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。     

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.     

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。     

火炮虚拟样机仿真研究

利用I-DEAS软件建立了某火炮的三维实体模型，通过接口程序将实体模型导入了ADAMS中，基于多体动力学理论建立了该火炮的虚拟样机，着眼于该火炮的射击稳定性，在两种稳定性较差的工况下进行了火炮发射过程的仿真，结果表明该火炮的发射稳定性是可以保证的，为该火炮的设计提供了一定的理论依据。     

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。     

复杂产品多学科模型的协同仿真求解算法研究

在数值计算领域求解大型常微分方程组时通常采用分解算法,类似地,在多学科协同仿真中系统模型往往被拆分成多个子模型并采用多个求解器进行求解.基于以上相关性,研究了多学科协同仿真算法的基本原理,在微分方程组合算法的基础上提出了基于联合仿真步的组合算法,给出了算法的形式化描述和原理说明,并通过一个具体实例验证了算法的有效性.     

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。     

基于HLA的复杂产品多联邦协同仿真运行管理研究

简要分析了复杂产品设计对协同仿真技术及其环境的需求，从透明性、异构性和开放性等三个方面讨论了基于HLA的复杂产品设计协同仿真系统的特点。针对HLA在透明性方面的不足，提出了一种秉用客户端／服务器模式的协同仿真运行管理方法，能够有效地实现同时对多个仿真联邦的管理，并提出了基于该管理方法的协同仿真管理系统的体系结构，最后介绍了原型系统的实现。     

支持虚拟样机的协同仿真平台关键技术研究

为了支持虚拟样机开发环境中不同领域，分布，异构的仿真系统间的信息共享和互操作，提高协同仿真平台的可扩展性和灵活性，提出了灵巧产品模型建模，协同仿真资源库集成管理方案和协同环境运行框架，并具体说明了基于DCOM的仿真工具协同的关键实现技术，支持仿真联邦管理的数据库设计和CORBA的应用实现技术，通过轿车虚拟开发的初步应用实践，基于上述研究所开发的平台能有效支持复杂产品的虚拟开发。     

虚拟样机协同建模环境中建模工具的集成与应用

针对虚拟样机协同建模环境对建模仿真工具集成的需求，对典型建模工具MATLAB的应用方法进行研究，提出在虚拟样机协同建模环境中仿真模型的建立、验证以及仿真应用软件开发各个阶段中MATLAB的集成与应用方法。并且结合一类武器系统虚拟样机的开发实例详细介绍了MATLAB工具的应用和集成。     

虚拟维修样机系统及建模技术

讨论了建立虚拟样机用于虚拟维修仿真的几个关键技术。给出了虚拟维修样机的定义，分析了它的组成，给出了与产品CAD系统相关联的系统结构。为了满足仿真实时性要求，提出了面向维修任务的虚拟维修样机建模方法，进行样机的几何建模和人机交互建模，并在．Jack软件环境下开发了CAD数据处理与交互行为定义的功能模块，以一个变速齿轮箱为例，进行了验证。     

复杂产品多学科协同设计优化建模方法

复杂产品往往由多个子系统通过复杂的耦合方式组成。针对复杂产品多学科协同设计优化的需求,将复杂产品分解成为分布式层次型系统,建立复杂产品多学科协同优化模型,包括了系统级优化模型、子系统优化模型和子系统分析模型。为解决不确定条件下的复杂产品优化建模问题,在确定性条件下建模方法的基础上引进不确定分析,得到系统目标函数与不确定变量之间的对应关系,建立不确定条件下的复杂产品多学科协同优化模型。最后,给出了复杂产品多学科协同优化建模过程。

Abstract：

Complex products are often composed by a number of subsystems which coupled by some complicated way. In order to meet the need of multidisciplinary collaborative design optimization, the multidisciplinary collaborative optimization model of complex products was established based on distributed hierarchical system, including system-level optimization model, optimization model subsystem and subsystem analysis model. To solve the problem under uncertainty, complex products multidisciplinary collaborative design optimization modeling under uncertainty was concluded based on the introduction of uncertainty analysis to determine the system of objective function and the corresponding relationship between the uncertain variables. Finally, multidisciplinary collaborative optimization modeling process of complex product was provided.     

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.     

虚拟样机工程中仿真模型包装与发布机制

在复杂产品虚拟样机工程中,对异构的仿真模型进行包装和发布,以便提高模型间的互操作性和模型资源的可重用性,一直是复杂产品协同设计仿真技术需要解决的问题之一。为了解决这个问题,以国家863/CIMS主题的科研项目为背景,研究采用WEB服务技术实现仿真模型的包装和发布,提出基于协同仿真平台COSIM的仿真模型发布平台的集成框架,并研究其中的关键技术及其实现,阐述仿真模型在复杂产品虚拟样机协同设计仿真环境中的发布和查询机制,最终达到模型资源重用和数据共享的目的。     

飞行仿真模型库及虚拟样机建模环境的研究

飞行仿真模型库是飞行实时仿真系统研究的基础，仿真建模环境是为了让用户快速，方便地建立仿真所需的模型，并向外系统提供接口，从而使建模者和软件编制人员分开，本文论述了在飞行仿真模型库及虚拟样机建模环境方面的研究，介绍一个自行开发的具有良好的继承性和可扩充性的飞行仿真建模的软件开发环境，在飞行仿真模型库和建模环境的基础上，探讨了虚拟样机技术在飞机优化设计中的应用。     

某型步枪虚拟样机建模及仿真分析

以某型步枪为研究对象,研究了将Pro/E中实体模型导入到ADAMS中的方法,并利用气体动力学理论对气室压力进行了数值求解;在此基础上建立了该步枪的虚拟样机.通过仿真数据与试验数据的比较,验证了该样机的正确性.然后对该枪在射击状态下的动力学特性进行了分析.研究结果说明基于虚拟样机技术在该步枪动力学特性求解上可行性.     

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。