真模塊除提供基本設計仿真中的功能外，還具有高級分析解算流程的其他功能：
（1）高級仿真有獨特的數據結構。
（2）高級仿真有很強的網格劃分功能。
（3）高級仿真有靈活的幾何體設計方法。
（4）高級仿真中有NX傳熱解算器和NX流體解算器。
按照要求用UG軟件打開排氣歧管氣道三維模型，點擊高級仿真模塊，新建FEM（Finite Element Modeling）模型，求解器為NX Thermal/Flow，分析類型為Coupled Thermal-Flow（耦合熱流），材料賦予Air（空氣），采用四面體網格進行劃分，單元格選為5，共劃分有41197個網格單元。圖3為創建的排氣歧管氣道三維模型網格圖。
圖3 排氣歧管氣道三維模型網格圖
四、CAE有限元計算結果及分析
按照內燃機的點火順序（1缸―3缸―4缸―2缸），分別加載邊界條件，對1缸、2缸、3缸和4缸的氣道進行流體模擬分析，從結果可見，流道發生拐彎及彎曲的形狀都會影響氣流，從優化前的圖5、圖6、圖7及圖8上可以看出，每個排氣工作時，對當前管到出口的拐彎處，有一塊區域的氣流產生的紊流現象很明顯，壁面受氣流的沖擊也比較大;當前工作缸的氣流對后面的氣道沒有產生影響，但是對前面的氣道均產生了影響。
五、小結
從FB4105排氣歧管的數值模擬和分析可以基本上滿足光滑排氣的要求，強烈的渦流區沒有出現在管內，只有極少部分渦流現象在管道的彎曲處出現。為了提高通道的氣流速度的均勻性，對原結構進行改善，將在管道彎曲處設計添加圓角。仿真結果表明，原來存在的湍流現象顯著降低了，并且對排氣氣缸后面的氣道也沒有影響，氣道形狀設計更加科學合理。
【參考文獻】
虛擬樣機技術論文范文4
（武漢商學院 湖北 武漢 430056）
摘 要：文章以UG軟件為設計平臺，以伸縮繪圖桌為典型案例，應用虛擬設計技術，完成該伸縮繪圖桌各零件的三維實體設計、橫向伸縮機構、縱向伸縮機構以及升降機構三個部分虛擬裝配和整個伸縮繪圖桌的虛擬裝配。
關鍵詞 ：UG；伸縮；繪圖桌；虛擬設計
中圖分類號：TH122 文獻標識碼：Adoi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．05．041
*基金項目：湖北省高等學校2014年省級大學生創新創業訓練計劃項目“一種新型繪圖桌的研制”（項目編號：201411654010）；武漢商學院2014年大學生創新創業訓練計劃項目“新型繪圖桌的設計研究”（項目序號：8）。
收稿日期：2015－01-15
0 引言
通常，機械制圖的課堂教學，以學生畫小圖為主，縮小繪圖桌的尺寸，可以在有限的教室里面，放置更多的繪圖桌，容納更多的學生進行手工繪圖，充分利用教室面積。在進行機械設計課程設計時，需要分組小班教學并且繪制大圖，這時需要在教室里放置大繪圖桌進行教學。新型繪圖桌尺寸可調，可根據學校實際教學需要合理使用繪圖桌，同時又方便學生進行繪圖。
伸縮繪圖桌通過伸縮機構調整繪圖桌的縱、橫向尺寸，以滿足A0、A1圖板的放置要求，實現不同規格圖板可使用同一繪圖架的目的。伸縮繪圖桌通過升降機構調整繪圖桌的高度尺寸，并可調整前、后支撐腳的高度實現圖板傾斜放置，以適應不同學生繪圖的方便性。
伸縮繪圖桌具有折疊功能，在需要存放或搬移時，可折疊放置，節省空間，方便移動。
UG軟件是集CAD／CAE／CAM，計算機輔助設計、計算機輔助分析以及計算機輔助制造于一體的三維參數化軟件，被廣泛地應用于航空、航天、汽車、通用機械和電子等工業領域。
