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| SIMPACK運動學(xué)和動力學(xué)——核心組件 |
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運動學(xué)/動力學(xué)和先進的解算器是SIMPACK軟件的核心模塊。所有其他的模塊和接口可以直接建立在SIMPACK運動學(xué)/動力學(xué)核心模塊的基礎(chǔ)上。
SIMPACK軟件運動學(xué)/動力學(xué)模塊的基本特征如下：SIMPACK核心模塊
可視化3D建模
SIMPACK時域/頻域解算器
模態(tài)分析
準靜態(tài)分析
動畫與后處理
擴展的元素庫（鉸、彈簧阻尼、摩擦等）
積分設(shè)置管理 |
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除了時域積分以外，SIMPACK求解器還有非常強大的靜力學(xué)求解能力，它不但可以快速尋找到系統(tǒng)的靜力平衡位置，尤其重要的是，它還可以預(yù)測系統(tǒng)處于任意位置平衡所需條件。同時，標準的求解器還可以進行頻域分析，求解系統(tǒng)的固有頻率與固有振型。另外，在SIMPACK NVH模塊中，還可以在頻域內(nèi)分析系統(tǒng)的振動、沖擊、噪聲。
擴展的建模元素庫給我們提供了快速的建模工具，任意類型的鉸、標記或力元素（可以用戶自定義）都可以很容易的實現(xiàn)，這在很大程度上節(jié)省了我們的建模時間和模型出錯率。 |
SIMPACK前處理器-Model Set-up
圖形化的Model Setup界面為初學(xué)者提供了方便的建模手段，同時也為高級用戶提供了完整的建模控制手段。
SIMPACK Model Set-up帶有非常豐富的建模元器件庫，包括零件、關(guān)節(jié)、約束、力、碰撞、函數(shù)、控制元件等等，采用3D鼠標拾取，這可使工程師的建模更快速、高效、準確；并且，有效地利用3D鼠標不僅可以提高建模效率，同時可以極大地減少建模錯誤。
通過內(nèi)建的CAD建模功能，我們可以構(gòu)造各種3D幾何造型；也可利用SIMPACK的CAD接口傳入任意復(fù)雜的CAD產(chǎn)品構(gòu)型，這樣既可加速建模過程，同時模型外形也更為逼真。
尤為重要的是，任何SIMPACK所建立的復(fù)雜模型，均可以在CodeExport模塊中輸出其全代碼（Fortran語言或C語言），這使得我們可以將模型嵌入至控制系統(tǒng)或輸出到HIL平臺上，實現(xiàn)半實物的實時仿真。
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性能優(yōu)異的SIMPACK解算器
當多體系統(tǒng)建立后，解算器便自動形成了其動力學(xué)微分方程組。
SIMPACK采用先進的相對坐標系建模，形成的動力學(xué)方程組數(shù)目最小，因而求解非常快速。當模型的零件越多，自由度越大時，這種建模方法所帶來的優(yōu)勢就尤為明顯。而其它程序采用絕對坐標系建模方法，所建立的方程組往往是自由度的冪次方，其求解速度將急劇降低。 |
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同時，核心的遞歸算法保證了求解的穩(wěn)定性和可靠性，這些性能已經(jīng)得到涵蓋歐洲航天、汽車、軍工在內(nèi)的無數(shù)項目的測試與驗證。一旦建模完成，工程師可以利用SIMPACK強大的求解器進行各種分析，包括：靜力學(xué)分析、運動學(xué)分析、動力學(xué)分析、逆動力學(xué)分析、頻域分析、模態(tài)分析、譜分析等，同時仿真結(jié)果可以用動畫或繪圖的形式輸出。
除了時域積分以外，SIMPACK求解器還有非常強大的靜力學(xué)求解能力，它不但可以快速尋找到系統(tǒng)的靜力平衡位置，尤其重要的是，它還可以預(yù)測系統(tǒng)處于任意位置平衡所需條件。同時，標準的求解器還可以進行頻域分析，求解系統(tǒng)的固有頻率與固有振型。另外，在SIMPACK NVH模塊中，還可以在頻域內(nèi)分析系統(tǒng)的振動、沖擊、噪聲。 |
SIMPACK后處理器——動畫與繪圖
無論是時域積分的運動，還是頻域求解的振型，在SIMPACK后處理中均可以動畫顯示。同時，動畫顯示時工程師還可以方便地設(shè)置所有觀測點、觀測方向，從任何角度和任何層面進行觀測。最后，所有的動畫均可錄制成高質(zhì)量電影文檔，供用戶后續(xù)使用。
除了動畫觀測了解系統(tǒng)的運行學(xué)動力學(xué)性能之外，SIMPACK后處理還給用戶提供了功能非常豐富的曲線作圖、曲線輸出（ASCII，Excel）、曲線輸入、曲線編輯、數(shù)據(jù)分析（如統(tǒng)計、FFT變換、功率譜密度函數(shù)）、對比等功能，給用戶詳細、準確了解系統(tǒng)性能提供了有力的工具。
如果用戶在仿真分析后需新添加各種測量參數(shù)，那么就無需重新計算即可隨心所欲地得到結(jié)果，極大地節(jié)約了用戶調(diào)試模型反復(fù)計算的時間。
