基于虚拟样机的复杂产品协同设计与仿真关键技术研究

主要研究并行工程环境下复杂产品虚拟样机协同设计与仿真的体系结构及其关键技术。提出虚拟样机协同设计与仿真系统的体系结构与整体解决方案,研究面向虚拟样机的数字化多领域集成建模理论与方法,建立面向虚拟样机开发全生命周期的集成过程管理与冲突协调模型,提出面向复杂产品虚拟样机开发的多学科协同设计、协同仿真和智能决策支持的理论与方法,建立复杂产品虚拟样机协同支持环境,有效提高企业创新能力和核心竞争力。     

复杂产品虚拟样机协同开发平台设计与实现

提出复杂产品虚拟样机协同开发平台的体系结构和功能框架,设计统一数据访问接口,自主开发了“复杂产品虚拟样机协同开发平台”软件。该软件包括个人工作空间管理、仿真建模、数据管理、过程管理、模型库管理和仿真评估等功能模块,能够支持复杂产品从设计、仿真、分析和优化的整个多学科协同开发过程,实现了对协同开发相关的项目、人员、模型、数据和工作流等资源的集成化管理,为复杂产品虚拟样机的实施提供了设计、仿真和资源管理的分布式支撑环境。     

基于协同虚拟环境的装配设计系统

针对分布式环境中复杂产品协同开发的装配设计需求,研究基于协同虚拟环境的装配设计系统的体系结构和关键技术,提出分布式条件下支持多用户实时交互操作的协同虚拟装配方法,包括复杂场景高分辨率实时渲染和多通道沉浸输出方案。以此为基础开发分布式协同虚拟装配环境,并通过面向汽车整车的多用户协同虚拟装配实例验证了系统的有效性。结果证明,用户可在该系统中完成复杂产品的协同虚拟装配设计工作。     

复杂产品虚拟样机集成开发过程管理系统研究

为实现复杂产品虚拟样机集成开发过程管理,提出了包含项目层、宏观过程层和微观过程层三个层次的层次化过程集成模型,项目层面向过程任务分解,宏观过程层建立全局工作流,进行全局过程监控,微观过程层面向任务内部的自动规划,层次化过程集成模型实现了虚拟样机开发过程的自顶向下过程规划和控制与自底向上过程反馈与协调.通过对项目、任务与工作流模型的研究,以共享数据库形式实现了虚拟样机集成开发过程的项目管理、工作流管理和产品数据管理的功能和信息集成,建立了集成体系结构,提出了扩展赋时着色Petri网的全局工作流分析与仿真方法,为复杂产品虚拟样机开发的过程管理提供了有力支持.     

基于HLA的多领域协同仿真模型集成研究

研究复杂产品协同仿真开发过程中的仿真模型集成问题。联合使用松散耦合与紧密耦合技术,设计一种缓冲池实现机制。以高层体系结构为软总线,利用分布式数据库、文件模拟数据库和XML技术,统一不同领域软件的仿真模型定义规范。转化后的模型数据在协同仿真的软件间交互,数据库与文件存储在协同仿真过程中起到缓冲作用。采用面向服务架构的方式构建子模块,将各领域仿真软件松散耦合到虚拟样机协同仿真平台中。以热控电动百叶窗机构机电联合仿真为例,分别进行集中式仿真和协同仿真分析。结果表明,该方法能提高协同仿真的速度与精度。     

复杂产品虚拟样机技术研究

虚拟样机技术尤其是面向多领域支持复杂系统的协同虚拟样机仿真支撑平台的研究已成为研发的热点。通过对Agent技术和WEB服务技术以及虚拟样机仿真系统的长期研究,提出了一种面向多领域的复杂产品虚拟样机仿真支撑平台的实现方案,给出了该仿真支撑平台的基于Agent和WEB服务的系统结构和虚拟样机设计中涉及的机械,电子,控制,软件等领域的智能Agent的统一描述,讨论了虚拟样机仿真支撑系统中Agent间的通信方式并阐明了系统的工作流程和信息集成模式,为虚拟样机的进一步发展和应用奠定了基础。     

