ICAE技术与产品的多学科分布仿真及优化

在阐述ICAE技术和多学科仿真及优化关系的基础上,就产品多学科仿真及优化集成平台的架构进行了描述,从面向产品、面向工具和面向手段三个方面讨论了ICAE技术及其平台的应用研究和相关特点。随后介绍了一个初步的多学科协同仿真平台的实施案例——基于HLA的资源共享和多学科协同工作平台。     

虚拟样机多学科设计优化问题建模研究

针对虚拟样机多学科设计优化框架对多学科问题描述的需求,对多学科设计优化问题的建模方法进行研究,提出用XML语言对多学科优化问题模型进行描述。通过分析多学科设计优化问题模型特点,得出多学科设计优化问题模型及其子模型的形式化描述,并给出其中一个主要模型的XMLSchema描述规范。开发了通用多学科设计优化问题建模工具,用于基于Web的虚拟样机多学科设计优化框架中的求解问题模型的输入,并给出某型导弹多学科设计优化问题的建模实例。实践表明建模方法和建模工具方便可行。     

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。     

多学科设计优化的综合可视化技术研究

深入分析了多学科设计优化的特点,综述了多学科设计优化的可视化技术,提出并实现了多学科设计优化模型与设计模型集成可视化技术,交互式多学科设计优化可视化显示技术,可以实现高维,多目标优化问题Pareto非劣解可视化显示方法,使设计者可以方便地可视的控制优化过程,实现用户导向优化搜索,为用户提供了认识设计空问的手段.多学科设计优化综合可视化技术对提升多学科设计优化的效果十分重要,对提高复杂产品设计质量具有重要意义.     

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。     

基于多学科虚拟样机的粘着控制仿真平台

重载列车和准高速动车组的运行,使轮轨之间的粘着经常处于极限状态,因此需要研究更先进的控制方法来优化利用粘着力。建立了包括牵引系统、控制系统和机车多体动力学模型的多学科虚拟样机仿真平台。使用机械动力学仿真软件ADAMS/Rail建立了某种电力机车的多体动力学仿真模型;利用MATLAB建立了组合粘着控制算法;通过联合仿真实现了针对机车粘着控制系统的多学科虚拟样机仿真。联合仿真平台成为了沟通粘着控制方法理论研究和试验研究的桥梁,为智能控制方法在粘着系统中的应用提供了有效的仿真环境。

Abstract：

With heavy-haul train and high-speed electric multiple unit （EMU） operation,the adhesion between wheel and rail often reaches limit states.Therefore the advanced control arithmetic should be studied to optimize the use of the adhesion force.A simulation platform was built including traction system,control system and multi-body dynamics model of an locomotive.The model of the electric locomotive was established with ADAMS/Rail （Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）.Then a hybrid adhesion control algorithm was designed using MATLAB.The adhesion control system can be studied with co-simulation of different simulation tools.The theoretical and experimental studies are realized with the simulation platform.It provides a new and effective ways to study the adhesion control.     

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%。     

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。     

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。     

SBA系统MDO环境中建模仿真工具集成技术研究

针对SBA系统多学科优化环境构建中各学科分析过程对建模仿真工具集成的需求,研究了.NET平台下MDO环境中典型建模仿真软件MATLAB和DATCOM的集成方法及技术,总结了基于COM组件集成、MCC编译器方法及MATLAB引擎工作方式三种MATLAB集成方法并给出应用优缺点分析.在使用C#言构建的多学科设计优化环境中从气动学科、推进学科、控制学科建模仿真的角度介绍了各部分DATCOM和MATLAB工具的应用及集成过程,为SBA系统多学科设计优化环境的构建打下了基础.     

数字流域仿真系统中水流模拟技术

水流模拟是数字流域仿真模拟的重点和难点,模拟需求差别很大,不但要模拟水流的自然形态、光影效果,而且要反映水位起伏淹没、流速流态等物理特性。在大型流域实时模拟系统中,需要在计算量和模拟效果两者之间寻求平衡,根据硬件、资料、需求的不同采用不同的模拟方法。总结了数字流域仿真系统中水流模拟的几种常用方法:静态纹理法、纹理变换法、水位与纹理动态变化法、水位波动法、粒子系统;分别阐述了各种方法的实现过程,并结合具体工程实例展示了模拟效果;最后综合讨论了各方法的优缺点及适用范围。     

