虚拟样机可视化支撑平台的研究与实现

虚拟样机的开发过程实质上是一种基于模型的不断提炼与完善的过程。虚拟样机作为复杂的系统工程项目，强调的是资源的共享及团队的协同工作。而虚拟样机可视化支撑平台是虚拟样机支撑平台的一部分，其任务是支持建立包括武器装备虚拟样机协同设计、开发以及运行、评估全过程的可视化工具集。就研究开发武器装备虚拟样机可视化支撑平台中的协同可视化技术和框架的研究与实现进行了总结。     

单侧弹射发射系统故障虚拟复现与设计改进

利用虚拟样机技术对单侧弹射发射试验的故障虚拟复现及其设计改进方案的可行性进行了研究.在建立发射系统多刚体动力学模型、燃气发生器数学模型、关键部件柔性体模型和制动锥简化力学模型的基础上,应用ADAMS软件建立了该弹射发射系统的刚柔耦合多体动力学虚拟样机模型,对弹射发射故障进行了虚拟复现,提出了合理的改进建议,最后利用虚拟样机技术对设计改进方案的可行性进行了评定.通过后续成功弹射试验表明:所建立的虚拟样机模型是准确可靠的,研究结果对发射系统的优化设计具有一定的现实指导意义.     

基于组件技术的飞行器动力学虚拟样机模型库的研究

模型库技术是虚拟样机技术的关键技术之一，模型的重用性、模型库管理系统及其建模环境又是当前模型库技术中的研究热点。本文针对飞行器动力学虚拟样机系统的特点，在对系统进行面向对象分析的基础上，论述了模型库系统中应用组件技术的必要性，引入COM组件技术对模型设计构建，增强模型重用性、通用性；设计的层次化模型库体系结构及相应的模型组织、管理方法及其在模型组件基础上的一种图形化建模方法，支持动力学虚拟样机技术的研究。     

一类自行火炮行走部分建模与仿真研究

虚拟样机技术又称机械系统动态仿真技术，它是在计算机上建立样机模型，用数字化样机代替传统的物理样机的一种技术。本文把虚拟样机技术引入履带车辆动力学分析领域，分析了某型自行火炮的结构组成及运动关系，建立了该型自行火炮的虚拟样机，并对用到的几个主要力学模型进行了介绍，最后对自行火炮的行驶过程进行了动力学仿真分析。     

协同虚拟样机技术研究

虚拟样机技术是一种新型的基于集成化产品和过程开发策略的新的产品设计，开和评估手段。本文首先介绍了虚拟样机和协同虚拟样机的基本概念，接着对武器装备虚拟采办过程中不同阶段的虚拟样机的功能特性进行分析，在此基础上提出了支持武器装备虚拟采办过程的协同虚拟样机环境体系结构，最后对虚拟样机技术的发展前景进行了展望。     

复杂产品虚拟样机协同仿真建模技术研究

复杂产品虚拟样机技术是复杂产品开发设计的重要技术之一。复杂产品虚拟样机建模和优化是用户需求和仿真支撑平台之间的关键环节,并且贯穿于设计、开发和测试的各个环节。主要讨论了对复杂产品虚拟样机设计分布式协同高层建模的四个方面:复杂产品虚拟样机开发过程中的建模规范;协同仿真平台中的高层建模技术;介绍了如何使用模型驱动体系结构(MDA)来快速开发复杂产品虚拟样机的概念原型, 如何实现基于Web Service的复杂产品虚拟样机的分布式协同建模。     

协作虚拟样机与协同设计方法

协作虚拟样机技术是在分布式环境下，多领域专家协作建立和应用虚拟样机的方法和技术，本文分析了协作虚拟样机与协同设计的关系，提出了基于协作虚拟样机的协同设计方法，该方法可全面而灵活地支持协同设计，在产品实际设计、制造和使用之前，对其功能、性能进行充分仿真与验证。文中还讨论了协作虚拟样机建模方法和异构仿真方法，并给出了基于协作虚拟样机的协同设计环境的总体结构。     