本文基于UG平臺的虛擬設計技術，完成伸縮繪圖桌各零件的三維建模設計，虛擬裝配，在虛擬樣機裝配過程中，對裝配進行干涉檢測，以及時發現設計中的問題，在虛擬設計環境中對設計缺陷進行修正，對設計思路進行優化，以降低實際制造出現問題的風險，從而使伸縮繪圖桌一次性制造成功。伸縮繪圖桌主要由橫向伸縮機構、縱向伸縮機構以及升降機構組成，本文利用UG軟件，首先完成橫向伸縮機構、縱向伸縮機構以及升降機構的虛擬設計，最后完成繪圖桌的整個虛擬樣機的設計。
1 繪圖桌典型零件階梯軸的三維建模設計
伸縮繪圖桌的零件主要是軸類零件和板筋類零件，在UG中繪制軸類零件和板筋類的方法基本相似，下面以繪制階梯軸為例，闡述在UG中進行零件三維建模的一般步驟及過程。
（1）單擊工具欄中新建圖標，選擇模型類型，建立模型模塊。
（2）單擊工具欄中圓柱圖標，在對話框中設置圓柱體的參數。
①在【類型】下拉列表中選擇【軸、直徑和高度】
②在【制定矢量】下拉列表中選擇圓柱的軸向方向圖標；
③設定圓柱直徑、高度以及中心；
④單擊確定完成階梯軸一段圓柱的建模。
（3）在【凸臺】對話框中設定階梯軸另一圓柱的相關參數。
①設置圓臺的直徑、 高度及錐角；
②設定圓臺的放置面、選擇合適的定位方法。
（4）重復以上凸臺建立的步驟，生成階梯軸的其他部分。
2 伸縮繪圖桌的虛擬樣機設計
伸縮繪圖桌主要由橫向伸縮機構、縱向伸縮機構、升降機構組成，基于UG軟件設計環境的伸縮繪圖桌虛擬樣機設計如下。
2．1 伸縮機構
（1）橫向伸縮機構。
伸縮繪圖桌的橫向伸縮機構如圖1所示，兩對伸縮套管套在空心的伸縮軸上，伸縮軸的左右兩邊各開設有兩兩對稱布置的四個定位孔，用于確定A0、A1圖板的橫向尺寸位置，伸縮套管上有一個定位孔，當伸縮管上的定位孔與伸縮軸上的某個定位孔配對時，通過蝶形螺母和螺栓進行固定，方便拆裝，可以滿足放置A0或A1圖板的橫向尺寸。
伸縮軸上內、外側兩孔中心線沿軸線方向距離分別為A1、A0圖板橫向尺寸1200mm與900mm。考慮在加工和安裝過程中存在的誤差，以及繪圖板實際尺寸誤差，伸縮軸上的孔采用形似鍵槽的半圓頭孔，可在±8mm范圍內調節橫向尺寸滿足實際圖板要求。此外，在伸縮軸的中間焊接一4mm寬圓柱形擋塊，將左右兩側伸縮套管隔開（見圖2）。
（2）縱向伸縮機構。
伸縮繪圖桌縱向伸縮機構如圖3所示，繪圖桌立柱套管與立柱上分別焊接一焊接板，通過螺栓連接伸縮槽板或伸縮板，伸縮槽板上銑有一定長度的通槽，伸縮板上開有通孔，兩者通過蝶形螺母和螺栓連接，螺栓在通槽里自由滑動實現繪圖桌支撐腳之間縱向尺寸調整。
考慮零件制造和安裝誤差以及圖板實際尺寸誤差，縱向尺寸在圖板標準寬度尺寸基礎上設置了約為±10mm的調節范圍，滿足圖板實際寬度尺寸需要。
如圖4、圖5所示，分別為調節后的A0、A1圖板用伸縮繪圖桌。
2．2 升降機構
繪圖桌支撐腳的立柱套管上銑如圖6所示通槽，套管內套有采用空心管的立柱支撐，立柱上開有小通孔，將立柱小孔對準立柱套管不同高度定位槽通過螺栓聯接。進行高度調節時，將蝶形螺母擰松，向內側方向轉動立柱，使立柱小孔與螺栓對準立柱套管中間的豎直槽，然后將立柱沿軸線方向移動，調節到合適高度后，向外側方向轉動立柱，立柱小孔對準高度定位槽后鎖緊螺母。通過此方式調整立柱套管與立柱之間的相對距離，實現繪圖桌高度尺寸的調整，并且可通過調節前、后支撐腳不同高度實現圖板傾斜放置。
