Vortex工程机械行业应用解决方案

Vortex工程机械行业应用解决方案Vortex是一款综合的计算机仿真分析和可视化平台，充分考虑了CAE和VR两个领域的优势和应用特点，并将二者进行集成融合，使得Vortex同时具备机械系统动力学、碰撞检测以及视景仿真分析的能力。基于该特征，Vortex可以构建任意复杂工程机械系统及其周围逼真的环境模型。从另一个角度来讲，Vortex是业界最为领先和专业的物理引擎开发商，基于十多年的工程仿真和实践经验，cm-labs公司积累了大量的工程试验数据，使得其有能力不断完善自身的数学模型和仿真框架，来满足工程仿真的需求。Vortex可以被应用于各种工程设备的设计分析和性能研究；可以用来进行全工况的操作培训；还可集成第三方仿真工具Matlab/Simulink等，用于新型智能工程设备的性能分析和样机研发。1、Vortex仿真模型的构成通常来讲，Vortex的仿真模型，主要由以下三部分组成：描述机械系统物理行为和拓扑连接关系的数学物理模型、用于部件显示的图形模型以及用于描述外部环境的场景模型。图1Vortex模型的组成部分三个部分被集成到一起，物理模型负责底层的数值求解和计算，同时，每一个运动节点的物理模型和图形节点绑定，在每一个仿真循环体内，物理计算的结果数据都要传递给所有的图形节点，用于其位置和方位的更新，最后，考虑仿真对象和外部环境的力学交互，包括一般几何体和复杂几何体的接触碰撞、起伏地形的实时响应以及软土路面的力学交互等，加之图形引擎对环境、气候、天气等因素的模拟，从而为用户呈现全方位、立体化的仿真沉浸体验。2、Vortex在建筑机械领域的应用特点图2Vortex在建筑机械上的应用Vortex具备传统动力学仿真所有的功能，包含丰富的力学约束库，为刚体部件设置物理参数，同时包含多种摩擦类型等，除此之外，Vortex还具备很多其他的特色功能：专业的参数化车辆底盘仿真功能，可以搭载任意轮式车或者履带车底盘真实的模拟液压缸的各种特性和操控真实模拟各种典型工况：和周围环境的碰撞（树木、建筑、电线）；可能翻车的操控方式；多个伸缩臂的联动等专业的EarthWork模块，可以模拟各种土方施工效果基于Vortex的柔性体仿真工，呈现逼真的“晃动”效果，并且根据高度和速度的不同，伸缩臂的“晃动”情况也不同具有风载的力学交互效果视景环境可以动态的改变：实时增加和删除场景元素（树木、建筑、电线杆、交通灯等）3、Vortex在港口机械领域的应用特点图3Vortex在港口机械上的应用可以模拟各种装载吊装对象，包含集装箱、散装材料和普通货物，甚至是风力涡轮机组件、水泥管、挖掘机、板条箱包装的大物件及覆盖防水布的形状不规则的物件和对象。仿真模型可以实时显示负载指标、空中吊运车的位置，具备集装箱管理系统仿真功能。仿真模型可以响应各种操作，包括设备运动、振动、冲击、加速、紧急停止的位置速度反应等。Vortex仿真模型可以模拟所有操纵杆的控制，包含操纵杆的操作模式，旋转式锁紧装置操作（锁定/解锁）等。同时，为了加强仿真的真实性，Vortex模拟器包含了视听效果，例如港口交通、港口和平台照明（包含环境光和自然光）、起重机及船的声音、无线电通讯。4、Vortex在海洋工程机械的应用特点图4Vortex在海洋工程机械上的应用应用Vortex的实时交互动力学仿真功能和先进的可视化技术，可以帮助海洋能源产业单位进行各种设备的设计、测试、配置和培训，包含甲板、水上、水下操作。Vortex被看做是行业内的标准，已经应用在许多大型海洋工程和培训应用中。海洋工程机械的应用，除了需要Vortex具备通用工程机械仿真的能力，还需要具备模拟海洋工况的能力，为此，Vortex特地开发了海洋模块，Vortex海洋模块可提供浮力、阻力、附加质量流体动力学仿真。