机枪系统虚拟样机建模及仿真分析

以某大口径机枪系统为物理样机模型，对联合CAD建模软件Pro／E和动力学仿真软件ADAMS对其进行动力学仿真时的模型传递方法进行了研究，并以此在仿真环境中建立了机枪系统的虚拟样机模型。然后对机枪的自动机动力学和供输弹机构的运动进行了仿真分析，将仿真结果与试验数据进行了比较，并对工作弹簧进行了参数化设计。这证实了将虚拟样机技术引入自动武器研制领域的可行性，并为进一步的仿真工作奠定了基础。     

基于元模型的复杂产品虚拟样机建模方法研究

新技术环境下复杂产品对数字化设计质量的要求不断提升, 需要进一步提高建模的质量和效率, 解决复杂产品虚拟样机多学科模型的一体化信息集成问题, 以实现复杂产品系统设计及优化。本文以航天制造领域广泛存在的复杂产品为对象, 对元模型、建模方法以及多学科建模过程进行研究与分析, 将多学科优化设计与元模型建模方法相结合, 建立了复杂产品的虚拟样机元模型, 并构建了元模型与学科元模型的转换关系, 形成了虚拟样机多学科建模优化设计方案。     

汽车空调压缩机虚拟样机的设计研究

通过新型汽车空调旋叶式压缩机三维几何模型和动力学模型的建立，分析了压缩机在不同工况各关键部件的运动特性和受力情况，同时开发了反映压缩机工作过程（热力学，流体流动，传热等过程）的动态数学模型，它们之间的集成构成了一个完整的压缩机虚拟样机，研究结果表明，开发适合产品特点的高效，实用的虚拟样机，可以为产品的设计和优化提供可靠的理论依据，有效地提高产品的设计质量。     

虚拟原型技术及其在控制系统设计中的应用

虚拟原型技术是当前设计、制造领域中的一个新技术。数字式的虚拟原型机交在很多场合替代物理原型机的使用,大大缩短设计周期,节约设计经费。本文具体分析虚拟原型在控制系统设计中的应用,阐述构筑虚拟原型机所需的应用技术。在控制系统设计中,虚拟原型机可以分成三个层次,分别完成控制律的设计,控制软件的开发和控制系统的定型验证的任务。     

基于主模型CAD/CAE集成的卷绕锭轴结构参数优化

高速卷绕头是化纤长丝纺丝机的重要单元机,国内之前研究相对较少。采用虚拟产品开发技术进行高速卷绕头新产品开发的技术创新,提高卷绕头产品开发效率。与同类研究类似,在高速卷绕头产品的虚拟开发过程中,集成CAD/CAE系统存在若干技术瓶颈。基于CAD/CAE系统集成方法的对比分析,建立了主模型CAD/CAE集成框架,并在该框架下进行了高速卷绕头锭轴结构参数优化设计,其优化设计的动力性能分析结果验证了基于主模型CAD/CAE集成框架进行高速卷绕锭轴部件虚拟开发的有效性。

Abstract：

Researches based on the high speed winder, which is a key unit machine for filaments treatment, are relatively rare in China. The techniques of virtual product development （VPD） were applied to improve the new product development of the high speed winder, which would raise the product development efficiency of the high speed winder. Similarly to the research of this kind, in the procedure of developing the virtual product for the high speed winder, there were several key technical problems in the CAD/CAE integrated system. The contrast analysis of the CAD/CAE integrated methods was given; furthermore, the CAD/CAE integrated framework based on master model was built, in which the structural parameters of the high-speed winder chuck was optimized for design. The dynamic characteristics analysis for the optimization design was done; consequently, the result indicates that in the CAD/CAE integrated framework based on master model, the structural parameter optimization of high-speed winder chuck is available.     

