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。     

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。     

复杂产品的虚拟样机构建与实现

要实现复杂产品的虚拟样机设计,必须面向产品全生命周期,将各阶段的产品数据集成起来。复杂产品的虚拟样机集成技术主要包括产品数据标准化、二次开发技术、网络协同技术。虚拟样机技术的发展趋势是系统集成与一体化。     

基于本体的航天产品性能样机协同建模方法

针对目前性能样机的定量描述和建模理论与技术尚不成熟等问题,根据系统工程综合集成方法和性能样机的性能验证过程,对性能样机功能的划分和设计流程进行了分析。在对性能样机协同设计仿真业务进行需求分析的基础上,结合本体建模方法提出一种基于本体元模型的性能样机协同概念建模方法。以某超声速飞行器协同建模为例,给出性能样机协同概念建模案例,并采用Protégé工具构建了性能样机的本体元模型库,较好地解决了多学科产品模型的输出缺失和信息冗余问题,可以显式地表达领域知识并促进不同领域之间概念的语义一致性。     

机械产品虚拟样机本体元模型转换方法

为有效支持机械产品虚拟样机统一模型转换仿真及优化模型,基于元模型转换理论,构建虚拟样机EXPRESS本体设计元模型,分析基于设计元模型接口语句与变量型转换规则的学科元模型转换方法。最后以某发动机曲轴飞轮组元模型为例,转换并实例化虚拟样机运动仿真模型和有限元模型,证明了该方法的正确性、有效性与实用性。     

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。     

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     

虚拟样机建模技术浅析

分析了目前虚拟样机建模技术及其不足;探讨了面向CAD/CAE集成的虚拟样机建模技术与多维机械系统虚拟样机建模技术;给出了CAD/CAE一体化的虚拟样机建模方法及思路;简要分析了多维机械系统虚拟样机建模方法与策略.     

装卸桥虚拟样机建模技术

以秦皇岛港口10t×40m装卸桥为研究对象,通过三维建模软件Pro/Engineer和虚拟样机分析软件SIMPACK的结合使用,建立了三维的装卸桥虚拟样机系统。为以后进一步对装卸桥进行运动学和动力学分析奠定了基础。     

基于虚拟样机环境下的复杂产品协同设计

在对虚拟样机环境下复杂产品协同设计主要内容进行概述的基础上,针对多领域协同设计问题,采用广义约束网络方法建立参数协调模型,并抽象出各个领域之间的耦合关系模型,根据全局灵敏度方程GSE(Global Sensitivity Equations),对其进行分析提出相关策略,减少产品的设计迭代和返工次数.     

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.     

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。     

复杂产品虚拟样机工程中模型库管理系统的研究与实现

为了解决复杂产品虚拟样机工程中的仿真模型、文档的规范化管理和可重用的问题,参考产品数据管理使能器的管理模式,基于．NET框架技术开发了模型库管理系统。该系统由用户界面层、业务逻辑层和文件／数据层组成,其中,业务逻辑层包括基本服务、用户安全管理、模型结构管理和文档管理等模块。详细介绍了该系统的体系结构、功能、特点及实现方法。另外,该系统实现了虚拟样机工程中的建模、项目管理、可视化等部分的模型／数据共享及规范管理,采用了远程对象发布技术,使软件实现层次清楚,保证了可扩展性。     

复杂机械的虚拟样机技术

运用Pro／E和ADAMS联合建立了飞机食品车的虚拟样机,并对其结构性能进行了有限元分析,根据分析结果提出了改进方案。     

基于多方案选择的复杂产品虚拟样机决策系统

决策过程也是博弈的过程,存在很多不确定性因素,针对企业面临复杂产品的多个设计方案、如何作出决策的问题,在虚拟样机技术的基础上,建立了多方案条件下的决策分析系统的结构,并综合影响决策的企业内外部因素,给出了系统设计和实现方法及随机数据下的仿真结果.     

复杂航天器虚拟样机模型描述与集成

为实现复杂航天器虚拟样机模型中机械连接及信号连接下异构模型的描述与集成,提出按模型间连接方式分类描述复杂航天器模型的方法,建立了航天器动力学特性及星上系统特性模型的描述规范.设计了相应的模型集成方法,支持模型的分类描述,提高了仿真精度.通过动力学方程组集实现机械连接约束的动力学模型集成,并通过量化状态积分完成信号连接联系的各连续系统模型离散.通过仿真凋度引擎协同量化状态离散后的连续系统模型及离散系统模型,避免了仿真过程中由数据交互引入的误差,保持了仿真模型的模块化结构.根据所提的模型描述方法和模型集成方法开发了复杂航天器虚拟样机建模仿真平台,对模型集成方法的有效性进行了仿真验证.     

车身装配虚拟样机建模研究

传统的车身装配设计需要多轮实物试制,增加了周期和费用,为此提出了支持虚拟样机技术的车身装配集成建模框架。该集成框架分为基于焊装特征的装配建模、偏差传递计算模型和装配环境仿真模型等三个子模型,并以产品数据管理为平台,通过接口方式实现了各子模型中装配数据和过程信息的协调管理。最后给出了一个某实际车身前地板装配设计的实例。初步实践认为,该集成框架可对缩短装配开发周期、降低车身试制费用提供有效支持。