如圖7所示為A0圖板傾斜放置圖，此繪圖桌所采用的方式為前面兩立柱定于最大高度處，后面兩立柱定位于最低高度，實現圖板最大傾斜角度。在使用過程中，根據繪圖者習慣，通過調節前、后支撐高度，將圖板置于合適傾斜角度。
安裝好的繪圖桌，由于地面不平或繪圖桌本身誤差可能會導致放置不平穩，因此本設計中，在立柱下端焊接開有螺紋孔的小支撐圓柱，安裝墊腳螺釘，通過調節墊腳螺釘，將圖板放置平穩。
2．3 圖板的放置
如圖8所示，圖板放置于四個支撐平板上，支撐平板與支撐套管焊接為一體，并焊接對稱布置的四塊筋板增加支撐可靠性，如圖9所示，支撐套管套在伸縮套管上，支撐套管可在伸縮套管上繞軸線自由轉動，使得當圖板傾斜一定角度時，圖板與支撐平板接觸良好。為固定支撐平板放置的角度，在支撐套管下端開小孔，并焊接圓螺母，使用蝶形螺釘將支撐套管緊定于伸縮套管上。
為防止圖板放置后左右滑動，在四個支撐平板外側焊接擋板。此外，為防止圖板傾斜放置時出現下滑現象，在繪圖桌后方兩個支撐平板上焊接防止下滑擋板。
2．4 折疊功能
繪圖桌具有折疊功能，在搬移或者存放過程中，可將其折疊，節省空間，方便移動。圖10所示為折疊后的繪圖桌，此折疊方式為縱、橫向尺寸及高度尺寸最小的情況，也可將立柱套管伸縮槽板和伸縮板向下旋轉折疊。
2．5 伸縮繪圖桌整體結構
如圖11所示伸縮繪圖桌整體結構，伸縮套管安裝在伸縮軸上，可沿伸縮軸軸線方向自由移動，實現繪圖桌橫向尺寸的變化；伸縮板可沿伸縮伸縮槽板長度方向自由移動，實現繪圖桌縱向尺的變化；立柱與立柱套管同軸安裝，通過軸向自由移動實現繪圖桌高度尺寸調節和圖板傾斜角度調節。
參考文獻
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（責任編輯 吳 漢）
征 稿 啟 事
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虛擬樣機技術論文范文6
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中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.03.025
The SMT Virtual Manufacturing Training System
PENG Zhi-cong1, LoNG Xu-ming2 Huang Ho2 Dan Mington2 Cui Xiaolu2
(1.Guangdong Electronic Academy, Guangzhou 510055, China; Southwest Jiatong University, Chengdu 610031, China)
【Abstract】 This paper discusses the advance SMT Virtual Manufacturing Training System. The SMT Manufacturing is visual simulated in a computer. the PCB design, the SMT technology, the editting of equipment soft and the visual simulation of SMT equipment are integrated by the system.
