虚拟制造中的产品建模技术研究——基于产品定义单元和元建模的产品模型

虚拟制造要求产品模型在多学科无缝集成仿真中能够保持信息的一致性和可重用性 ,传统的产品模型难于满足这一需求。基于虚拟制造对产品建模的要求 ,本文采用特征、零件和装配三个层次的产品定义单元 (PDU)构造产品设计模型 ,基于SUMM元建模技术实现模型间的互操作。虚拟制造各种应用模型可以由此设计模型衍生而来 ,较好地解决了现有产品模型语义信息缺乏的问题 ,并具有良好的一致性、可扩充性、可重用性。     

基于STEP和STEP-NC的CAD/CAPP/CAM/CNC系统集成技术研究

针对当前CAx系统间难以实现产品信息交换和共享的问题,提出了一种基于产品模型数据交换标准和数据接口标准的信息集成方法;建立了一个计算机辅助设计／计算机辅助制造／计算机数字控制系统集成模型,采用产品模型数据交换标准和数据接口标准中性文件形式描述产品信息,各系统之间通过中性文件实现信息的交换和共享;深入研究了工艺信息建模、STEP AP203文件到AP224文件的转换及自动特征识别等关键集成技术。     

集成环境下的产品建模和特征模型

研究集成环境下的产品建模和特征模型一直是制造领域的热点。本文在现有特征建模的基础上，提出一种新型的集成型建模系统，设计了实现产品信息集成的特征转换机制，建立了三层组织的产品模型结构，最后讨论作为信息建模和特征转换的基础——元特征的构造。     

网络化制造环境下共享资源的访问控制技术综述

文章阐述了网络化制造系统中制造资源的共享模式,分析了共享制造资源安全访问控制领域的特殊需求。综述了网络化制造系统中使用的资源访问控制模型——RBAC模型及基于此模型的一系列访问控制技术：角色层次、访问控制域、角色代理、访问控制约束等,分析了这些技术在网络化制造系统中的应用方式。针对虚拟组织形态的结构特征和运行特征,提出了基于RBAC模型和角色代理技术的虚拟组织形态资源访问控制模型。     

集成环境下的产品建模和特征模型

研究集成环境下的产品建模和特征模型一直是制造领域的特点。本文在现有特征建模的基础上，提出一种新型的集成型建模系统，设计了实现产品信息集成的特征转换机制，建立了三层组织的产品模型结构，最后讨论除为信息建模和特征转换的基础－－无特征的构造。     

可配置工艺执行系统关键技术研究

为了实现信息系统的可配置性,针对制造企业的生产执行控制管理,提出了一套可配置工艺执行系统解决方案。该方案采用三层架构的设计方式搭建支持配置的系统框架,用面向对象方法建立可配置的信息模型,采取基于二级组件的动态配置方法对系统业务功能组件进行配置,采用基于角色的访问控制模型配置用户权限,在子系统基础上对数据源进行配置,从而实现了系统的可配置。     

可配置工艺执行系统关键技术研究

为了实现信息系统的可配置性,针对制造企业的生产执行控制管理,提出了一套可配置工艺执行系统解决方案。该方案采用三层架构的设计方式搭建支持配置的系统框架,用面向对象方法建立可配置的信息模型,采取基于二级组件的动态配置方法对系统业务功能组件进行配置,采用基于角色的访问控制模型配置用户权限,在子系统基础上对数据源进行配置,从而实现了系统的可配置。     

面向制造的曲面设计系统

为了支持面向制造的曲面设计,提出了一个基于计算机辅助设计／计算机辅助制造系统的嵌人式计算平台,该计算平台主要包括约束信息建模和可制造性分析2个功能模块。通过对曲面可制造性判据的抽象,建立了应用信息模型,用于从曲面几何形状中提取制造约束信息。应用于曲面加工问题,给出了根据约束信息计算可行刀具方向的具体方法。面向模具零件分型曲面的设计,建立了可制造性分析工具。针对一个雕塑曲面零件设计实例,通过对模具分型方向和加工约束进行分析,给出了可行的分型曲面设计结果,验证了所提出的曲面可制造性分析方法的可行性。     

