大型工程/矿山设备（以下八简称“工矿设备”提我国国民经济建设的重要装备。自从国家扩大内需政策出台，并加大基础设施建设投资力度以来，我国工程机械行业获得了极佳的发展机遇。但大型工矿设备始终依赖国外进口，在国家重点工程工地（如三峡工程、小浪底工程、神府东胜煤田及准葛尔煤田等）几乎全部采用国外的大型工矿设备。大型工矿设备已成为制约我国大型工程建设的“瓶颈”。开发和研制服务于我国大型露天矿山及重点工程建设已提到议程。但由于大型工矿设备技术含量高、投资额大、批量少、工作环境恶劣及研制试验周期长等特点，若还是采用传统的设计方法和手段，完全依靠某一两个单位去完成，不仅研制费用高、周期长，无法适应市场经济的客观要求，而且实体样机中任何系统设计方面的失误都会带来巨大的经济损失。 基于虚拟样机（Virtu。lototyPe）的设计联盟（Desi。nIAlliance）正是在这种经济行为背景下产生的一种基于InternetS（或企业Intr。net）、具有资源共g享、优势互补、动态响应和利益购衡等行为特征的，集设计、制造、仿真分析、模拟试验和项目管理等于一体的现代设计方法和组织实施形式。它是未来工矿设备的新型设计模式。采用基于虚拟样机的设计联盟，借助于网络设计平台，不仅可以实现设计信息的网络共享以及设计资源的优势互补，而且针对多变的市场，还能做到动态响应，缩短工矿设备研发周期，降低成本，通过反复模拟环境因素对虚拟样机的性能影响，找到满意的优化方案。如 O＆K公司在开发RH400大型矿用液压挖掘机的过程中，就运用了设计联盟的设计模式。该机采用Cummins的发动机，A。R。N的驾驶室及其操纵系统，L＆M的散热器，Esc。提供的经过有限元分析计算的单片斗齿的铲斗，E3提供的由加拿大政府批准的面板电子控制系统和3OkW的发电机，Grinne11的防火系统（保证能在一4O℃幻十3O T的温度下正常工作），SchenkerIntern。一ti。n。L负责运输等。即从设计、制造到运输，由多家专业制造厂（设计公司）参与合作，从而保证了样机成功推向市场。 1 .设计联盟 设计联盟原本是针对跨国企业（集团）为应对全球客户而采取的一种基于Internet（＆Iintranet）的现代服务体系。是指企业（集团）遇，围绕某种新产品开发．涌付！选择不同组织（公司）的优势资源，而综合成单一的以网络为设计平台的阶段性研发实体。它不同于大公司集团，表现为功能上的不完整性、组织结构上的非永久性和地域上的分散性，无需高额投人，即可做到资源（人力、物力）共享、优势互补。成立于 1993年，总部设在华盛顿的蓝线在线公司（Blueline Onhne Inc．最先提出全球设计联盟战略思想，它致力于建筑、工程和施工等相关行业的信息咨询、项目设计与管理和客户服务，并提供基于Internet、集资源共享、工程规划、物流管理和客户参与于一体的服务环境。目前，该公司的’客户遍布全球，业务涉及各行各业。就工程领域而言，主要包Z括土木工程、机械工程、结构工程、电子工程、防火与生命安全、通讯工程和运输工程等诸多方面。通过Internet分享信息资源，并依靠联盟体内各成员的资源完成客户所提出的设要求，并组织方案实施．取得了较好的经济和社会效常。而革国的R—Medi。设计联盟公司；（http：thew.edi.de.n．C.uk ） 3的业务范围则包括电脑多媒体设计、Internet和企业Int—net等，通过可视化的WWW网络鼓励客户积极参与项目实施过程，以此密切业主与客户的关系。圣路易斯（St．L.uis）设计联盟公司已开发出面向建筑、工程和设计领域的财务软件（http：／／www．Sem.4.m），面向联盟内部各成员间的资金运营与财务结算系统。 “设计联盟”应具有以下四计方面的含义：一是设计信息的网络共享，即通过Internet（或Intr。net），实现联盟体内各成员的信息共享。二是设计资源的优势互补，即充分发挥联盟体内各成员的人力与物力资顺的优势，设计资源的利用范围不再仅局限于某一个成员企业，而是整个联盟体。