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在運動學(xué)/動力學(xué)核心模塊的基礎(chǔ)上，INTEC公司還為各工業(yè)領(lǐng)域和特殊應(yīng)用開發(fā)了許多附加模塊。這些模塊可以與核心模塊任意搭配使用，給用戶提供了豐富的仿真工具，還給用戶提供了完整、快速專業(yè)的解決方案。
附加模塊可分為兩類，一類是為不同工業(yè)領(lǐng)域開發(fā)的專業(yè)模塊，另一類是功能擴充模塊。
SIMPACK所有的模塊均在統(tǒng)一的界面之下完成建模及分析功能，保證了模型的通用性。 SIMPACK的專業(yè)模塊：
- SIMPACK Automotive+——汽車行業(yè)的專用分析模塊。利用該模塊實現(xiàn)對轎車、卡車、發(fā)動機以及零部件、實時控制系統(tǒng)（如ABS）等的動力學(xué)分析。
- SIMPACK Wheel/Rail——鐵路行業(yè)分析模塊。SIMPACK Wheel/Rail可以完成鐵路行業(yè)涉及的全部的動力學(xué)分析。Wheel/Rail也是目前鐵路行業(yè)動力學(xué)仿真分析軟件的旗艦產(chǎn)品。
- SIMPACK Engine——發(fā)動機行業(yè)分析模塊。利用該模塊完成發(fā)動機零部件或整機的動力學(xué)分析，Engine也是目前歐洲發(fā)動機動力學(xué)仿真分析的首選軟件。
- SIMPACK Formula One——F1賽車動力學(xué)專用模塊。
SIMPACK專業(yè)模塊
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Kinematics and Dynamics 是SIMPACK的核心模塊。在核心模塊的基礎(chǔ)上，INTEC公司還為各工業(yè)領(lǐng)域和特殊應(yīng)用開發(fā)了許多附加模塊。這些模塊可以與核心模塊任意搭配使用，給用戶提供了豐富的仿真工具，還給用戶提供了完整、快速專業(yè)的解決方案。
附加模塊可分為兩類，一類是為不同工業(yè)領(lǐng)域開發(fā)的專業(yè)模塊，另一類是功能擴充模塊。 |
SIMPACK Automotive （汽車專業(yè)模塊）
SIMPACK Automotive+模塊在德國宇航中心（DLR）由INTEC公司和世界領(lǐng)先的汽車公司共同開發(fā)。
SIMPACK采用開放式模型結(jié)構(gòu)，模型中每個零件或子結(jié)構(gòu)都可以針對分析內(nèi)容方便地進行修改。在SIMPACK中，通過零件和子結(jié)構(gòu)建模可以快速地建立轎車、摩托車、卡車、客車模型，并進行高速、高精度的求解。
SIMPACK Automotive+模塊與SIMPACK的其他模塊完全兼容。 |
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SIMPACK Wheel/Rail （鐵道專業(yè)模塊）
SIMPACK Wheel/Rail模塊是德國宇航中心（DLR）集20多年輪/軌接觸模擬的經(jīng)驗和現(xiàn)代先進的模擬技術(shù)于一體的技術(shù)結(jié)晶，是世界領(lǐng)先的軌道車輛動力學(xué)仿真工具。由于SIMPACK自身開放和非常靈活的建模概念，使SIMPACK軟件可以支持任何設(shè)計思路，無論從單個車輪還是到主動/被動系統(tǒng)。并使用戶將精力致力于所計劃的創(chuàng)新開發(fā)工作上。
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SIMPACK Engine (發(fā)動機專業(yè)模塊） |
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SIMPACK將一向著稱的精確性能引入到發(fā)動機模擬領(lǐng)域。SIMPACK Engine只要很少的建模工作就可用來預(yù)估結(jié)構(gòu)載荷、耐久性、振動以及發(fā)動機設(shè)計時所需的各種性能。
SIMPACK Engine 給基于最新技術(shù)的氣門、曲柄機構(gòu)、正時機構(gòu)、徑向滑動軸承、鏈條和彈性體等提供了專業(yè)化的設(shè)計工具。可在SIMPACK環(huán)境中實現(xiàn)整個發(fā)動機和傳動系的模擬。能方便調(diào)用的全參數(shù)化標準發(fā)動機模型庫提供了迅速獲取模擬結(jié)果的可能，這個模型庫可在標準SIMPACK界面上進行用戶化定制和增強 |
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功能擴充模塊 |
SIMPACK的功能擴充模塊包括：
- CONTACT MECHANICS－用戶可定義任意形狀表面的接觸碰撞，碰撞的幾何體可以是剛體，也可以是柔性體，SIMPACK提供了包括Hertz接觸、FlexContact等一系列碰撞模型，具有很高的仿真效率及精度。
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- SIMBEAM－用戶可以交互式地建立三維的彈性梁式結(jié)構(gòu)，方便直觀地構(gòu)筑彈性體。
