仿真网格中协同建模网格服务研究及实现

为了将建模/仿真/项目管理技术协同,集成地应用于复杂系统虚拟样机的全生命周期,给出了仿真网格原型系统体系结构.介绍了六类典型协同建模网格服务及其应用门户的实现方案及应用方式,实现了协同建模环境中计算资源、模型资源、数据资源的共享,以及多媒体研讨厅环境和二维/三维可视化功能的网格化集成,以此支持基于广域网的复杂产品虚拟样机协同设计过程.该原型系统已在有关项目中得到应用验证.     

多学科虚拟样机协同建模与仿真平台及其关键技术研究

针对面向多学科虚拟样机开发的协同建模与仿真平台,建立了其系统体系结构和技术体系结构。提出了该平台解决多学科虚拟样机协同建模与仿真问题中的4项关键技术,包括：①面向模型的多领域协同仿真技术;②基于系统工程理论和组件技术的建模技术;③网格技术和微软自动化技术;④采用可扩展标记语言和产品生命周期管理系统的集成技术。给出了一种符合并行工程思想的基于该平台的虚拟样机开发过程模型。最后,简要介绍了该平台在船舶领域的一个应用范例,以及在航天、船舶和卫星等领域的初步实践,表明该平台能有效支持虚拟样机工程。     

虚拟样机多学科协同设计与仿真平台实现技术

在分析产品协同开发平台的功能框架以及主要协同模式的基础上，深入研究了虚拟样机多学科协同设计与仿真平台的分布式计算模型，及其协同运行管理、协同产品开发资源库管理、分布数据的协同交互管理与系统实现技术。基于COM／DCOM的建模与仿真工具协同、支持仿真联邦管理的数据库设计和CORBA的应用实现技术，开发了原型系统。该系统支持Internet网络环境下各种建模与仿真工具跨平台、分布交互与异构集成，可有效支持复杂产品虚拟样机的协同开发。     

复杂产品协同制造支撑环境技术的研究

简要描述了复杂产品协同制造支撑平台的系统组成、系统集成技术及其主要技术特点。重点介绍了目前自行开发成功并初步应用的多学科复杂产品虚拟样机工程支撑平台及其关键部件。该平台的新技术包括：①基于多约束条件下项目进度管理与优化为核心的项目管理技术，支持复杂产品虚拟样机工程全生命周期的管理与开发；②基于HLA／XML／Web中间件技术的多学科领域CAx／DFx工具集成方案；③符合OMG／MDA体系结构、面向组件技术、面向多学科领域的复杂产品虚拟样机高层建模语言；④基于组件技术、元模型技术、状态机理论的多学科虚拟样机协同建模与协同仿真；⑤基于HLA／VR／GIS的2D／3D可视化；⑥基于PDM技术、XML规范，面向服务的模型库管理系统；⑦基于仿真组件模型的虚拟样机仿真模型快速组装。     

Web的多学科协同设计与仿真平台及其关键技术

虚拟样机多学科协同设计与仿真平台是虚拟样机支撑环境的重要组成部分，在航空、航天、造船、汽车等复杂产品虚拟样机开发中有着广泛的应用。通过对虚拟样机开发环境中多领域建模与仿真技术的需求分析，研究了协同设计与仿真平台的系统构成、关键技术和实现方案，支持跨平台和网络环境下对各设计与仿真工具之间的数据共享和各类工具的应用集成，并开发了基于Web的原型系统。通过初步应用实践，表明该系统能有效地支持复杂产品虚拟样机的协同开发。     

机电系统虚拟样机协同建模与仿真技术研究

针对机电系统虚拟样机设计的需要，在单学科仿真建模的基础上，进行基于仿真软件接口的多学科协同建模与仿真分析。以工业机器人虚拟样机的关节运动控制为例，利用ADAMS／Controls模块，将动力学模型通过接口变量与控制模型进行连接，建立连杆一关节执行机构多体动力学与运动控制协同的虚拟样机多学科集成模型，并进行协同仿真运行，表明基于仿真软件接口的协同建模与仿真方法能够有效支持机电系统虚拟样机的开发技术研究。     