摩擦式电磁离合器的多学科设计优化

摩擦式电磁离合器优化设计涉及的学科多,计算时间长,容易造成逻辑混乱问题,而传统串行优化算法割裂了学科间耦合关系难以得到全局最优解,因此引入了多学科设计优化方法。为了解决协同优化方法(CO法)不容易收敛的问题,提出了CO与同时分析和设计方法(SAND法)结合的二级多学科优化算法,给出了算法架构和计算流程。最后,对产品实例的结构参数进行优化得到了Pareto解,实现了多个优化目标。结果表明,该优化算法有效地减少了计算时间,增强了CO算法的收敛性能。     

飞机刹车系统的数字仿真

针对某歼击机电子防滑刹车系统，用系统仿真方法进行分析研究，建立了仿真模型，并在ＷＩＮＤＯＷＳＢＣ环境下开发出一套仿真软件。该ＷＩＮＤＯＷＳ风格软件的运算结果能较好的吻合物理试验的结果。仿真研究对飞机刹车系统具有重要意义。     

刚性系统数字仿真算法

介绍刚性的本质,综述刚性算法、间断处理、实时算法、微分代数问题、稳定性、并行算法的一些结果,给出在这个领域的进一步研究的建议。     

复杂适应性系统的仿真与研究--基于CAS理论的交通模拟

为更好地研究交通系统，以CAS理论为指导思想，利用SWARM平台建立了基于多主体离散的动态交通模拟系统。使用自底向上的建模方法进行模拟：将车辆及信号灯作为具有适应性的主体．利用元胞自动机模拟动态交通流；同时将激励学习方法与遗传算法相结合，对信号灯周期进行自适应优化。通过主体不断的“学习”，交通系统在宏观方面涌现出一定的动态特征和规律。进而，我们比较了完全自组织控制模式以及加入预警机制两种情况下各宏观量的变化情况。从实验结果可知，预警机制可以给车辆宏观方面的指导，从而提高车辆通行能力，减少交通拥塞。     

多模型自适应预测函数控制及仿真

许多工业控制对象存在一定程度的非线性环节,经典控制方法很难满足控制要求。多模型预测函数控制法结合了多模型控制法和预测函数控制法的优点,在一些复杂的工业控制系统中获得了成功的应用。结合模型匹配计算公式,提出了基于参数在线辨识的多模型切换方法。它不依赖于典型工况下系统参数的模型,且能根据实际系统的运行情况及时地切换模型参数。将这种控制方法应用到蒸馏塔温度控制系统中去,研究表明,这种控制方法有较强的自适应能力,具有一定的实用价值。     

数字仿真模型的特征根误差

本文讨论数字仿真模型频域误差分析的特征根误差的估计方法。应用数值积分公式的余项公式，对常用算法构造的数字仿真模型的特征根误差的估计进行了统一处理，从而简化了具体算法的繁复的推导过程。     

数字几何体模仿真呼吸运动

仿真在补偿呼吸运动的PET/CT成像研究中起着非常重要的作用。许多方法被开发出来用于仿真呼吸运动。然而,它们在使用中存在一些局限性,例如操作者的干预,花费太高或者是仿真时间太长等。提出一种新的简单方法,用GATE软件包来实现呼吸运动的仿真。GATE不仅在SPECT/PET仿真,而且在不同的模型仿真构建方面也提供了非常强大的功能。根据呼吸运动,在GATE的配置中就可以确定体模运动的特征。GATE可以生成象柱,球和椭圆等形状的几何体模。组合体模的运动特征和形状就可以仿真呼吸运动。仿真的结果表明,在开发和评估SPECT/PET补偿呼吸运动技术时,GATE产生的运动体模,提供了一种可选的方法用于呼吸运动的仿真。这种方法与传统方法相比,运算量小,体模设置简单。

Abstract：

Simulation plays very important role in the research of compensation respiratory motion in PET/CT imaging. Many approaches were developed to simulate respiratory motion. However,they have some limitations on operator intervention,much cost or time consuming in study. A new simple approach for respiratory motion simulation was proposed by using GATE （Geant4 Application Tomography Emission） software packages. GATE provides very strong functions to simulate not only SPECT/PET,but also different phantom construction. Phantom motion characteristics can be determined in GATE configuration in terms of respiratory motion. Geometric phantom were generated by GATE including the shape of cylinder,sphere and ellipse. Combination of the characteristics of phantom motion and shape may simulate respiratory motion. The simulation results demonstrate that the phantom generated by GATE may provide as one alternative useful method of simulating respiratory motion for the development and the assessment of respiratory motion compensation in SPECT/PET imaging. This approach has the features of less computational simulation and phantom setting up simply comparing with conventional phantoms.