【Key words】Virtual Manufacturing; Surface Mounting Technology; Visualization Simulation
1 SMT虛擬制造
1.1 虛擬制造
虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM）是實際制造在計算機上的本質實現，即采用計算機建模與仿真技術，在高性能計算機及高速網絡的支持下，在計算機上群組協同工作，通過三維模型及動畫或虛擬現實，實現產品的設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造是對已有或未來的制造活動進行仿真，它基本上不消耗現實物質資源，所進行的過程是虛擬過程，所生產的產品也是虛擬的。
VM技術是一個龐大、復雜的新興學科領域，其中涉及到計算機軟件技術、動態數據庫技術、虛擬現實技術、工廠的建模與仿真技術、并行工程等領域，如圖1所示。從提出到現在的幾十年間，VM技術的研究取得了很多成果。在國外，VM單一目標技術和系統已經開始應用于幾十家頂級的汽車制造、航空、重工業和消費電子產品生產公司的某些部門，而且已經發揮了巨大的作用，表明了VM技術的潛力。
在國內，虛擬制造技術方面的研究只是剛剛起步，其研究也多數是在原先的CAD/CAE/CAM和仿真等基礎上進行的，目前主要集中在虛擬制造技術的理論研究和實施技術準備階段，系統地研究尚處于國外虛擬制造技術的消化和國內環境的結合上。清華大學CIMS工程研究中心虛擬制造研究室是國內最早開展虛擬制造研究的機構之一，主要進行了虛擬設計環境軟件、虛擬現實、虛擬機床、虛擬汽車訓練系統等方面的研究；浙江大學進行了分布式虛擬現實技術、VR工作臺、虛擬產品裝配等研究；西安交大和北航進行了遠程智能協同設計研究；西北工業大學進行了虛擬樣機的研究。國內在虛擬現實技術、建模技術、仿真技術、信息技術、應用網絡技術等單元技術方面的研究都很活躍，但研究的進展和研究的深度還屬于初期階段，與國際的研究水平尚有很大的差距。我國的研究多集中于高等院校和少量的研究所，企業和公司介入的較少。
圖1 虛擬制造
Fig.1 Virtual Manufacturing
1.2 SMT虛擬制造系統
在微電子組裝和制造業，元器件不斷的向微型化和密集化方向發展。表面貼裝技術（Surface Mounting Technology，SMT）是應用最為廣泛的新一代的電子組裝技術，它直接將元件無導線的貼裝在PCB基板上，取代了傳統的插孔元件安裝、導線連接。表面貼裝技術可以使元器件體積更小、安裝密度更大、提高可靠性和生產自動化程度。貼片元件的體積和重量只有傳統插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。
在電子產品組裝生產的傳統模式中，設計一般是由設計工程師在計算機上利用多種計算機輔助設計工具來完成，生產制造則在各種數控設備(如貼裝機等)上完成。每一種產品在加工之前，制造工程師首先必須對數控設備編程并反復試驗，以確保操作規程的可行性和正確性，然后進行試生產，反復修改直到最后定型，再投入實際的批量生產。生產準備時間很長，投入資金很大。事實上，SMT生產線中數控設備編程所需的大多數數據完全可以從CAD系統的相關數據文件中獲取，例如元件在PCB上的坐標位置、角度、物理特征參數等。這些數據量很大，也比較零亂，有些特征數據是不同數控設備都需要的，如貼裝機、點膠機、在線測試設備均需要元件在PCB上的坐標位置，而實際中設計部門和制造部門卻很少相互了解需求，許多信息不能共享，在企業間往往形成了兩個“自動化孤島”。隨著市場競爭的加劇，產品交貨周期必須縮短，生產成本必須控制，因此迫切需要在這兩個“孤島”間建立聯系，虛擬制造被認為是其最好的解決方案。
2000年之后一部分高校開始在電子實踐教學中增加SMT教學內容，大部分專職院校設立SMT電子制造工程專業，但無實驗設備和條件，即使己購買SMT生產線的，也無資金或產品開動生產線。SMT虛擬制造系統中關健設備的虛擬樣機，便于教學，同時便于企業員工職業培訓。