三是设8计过程的动态响应，即针对全球经济一体化与多变的市场，要求联盟体内各成员实时予以益均衡，包括知识产权、最终产品和利润等，应根据各成员的贡献大小进行利益分配。就工矿设备的研发过程而言，设计联盟以Internet或Intr。net）为设计平台，针对研发的新产计组织或专业公司，构造一个具有优势资源、系统集成性和并行性的动态设计联盟网络，强调对工矿设备研发过程有效资源的综合互补，表现为功能上的不完整性、组织结构上的啡永久性和地域上的分散性。设计联盟的建立，一方面，可充分调动社会优势资源服务于企业工矿设备研发，实现资源互补。联盟体中的各成员（个体、组织或公司）互补结盟，以整体优势来应对多变的市场，从而共同获利。 设计联盟不仅仅是一个建上的“虚拟企业”，更为重要的是，联盟内部不再采用传统的设计一试验一再设计一再试验的冗长产品研发程序，取而代之的是采用面向虚拟样机的设计方法。 2.虚拟样机 所谓“虚拟样机”设计方法就是在建造第一台（件）物理样机之前，利用软件技术建立产品系统计算机模型，通过基于实体可视化的仿真分析，模拟该系统在真实工作环境条件下的运动和动力特性，从而反复修改设计方案，最终得到最优设计方案。它利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式地探索虚拟物体的功能，对工矿设备进行几何、功能及制造等方面交互的建模与分析。在概念设计和方案论证中，便于设计师将自己的经验与想象融于计算机的虚拟样机设计中，充分发挥想象力和创造力，并替代物理样机进行性能模拟试验。这样，可大大缩短工矿设备研发周期，降低研制成本，提高设计质量和效率。虚拟样机设计方法将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一种更全面地了解工矿设备性能的方法。它通过设计中的反馈信息不断地指导设计，顺利地完成工矿设备研发过程。虚拟样机设计方法通过反复修改系统动力学模型，虚拟试验不同的设计方案，不必浪费制造及试验物理样机的时间，就可以获得最优设计方案。设计师可在计算机上方便地确定。修改设计进程，逐步优化设计方案。这样，不但减少了研制昂贵物理样机的费用和数量，而且提高了工矿设备设计质量，大大缩短了工矿设备的研发周期，降低了设计成本，赢得了竞争优势。通过虚拟样机试验，可节省建立试验台、安装测试设备和测试仪表等有关的费用，更快地确定影响设计方案性能的敏感参数，达到最优化设计目的。 国外已在各个领域广泛地应用虚拟样机设计。所涉及到的产品从庞大的卡车到微小的照相机的快门，从火箭到轮船的锚机。在工程／矿山机械行业，如约翰·迪尔公司利用虚拟样机成功地解决了工程机械在高速行驶时出现蛇行现象的问题及在重载下的自激振动这个一直困扰着设计师及用户的难题，大大提高了工程／矿山机械高速行驶性能与重载作业性能。卡特彼勒公司利用虚拟样机在切削任何一片金属之前就可快速试验数千种设计方案，不但降低了产品设计成本，缩短了开发周期，而且还制造出性能更为优异的产品。 3.发展前景 基于虚拟样机的设计联盟将成为21世纪工矿设备开发、研究的主流。对成本高、系统复 杂、工况恶劣，而又不可能制造多台物理样机的设备其应用前景更加广阔，如大型露天矿用设备、煤矿井下综采设备和深海开采设备等。 基于虚拟样机的设计联盟，还可用于对引进国外样机的再生设计。改革开放以来，我国从发达国家引进了各种工矿设备的生产技术及样机，以期提高国内工矿设备的水平，但效果总是不尽人意。一个很重要的原因是我们在生产设计上仍停留在照抄的低水平上，对于样机缺乏系统层次上的理解，设计、使用人员对样机只知其然而不知所以然。如果采用基于虚拟样机的联盟设计方法，让更多的专家参与对引进样机的深入研究，就既可追踪样机的设计思想，提高国内工矿设备的设计水平，又可发现样机的缺陷以便索赔或改建。当然，基于虚拟样机的设计联盟同样适用于那些事关国际名声的骨干行业，如汽车工业、军事工业等。虚拟样机在这些行业的应用在带来可观经济效益的同时，亦可提高其产品的设计水平。市场竞争力和国防实力。 总之，基于虚拟样机的设计联盟是未来工矿设备的设计新模式。
