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《大连交通大学》 2007年
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铁路机车车辆虚拟样机管理及支撑技术研究

马思群  
【摘要】: 铁路机车车辆虚拟样机系统是虚拟样机技术在铁路机车车辆设计与制造行业的具体应用,它是一个全面支持高速动车组、重载货车、提速机车三大新型产品开发与设计的集成仿真系统。在集成环境支持下,设计人员应用系统中集成的建模仿真工具以及相关的设计/仿真模型库,可以优质、高效地完成设计方案论证与优化设计等。 以虚拟样机的核心技术——性能仿真为切入点,论文对由设计分系统、仿真分系统、试验分系统、管理分系统和支撑分系统五个子系统组成的铁路机车车辆虚拟样机的结构进行了阐述。其中,重点讨论了仿真分系统、管理分系统、支撑分系统之间的关系。 论文指出虚拟样机最核心的技术是性能仿真(CAE)。围绕虚拟样机性能仿真管理与支撑技术,论文开展了一系列研究,其中包括协同仿真集成技术、数据协调技术,虚似样机性能仿真管理技术,广域网环境下信息安全共享技术,网络多用户环境下CAE资源的开发利用技术。论文的主要研究内容是: 1.分析了铁路机车车辆虚拟样机性能仿真的特点,为解决性能仿真中的通信、协调所存在的问题,提出了与设计支撑体系相对独立的仿真支撑体系理论模型;提出了仿真单元的分层策略及数据协调技术,解决了仿真单元间的模型数据接口问题;在虚拟样机仿真体系的设计中引入CORBA/Java技术,实现了不同仿真应用软件间的互操作,使所提出的理论模型得以实现。 2.分析了铁路机车车辆产品的开发过程,提出了在铁路机车车辆虚拟样机性能仿真过程中引入PDM作为管理工具。对基于PDM技术的集成仿真团队管理、应用封装与数据集成、知识库和专家库的管理进行了重点研究。最后以铁路货车K2型转向架侧架的建模—加载—分析计算过程为例,验证了PDM对铁路机车车辆产品性能仿真的管理及支持的有效性。 3.分析了虚拟样机协同设计对网络的需求,对比分析了常用的基于局域网、基于广域网和基于因特网的协同设计网络模型的优缺点,综合上述网络模型优点、提出了基于VPN技术的虚拟样机网络支撑技术。分析了IPSec VPN所涉及的体系结构、相关协议等技术细节,给出了企业实施VPN网络的方式及可选用的相关产品,最后以中国北车集团为应用对象,详细阐述了在集团下属的不同企业间基于VPN技术协同设计网络的实现方法。 4.对以应用服务提供商(ASP)模式实施远程CAE服务进行深入了研究,以中国北车集团为应用对象,阐述了以该模式开展CAE远程技术服务的可行性及必要性,给出了基于ASP模式CAE服务平台的结构框架,详细分析了每层结构的组成及功能;研究了该服务平台管理系统的结构组成,详细说明了系统数据库及主要模块实现的过程。对支持远程CAE服务的BBS仿真求助系统的设计及视频会议系统的选型、设计等技术细节也进行了深入的研究,并以铁路货车的疲劳分析过程为例,实例验证了平台在产品仿真过程中的实用性。 本文的创新点: 1.提出了与设计支撑体系相对独立的仿真支撑体系理论模型;提出了仿真数据协调技术,解决了仿真单元间的模型数据协调问题;通过采用基于CORBA/Java的三层结构,设计了虚拟样机仿真体系,实现了不同仿真软件间的互操作。 2.提出了在铁路机车车辆虚拟样机性能仿真过程中引入PDM作为管理工具。对基于PDM技术下的集成仿真团队组织及权限管理、应用封装与数据集成、知识库和专家库的管理进行研究。并以铁路货车K2型转向架侧架的建模—加载—分析计算过程为例,验证了以PDM为铁路机车车辆虚拟样机的管理工具的有效性。 3.提出了基于VPN的铁路机车车辆虚拟样机协同设计网络模型,该模型在使用安全性、经济性方面具有突出的优点。以中国北车集团为应用对象,在集团下属的技术中心间实现了基于VPN的协同设计网络连接。 4.提出了应用服务提供商(ASP)模式的远程CAE服务模式。研究了ASP模式CAE服务平台的各部分组成,完成了CAE服务平台管理系统及视频会议系统的设计,并以铁路货车疲劳寿命预测的实例,验证了ASP模式进行远程CAE服务的实用性。
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