Vortex海洋模块包含Sundog的Triton，可形成出色的流体渲染效果。流体交互支持浮力、阻力、升力和附加质量充分应用JONSWAP海浪谱和Pierson-Moskowitz海浪谱模型应用蒲福风级(Beaufort)或者道格拉斯(Douglas)等级数目快速定义海况通过添加风，定义风速和风向，产生海浪及其运动，定义海况向仿真中添加船舶开尔文尾迹效应(Kelvinwakeeffects)逼真的3D水和海洋渲染，包括水下效果SilverLining环境属性可自动连接海洋属性，无缝集成海上和海下视觉效果5、Vortex和其他第三方工具的集成随着信息化技术的发展，工程机械系统变得越来越复杂，越来越智能。这就要求工程人员在进行计算机仿真分析的时候，不能只再简单考虑系统的动力学性能，还要综合考虑液压、控制等多方面的因素，为此，Vortex特意提供了和其他第三方软件工具的接口。（一）和MATLAB/Simulink的联合仿真图5Vortex和Simulink的联合仿真VortexSimulink插件可以将Simulink模型嵌入到Vortex仿真中。在建模阶段，VortexEditor和Simulink应用程序可以并行运行，保证开发速度。一旦通过验证，Simulink模型可以编译为Vortex插件，集成到Vortex仿真环境中。（二）Vortex和DSHplus的联合仿真DSHplus源自国际流体动力学会,是全球著名的流体传动与控制系统仿真软件。它通过搭建图形化的液压系统原理图，对液压系统进行各种仿真分析。应用DSHplus的代码输出功能，可以实现对液压系统的实时仿真，并可以和Vortex的动力学仿真仿真进行集成，联合建模更加逼真准确的系统仿真模型，设置可以与物理硬件连接,实现实时半实物仿真。6、Vortex模拟器应用解决方案Vortex模拟器通过富有沉浸感的仿真环境下为客户提供必要的技能培训，并且可以提高培训的安全性和减少培训成本。由操作员、训练员和仿真专家共同开发的Vortex模拟器提供的是一个整体的培训解决方案，为的是让重型装备操作员更充分的应对未来的挑战。应用Vortex模拟器，组织者可以为操作员的培训和技能提高提供高度真实并且低成本高效率的解决方案，从而帮助操作员完美的完成工作。Vortex训练模拟器具有模块化且可扩展的功能。解决方案可以依据客户的需求来定制，而且它可能是最小且最优显示解决方案、操作员驾驶室解决方案和设备类型解决方案。以下是配置模拟器的3个主要模块和一些可选择附加：A:虚拟显示模块B:操作员驾驶室模块C:设备控制和软件模块D:完成训练解决方案可选择的附加为了设计最好的解决方案，你至少选择A/B/C三个主要模块中的一个。最后的D组件是一个可选的附件模块，以配合完成训练解决方案，比如，指导者的工位。以下是一个完整的模拟器训练解决方案实例，此解决方案包含3个主要模块。图6Vortex模拟器基本配置图7Vortex多通道显示模拟器案例Vortex模拟器可以应用于以下领域：建筑设备从拥挤的城市到宽阔的高速公路，Vortex可以为建筑施工行业提供范围广泛的机械培训训练。移动式起重机（轮式和履带式）塔式起重机混凝土泵挖土机和挖掘机混凝土浇注机、架设器打桩机、压模机、拉铲挖掘机海洋平台起重机海域钻井平台重型起重机、供给船用反铲装载机和干预船海底升降作业机构都可以进行模拟培训。基座起重机节臂起重机节臂管道操作系统框臂起重机龙门起重机港口机械起重机高效的港口操作是培训过程的重要部分。通过练习可以提高操作者单位时间内的操作次数，帮助理解终端操作过程和货物交通流量。船对岸/码头起重机轮胎式龙门起重机集装箱跨运车移动式海岸起重机集装箱正面吊运机码头和船用基座起重机散装物料搬运机