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复杂产品虚拟样机统一建模方法研究

闫雪锋  
【摘要】:复杂产品是系统组成复杂、研发过程复杂、管理复杂的一类产品,如航空航天器、汽车等,是国家战略发展的关键装备。复杂产品虚拟样机是集成产品全生命周期不同学科领域知识并替代物理样机的计算机仿真模型。构建具有良好平台独立性和规约性的复杂产品虚拟样机可以更好、更快地产品设计,以应对激烈的市场竞争。已有建模方法主要针对模型规范化定义,模型之间数据关联及语义关系松散,难以实现更高抽象层次的语义表达,不能直接提取学科模型并进行工程应用。为此,本文从统一建模需求和建模过程出发,对复杂产品虚拟样机统一建模方法进行了探索研究,以期为汽车自动变速器虚拟样机为典型代表的复杂产品虚拟样机的统一建模提供有效的、可行的解决方案。研究内容及成果如下:1.研究并定义了复杂产品虚拟样机工程体系概念模型,并对模型各维度及其相互关系综合分析,提出了复杂产品虚拟样机统一建模方法体系结构。对统一建模方法基本概念、技术框架、主模型、学科模型进行了多角度研究。在此基础上,分析了主模型定义、构成及形式化表示,并从学科模型的构成、构建过程、提取方法及其CAD/CAE信息联动等方面分析、验证统一建模方法,从而建立了实现复杂产品虚拟样机生命周期多阶段多学科多领域多层次的统一模型表达、构建方法以及过程表示等基础理论。2.针对复杂产品虚拟样机统一模型构建,本文首先分析统一建模的意义和建模过程,提出了基于元模型建模思想的复杂产品虚拟样机统一建模方法。并从元模型方法、元模型建模层次、面向对象方法、STEP标准以及基于元数据的统一模型构成五个方面深入研究。在此基础上,对复杂产品虚拟样机设计元模型表达的统一模型进行分析和形式化表示,从而为主模型的构建和表示提供了方法实现基础。3.为实现复杂产品虚拟样机设计元模型有效表达主模型,本文研究分析了主模型定义及构成,提出了以过程、产品、资源以及知识的元数据表达的主模型,从而对主模型进行了描述。4.构建复杂产品虚拟样机生命周期各阶段学科模型是验证并应用主模型的关键。对学科模型的构建过程、映射方法研究分析,提出了利用元模型的组元“方法”由主模型提取学科元模型,并实例化为学科模型。在此基础上,研究分析了MBD方法、参数化建模与特征建模相结合的混合建模技术、网格自动划分技术及划分算法,从而实现学科模型的CAD/CAE一体化建模,为工程分析奠定了技术基础。5.为实现以汽车自动变速器虚拟样机为例的复杂产品虚拟样机统一建模,搭建自动变速器虚拟样机统一建模设计系统,研究分析自动变速器工作过程、建模过程,并构建自动变速器虚拟样机设计元模型表达的主模型及其学科模型,从而实现工程分析。


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