当今,产品需求的多样化进一步扩大,个性化需求得到迅速增强,能否以最短的时间和最低的成本设计出适应市场需求、质量最好、环境负荷最小的产品将决定一个企业的效益乃至生存。虚拟样机技术无疑可以帮助企业提高产品设计成功率,缩短产品设计周期。由于虚拟样机的“贵族化”身份,使得真正需要此项技术的广大潜在的中小型制造企业用户无法使用。本文研究的目标为:在PC机上研究虚拟样机集成仿真平台的实现原理与方法,以满足广大中小企业对虚拟样机技术的应用要求。论文的主要内容和成果如下:①装配模型是虚拟样机开发的基础。在对已有装配模型研究的基础上,分别指出了已有模型的优缺点,并提出了针对PC的基于扩展组节点场景图技术的虚拟装配模型,该模型兼顾了虚拟装配、虚拟加工、工作过程及工程分析可视化的仿真功能需求。②本文提出了虚拟样机集成仿真平台的框架结构;给出了虚拟样机集成仿真平台内部的交互模式及运行机理;讨论了在虚拟样机集成仿真平台上进行虚拟样机开发的工作流程;并提出了通用舞台的搭建技术。③针对PC的交互特点,实现了虚拟样机开发工艺人员使用的人机多模式交互。包括基于文本格式交互的虚拟样机本体的构建技术,定义了V语言的语法,并从逻辑上进行了原理的实现;包括基于新的虚拟装配场景图技术和Open Inventor引擎机制相结合的交互实现技术;还包括基于虚拟控制器的交互模式的实现;给出了基于三维鼠标技术的人机交互模式的数据结构。④研究了加工仿真和工作过程仿真的关键实现技术,包括切削仿真、立体显示、颜色改变、粒子系统、物体透明度的精确时间控制等关键技术的实现。⑤在工程分析可视化系统的研究中,不但实现了小数据量的刀具温度场的实时性物理仿真,同时开发了虚拟样机集成仿真平台与FLUENT的接口程序,从而实现了PECVD各腔室温度场大数据量的后处理显示,增强了数据场的可视化效果。本论文的研究均在PC上完成,开发工具有:Visual C++.NET、Open Inventor5.0、OpenGL、Unigraphics NX2.0等。以上海机床厂的CJK6430数控车床、申威达有限公司的QZ104切纸机及上海太阳能有限公司的新型PECVD设备为应用实例,对本文提出的理论和新的技术进行了验证和实现。