- NVH (Noise-Vibration-Harshness)－系統(tǒng)高頻振動、沖擊、噪聲的仿真分析
- GEAR－齒輪模塊。在齒輪模塊中可以實現(xiàn)各種類型齒輪嚙合的傳動，分析由于安裝、制造誤差引起的齒輪傳動沖擊，扭轉(zhuǎn)剛性等。
- CODE EXPORT－輸出多體系統(tǒng)的程序原代碼（C語言和Fortran語言）和可執(zhí)行程序，此代碼不依賴于任何多體環(huán)境。
代碼輸出功能應(yīng)用在硬件在環(huán)、軟件在環(huán)的仿真、實時控制仿真等領(lǐng)域；同時輸出的原代碼可以嵌入在用戶開發(fā)的
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任何程序代碼中作為二次開發(fā)產(chǎn)品；在控制系統(tǒng)設(shè)計中，代碼輸出模塊也可將多體模型輸
出成SIMULINK的黑箱模型。SIMPACK軟件也是目前多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件中唯一可
以輸出程序源代碼的軟件。
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- USER ROUTIINES－為二次開發(fā)工具，用戶可以利用C和Fortran語言定義自己的特殊力學(xué)元件（如力單元，驅(qū)動單元等） CONTROL－用戶在SIMPACK軟件中可以直接建立閉環(huán)的機電控制系統(tǒng)。
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- VTL（Virtual Test Lab）－SIMPACK的虛擬實驗室模塊用于研究各種系統(tǒng)參數(shù)或外部激勵對系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的影響，也可用于機械系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化。
- Customizing and Scripting－SIMPACK提供了一種類似于Javascript的腳本語言工具QSA（QT Script for Application），利用QSA我們可以編寫多體系統(tǒng)的宏命令、進行分析過程的自動化，也可以進行用戶界面的定制。
- CHAIN－由于采用了相對坐標系建模和遞歸算法，SIMPACK的鏈條模塊可以精確仿真鏈傳動系統(tǒng)的傳動誤差、振動特性、鏈-齒沖擊、張緊力等，甚至可以精確考慮柔性鏈輪和鏈節(jié)傳動動力學(xué)問題。
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SIMPACK與各種CAD軟件、FEA軟件和CACE軟件系統(tǒng)之間均有良好的專用接口。 |
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CAD專用接口
CAD系統(tǒng)所生成的模型文件，可以非常容易地傳遞到SIMPACK中來，同時，SIMPACK針對當今主流三維CAD軟件開發(fā)了嵌入式接口模塊，用戶可以方便地把在CAD軟件中建立的CAD模型轉(zhuǎn)成動力學(xué)模型，并完整、高效地傳遞到SIMPACK中進行仿真分析。
這其中包括： |
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ProSIM―Pro/E軟件接口
-直接在Pro/ENGINEER建模環(huán)境下建立機械系統(tǒng)的運動學(xué)、動力學(xué)模型；
-動畫顯示和數(shù)據(jù)輸出、分析均在Pro/ENGINEER環(huán)境內(nèi)；
-完備的數(shù)據(jù)輸出能力：如坐標系、幾何形狀、曲面、零件及完整運動學(xué)、動力學(xué)模型等。
IdeSIM――與I-DEAS軟件接口
¨ 直接在I-DEAS建模環(huán)境下建立機械系統(tǒng)的運動學(xué)、動力學(xué)模型；
¨ 系統(tǒng)質(zhì)量、慣量自動計算；
¨ 完備的數(shù)據(jù)輸出能力：如坐標系、幾何形狀、曲面、零件及完整運動學(xué)、動力學(xué)模型
¨ 自動生成多體系統(tǒng)的運動學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系；
CatSIM――與CATIA軟件接口
¨ CATIA運動學(xué)模型可以完整地輸出為SIMPACK的動力學(xué)模型；
¨ 系統(tǒng)質(zhì)量、慣量自動計算；
¨ 幾何形狀、幾何數(shù)據(jù)均可傳遞到SIMPACK中來，進行碰撞設(shè)置。
數(shù)字化裝配接口（DMU）
SIMPACK提供了數(shù)字化裝配軟件接口，運動學(xué)計算結(jié)果輸入到數(shù)字化裝配軟件中，進行機構(gòu)運動干涉檢查，以此實現(xiàn)下一代的協(xié)同虛擬樣機解決方案(CFP--Collaborative Functional Prototyping)。
