面向設(shè)計與分析集成的復(fù)雜機械系統(tǒng)產(chǎn)品信息模型研究.pdf

1、在復(fù)雜機械產(chǎn)品的研發(fā)中，往往需要在設(shè)計階段采用“設(shè)計-仿真-再設(shè)計”的閉環(huán)設(shè)計方法，以提高研發(fā)效率，并獲得更輕便可靠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。其中，需要進行CAD建模和CAE仿真兩個重要環(huán)節(jié)。
　　CAD軟件偏重產(chǎn)品的二維和三維建模;CAE仿真通常由兩個或兩個以上分析子系統(tǒng)組成，例如動力學(xué)分析、強度分析、疲勞分析、安全性分析、人機工程學(xué)分析等。需要不同的CAE子系統(tǒng)之間進行協(xié)作分析，但各子系統(tǒng)間往往是相對獨立的，用不同的分析工具進行建模和仿真，

2、再將分析結(jié)果和修改建議反饋給設(shè)計模型，用于設(shè)計修改。但是，由于不同工程分析領(lǐng)域的信息存在不一致性，所以產(chǎn)生了隔離的信息模型孤島，系統(tǒng)級的分析集成協(xié)作難以實現(xiàn)，尤其是當(dāng)模型復(fù)雜和所涉及的仿真子系統(tǒng)比較多的時候。目前對于設(shè)計與分析集成方面的研究，缺乏面向全局性能分析的集成信息模型。
　　本論文在分析、總結(jié)前人研究工作和成果的基礎(chǔ)上，對面向設(shè)計與分析集成的復(fù)雜機械系統(tǒng)產(chǎn)品信息模型進行了研究，提出了基于多描述架構(gòu)的設(shè)計與分析集成信息模型和

3、產(chǎn)品全息模型，主要研究工作和成果如下:
　　(1)分析了產(chǎn)品模型和分析模型的表達，CAD信息源及CAE信息需求之間的數(shù)據(jù)模型差距;以復(fù)雜機械系統(tǒng)——鏟運機的設(shè)計為例，闡述了其CAE（動力學(xué)、強度、疲勞、人機工程學(xué)和安全性）分析過程中所涉及的信息模型，對現(xiàn)有設(shè)計與分析集成中存在的問題進行了剖析，給出了當(dāng)前設(shè)計與分析集成中存在的問題，以及復(fù)雜機電產(chǎn)品數(shù)字化研究中存在的挑戰(zhàn)與難點。
　　(2)針對鏟運機研發(fā)以及復(fù)雜機電產(chǎn)品研發(fā)中存

4、在的數(shù)據(jù)模型問題，擴展了現(xiàn)有MBD數(shù)據(jù)集，提出了適用于復(fù)雜機械系統(tǒng)設(shè)計與分析全方位集成的全息模型，即擴展CAD數(shù)據(jù)模型，此模型是指導(dǎo)設(shè)計與分析集成的主模型，描述復(fù)雜機械系統(tǒng)有關(guān)的所有信息。
　　(3)提出了基于多描述架構(gòu)MRA的設(shè)計與分析集成信息模型DACM，它不僅是設(shè)計與分析工具之間的集成，更是在語義上的集成。并提出了采用多模型映射的方法，將產(chǎn)品全息模型信息映射到各子分析系統(tǒng)中。創(chuàng)建了復(fù)雜機械系統(tǒng)從概念設(shè)計到施工設(shè)計過程中，設(shè)計

5、模型與主要分析模型（動力學(xué)、FEA、疲勞分析）之間的信息框架模型及信息傳遞路線。
　　(4)以某型號鏟運機的設(shè)計為例，進行了基于多描述架構(gòu)的設(shè)計與分析集成信息模型研究，闡述了面向整機性能的鏟運機設(shè)計與分析思路。驗證了所提出的信息模型框架和信息傳遞過程。并以工作裝置的具體設(shè)計為實例，采用現(xiàn)有的商業(yè)軟件，詳細解釋了采用所提出的信息集成模型進行設(shè)計與分析集成的過程，實現(xiàn)了基于MRA的語義集成框架。
　　(5)提出了面向整機性能的鏟

6、運機設(shè)計與分析集成研發(fā)體系?；谧皂斚蛳潞兔嫦蝌?qū)動設(shè)計的虛擬樣機理念，將鏟運機的整機性能設(shè)計、面向多體動力學(xué)的性能分析和仿真、整機裝配及總參數(shù)校驗與鏟運機各個子系統(tǒng)有機結(jié)合起來，形成了一個全新的鏟運機創(chuàng)新設(shè)計研發(fā)體系。
　　(6)給出了系統(tǒng)開發(fā)框架及實現(xiàn)技術(shù)，通過二次開發(fā)的方式，基于CAXA、CAXA-Vehicle和Simpack編制集成原型系統(tǒng)，開發(fā)了一個簡單實例，實現(xiàn)了基于MRA的鏟運機工作裝置CAD/CAE集成原型系統(tǒng)。<