Pro/E模型與MATLAB/Simulink模型表達(dá)方式的不一致直接影響了兩者間進(jìn)行聯(lián)合仿真.從Pro/E裝配模型到MATLAB/Simulink模型的轉(zhuǎn)換分為裝配模型信息的提取和接口信息轉(zhuǎn)換兩部分內(nèi)容;前者采用的是基于特征設(shè)計(jì)術(shù)和分層、分類的方法來提取信息的，而后者是把.xml作為中性文件將信息從Pro/E到MATLAB/Simulink間進(jìn)行映射.其中后者還涉及Pro/E裝配模型的約束關(guān)系到機(jī)構(gòu)間運(yùn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)換，采用的是基于約束度的組合推理算法實(shí)現(xiàn)簡單約束轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，并對螺旋法轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行了理論研究.最后用轉(zhuǎn)換挖掘機(jī)實(shí)例證實(shí)了上述研究方法的可行性，解決了利用Pro/E和MATLAB/Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真所遇到的相關(guān)技術(shù)性問題。

　　虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一種復(fù)雜產(chǎn)品的研究設(shè)計(jì)方法，已廣泛應(yīng)用于企業(yè)中，它是以三維建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真分析軟件為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品進(jìn)行仿真分析.這種技術(shù)可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和降低成本.基于ADAMS與三維造型軟件的虛擬樣機(jī)技術(shù)相對來說已經(jīng)比較成熟了，但基于Simulink與三維造型軟件的虛擬機(jī)技術(shù)仍然面臨著接口標(biāo)準(zhǔn)不一致的難題.Simulink剛體信息可以通過提取裝配仿真過程中模型信息獲得，但零部件運(yùn)動(dòng)副卻無法通過定義獲取，所以無法從裝配產(chǎn)品中直接轉(zhuǎn)Simulink模型.由于目前商品化軟件(ADAMS)對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副信息的處理全部采用交互式添加運(yùn)動(dòng)副的方式來完成，無法通過直接模型轉(zhuǎn)換獲取運(yùn)動(dòng)副，這就為仿真前處理增加了大量工作量.Turner等在這方面作了大量的研究，這為基于樣機(jī)技術(shù)的模型轉(zhuǎn)換提供了參考，但實(shí)現(xiàn)仍然受到限制。

　　MATLAB/Simulink作為多領(lǐng)域仿真分析工具，其自身的建模功能相對薄弱，而Pro/E強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)功能可以滿足復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)與裝配.但由于基于MATLAB和Pro/E的虛擬樣機(jī)技術(shù)，需要對不同接口形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這為虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)造成了一定困難.所以有必要對Pro/E模型與MATLAB/Simulink的多領(lǐng)域模型間的數(shù)據(jù)映射和轉(zhuǎn)換進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)2種模型在接口間的轉(zhuǎn)換。

1、模型的表達(dá)

　　基于特征參數(shù)化方式的造型軟件Pro/E，與基于數(shù)學(xué)方程實(shí)現(xiàn)模型設(shè)計(jì)的Matlab/Simulink對模型的表達(dá)是不一樣的.在Pro/E環(huán)境下裝配模型的表達(dá)包括零件信息和零件間的約束關(guān)系.零件信息一般包含：質(zhì)量、密度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、單位、ID號(hào)，常見約束關(guān)系有配對、插入、相切和坐標(biāo)系等，每個(gè)約束關(guān)系都有一定的約束度，如配對中的共面約束有3個(gè)約束度，限制了2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度.所以Pro/E裝配模型是由多個(gè)零件通過空間中一系列的約束關(guān)系組合而成的.

　　MATLAB/Simulink模型的表達(dá)是由剛體、運(yùn)動(dòng)副等基本元素通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的.其中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是多體系統(tǒng)中各剛體的連接方式.以簡單的二桿機(jī)構(gòu)為例，兩剛體通過旋轉(zhuǎn)副連接在一起，如圖1所示。

圖1　簡單二桿機(jī)構(gòu)

　　進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)仿真的MATLAB/Simulink軟件，由于不需要反映模型的外觀信息，模型表達(dá)相對比較簡單.一般分為剛體和運(yùn)動(dòng)副信息的表達(dá)，其中剛體本身只需要記錄質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，運(yùn)動(dòng)副表達(dá)包括了運(yùn)動(dòng)副類型、運(yùn)動(dòng)副坐標(biāo)信息，如圖2所示。

圖2　剛體和運(yùn)動(dòng)副參數(shù)

2、模型轉(zhuǎn)換方案

　　三維裝配模型間的轉(zhuǎn)換在于模型表達(dá)信息的映射，一般將三維裝配模型轉(zhuǎn)換分為零件層次模型映射和裝配約束映射.用Pro/E提供的二次開發(fā)工具Pro/Toolkit對零件信息和約束信息進(jìn)行有效提取，對提取的零件信息可以直接映射到MATLAB/Simulink剛體信息，而對于裝配約束信息的映射，包括了約束轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，這也是整個(gè)模型轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點(diǎn).這里采用了組合推理方式實(shí)現(xiàn)約束轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副：先識(shí)別零件間所有約束的類型，通過約束計(jì)算獲取兩零件間約束度，判斷出兩零件的運(yùn)動(dòng)副類型;再計(jì)算所有約束作用下運(yùn)動(dòng)副幾何元素，來確定運(yùn)動(dòng)副方向;最后以.xml作為中性文件，實(shí)現(xiàn)模型信息映射表達(dá).整個(gè)轉(zhuǎn)換過程如圖3所示。

圖3　轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)流程

　　這種方法能夠完整地提取產(chǎn)品的裝配信息，將零件信息與約束信息進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，并向xml文件不同層結(jié)點(diǎn)寫入信息，建立了信息之間的映射關(guān)系.有效地將Pro/E強(qiáng)大的建模功能融入Simulink仿真過程中，降低了建模的難度，并具有一定的可擴(kuò)展性。

5、結(jié)論

　　采用了基于特征設(shè)計(jì)技術(shù)和分層、分類的方式對裝配模型信息進(jìn)行提取和基于約束度組合推理的算法實(shí)現(xiàn)了簡單約束轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，能將Pro/E模型轉(zhuǎn)換為Simulink模型.上述過程建立了從Pro/E數(shù)據(jù)到Simulink的映射關(guān)系，從而能在Simulink環(huán)境下完成裝配模型的重構(gòu)。這樣可以將造型軟件和仿真軟件有機(jī)結(jié)合在一起，進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效率的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與優(yōu)化。