复杂产品虚拟样机工程的研究与初步实践

复杂产品虚拟样机技术是当前仿真技术研究与应用的热点，作者认为，复杂产品虚拟样机的开发工作已构成一个系统工程－可称为复杂产品虚拟样机工程，本文首先简要介绍了复杂产品虚拟样机工程的技术内涵，组成及其体系结构，进而基于人乾及其同事的初步实践，给出部分阶段性研究成果与案例，最后，对作者的下一步研究工作内容做一展望。     

基于模型包装器的虚拟样机仿真系统设计

针对基于HLA搭建虚拟样机仿真系统面临的问题，提出了基于模型包装思想的虚拟样机仿真系统设计方案。在分析模型包装器功能的基础上，给出了基于模型包装器的虚拟样机仿真系统的逻辑结构，讨论了系统实现的几个关键技术，最后给出了原型系统SimKit的设计和实现。     

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。     

复杂产品虚拟样机描述中的多粒度建模方法

多粒度建模是支持虚拟样机可扩展、可演化建模的一种新方法.为支持从不同层次、不同粒度上进行复杂产品虚拟样机模型的描述,提出了多粒度建模框架,研究了多粒度建模的通用方法,多粒度模型的形式化表示及数据描述格式,在此基础上,给出了多粒度模型的建立过程及关键技术.     

虚拟样机开发中基于STEP的产品模型技术研究

提出采用以STEP标准为基础的产品数据模型技术解决虚拟样机开发中不同应用之间的数据交换，研究了从产品数据模型的建立到应用间数据交换的全过程，并结合标准的AP203装配控制协议，对模型操纵、对象检索等给出了解决方案。     

复杂产品虚拟样机概念设计技术研究

建立协同的、智能化的复杂产品概念设计支撑系统是当前虚拟样机工程必须解决的问题之一。从复杂产品概念设计的需求和解决分布式环境下概念设计系统实现的技术难点出发，在分析了Agent技术和WEB服务技术的基础上，对虚拟样机分布式协同仿真系统中的复杂产品概念设计进行了研究，提出将WEB服务技术和Agent技术相结合，建立基于Agent的虚拟样机产品概念设计系统，阐明了系统的结构，工作原理和工作流程，并讨论了系统实现的关键技术。     

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。     

数字化功能样机的多学科设计优化与仿真

高效精密化、智能集成化、虚拟数字化是现代产品设计的发展方向。提出了一种将多学科设计优化方法融于产品的数字化设计过程，智能集成化设计复杂产品数字化功能样机的多学科综合设计模式。针对汽车实例，构建了多学科自动化设计优化平台，给出了集成优化分析流程，实现了多性能集成全分析与优化仿真，基于整车虚拟测试，验证了该模式的有效可行性。     

智能下肢助力装置虚拟样机的联合仿真

尝试建立一种全新的智能助力装置虚拟样机模型,旨为提高下肢助力装置设计的效率与可靠性.将CATIA建立的机械模型导入ADAMS建立装置的三维虚拟样机模型,对助力装置的运动学及动力学进行了仿真验证,将虚拟样机模型与MATLAB/simulink结合,对助力装置动力学方程及搭建的控制系统进行联合仿真.根据人体的步态数据,采用PID控制算法对下肢助力系统进行控瓤仿真结果表明,下肢助力控制系统有较好的动态响应特性和轨迹跟踪能力.研究结果能及时发现装置存在的缺点与不足,为助力装置样机研制和电机选型提供了参考,也为实现装置的助力提供了重要的理论依据.     

复杂产品虚拟样机全生命周期管理系统研究

复杂产品虚拟样机工程（CPVPE）技术是融合多学科技术的一门综合性技术,可用于复杂产品全生命周期的各个阶段,大幅度提高和解决产品设计开发过程中涉及的时间、质量和成本等问题。首先针对CPVPE的需求,提出了复杂产品虚拟样机全生命周期管理（CPVPLM）的概念,进而指出CPVPLM作为CPVPE的一项重要支撑技术,能对复杂产品虚拟样机（CPVP）全生命周期中的过程和信息进行全面管理,实现目前PLM尚未实现的功能。在此基础上探讨了面向CPVPLM的CPVP三维模型,研究并提出了一个实现CPVPLM的体系结构,介绍了原型系统在工程中的初步应用与实现。     