面向机床产品的协同设计支持环境的研究

对机床产品协同设计过程及其特点进行研究，采用UML统一建模语言中的泳道图表示机床协同设计过程，提出了面向机床产品的协同设计支持环境的层次结构，该协同设计支持环境主要由3个方面的内容组成：对机床产品设计开发活动的支持、对设计活动单元组织和管理的支持、对设计活动单元间协同的支持。采用分布式为主、集中式为辅的方式，建立了面向机床产品的协同设计支持环境的体系结构，并对实现该体系结构的任务规划、协同约束模型、冲突消解等关键技术进行了研究。在此基础上，开发了面向机床产品的协同设计支持环境的原型系统。     

基于虚拟样机的协同设计技术

基于虚拟样机的协同设计技术是将协同设计技术应用到虚拟样机的开发过程中 ,可以大大简化机械产品的设计开发过程 ,大幅度缩短产品开发周期和降低开发费用 ,提高产品的系统级性能 ,获得最优化和创新的设计产品。针对虚拟样机技术的特点及其与协同设计的关系 ,提出虚拟样机协同设计的方法 ,并对虚拟样机协同设计环境基本结构及实现方案进行了介绍     

复杂产品协同仿真与设计技术的研究

协同仿真技术可以为复杂产品的研发、设计、创新、评估、管理提供全面支持.文中在分析复杂产品协同仿真的特征、功能及建模过程的基础上,提出基于HLA/WE_RTI的复杂产品协同仿真平台及其体系结构,探讨了基于仿真产品的一体化建模、仿真评估、仿真模型库、协同创新、协同仿真信息等关键技术及实施方法.结合工程实际应用,重视对复杂产品协同仿真关键技术的研究,进一步集成、优化、完善协同仿真平台功能,形成应用技术开发与完善应用的良性持续发展.     

复杂产品虚拟样机支撑平台的初步研究与开发

该文主要研究并介绍了复杂产品虚拟样机支撑平台研究项目取得的阶段研究成果，包括支撑平台体系结构及其关键技术等，尤其重点介绍了目前自行开发集成的，开放的，基于标准支持多领域复杂产品虚拟样机工程的支撑平台，并给了两个基于支撑平台的典型虚拟样机开发应用案例。初步实践表明复杂产品虚拟样机支撑平台可看作为下一代企业协同应用各领域CAx/DFx工具的有效手段。最后，对进一步研究工作进行了展望。     

虚拟原型建模语言VPML

现有的模型描述语言难以满足基于虚拟原型的概念设计中产品模型描述的需求,基于扩充连接图思想,以基于虚拟原型的概念设计产品描述模型V－desModel为核心,提出了一种虚拟原型建模语言VPML,VPML是一种独立于领域与过程的面向机电产品概念设计的虚拟原型模型描述语言,具有较强的几何和行为建模能力,为多领域系统在概念设计阶段的协同设计、并行设计及联合仿真过程提供了一致的模型描述,VPML模型内嵌的虚拟特征生成算法,使得在概念设计阶段建立真实感很强的产品虚拟原型时设计信息不完备问题得到有效解决。     

基于Proteus的电子产品仿真设计

以LED电子显示屏的仿真设计为例,论述了应用Proteus仿真技术实现电子产品从虚拟样机到物理样机的新型设计方法和过程,并在同一台计算机上实现了Proteus、集成开发环境IDE、上位计算机应用软件间的联合仿真和调试。     

甘蔗收获机械可视化虚拟设计平台的研究开发

介绍了甘蔗收获机械可视化虚拟集成设计平台研究开发的基本思路。该平台的构建通过STEP标准建立产品开发的全局共享信息模型，利用PDM软件集成和封装CAD／CAE及其它产品设计过程中用到的应用软件；平台也集成了甘蔗收获机械设计、分析和评价专家系统，专家系统采用模糊评价的方法对开发过程设计和仿真分析的结果进行评价和决策。集成平台支持甘蔗收获机械可视化虚拟产品集成化的团队设计及收获机械系列化产品开发。     

A digital twin-based multidisciplinary collaborative design approach for complex engineering product development

