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我们为什么需要运动仿真？ 因为企业需要一种方法来降低物理原型的成本，我们需要在产品原型机生产之前对自己的产品有足够的认识，比如需要了解： “产品在正常运行时会是什么样子？” “运动部件之间是否存在干涉、间隙问题？”
图1 这就要求设计人员需要在设计初期就能进行简单的分析，并且随着设计的演进，能够进行更深层次的分析，然而大部分设计人员构建装配，都只是用来确定组件位置，而不会用于运动仿真，同时也很少有系统能够进行设计的同时，能够快速的进行 2D 自由对象原理图仿真和基于力的3D动力学分析。大部分系统都是离散的，设计是设计的平台，分析是分析的平台，这就造成了使用的困难，极大的提高了设计人员的学习成本，同时，数据在不同的应用软件之间流转会很容易导致设计数据的丢失。 在产品设计完成以后，销售团队往往也需要展现产品的使用运营，以此来赢得业务，他们对设计团队通常会提出下面的一种需求： “我们能给客户展示产品的一个精致数字模型吗？用高清视频的方式展示产品的运行状态，同时还可以通过透明的方式查看到产品的内部结构……。”诸如此类需求等等。 Siemens NX Animation Designer则是很好满足这些需求的应用程序，NX Animation Designer 是一款纯粹的运动仿真应用程序，用于在不需要力的影响时分析2D平面图、包含多个实体的零件文件或3D组件的运动学行为。这个NX功能适用于任何行业的设计人员，只要设计制造的产品存在移动部件，需要可视化查看移动部件之间的干涉和碰撞。NX Animation Designer使用极其简单，仅仅只要少数几次鼠标点击，就能定义运动的开始和结束位置，完全控制位置和方向，Animation Designer采用类似于视频编辑器的时间线，优化运动顺序，求解器则采用快速求解器，能够实时获得结果，这样设计人员可以马上可以看到仿真的结果。同时这个功能有很大的设计灵活性，因为运动学分析不依赖于CAD的装配结构。因此通过NX AnimationDesigner，我们可以用可视化的方式，更快更早更清晰的在设计早期发现问题，以提高设计质量。  图2 NX Animation Designer是不是只能构建非常简单的运动分析呢？很多运动学分析软件都要求被分析对象的自由度必须为零，这样就大大降低了运动学分析的场景。NX Animation Designer则非常灵活，可以考虑接触面的场景，接触面用于定义基于几何体而非运动副的运动，这张面可以“推”那张面，求解过程中不考虑弹性、动量、摩擦力和阻尼力，为了提高求解的速度，我们会采用较低的接触求解精度，因此小面在求解过程中可能会被忽略，只要我们选择合适大小的面即可，通常把接触周围的几个小面选到一起会比较有用。 图3 NX Animation Designer提供运动耦合器的功能，运动耦合器可以将运动从一个运动副传递到另一个运动副，比如：
图4 NX Animation Designer通过时间轴设置驱动的操作顺序，时间轴是一个根特图表式界面，这样设计人员可以通过简单的鼠标拖拽，即可更改运动的开始时间、运动的结束时间、运动的持续时间、运动的位置先后。时间轴通过明显颜色区分的图形化界面和导航器来操作，每一个时间段都可用于拆分、均等、镜像、删除和重命名的操作。 图5 NX Animation Designer提供的逆运动学，可以根据已知的行程点自动创建位置驱动。这非常适合创建不知道具体位移的电机，当我们得到软件自动创建出来的驱动以后，可以使用时间轴调整速度和顺序，还可以指定起始和终了进行变换，通过避免碰撞选项，还可以在现有零件周围生成路径。 NX Animation Designer的逆运动学可以做非常复杂运动自动创建，通过一个开始点 + 可选的多个过渡点 + 唯一的结束点来实现，比如一个设备需要钻多个孔，但是我们不知道如何设置多个驱动位移的大小和时间长短的匹配，NX Animation Designer就是最好的选择。 图6 为了验证运动副的定义，NX Animation Designer使用“运动副推杆”命令在运动副的运动范围内调节运动副。当我们不需要驱动的情况下，可以快速切换打开/关闭，任何运动副都可以移动，而与其他运动副无关，运动副位置可以保存，以后可以随时再调用。 图7 为了快速将一个装配进行运动分析，Animation Desigener接受装配中定义的“部件约束”和“运动副和耦合器”，这样我们就能重用装配约束和/或装配运动副，如果装配本身定义有运动副和耦合器，它们将被AnimationDesigener直接读取。对于装配约束，则根据剩余的自由度生成合适的运动副。 图8 NX Animation Designer使用碰撞干涉检查以确定移动零件之间的碰撞，当我们打开碰撞干涉检查这个开关以后，Animation Designer即刻对所有定义的运动构件进行运动干涉检查，而不需要我们设计师去进行初始定义哪些运动构件可能发生运动干涉，这样大大减轻了设计师的工作量，同时也能避免人为的错漏。 Animation Designer可以用Lightweight 轻量化模式进行快速方面检查，当Lightweight 轻量化模式关闭的时候，则执行真实几何体的检查，零件在任何碰撞过程中都会高亮显示，我们还提供碰撞时暂停的选项，在时间轴移动或运动副推杆模式下，碰撞均可高亮显示，设计师可用该方法解决任何运动碰撞干涉。 为了更清晰的看到干涉状况，我们可以使用图形动态绘制移动面之间的距离或角度，或电机的运动学特性，比如在面面之间或驱动参数上添加一个监视器。绘制监控器的图形可以清晰的查看其运动学特性，监视器将列在“导航器”中，并且可以被抑制，“驱动”对话框同样可以绘制驱动的参数。 图9 Animation Designer可以做出非常精美的动画视频，输出高清视频文档，这样能促进设计数据的应用，将设计用于赢得业务的建议书。我们可以利用基于时间的爆炸、淡入淡出、照相机位置等功能，创建出栩栩如生的动画效果，利用颜色码时间线优化装配或拆装顺序。 图10 我们知道，西门子有很多工具能做运动学分析，那我为什么要说NX Animation Designer是最好的运动学分析工具呢，这里主要是NX Animation Designer操作简单，功能强大，最为重要的是快，数分钟内即可完成仿真模拟，快速求解器可以实时获得结果，这是其他任何运动学工具都无法企及的。 同时这些运动之间实际都有非常好的关联性，当完成运动学分析以后，设计工程师方便地过渡到NX Motion运动仿真，NX Motion可以直接继承NX Animation Designer定义的连杆和运动副，进行后续的动力学分析 MCD也可以直接继承NX Animation Designer定义的连杆和运动副，让设计师可以方便地过渡到机电一体化设计，应用于PLC虚实调试。 Animation Designer可以帮助生产含有运动部件的产品的企业可节省多达92%的实物原型，通过更快速、更高效的设计细化，企业可以获得更高的产品质量，通过产生逼真的产品运动呈现，可以帮助企业赢得更多的订单。 |
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