复杂产品虚拟样机异构的结构信息集成研究

产品结构信息的异构性给网络化环境中的产品开发设计人员增加了复杂产品虚拟样机协同制造的难度。为了解决这个问题,以开发国家863／CIMS主题某课题为背景,论述了如何在网络化协同制造环境中建立面向对象的产品结构信息数据模型,并采用Web服务技术、软件集成技术、可扩展标记语言序列化技术以及产品数据管理技术规范,通过数据交换标准格式,实现产品结构信息的自动提取和构造产品信息集成框架,消除由于使用不同的计算机辅助设计系统所带来的信息异构性,有效地实现虚拟样机的产品信息集成和管理,为实施复杂产品虚拟样机工程中的异构产品结构信息的集成与共享提供了有效的方案,其可行性得到了实际工程的验证。     

复杂机械产品虚拟样机多学科设计优化研究

为了以尽可能高的效率求得复杂机械产品虚拟样机尽可能优的设计方案，提出了一种将多学科设计优化方法与计算机仿真分析相结合的虚拟样机优化设计模式。通过将多学科设计优化方法应用于虚拟样机的并行设计过程，构建了虚拟样机的多学科设计优化集成平台，由多学科优化来驱动设计分析进程，形成虚拟样机集成的闭环自动迭代优化设计过程。针对汽车设计，给出了虚拟样机多学科设计优化的集成分析流程，同时利用虚拟样机的动态特性显示，直观地表现出复杂产品多学科设计优化过程中设计方案的变化。     

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.     

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.     

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。     

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。     

高功率横流CO2激光器虚拟样机系统的应用

高功率横流CO2 激光器设计过程中光、机、电等制造信息难于集成,在对比分析传统设计模式与现代设计模式的基础上,提出将虚拟样机技术应用于高功率横流CO2 激光器设计,以虚拟样机为平台集成制造信息。在开发高功率横流CO2 激光器虚拟样机系统后,对比了采用虚拟样机技术前、后产品的主要性能指标。     

复杂产品虚拟样机元建模

为了有效地支持复杂产品虚拟样机的信息交换、共享、模型重用,以提高产品质量和效率,基于元建模理论,建立了复杂产品虚拟样机,设计了元模型。分析设计了元模型与学科元模型的映射关系,并实现了二者的转换,实例化得到虚拟样机运动仿真模型和优化模型。以某车辆自动变速器统一建模为例,说明了元建模在复杂产品建模中的应用,验证了统一集成建模的正确性、有效性与实用性。     

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。     

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。     

适用于丘陵地带的甘蔗收获机械虚拟样机的研制

探讨了基于产品数据管理(PDM)系统封装和集成各种应用软件并结合人工智能技术构建虚拟产品设计环境的基本思路,介绍了基于虚拟样机技术的丘陵地带的甘蔗收获机械数字化产品集成建模、仿真分析与优化设计的方法。     

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.     

虚拟样机技术在钳夹车性能仿真中的实践

论述了虚拟样机的概念，给出了铁路车辆虚拟样机系统的单元模块组成及功能框架，以长大货物列车D45钳夹车结构性能仿真集成研究及轻量化设计为例，介绍了在虚拟样机系统支持下开发复杂产品时，如何去建立集成仿真框架，分析和评价专家系统等。应用实践表明，该系统能够对产品开发过程提供有效的技术支持。     

虚拟样机技术在制造业中的应用及研究现状

虚拟样机技术以计算机技术为依托,综合多学科技术为产品全生命周期的设计和评估提供技术支持.设计者可在虚拟环境中实现产品设计和产品特性分析,使之能够快速响应市场要求,这打破了传统的设计方式,缩短了设计时间节约了设计资本,尤其在复杂产品的设计中优势更加明显.目前虚拟样机技术在国内外已被广泛采用,具有广泛的应用前景.本文介绍了虚拟样机的技术框架,通过虚拟样机技术在制造业中的应用实例简述了虚拟样机技术在制造业的发挥的作用,详细分析了虚拟样机技术的优势和不足,阐述了虚拟样机技术目前的研究情况.     

面向复杂机电系统虚拟样机技术研究综述

为了使复杂机电系统虚拟样机替代物理样机并提高复杂机电产品设计的质量和效率,综述了复杂机电系统虚拟样机若干关键支撑技术的研究进展和目前存在的问题,主要包括虚拟样机定义、建模技术、多领域仿真、多学科设计优化、系统集成方法以及模型管理,探讨了复杂机电系统虚拟样机技术及其发展方向。为复杂机电系统虚拟样机设计奠定了研究基础。     

数控机床数字制造技术的研究

由机械科学研究院、北京机械工业学院完成的“数控机床数字制造技术的研究”专题，开发网络化集成应用环境之上的数控机床虚拟产品（数字样机）技术和工具。进行数控机床产品数字样机的运动仿真和数字样机的切削过程模拟及动力学分析，并开发1—2个数控机床产品数字样机。基于主轴、刀库、工作台、床身等数字部件支撑，可以快速完成机床的虚拟装配并进行静态干涉检查。     

虚拟产品开发管理技术在直升机数字样机开发中的应用研究

针对虚拟数字化产品开发中数据量大,数据管理复杂的问题,提出VPDM系统的数据保护及其系统的结构;并从工程应用的角度出发,应用PDM技术结合直升机型号研制中数字样机技术的实施过程,解决了直升机产品虚拟数字样机开发中数据管理的问题,包括物流管理、数据管理、版本和版次管理、校验更改和审核、人员组织及权限管理、人员角色和数据访问。     

虚拟样机技术在液压支架设计制造中的应用

虚拟样机技术又称为系统动态仿真技术,他是以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心,借助于成熟的三维计算图形技术、基于图形的用户界面技术、信息技术、集成技术等,将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起,使产品的设计者、使用者和制造者在产品研制的早期,在虚拟环境中直观形象地对虚拟产品原形进行设计优化、性能测试、使用仿真等。用数字化形式代替传统的实物样机试验,在系统水平上真正地预测机械结构的工作性能,实现系统的最优化设计。     

复杂系统虚拟样机协同建模/仿真支撑平台

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 ,构建了复杂系统虚拟样机协同建模 /仿真 /项目管理支撑平台。该平台建立在Windows操作系统、TCP/IP网络协议、商用关系数据库以及支持异地协同及仿真资源共享的仿真网格基础上 ,支持复杂系统设计目标下各分系统的协同建模与仿真。该平台的四层结构分别为技术支持层、角色 /权限管理层、功能驱动层和用户界面层。文章还对系统设计、开发与应用过程中的各类数据、模型、工具、人员以及过程进行管理与优化 ,并对各层次的功能设计、实现方案以及研究现状进行了具体说明。该平台可为产品的全生命周期设计和评估提供支持 ,达到降低成本、提高效率的目的     

基于功能需求的虚拟样机模型发现方法

针对复杂产品虚拟样机概念设计中资源发现方法无法和产品功能模型相集成的问题,提出一种基于功能需求语义的资源发现方法。通过建立功能模型,定义功能需求本体,消除了用户对功能描述方式的差异,同时构建了虚拟样机模型本体,并给出了基于功能需求的资源发现算法,最后,构建了系统实现的体系结构。