With the ever-increasing demand for personalized product functions, product structure becomes more and more complex. To design a complex engineering product, it involves mechanical, electrical, automation and other relevant fields, which requires a closer multidisciplinary collaborative design (MCD) and integration. However, the traditional design method lacks multidisciplinary coordination, which leads to interaction barriers between design stages and disconnection between product design and prototype manufacturing. To bridge the gap, a novel digital twin-enabled MCD approach is proposed. Firstly, the paper explores how to converge the MCD into the digital design process of complex engineering products in a cyber-physical system manner. The multidisciplinary collaborative design is divided into three parts: multidisciplinary knowledge collaboration, multidisciplinary collaborative modeling and multidisciplinary collaborative simulation, and the realization methods are proposed for each part. To be able to describe the complex product in a virtual environment, a systematic MCD framework based on the digital twin is further constructed. Integrate multidisciplinary collaboration into three stages: conceptual design, detailed design and virtual verification. The ability to verify and revise problems arising from multidisciplinary fusions in real-time minimizes the number of iterations and costs in the design process. Meanwhile, it provides a reference value for complex product design. Finally, a design case of an automatic cutting machine is conducted to reveal the feasibility and effectiveness of the proposed approach.     

协同产品开发集成环境的研究与实现

首先讨论了协同产品过程的特点,分析了能够支持协同产品开发的关键技术。文中建立了协同产品开发集成环境的体系结构,该体系结构能够满足产品开发人员在各个层次上的协同需要。在此基础上提出了协同产品开发集成环境的具体结构,它建立在Ｌｏｔｕｓ　Ｎｏｔｅｓ和Ｐｒｏ／Ｉｎｔｒａｌｉｎｋ的基础上,能够为产品开发人员提供一个高效的协同工作环境。     

三维虚拟加工环境及其关键技术的研究

在分析虚拟制造特点的基础上,提出了三维可视化虚拟加工环境的系统结构,介绍了支持三维建模仿真的组件设计、基于装配模型的三维实体建模方法、NC代码解析器的设计方案以及基于毛坯表面三角片离散化的加工过程仿真算法,并开发了虚拟加工环境原型系统,该系统能够实时地反映零件虚拟原型的加工成形过程仿真,并进行可加工性分析。     

多视图下的生产线建模与仿真

在多品种、小批量的生产环境中,企业不仅需要查看实体生产线,同时需要从不同的产品维度监控和管理生产线的运行状况。应用领域驱动设计方法对实体生产线建立完整的领域对象,将每个工件品种的加工流程定义为一个虚拟的生产线视图,为虚拟生产环境建立领域对象,并将其映射到软件系统中。基于MVC模式设计仿真系统,以多个视图对生产线进行展示。给出了仿真系统的原型实现,验证了仿真系统设计的可行性。生产线的管理者不仅可以通过实体生产线视图查看设备的工作状态,同时还可以通过虚拟生产线视图直观地查看每个品种的加工流程。     

基于虚拟原型的概念设计描述模型V-desModel

传统的概念设计方法由于缺乏真实感的交互手段,难以直观表达设计者的意图.基于虚拟原型的概念设计不仅能为设计者提供逼真的虚拟设计环境,而且充分体现了现代设计的成本低、周期短以及灵活性强等特点.针对概念设计的特点以及虚拟原型的特征分类,提出了基于虚拟原型的概念设计模型V-desModel,其核心是利用产品视图模型描述设计对象,将虚拟特征概念融入视图模型中,并采用可扩展"三维实体-约束图"来描述设计对象之间的约束关系.V-desModel模型能有效地支持基于虚拟原型的概念设计过程,较好地解决了概念设计中产品虚拟原     

虚拟团队:一个典型的CSCW应用系统

虚拟企业的出现,带来了企业产品开发模式及对应的组织形式的转变。虚拟企业下,产品开发的一种重要组织形式就是虚拟团队。文章先将传统产品开发模式与虚拟企业的产品开发模式进行对照,然后提出了虚拟团队的概念,重点分析了虚拟团队作为一个典型的CSCW应用系统其角色分工和内在的协作机制,最后指出了虚拟团队进行协同工作所需的技术支持。