虚拟样机技术：设计更安全、更舒适的多功能座椅

一、虚拟样机技术的好处

今年早些时候，Expliseat公司宣布ESI集团的虚拟座椅解决方案帮助他们验证了他们的钛复合材料航空座椅。这一工具可以让Expliseat在虚拟的环境下进行他们的测试，可以实现多次测量和改进。最终，Expliseat显著地降低了该座椅的质量。但是，虚拟座椅解决方案到底是怎样帮助设计满足欧洲航空安全局认证的4kg（8.8lbs）座椅的呢？

Expliseat公司的钛座椅（左）和座椅虚拟样机（右）

ESI集团的市场营销与业务发展经理Caroline Borot解释道：“通过使用虚拟座椅解决方案，工程师们能够在虚拟环境中巧妙地协调座椅的制造、装配、安全和舒适性。可以持续地进行测试，直到用户确信它一旦被制造出来就可以满足所有认证。完成这种‘预认证’之后，用户还需要执行最后一次实体验证。但是该方案帮助用户预见潜在的问题，并且在生产之前的设计阶段就将它们解决掉。”

她补充说：“理念就是使用虚拟样机评估产品问题。在标准的设计过程中，用户首先创建一个虚拟样机，并且对其进行测试，然后如果在产品开发周期的后期仍然有时间，就对产品进行改进。然而，使用虚拟样机，用户可以同时执行所有测试，并且在产品开发周期早期预见潜在的问题。在设计初期，就可以实现更多的改进与修正，既节省时间，也节省金钱。使用旧的设计方法，再深度改变座椅的设计，那就太晚了。”

二、使用虚拟座椅解决方案，用户能够测试些什么？

ESI集团的虚拟座椅解决方案可实现的座椅模拟概述

虚拟样机解决方案为用户带来了一些与众不同的评估。这些评估包括热舒适性、压力和人机工程学舒适性、振动、框架制造、装配和碰撞与安全。

所有这些模拟可立即执行，用户拥有充足的时间去实施那些由于时间限制而不可能对实体模型进行的测试。由于这些评估的加入，用户就能够对那些通常由于缺乏足够的信息而不能做出明智的决定的情况做出权衡。这一信息将会帮助工程师设计更加舒适的多功能座椅。

Borot说：“该工具可以轻易地使设计者更具创造性。用户可以自由地想象他想要做的，并且实现它。对于很多使用传统的设计方法没有时间去测试的东西，使用该工具的话，用户会有足够的时间去测试它们。用户通常会首先关注碰撞与安全测试，使用这种缓慢的方法，难以在这个性能和其它性能之间做出正确的权衡。而使用虚拟样机能容易和迅速地测试。”

许多使用了虚拟座椅解决方案的模拟的背后都有使用传统的有限元分析（FEA）技术。然而，应用和模型致力于座椅设计、集成和最好的产业。像这种工具的界面不会像传统的有限元分析软件，它看起来更加像是一个座椅设计界面。

Borot解释道：“与传统的有限元分析不同，用户的模型有多种用途。使用一种模型，用户可以评估诸如振动、碰撞和舒适性等等性能。这些是充分预测性的样机。更加方便的是用户可以一连串地同时进行仿真。加工过程仿真中产生的应力和应变对用于碰撞测试的金属框架产生影响。或者座椅缝合时的压力会使坐垫产生一个局部应变而影响座椅的舒适性。用户可以对从制造到样机性能毫不遗漏地进行仿真。”

从一个CAD模型开始，给每个组件添加机械属性。用户添加的细节越多，虚拟模型越接近实际样机。分析的结果收到用户的输入的限制。无须回到CAD，用户就能对设计进行微调。例如，用户可以使用内置工具调整座椅上的缝合线。然而，对于大的改变，建议回到CAD再进行修改。

缝合模拟

然后使用工具将CAD模型划分为网格。用户就可以进行与现实一样的、载荷、加速度相等的安全性能测试与分析。但是使用虚拟座椅解决方案，用户能够观察到内部座椅的每一个部件是怎样响应的。这是用户在现实中所不能做到的。

Borot说：“我们正在不断努力拓展解决方案的范围，并与那些对新的性能测试或新的评估有要求的客户进行合作。去年，最近我们已经把范围拓展到了热舒适性。随着越来越多的需求的出现，我们按照需求做更多的改进。”

四、谁该使用虚拟座椅解决方案？

虚拟座椅解决方案最初是为汽车工业设计的。然而，该工具的应用已经拓展到了包括航空、施工车辆和卡车在内的许多行业。甚至一些夹具制造商也使用上了这款软件，虽然这不是一个庞大的产业。