基于Rhapsody的飞控系统虚拟样机设计环境

为支持飞行控制系统虚拟样机设计,克服物理样机制造周期长、代价高、效率低的缺点,研究了飞行控制系统虚拟样机设计环境体系结构,集成Rhapsody,Matlab/Simulink,VC++,Doors和Oracle5个商业软件,设计了4层次结构的飞行控制系统虚拟样机设计环境,分别为元素模型设计层、虚拟部件设计层、虚拟样机集成层和调度管理层。另外,基于构建的设计环境设计了某微型飞行器的飞控系统虚拟样机,并对设计模型进行协同仿真验证。设计结果表明,该设计环境能够支持不同粒度的飞控系统虚拟样机设计,提高了飞控系统设计效率,支持各类飞行器控制系统虚拟样机的设计。     

绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机

为弥补物理样机参数修改和试验结果观察不便、运行成本高等不足,开展了绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机的研究。在Simcenter 3D motion中完成多体动力学模块建模,用AMESim完成液压控制系统建模,在主仿真平台MATLAB/Simulink中完成主控制器的建模,最后基于联合仿真接口实现3个软件的联合仿真,搭建了试验台的虚拟样机。仿真与试验结果对比表明,所建立的试验台虚拟样机模型准确,能较真实反映原物理样机模型,为进一步优化绞车型升沉补偿系统的设计参数和控制策略、提高补偿精度提供了验证平台,同时该虚拟样机搭建方法也为其他复杂机电液系统的仿真提供有益参考。     

面向复杂产品的可重构虚拟样机技术研究

针对复杂产品基于已有知识实现快速设计问题,对产品设计、分析仿真和协同优化过程中模型和知识的重用进行了深入分析,提出了支持新产品开发的可重构虚拟样机构建方法.通过对复杂产品虚拟样机技术分析,研究了可重构虚拟样机的构建过程和建模方法,建立了可重构虚拟样机的基本类图、活动图和映射关系图;在新产品设计过程中参数驱动可重构虚拟样机模型,实现新产品的快速设计和分析及优化.最后,以锤式破碎机主轴为例,实现了可重构虚拟样机的应用,证明了该技术对复杂产品的快速设计具有重要意义.     

面向锻造操作机系统的设计与仿真支撑平台

锻造操作机系统是机电液一体化复杂系统,计算机设计与仿真技术是此类复杂产品研发的核心技术。针对操作机的特点,提出一种面向操作机系统的设计与仿真平台,详细阐述该平台的体系结构、协同设计子系统和协同仿真子系统的功能结构。在协同设计中,采用分区分层的组织模式和对设计中的关系进行分类定义和管理的方法,解决耦合复杂性问题。在协同仿真中,针对异构仿真模型与高层体系架构(High level architecture,HLA)的不兼容问题,提出基于HLA代理模型的适配器封装和转换技术,提高模型的重用度;在操作机锻压过程仿真耗时问题方面,提出基于案例推理的智能模型,提高仿真效率;以操作机锻压过程为例开展协同仿真试验,展示了协同仿真的逼真度和仿真平台的有效性。该平台有助于锻造操作机系统虚拟样机的构建,为操作机的快速设计、降低成本以及特性分析等提供有力的支持。     

An agent- and service-based collaborative design architecture under a dynamic integration environment

The shortening of product realization times and the increase of product complication require multidisciplinary experts to cooperate dynamically and closely in the whole product development lifecycle, behavior that has been previously unfamiliar. To further improve the design cooperation efficiency under this environment, this paper presents a novel cooperative design architecture using revolutionary Internet, agent, and semantic Web technologies. Based on the concept of service provision, intelligent Web-agent groups act as the function backbone to organize the service-based running of the system. Multidisciplinary product development units can be dynamically formed and configured in a knowledge-integration perspective. The layer-based architecture encapsulates distributed knowledge at a higher abstract level and coordinates lifecycle activities from different domains. Semantic-rich service expression and intelligent service accessing through agent mediation make the system more flexible. Within this dynamic cooperative environment, all of the participants involved and their distributed knowledge can be integrated as a whole to achieve more efficient and more intelligent design cooperation.     

Manufacturing challenges in obtaining tailor-made closed-cell structures in metallic foams

Life cycle engineering design (LCED) is the key and comprehensive technology to realize manufacturing industries’ sustainable development. Its main objective is to support design teams to create products considering the entire product life-cycle from conception through manufacturing and assembly to disassembly, recycling, disposal, and lifecycle assessment. So LCED should be collaboratively implemented among the different departments. This paper puts forward knowledge management architecture of LCED based ontologies and multi-agent system. The definition of the domain-specific ontology, the multi-agent architecture are described. Based on the two concepts, this paper discusses the detailed construction of CAD agents, LCED evaluation agents and knowledge maintenance agents and the system implementation. It can fulfill the concurrent collaborative developing of a product under distributed environments and also meet the requirement of knowledge sharing, interoperability, reusing among the whole lifecycle of product.     