SMT虛擬制造系統就是在計算機支持下，以仿真技術為前提，建立功能強大的虛擬制造環境，對PCB設計、組裝等生產過程進行統一建模。在PCB設計階段或組裝之前，就能實時、并行地模擬出其未來組裝全過程及對設計的影響，預測PCB組裝的性能、成本和可制造性，從而有助于更有效、更經濟靈活地組織生產，使工廠和車間的資源得到合理配置，使生產布局更合理、更有效，以達到開發周期和成本的最優化、生產效率的最高化之目的。
2 SMT虛擬制造系統設計
采用虛擬制造技術，開發出“先進電子SMT虛擬制造系統SMT-VM2011”，在電子SMT設計和制造“孤島”間建立聯系，將PCB設計、SMT生產線工藝設計、關健SMT設備編程、加工過程可視化仿真和可制造性評價系統集成，在計算機上以直觀、生動、精確的方式模擬出先進電子SMT制造技術。
2.1 系統設計
根據組裝對象不同，SMT有多種工藝流程，一般單面組裝的典型工藝流程為：上料涂布(上焊膏或點膠)貼片再流焊清洗測試下料。SMT生產線如圖2所示，主要由自動上板機、自動絲網印刷機或自動點膠機、自動貼片(裝)機、自動焊接爐、自動清洗機、在線測試機和AOI測試機、自動下板機等自動化組裝和測試設備組成。
圖2 SMT生產線
Fig.2 SMT Production Line
2.1.1系統組成
SMT虛擬制造系統組成如圖3所示，主界面如圖4所示，將兩個“孤島” ――SMT設計和制造集成, 主要包括:
圖3 SMT虛擬制造系統組成
Fig.3 SMT VM System
圖4 主界面
Fig.4 Main window
1）PCB設計虛擬制造系統
2）SMT生產線工藝流程設計
3）關健SMT設備虛擬編程，主要包括：絲網印刷機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰焊、AOI測試機。
4）關健SMT設備加工過程可視化仿真，主要包括：絲網印刷機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰焊、AOI測試機。
5）可制造性評價
（1）電子產品PCB設計與制造
根椐用戶設計的EDA（Protel、Mentor、OrCAD…）電路PCB文件，自動檢測出用戶設計的EDA電路的錯誤；
能3D可視化直觀顯示EDA設計的PCB板組裝后的情況（基板、器件、焊膏、焊點、膠點），如圖5所示；
圖5 PCB設計靜態仿真Fig.5 PCB Static simulation
模擬PCB標號Mark點示教和PCB貼片過程，并進行貼片程序順序優化；
根據所設計的PCB板的結構，設計SMT生產線工藝流程和參數，3D動畫顯示SMT生產線工藝流程；
在PCB設計和制造“孤島”間建立聯系，在最短時間內為EDA最優設計提供直觀依據，效率高， 成本低。
（2）電子SMT設計與制造
SMT關鍵設備包括：絲印機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰
2.1.2 系統主要技術功能
SMT-VM2011系統主要技術指標如表1所示，非常適合高校高職教學和企業培訓，不僅使用戶進一步掌握EDA電路設計技術，更使用戶掌握SMT組裝技術和各種世界著名公司SMT關鍵設備技術。SMT-VM2011性能優，功能強，交互性強，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統的一把烙鐵學電子的局面。焊，件機，AOI測試機，API測試機；
讀入EDA設計的PCB文件，進行國際市場上主流SMT機型的摸擬編程（Yamaha、Fuji、Seimens、Panasonic、MPM、DEK、GKG、Heller、EASA、ANDA、Aleader、VATA……）；
SMT關鍵設備靜態仿真，可縮放、旋轉、平移；
按照摸擬編程CAM程序，自動進行SMT關鍵設備工作過程3D模擬仿真；
可進行制造性分析，在3D仿真過程中對模擬編程的錯誤進行檢測；
