基于数字孪生的产品设计过程和工作量预测方法

为解决由于实际产品设计过程和理想的仿真过程状态不一致而导致的产品设计复杂性预测不准确的问题,研究了基于数字孪生的产品设计过程及其工作量预测方法.构建了产品设计数字孪生系统五维结构模型.详细定义了虚拟空间的产品设计数字孪生模型,包括功能数字孪生模型、设计师数字孪生模型和设计活动数字孪生模型.从知识的角度出发,提出了产品设...     

面向公差分析的几何尺寸和公差语义信息翻译

为了改善公差分析规范的手工翻译出错率高和效率低的现状,并帮助公差分析系统理解来自上游的产品设计模型的语义信息,提出一种面向公差分析的几何尺寸和公差(GDT)语义信息翻译方法。对需要翻译的GDT语义信息进行分类,并建立适用于中性文件的EXPRESS模型;使用本体建模语言将得到的EXPRESS模型映射为对应的本体,为后续的推理提供基础;使用语义网规则语言对从本体中提取公差分析规范的规则进行定义和编码,实现语义信息的自动推理功能;在计算机辅助设计系统上开发了GDT语义信息翻译插件,自动提取得到的GDT数据并加入中性文件中,使用Protégé进行本体和规则建模,最终推理出公差分析所需规范。同时使用一个装配模型验证了所提出方法的有效性。     

本体驱动的复杂产品系统设计信息重用框架

在前期的研究结果—公理化系统设计本体模型的基础上,建立了本体驱动的复杂产品系统设计信息重用框架,该框架由本体层、系统设计信息表达层和工程学科设计信息层组成.其中,本体层指的是公理化系统设计信息本体模型;公理化系统设计信息表达层是本体层的实例;重用发生在表达层和工程学科设计信息层之间,采用多策略本体结盟技术实现重用.最后,搭建了系统设计信息重用框架软件平台,开发了重用插件,并以卫星太阳翼的系统设计为例验证了所提出方法的有效性,证明了通过所构建的重用框架,设计师在系统设计时能够自动匹配并重用卫星总装数据库中具有相似语义的数据,改善了系统设计信息和不同工程学科设计信息之间互操作困难的问题.     

基于本体的公理化系统设计语义建模与推理规则

使得计算机理解系统设计的语义并完成自动推理是实现智能制造和基于模型的系统工程的两个重要特征,但现有系统建模语言对语义表达和自动推理的支持有限.第一,为了满足复杂产品系统建模的语义表达要求,在前期工作—基于模型的公理化系统设计(Axiomatic model-based systems engineering,A-MBSD)的基础上,构建对应的本体模型 A-MBSD Ontology;通过网络本体语言(Web ontology language 2,OWL2),明确定义系统设计的语义及其之间的关系.第二,为了满足系统建模的推理要求,使用语义网规则语言(Semantic web rule language,SWRL)对设计公理和规则进行定义,支持功能耦合性的判断和最优设计方案的选择.最后,以卫星太阳翼的系统设计为例,证明所构建的本体模型能够明确表达系统设计语义,相应的规则可以自动推理出设计参数所影响的功能需求、功能需求之间的耦合等,避免在试验阶段才发现耦合问题而导致的设计返工,提高系统设计的效率.     

复杂工程系统下基于模型的公理化设计方法

将改善后的公理化设计方法与基于模型的系统设计结合,提出了一种面向复杂工程系统的基于模型的公理化设计方法(Axiomatic model based systems design,A-MBSD)。用例、活动和交互等系统行为作为连接系统功能和结构的桥梁被引入公理化设计中,形成新的行为域,从而整个设计过程能够被需求-功能-行为-结构之间的映射有效地表示。在A-MBSD中,一方面设计师可以利用设计域之间的"Z"字形映射描述系统设计从抽象到具体的演变;另一方面,设计师可以通过独立公理判断系统设计的耦合性,在设计早期发现设计参数之间的冲突。为了保证系统建模的统一性,使用Sys ML的扩展机制stereotypes将公理设计的核心概念定制到一般的系统设计过程中,形成A-MBSD建模profile。通过一个森林火灾卫星监控系统的设计证明了行为域的引入提高了设计矩阵的可靠性、基于模型的技术保证系统模型的统一性,并使设计师理解功能耦合的原因。