生命周期大数据驱动的复杂产品智能制造服务新模式研究

在分析当前制造企业产品生命周期管理面临的挑战与现有制造服务模式不足的基础上,针对复杂产品生命周期数据呈现的大数据特性,提出一种生命周期大数据驱动的复杂产品智能制造服务新模式,并设计了一种体系构架。以产品生命周期为主线,提出并详细阐述了生命周期大数据驱动的智能制造服务新模式的关键技术体系与实现框架,包括制造和运维动态数据驱动的产品与服务设计、实时多源数据驱动的生产过程分析与优化、面向服务的运维数据故障演化分析与预测等。通过上述体系构架及关键技术的实施,可有效促进生命周期各阶段数据和知识的集成应用,进而构建一种产品设计闭环创新、生产过程实时优化、运维服务动态预测的产品生命周期管理与运作机制,以提升全制造流程和全生命周期管理的智能决策能力。所提体系和框架可为生命周期大数据驱动的智能制造服务研究和应用提供一种参考模型。     

产品生命周期评价原型系统设计和开发

为了满足产品生命周期动态评价的需要,掌握以生命周期评价为中心的环境信息资源,开发了一套基于客户端／浏览器体系结构的产品生命周期评价原型系统。利用Java和SQL Server 2000技术,从软件设计和开发的角度提出了系统的总体设计目标和基本原则,阐述了系统的总体结构设计。该系统包括产品系统建模、数据处理模块、数据计算模块和影响评价等4个子模块,详细介绍了各子模块的设计和功能特点,以及数据库和用户控制界面的设计。应用实例表明,该系统能为产品系统评价提供必要的技术支持,是一个功能较完善、适用面较广的生命周期评价原型系统。     

基于HLA的防空系统装备保障仿真研究

针对新形式下装备保障仿真的特点,基于HLA仿真技术提出了防空系统装备保障仿真系统的开发过程及系统框架;在此基础上,阐述了仿真系统的实现方法。为装备保障仿真系统的进一步研究提供了很好的支撑环境。     

产品全生命周期信息模型研究

为了建立完整、可重用、高度一致的产品全生命周期信息模型,提出了一种产品全生命周期模型的体系框架。该框架由面向产品生命周期的过程模型、扩展企业资源模型和产品信息模型组成。重点对组成产品生命周期的需求分析阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、产品制造阶段及产品支持服务阶段各模型的组成、表达及其各阶段模型的演化过程进行了研究。在此基础上,提出了基于应用层、服务层和数据层的3层信息体系结构的产品全生命周期信息集成框架,支持网络环境中产品数据分布式互操作。     

MRO支持技术研究

为支持预测性维修为主的综合维修模式,从产品全生命周期管理角度出发,研究了产品生命中期阶段维护、维修和大修支持系统总体框架以及维护、维修和大修支持技术体系.在总结维修服务系统发展历程的基础上,分析了维护、维修和大修服务管理需求,给出了维护、维修和大修支持系统总体框架和支持技术体系.最后,阐述了维护、维修和大修支持技术体系各个部分的核心技术.     

Digital enterprise technology in production networks

Enterprises organised as distributed production networks face challenges related to the planning and synchronisation of their manufacturing operations, and of controlling the quality, cost and production time of products under development. Digital enterprise technology (DET) is a framework for new technologies which can shorten product development and realisation, by estimating and therefore controlling quality, cost and delivery factors for products at an early stage in their lifecycle. DET can also be deployed to facilitate planning and synchronisation of work across an extended enterprise. Particularly for high value and high complexity products, these techniques represent an emergent synthesis of strategies for design, manufacture and product lifecycle management.     

网格环境下复杂产品概念设计技术研究

在研究分布式协同产品概念设计系统的基础上,将网格技术、代理和可扩展标记语言技术相融合,以解决分布式环境下多领域设计的协作、模型数据的集成和共享等问题,提高了产品概念设计系统的鲁棒性和问题求解的有效性。从复杂产品概念设计的过程,分析了系统的需求,建立了基于网格服务的复杂产品概念设计系统,阐明了系统的组织结构、通信方式、工作原理和工作流程,给出了产品概念设计支撑平台中涉及的机械、电子、控制和软件等领域的智能代理的统一描述,构建了一个支持分布、异构的多领域协同工作的产品概念设计支撑平台,展望了概念设计技术在仿真系统中的进一步应用。