例如，SIMPACK的運動學(xué)結(jié)果可以輸入到Centric Software Inc.公司的Centric Studio軟件中，進行動態(tài)干涉檢查，這一全新的概念已經(jīng)由Siemens Transportation System（TS）提出，并率先實現(xiàn)。 |
FEA專用接口
由于擁有強大功能的有限元接口模塊FEMBS，SIMPACK軟件被公認為是柔性多體動力學(xué)軟件領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者。
FEMBS可以與絕大多數(shù)通用有限元軟件包括NASTRAN、MARC、ANSYS、ABQUS、I-DEAS、 PERMAS等進行雙向數(shù)據(jù)傳遞。通過FEMBS模塊，可生成任意彈性體模型，此外，通過優(yōu)化的彈性體積分技術(shù)，SIMPACK在柔性多體動力學(xué)模型的求解上，不僅速度快，且穩(wěn)定性和可靠性均很高。 |
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主要特點：
¨ 運用成熟的模態(tài)縮減技術(shù)，獲取準確的模態(tài)振型；
¨ 與更多的FEA軟件接口，包括NASTRAN、MARC、ANSYS、ABQUS、I-DEAS、 PERMAS等；
¨ 即使是巨大的FEA模型，生成的接口文件仍非常緊湊，方便操作使用；
¨ 對有限元軟件單元類型幾乎沒有限制。 |
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疲勞分析專用接口（LOADS）
為了用戶更好地了解系統(tǒng)的疲勞壽命及可靠性，SIMPACK還為主要的疲勞分析軟件提供了良好的接口關(guān)系，可如與nCode公司的FE-Fatigue、ECS Steyr公司的FEMFAT的接口。 |
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數(shù)字化裝配軟件接口
為了更好的體現(xiàn)虛擬樣機的功能，SIMPACK可以和具有數(shù)字化裝配功能的軟件進行接口，將SIMPACK軟件的運動學(xué)計算結(jié)構(gòu)輸入到數(shù)字化裝配軟件中，進行機構(gòu)運動干涉檢查，以此實現(xiàn)下一代的協(xié)同虛擬樣機(CFP--Collaborative Functional Prototyping)解決方案。例如，SIMPACK的運動學(xué)結(jié)果可以輸入到Centric Software Inc.公司的Centric Studio軟件中，進行動態(tài)干涉檢查，這一全新的概念已經(jīng)由Siemens Transportation System（TS）提出，并率先實現(xiàn)。
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CACE專用接口
通過接口，可以實現(xiàn)任何機電系統(tǒng)的建模仿真工作。SIMPACK與Matlab的接口關(guān)系是非常靈活而富有特色的。它給用戶提供了四類接口，極大地滿足了用戶的各種需求： |
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- 線性模型輸出－SIMPACK的復(fù)雜動力學(xué)模型可以方便地在任意位形下進行線性化，線性化后的數(shù)學(xué)模型可以方便地輸出并提交給MATLAB使用；
- 代碼調(diào)用－SIMPACK建立的復(fù)雜動力學(xué)模型可以以原代碼及可執(zhí)行程序的形式輸出，具有平臺無關(guān)性；
- 協(xié)同仿真分析－SIMPACK與MATLAB軟件的協(xié)同仿真，包含以下兩種接口模式：
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1.SIMAT－用戶所建立的SIMPACK模型可以輸出給MATLAB軟件，在MATLAB軟件中進行仿真分析，脫離開SIMPACK環(huán)境，這樣可以方便地在MATLAB中優(yōu)化系統(tǒng)的控制模型。同時由于脫離了SIMPACK環(huán)境，大大節(jié)約系統(tǒng)資源，易于實現(xiàn)實時仿真分析。
2. MATSIM－用戶建立的MATLAB控制模型可以輸入到SIMPACK中來，從而脫離MATLAB環(huán)境，用戶在SIMPACK環(huán)境下便可以實現(xiàn)機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的整體仿真和優(yōu)化，最大限度地優(yōu)化整機系統(tǒng)的性能。
| CACE－為了考慮機械系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的相互作用，SIMPACK軟件利用和AMESIM、DSHplus等液壓專用分析軟件的接口，實現(xiàn)機械—液壓—控制一體化系統(tǒng)的仿真。 |
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