集成框架下基于产品模型数据交换标准的注塑模信息模型研究

在分析了先进制造技术之后,指出实现先进制造技术的关键之一为信息集成,而建立统一的产品模型正是信息集成的基础,认为基于产品模型数据交换标准技术可以满足集成化系统对产品建模的需要,为此,提出了一个基于产品模型数据交换标准的注塑模产品模型,该模型分为总体信息模型、主特征模型、结构信息模型和辅助信息模型。它采用产品模型数据交换标准推荐的层次结构,覆盖产品全生命周期活动,各模型间通过引用和参考实现信息共享,从而使以此开发的系统做到真正意义上的集成。     

面向CAD／CAPP并行设计的特征模型

特征建模是实现并行工程（ＣＥ）及ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ信息集成的关键。针对ＣＡＤ／ＣＡＰＰ并行设计的要求,从集成的角度提出了一个基于特征的产品模型,开发了一个面向制造的特征库,通过特征的构建完整的产品信息,包括设计阶段构造的零件总体信息、特征信息与加工工艺性信息等。通过统一的产品模型为下游的可制造性分析、工艺性规划等提供了有力的保障。     

PLM系统中工作流访问控制模型研究

为了满足产品生命周期管理(PLM)系统对工作流访问控制的需求,提出了一种基于生命周期状态、工作流节点和角色的工作流访问控制模型。该模型实现了一种基于组织的角色动态分配机制,满足了PLM系统中多项目团队并行开发的要求,提高了工作流系统权限控制的灵活性和安全性。通过建立数据项在工作流中的工作空间模型,以及生命周期授权模型和工作流节点授权模型,实现了PLM系统中生命周期管理争工作流管理的共同授权与访问控制,并且支持多种不同的权限解析规则。给出了该模型在某大型通讯设备制造企业PLM系统中的应用实例,验证了模型的正确性和高效性。     

灵捷系统组织结构模型与信息模型研究

在抽象层次上分析了灵捷制造系统中的各类组织单元及其相互关系,从单元化、动态性与集成范围可变等方面说明了灵捷系统本质上是易于重组的系统,因而具有灵捷性。进而建立了灵捷系统的面向对象信息模型,阐述了灵捷系统重组过程中的信息传递方式。分别从静态和动态角度构建了灵捷系统的组织结构模型与信息模型。     

基于水平集方法的产品异构模型融合研究*

复杂产品设计往往涉及多个CAD/CAE系统,不同系统在几何模型构建、表达和存储等方面存在异构性,导致系统间数据和信息难以融合集成,降低了复杂产品的设计与开发效率。为了实现异构CAD/CAE模型语义信息和几何特征的融合,提出基于水平集方法的产品异构模型融合方法。构建了基于模型距离场的体素化模型,给出了体素化模型的可视表达方法,建立了距离场交、差和并集操作函数与产品造型特征复制、提取和识别的映射关系,建立了构造速度场操作函数和形位误差信息、高级语义信息和局部特征信息融合的映射关系,实现了产品异构模型的信息融合。通过复杂汽轮机叶片模型形位误差和高级语义信息融合试验,证明了方法在异构CAD/CAE系统信息集成方面的有效性和实用性。     

产品生命周期管理系统中工作流的访问控制模型

为了满足产品生命周期管理系统对流程的访问控制需求，在基于角色的访问控制模型的基础上，提出一种访问控制模型，实现了产品生命周期管理系统和工作流管理系统的共同授权。由产品生命周期管理系统管理企业中的文档和用户等信息，对其进行静态授权。在流程中，为实现动态授权，防止流程死锁和权限泄漏．引入基于流程实例的对象组，用于容纳在流程中的数据；同时，允许在流程、活动和对象组这3个层次上进行授权，不同层次的权限允许被继承和重定义。这样，不仅方便管理员进行授权，而且增加了授权灵活性，细化了授权粒度。     

