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《山东科技大学》 2010年 B论文
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复杂机电系统统一建模与仿真技术研究

王成龙  
【摘要】:面对日益激烈的市场竞争以及各国对知识产权的高度重视,产品设计是企业生存与发展的根本。在复杂机电一体化系统开发中,跨学科的系统建模方法、多领域模型的协同仿真和多学科协同开发的过程管理技术是目前亟待解决的关键技术,可以对机电一体化系统的设计和开发提供强有力的支持,目前已经成为该领域的研究重点。 本文以山东省科技攻关重大项目“复杂产品虚拟样机技术研究”、国家“十一五”科技支撑计划课题“复杂条件煤矿综放工作面关键设备研究”和山东省自然科学杰出青年基金项目“面向复杂产品协同设计的资源共享与虚拟样机技术研究”为研究背景,对复杂机电一体化系统的统一建模和仿真技术研究进行了深入研究,取得了以下的研究与应用成果: (1)从系统的角度提出了复杂机电系统的统一建模与仿真技术的总体框架,给出了其工作原理和关键技术; (2)通过对复杂机电一体化系统多学科系统建模技术的研究,创新性的提出了基于交互传递模型(Contact and Channel Model, CCM)的统一产品模型(Unified Product Model,UPM)和基于UPM的统一建模方法,给出了UPM模型的信息元素,提出了UPM的具体描述方法和过程。将ontology应用于复杂机电系统设计过程,首次提出并实现了基于ontology的UPM描述技术。该描述方法既易于人理解,又易于计算机实现,保证了知识共享和信息的可检索性,为系统设计阶段的知识交流奠定了基础,同时也为后续过程求解的知识共享、重用提供了保障; (3)以复杂机电一体化系统多学科协同仿真技术为核心,构建了一个基于UPM和(High Level Architecture, HLA)的协同仿真框架,为面向产品设计领域的多学科协同仿真的实施提供了一个完整通用的参考结构,提出了基于UPM和HLA的协同仿真建模过程模型,解决了现有的协同仿真研究中不能建立设计模型和仿真模型之间的内在关联关系的问题。在此基础上,对协同仿真运行管理技术进行了深入研究,实现了协同仿真运行管理器的设计和开发; (4)从过程管理,模型管理和数据共享的角度出发,提出了复杂机电一体化系统多学科协同开发的过程管理方法,实现了对统一建模、领域建模、协同仿真等相关过程中所涉及的人员、数据、信息等的有效管理,为复杂机电一体化系统的跨领域并行协同开发提供了有力的支持; (5)建立了复杂机电一体化系统多学科协同开发平台,提出了平台的总体技术框架和系统组成,并实现了平台的原型系统;以某型机器人手臂的设计过程为例,介绍了复杂机电一体化系统多学科协同开发平台的应用。


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