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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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     

面向多学科虚拟样机协同仿真的仿真网格技术研究

针对目前多学科虚拟样机协同仿真应用中面临的多学科交互协同能力差、资源动态调度分配难、系统容错能力和柔性差、动态资源可重用性差、规模易受限制等问题,首先提出了一种新的解决途径——构建仿真网格,进而较为详细地介绍了面向多学科虚拟样机协同仿真的仿真网格技术的部分研究成果,最后,介绍了典型的应用案例,并给出了结论和下一步的工作展望。     

面向装配的虚拟协同设计环境研究与实现

为解决网络化异地协同设计过程中实时三维虚拟模型交换和协同设计行为语义传输等问题,以及建立支持实时协同操作动态响应和动态虚拟模型加载的虚拟协同设计环境,通过对协同设计理论、基于虚拟模型的协同设计和虚拟装配进行研究,提出了面向装配的虚拟协同设计环境(VCDEFA),给出了VCDEFA的概念和特征,建立了六层体系结构和功能模型。在原型系统的设计实现过程中,采用了从Pro／E系统中获取虚拟模型;在保证协同设计数据一致性中,采用了数字增量网络传输技术和集中统一管理;在网络通信中,采用了动态可变长报文控制技术。原型系统的实现表明,该体系结构具有良好的实用性,能够满足网络化协同虚拟设计的需求。     

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.     

虚拟现实建模语言的可视化信息查询与协同工作的研究

阐述了建立车身开发虚拟协同设计空间原型的方法;探讨了用VRML语言在软件功能上实现空间原型对空间的碰撞检测、行为语义等虚拟社会交流规则;研究了车身三维可视化信息查询和协同设计工作。     

基于虚拟样机技术的数控机床现代设计方法

讨论了基于虚拟样机技术的数控机床设计流程，分析了以三维实体建模软件PRO／E、机械动力学仿真软件ADAMS、大型有限元分析软件ANSYS和控制仿真软件MATLAB／SIMULIINK为核心的数控机床虚拟样机实现的集成软件平台，以数控钻铣床为例，将虚拟样机技术应用于机床的设计开发，对开创数控机床工程设计新方法具有重要的意义。     

虚拟现实环境下月球车运动仿真系统设计研究

虚拟现实技术的出现为月球漫游车的设计、优化等提供了新的有效手段.研究了在虚拟现实环境下基于物理的月球车运动仿真系统,设计并构建了系统的功能模块和体系结构.研究了相关几何模型的真实感建模、月球车运动仿真、实时碰撞检测、多通道立体渲染等支撑技术,据此设计开发了一种月球车运动仿真的原型系统,该原型系统可实现月球车在真实感凹凸月面上的运动仿真,支持鼠标、键盘与虚拟月球车进行交互,具有良好的真实感和沉浸感.     

基于ASP模式的CAE远程信息化服务系统

为了解决网络多用户环境下CAE技术资源的开发利用问题,从网络化技术服务和协同分析求解的角度出发,提出了ASP模式下集成CAE分析技术的信息化服务总体框架模型。依据该模型架构,对CAE信息化服务系统的实现方法学及相应的关键使能技术,如任务流程协同求解技术、分析模型转换代理机制、APDL参数化分析命令批处理脚本技术等进行了系统论述。最后,开发了验证上述思想的服务平台原型系统。研究表明,使用该方法有利于推广应用高水平的CAE分析技术。     

雷达结构协同建模与仿真技术研究与实现

在协同研制模式下,分系统结构建模与仿真工作可并行开展,但由于缺乏制定仿真建模规范等原因,目前大部分产品仍采用传统的串行封闭式建模与仿真模式。为提高产品设计效率,需要开展对协同建模与仿真技术的研究。文中结合雷达结构领域联合建模与仿真的特点,分析了协同建模与仿真的现状与技术难点,重点探讨了协同建模与仿真流程、协同仿真建模规范、协同建模与仿真架构等关键技术,并根据分析结果给出了雷达结构协同建模与仿真技术实例,实现了基于共享模型的紧密集成与协同。     

Modeling and Simulation on Axial Piston Pump Based on Virtual Prototype Technology

A particular emphasis is placed on the virtual prototype technology (VPT) of axial piston pump. With this technology it is convenient and flexible to build a complicated 3D virtual based on real physical model. The actual kinematics pairs of the parts were added on the model. The fluid characters were calculated by hydraulic software. The shape of the parts, the flexible body of parts, etc were improved in this prototype. So the virtual prototype of piston pump can work in computer like a real piston pump, and the flow ripple, pressure pulsation, motion principle, stress of parts, etc can be investigated. The development of the VPT is introduced at the beginning, and the modeling process of the virtual prototype is explained. Then a special emphasis is laid on the relationship between the dynamics model and the hydraulic model, and the simulations on the flow ripple, pressure pulsation, motion principle, the stress and strain distribution of the middle shaft and piston are operated. Finally, the advantages and disadvantages of the VPT are discussed. The improved virtual prototype of piston pump more tally with the real situation and the VPT has a great potential in simulation on hydraulic components.     

快速插入机构的虚拟样机设计及其运动仿真

设计了一种快速插入机构,完成了基于虚拟样机技术的设计,以三维实体建模软件Solidworks和虚拟原型机仿真应用软件Cosmosmotion为软件平台建立了系统的三维模型,实现了机构三维实体运动仿真,提高了设计效率.