基于矩阵元的飞机工装物料信息集成模型研究

针对已有BOM模型不能全面描述飞机工装物料更改信息的问题,提出了一种基于矩阵元的BOM信息集成模型（BOMII）。研究了BOMII模型的构造方法,提出了基于BOMII矩阵元的物料信息与物料更改信息的表达方法以及基于有效性版本矩阵的物料更改历史信息的表达方法。研究表明,BOMII较好地实现了基于单一BOM模型的物料多维信息集成,不仅能充分描述飞机工装结构的当前信息,而且能表达产品结构的更改信息并记录更改的历史信息。     

基于属性层次模型的单工位状态监测异类传感器布置优化

为了获得足够有效的切削过程状态信息,确保产品质量/系统零部件的安全可靠运行,应采用可靠的监测策略并对传感器进行优化布置。针对单工位多工步切削过程状态监测,基于多工位误差流(Stream of variation,SOV)理论构建单工位多工步信息流模型,通过状态空间变换和主成分分析确定故障/监测量信息传递系数用来表征不同测点传感器的监测能力;考虑传感器以及故障/监测量之间的特性差异对于系统检测能力的影响,采用6Sigma的因果矩阵(Cause-effect matrix, CEM)和失效模式与影响分析(Failure mode and effect analysis, FMEA)工具分别对传感器以及故障/监测量特性进行量化表示;基于属性层次模型(Attribute hierarchical model, AHM)构建传感器,故障/检测量以及系统检测能力之间的因果关系,设定优化目标和约束条件,并采用元启发式算法-混合蛙跳算法(Shuffled frog leaping algorithm, SFLA)和遗传算法(Genetic algorithm, GA)用于优化计算。提出基于单工位状态监测的六步传感器优化布置策略。实例分析表明,在一定约束条件下,就优化目标而言, SFLA显示比GA更高的优化效率,为单工位状态监测的传感器布置优化提供实践参考。     

产品数据管理系统中访问控制模型的研究

产品数据管理(PDM)系统是一种管理现代企业产品数据的新的思想和技术,开放的网络环境和动态的企业环境为PDM系统的实施带来了更多的安全问题。介绍了现有的访问控制技术,分析了分布的PDM系统的访问控制需求,提出了一个新的适用于PDM系统的分层混合访问控制模型。应用实例证明该访问控制模型可以增强PDM系统访问控制的灵活性和PDM系统的安全性。     

面向生长型设计的制造信息模型

针对生长型设计过程对功能表面分解粒度控制的需求,应用功能模式的几何特性表达了产品的几何结构信息,并以其为载体集成了产品制造过程信息,建立了基于功能表面的产品制造信息模型。利用信息熵理论对该模型信息进行了量化,将概念产品制造信息熵的最小值作为功能表面分解粒度的控制指标,来决定是否终止概念产品生长,并通过具体产品的设计验证了该模型的正确性。     

基于面向对象技术的制造单元可视化模型研究

制造单元的信息和过程管理是影响产品制造加工的主要问题。本文通过分析企业制造单元的产品加工过程中动态变化信息,并结合面向对象方法和可视化技术,提出了企业制造单元可视化的产品数据管理和过程控制模型,建立了制造单元可视化的过程管理环境,并分析了可视化视图的方式,从而为实现制造单元的信息集成与过程管理奠定了基础。     

基于仿真组件的数字样机运动模型构建与重用

为了提高产品仿真建模的效率并增强仿真模型的可重用性,提出了一种机械产品虚拟样机运动模型的构建方法。利用仿真组件表达产品机构的设计知识,描述了机构中与运动学相关的各种信息。建立了关键设计参数与产品CAD模型设计信息之间的相互映射关系,通过修改关键参数实现快速重用机构的运动仿真模型。采用数值算法对模型进行分析求解,获得产品机构中各零部件的各种运动行为数据,并在虚拟环境中进行了运动仿真展示其运动学行为。该方法在虚拟环境下机械产品性能评测中得到应用,并利用某型号汽车的转向和悬架系统进行了验证。通过仿真实例表明,该方法具有较好的实用性和扩展性。