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。     

复杂产品多学科虚拟样机元建模框架

为实现复杂产品虚拟样机中各类多学科异构模型的有效重用和集成,以制造领域广泛存在的复杂产品为对象,讨论了复杂产品虚拟样机的多学科特点及其对传统建模仿真理论带来的挑战;结合元对象机制和面向组件的建模思想,提出了一种新的面向复杂产品多学科虚拟样机的元建模框架,并对框架中各抽象层次模型规范(元元模型、元模型和系统高层模型)进行了形式化定义和语义讨论.在起落架多学科虚拟样机应用实例中,基于元建模框架中的系统高层模型进行了产品的统一建模描述,实现了复杂产品中多学科异构模型的更高层次抽象和集成重用,验证了元建模框架的有效性.     

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。     

复杂产品虚拟样机工程

复杂产品虚拟样机技术是当前CIMS技术研究与应用的特点，其样机的开发工作已一项复杂的系统工程。复杂产品虚拟样机一切技术是融合与产品有关的专业领域技术与建模/仿真技术、信息技术、多媒体/虚拟现实技术、人工智能技术、系统技术和管理技术等多学科的一门综合性技术。基于笔者的研究与初步实践，本文提出了复杂产品虚拟样机工程的概念，并对其技术内涵、组成、运行模式、体系结构及其相关关键技术进行了探讨，以期促进复杂产品虚拟样机技术在我国企业的研究、实施与应用。     

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。     

复杂产品多学科虚拟样机顶层建模语言研究

为了在复杂产品虚拟样机开发过程的不同阶段，以及在工具和部门之间更加准确地描述系统的顶层模型，提出了一种描述多学科虚拟样机顶层系统结构、行为和内部相互关系的系统顶层建模语言。在顶层建模语言中，把系统模型划分为静态结构模型和动态行为模型。为了顶层建模语言的扩展，定义了顶层建模的统一建模语言特征；采用基于可扩展标记语言的数据交换格式，规范顶层建模在不同工具间的信息传递；顶层建模语言遵从模型驱动体系结构的思想，从面向编程平台、通信平台和工具平台映射成为模型的实现。简要介绍了顶层建模语言的实现工具——顶层建模集成开发环境。最后，给出了计算机生成的武装兵力系统的例子，说明了顶层建模语言对复杂产品虚拟样机建模的有效性。     

基于组件元的机电产品多领域集成方法研究

以产品元件模型为载体,以不同的功能需求为线索,研究了不同领域产品信息的表达,提出了组件元的概念.采用组合建模法的恩想,提出并构建了基于组件元的机电产品多领域集成仿真平台,该平台中不同领域的工程技术和知识通过XML进行信息交换并封装起来,以提高虚拟样机技术中的不同领域设计人员的协同并行设计效率.     

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.     

基于iSIGHT的多学科优化方法研究

多学科协同建模、仿真、优化是提高复杂产品设计质量的有效途径之一,针对在机构设计中过度考虑安全因素,导致材料浪费的问题,研究了在iSIGHT多学科优化平台上利用CAD／CAE学科软件搭建的装载机执行机构的多柔体虚拟样机模型。介绍了面向模型的多领域协同仿真技术及基于系统过程集成和命令文件解析的建模技术。应用多学科变量耦合优化算法有效地解决了子系统之间的耦合和并行优化设计。从结果分析中可以看出,用该方法有效地实现了装载机执行机构的轻量化设计。     

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。     

复杂产品的模块化制造战略研究

剖析了复杂产品制造面临的困境,介绍了模块化的基本思想,研究了模块化制造战略的基本内容,讨论了模块化制造战略的管理.通过实证分析,论证了模块化制造战略对我国制造业发展核心能力、快速协作创新的作用.     