复杂系统虚拟样机信息管理中的项目管理研究

虚拟样机的研究已成为多年的研究热点，其相关基础技术发展也很快，在国外也有了成功的应用案例，然而复杂系统协同虚拟样机技术的研究尚不成熟，在研究中还存在一些技术障碍，其中缺乏全生命周期、全方位和全系统的信息管理就是障碍之一。在给出了复杂系统及其虚拟样机定义的基础上，分析了复杂系统虚拟样机中信息管理的需求，然后论述了项目管理在复杂系统虚拟样机信息管理中的特点和需要攻克的几个关键技术，接着对项目管理与工作流的集成作了探讨。在此基础上，本文给出了相应的系统说明和应用验证说明。     

虚拟制造及其在轿车数字化工程中的应用

讨论了虚拟制造的内涵，论述了与其相关概念和区别与联系，以及主要特点，然后，从汽车整个开发周期的角度介绍了虚拟制造在汽车数字化工程中的应用，包括数字样机，功能虚拟样机，虚拟加工，虚拟生产等，文中提出了一个汽车数字化工程体系结构。     

基于虚拟样机协同仿真平台的电动车DYC控制策略的研究

提出了用虚拟样机协同仿真技术进行电动车直接横摆力矩控制策略的研究,运用ADAMS与MATLAB搭建了电动车虚拟样机协同仿真平台,并进行了相关工况的仿真分析,验证了所建DYC控制系统的有效性。同时也证明了虚拟样机协同仿真技术对于研究复杂机电系统的可行性,避免了复杂的人工建模和求解过程,仿真精度较高,为电动车控制策略的后续研究提供了平台。     

虚拟维修样机中的刚体部件物理属性建模方法与实现

为了建立逼真的带有物理属性的虚拟维修样机模型,采用对刚体部件物理属性的建模方法,对虚拟维修样机的刚体部件进行了建模.给出了建立刚体部件物理属性模型的框架,定义了时间、空间和质量三个物理学中最基本的物理概念,从模型几何数据的获取,物理属性模型的算法实现和仿真流程给出了建立虚拟维修样机物理属性模型的具体仿真过程,并把此方法应用于某大型设备虚拟维修样机模型中刚体部件模型的建立.通过虚拟维修训练仿真过程可以看出,对刚体部件物理属性模型虚拟维修训练具有更强的逼真度和沉浸感,具有通用性.     

基于虚拟样机的火炮系统建模仿真与优化研究

以某小口径自动炮遥控武器站为研究背景,对其进行动力学建模仿真与优化研究.首先介绍了虚拟样机技术的发展和应用,利用多体动力学原理建立系统的动力学方程;在UG中建立遥控武器站三维装配模型的基础上,利用ADAMS软件平台建立遥控武器站虚拟样机并进行了校核;然后利用火炮发射动力学技术,对其连发射击状态进行了多刚体系统动力学仿真;并对火炮系统的后坐力和射击精度进行了优化.研究结果为遥控武器站总体设计和部件设计提供了理论依据.     

基于虚拟样机的铲运机工作装置仿真及优化

针对铲运机工作装置传统设计方法的不足,提出在虚拟样机意义下的工作装置优化设计方法。根据铲运机工作装置的设计要求,建立了正转六杆工作装置的数字化样机模型和数学模型。采用虚拟样机技术对工作装置进行运动学和动力学仿真分析,针对仿真结果中存在的问题,采用智能优化算法进行优化设计,获得铲运机工作装置智能原型设计系统。对某型铲运机工作装置实施仿真优化,不仅实现了铲斗自动放平功能,铲斗平移性提高了90.13%,举升油缸的传力比提高了28.47%。     

计算网格及其在虚拟样机协同环境中的应用探讨

网格技术对分散资源进行定位、分配、收集、协同和利用,并为人机交互提供不同资源,简要介绍了当前网格技术的发展与应用状况。Globus项目是目前国际上最有影响的网格计算项目之一,在Globus2.0软件包的基础上搭建了一个原型系统,并探讨了Globus对在虚拟样机分布式协同建模/仿真环境中的对计算能力的支撑应用。在新发布的采用OGSI(Open Grid Services Infrastructure)的3.0版本基础上进行了网格服务的开发,为在网格环境中各种仿真资源的进一步共享奠定了基础。