基于组件的多体系统虚拟原型的分析模型研究

并行工程角度出发的机械虚拟原型是集成了产品的设计、分析，不断迭代、优化的过程，模型的协调一致性是保证设计过程完整的关键，如产品模型在CAD模型与机械多体动力学模型中的一致性表达。在这种观点下，提出在建立基于组件的机械系统虚拟原型时。从CAD中抽取多体动力学模型构件的物理属性，研究了国产三维实体设计软件CAXCA环境下，基于多刚体系统动力学笛卡尔方法，从CAD模型映射多刚体动力学分析模型语义的实现方案。分析了多刚体系统动力学模型语义下，万向节装配体的惯量张量、滑移铰约束模型坐标基变换关系的抽取，实验结果表明，从CAD中抽取多体动力学模型的物理属性的方案是可行的，可以用于建立基于组件的多体系统虚拟原型的分析模型，实现自主开发设计、分析集成的机械虚拟原型。     

面向装配工艺规划的集成式装配模型研究

虚拟装配能够有效地支持装配设计过程,提高产品可装配性。提出了面向装配工艺规划的虚拟装配体系结构,在此基础上提出了一种面向装配工艺规划的集成式装配模型,并分析了模型的信息组成、获取方式和组织结构。结合某燃料电池设计项目,在清华大学国家CIMS工程技术研究中心的虚拟装配支持系统VASS上对面向装配工艺规划的虚拟装配体系结构和集成式装配模型进行了验证。应用表明,该集成的产品装配模型能够有效支持产品装配工艺规划的全过程。     

微小型航天器寿命周期内的虚拟航天器技术

提出了一种基于虚拟航天器进行微小型航天器设计与研制的新手段和新模式.虚拟航天器是航天器多学科主要关键特性的集成化数学模型,利用虚拟航天器能够实现航天器设计方案优选,虚拟环模试验及在轨飞行任务仿真和评估等操作,为微小型航天器数字化设计与并行研制提供了必要的技术手段.总结分析了虚拟航天器设计与仿真的关键技术,并建立了虚拟航天器原型系统,对本文研究内容进行验证.创新性研究成果对于我国微小型航天器技术的进步和跨越式发展具有积极的推动作用.     

基于组件的分布式虚拟仿真平台的研究与实现

分布式环境下虚拟仿真技术是在虚拟的逼真环境下,对产品设计及其周边环境进行协同仿真验证的有效手段.本文首先提出了分布式虚拟仿真系统设计的一些概念和原理,接着提出了基于组件对象模型的虚拟仿真系统建模与仿真方法,并重点阐述了支持分布式虚拟仿真的集成框架及其关键实现技术,该平台在一具体的仿真实验系统—飞机模拟仿真飞行系统的的设计中得到具体应用。     

面向CAD组件模型的多体系统虚拟原型实现技术研究

针对虚拟样机意义下的机械多体系统性能分析,研究开发了面向CAD集成建模与多体动力学仿真的虚拟原型D3MECHS.对比国产三维CAXA-CAD和SolidWorks-CAD,研究了直接从产品虚拟原型中的零件设计模型和装配模型获取多体系统物理性能属性和多体系统空间拓扑结构的理论和方法,提出工程分析模型EAM和CAD-OpenGL虚拟原型可视化和动态仿真算法,提出并实现完整的面向对象机械虚拟原型仿真框架.通过多体手册算例检验,表明D3MECHS实现方案的可行性.     

虚拟手术仿真器技术

虚拟手术仿真器是虚拟现实技术在医学上的一个重要应用。本文较为全面地论述了虚拟外科手术仿真器的研究发展概况,对其需求和关键技术进行了分析,重点讨论了虚拟人体器官组织物理模型的构造技术,为下一步开展虚拟手术仿真器的研制工作打下了研究基础。     

基于Multi-Agent的武器系统虚拟样机开发环境研究

虚拟样机技术是解决复杂系统开发过程中高风险、有限可逆转性问题的一个有效途经。复杂系统虚拟样机开发过程中的数据量大,交互频率高,因此必须为这一过程提供有效的机制,最大效率的支持虚拟样机的协同开发。文章将Agent技术应用于传统框架,提出了基于Multi-Agent的协同开发环境,并结合采办的思想,提出了基于Multi-Agent的协同开发环境的全生命周期虚拟样机开发过程模型。