大型复杂产品研制与生产的动态联盟模式

分析了大型复杂产品设计与生产的特点，以及动态联盟企业的分类及特点，在此基础提出了适合大型复杂产品设计、制造、批量生产与产品服务的分阶段动态联盟模式及其实施方案，并对动态联盟伙伴企业之间的投资和利益分配问题进行了探讨，最后用实际案例对所提出的模式进行了分析。     

基于绿色制造的产品多生命周期工程

通过分析绿色制造的产生背景和研究领域,引入了产品多生命周期工程这一新概念,并论述和介绍了基于绿色制造的产品多生命周期工程的体系结构、特征模型、涉及的主要技术内容、国内外研究现状及其实施战略途径。     

基于分散网络化制造的产品快速实现研究

基于分散网络化制造的产品开发和快速实现研究，目的是为在中国推广分散网络化制造建立示范系统。重点是研究产品开发及快速实现过程中任务获取、任务分配、进度的协调、信息传精等。通过案例证明了分散网络化制造和网络联盟企业的思想。在相关企业中应用的前景和可能性。     

面向复杂产品的型号项目管理系统设计

面向航天器等复杂产品型号研制需求,分析复杂产品型号项目管理的特点,提出多级型号项目管理系统体系结构,以适应分布式协同产品研制需求。对面向复杂产品研制的型号项目管理系统进行了功能设计,给出了各子系统的功能设计方案。利用该系统,可以提高复杂产品研制项目的管理效率、降低管理成本、更新管理观念。     

虚拟产品开发环境下的产品创新设计

虚拟产品开发采用基于制造的仿真来优化产品和过程设计，为产品设计 和生产过程的优化提供了集成的建模和仿真环境，实现了一个的，共享的，网络化的，并行协作的产品开发环境，可以从根本上改变产品生命周期的传统串行模式。结合新型剑杆织机的开发，研究了基于虚拟产品开发的创新设计，包括集成开发环境建立，创新设计和制造仿真三部分，它提高了产品性能，可缩短新产品的开发周期，降低开发费用。     

基于全息产品建模的虚拟加工

从虚拟产品的科学定义出发,发展一套全息产品建模的方法。全息产品建模不仅重视产品定义数据及其在各应用阶段的视图,还要考虑相应的应用环境定义数据,以及产品与环境的相互作用规律。全息产品模型的概念覆盖了产品全生命周期的需求,反映了产品模型动态的演化特性,主了使使用者能逼真地感知产品特性,甚至为驾驭产品特性提供了理论基础。本文还从虚拟加工的角度研究加工环境建模,以及环境与虚拟产品之间相作用机理,实现了基于     

在线产品配置器的研究和设计

对在线产品配置器的各种案例进行了分析。介绍了在线产品配置器的设计目标。分析了在线产品配置器的建立和应用的两个循环过程。介绍了自行开发的通用在线产品配置器，它可以帮助企业，特别是中小企业，方便地建立针对自己企业产品的在线产品配置器。     

关于在"产品设计"中必须引入最新技术的认知和举措

着重讨论我国关于产品设计认知上的一些碰撞。争论的核心是“什么是设计？”。表面上看这个问题很简单,其实它包含深刻的历史、经济、文化和技术的背景。这里仅就技术方面的问题进行探讨。在经济全球化的今天。制造业的竞争实际上是产品设计的竞争。我国是一个制造大国,却不是一个制造强国,主要就是因为我们在产品设计方面处在缺乏竞争力的地位。而正是因为长期置身于竞争之外,很多企业界人士和工程师对于设计解决什么问题、设计竞争和竞争的焦点、竞争取胜的条件以及是否和如何能够形成这些条件,研究得很少。结果要么是认为照搬国外某些片断经验就可以解决问题,要么就是对参与竞争望而却步。这样就给技术准备带来很大的困难。因为对于如何准备没有统一的认知,使得有限的资源不能集中使用,既造成了浪费,又拖延了形成竞争力的时间。要组织尽可能多的人力物力来解决我国产品设计上的竞争力,统一认知是非常重要的。     

产品全生命周期制造模式选择的自学习研究

针对相似产品生命周期特征的相似性,阐明了产品制造模式与生命周期特征之间的映射关系。根据知识化制造理念,讨论了制造模式选择的自学习问题。提出了近似匹配和二次匹配两种算法,使现有产品的生命周期特征与知识库中已有相似产品的特征数据相匹配,进而为制造模式的选择提供决策依据。给出的算例证明了该种方法的有效性。