在SMT關鍵設備編程設計和制造之間建立聯系，將SMT關鍵設備的貼片過程在計算機上以直觀、生動、精確的方式呈現出來，取代傳統的試機過程，縮短開發周期、降低成本、提高生產效率。
2.2 貼片機虛擬制造系統
貼片機虛擬制造編程系統的主界面如圖6所示，自動進行貼片機工作過程3D模擬仿真如圖7所示。貼片機軟件體系結構如圖8所示，包括：模擬編程模塊、貼片機3D仿真模塊、貼片程序優化模塊和貼裝數據庫模塊，系統先對貼片機機型進行模擬編程，讀入EDA設計文件，自動生成貼裝順序程序文件，并將數據輸入到貼裝數據庫中；再在VC++6.0環境下采用面向對象技術和OpenGL技術，按貼片機類型自動進行3D機構組裝3D仿真；最后設計生成最優化程序。
3 SMT教學培訓課程和實驗室建設
SMT教學培訓課程教學培訓大綱如表2所示。
（1）電子產品EDA設計的PCB虛擬制造實驗，學時20 h。
圖6 貼片機虛擬制造編程系統Fig.6 The placing VM system
圖7 貼片機工作過程3D模擬仿真Fig.7 The placing 3D simulation
目的：該實驗在電子設計和制造“孤島”間建立聯系，在最短時間內為EDA最優設計的數據修改提供直觀依據，以達到開發周期和成本的最優化、生產效率的最高化之目的。不僅使學生進一步掌握EDA電路設計技術，更使學生了解電子產品PCB電路板是如何制造出來的。
圖8 貼片機軟件體系結構
Fig.6 The frame of placing softwere
內容：根椐學生設計的EDA電路PCB板圖，能自動檢測出學生設計的EDA電路的錯誤，包括電路設計錯誤和可制造性錯誤，能3D可視化直觀顯示EDA設計的PCB板的布局和SMT組裝生產后的PCB情況；并且，模擬PCB板的SMT制造過程，設計SMT生產線工藝流程和參數，3D動畫顯示SMT生產線工藝流程。
（2）電子SMT制造生產線虛擬制造實驗，學時30小時。
目的：讓學生根據自己設計的EDA電路PCB板，設計SMT關鍵設備的CAM程序，并且自動3D動畫模擬所設計的CAM程序驅動的設備工作過程，能實時、并行地模擬出其未來組裝全過程及對設計的影響，預測PCB組裝的性能、成本和可制造性。使學生掌握SMT組裝技術和各種世界著名公司SMT關鍵設備技術。使學生了解和掌握現代先進電子大制造技術，徹底改變了傳統的一把烙鐵學電子的局面。
內容：首先讀入EDA設計的PCB文件，進行國際市場上主流機型的SMT關鍵設備的摸擬編程，SMT關鍵設備包括：絲印機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰焊和AOI測試機；最后按照摸擬編程CAM程序，自動進行SMT關鍵設備機構工作過程3D模擬仿真，并可進行制造性分析。
（3）先進電子制造創新開發實驗，學時30小時。
目的：在“電子SMT虛擬制造系統SMT-VM2011” 平臺上，進行針對個性化實驗、SRTP（科研創新實驗）、國家創新實驗、電子競賽、本科生畢業設計、研究生畢業論文等的開發實驗。使學生了解和掌握國際現代電子制造的軟件、控制和電子等最先進技術。
內容：開發世界著名公司SMT關鍵設備CAM編程軟件和3D仿真軟件、世界著名公司IC關鍵設備CAM編程軟件和3D仿真軟件、軌道交通電氣自動化虛擬制造系統等。
4 結論
SMT-VM2011非常適合高校高職教學和企業培訓，不僅使用戶進一步掌握EDA電路設計技術，更使用戶掌握SMT組裝技術和各種世界著名公司SMT關鍵設備技術。SMTVM2012性能優，功能強，交互性強，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統的一把烙鐵學電子的局面。
參考文獻
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[2] 袁鵬，胡躍明，吳祈生等. 基于視覺的高速高精度貼片機系統的程序實現[J].計算機集成制造系統，2004，10（12）.
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