基于知識工程和數字仿真的產品遠程定制方法研究與應用.pdf

1、客戶化定制正日益成為提高工業(yè)產品市場競爭力的主要手段之一,對于其中的客戶驅動定制模式,國內外研究尚不成熟.在這類定制中客戶可直接修改產品的參數指標,還要考慮這些定制的參數是否對產品的結構和性能有影響.通過當前研究最熱的網格計算進行產品遠程客戶化定制是網格應用的發(fā)展趨勢之一.因此,為了使企業(yè)在設計和生產定制產品的過程中,更快、更好地響應客戶的個性化需求,如何把產品定制設計與仿真方法和網格技術相結合進行產品的遠程客戶化定制,已成為當前客戶化

2、定制的研究熱點. 本文從客戶驅動定制的角度出發(fā),基于知識工程和數字仿真理論,研究產品的設計知識模型和乘員安全性評價方法,并在此基礎上開發(fā)具有數字化設計和仿真能力的產品遠程定制系統(tǒng),具體內容包括: 針對知識工程在產品設計中的應用,探討了定制產品中設計知識的形式、表示、獲取和運用.通過對產品設計知識進行歸類,利用面向對象方法表達產品的總體參數、零件的獨立參數、設計經驗和規(guī)則,采用框架結構表示產品的結構配置樹,將這些知識符號化

3、并存儲到實例庫、數據庫和規(guī)則庫中,建立了產品設計知識庫.為了在定制設計中集成產品設計知識,提出使用AND-OR-Tree樹狀結構來表達產品族體系結構樹.根據該結構中功能模塊的配置及其參數和特征,重構了一個新產品設計方案.將產品設計知識表達與產品族體系設計結合起來,提出了產品知識表達的三層次模型,即幾何信息層、語義規(guī)則層和產品數據層.通過在語義規(guī)則層使用橫向繼承體系和縱向引用體系完整地表達產品族體系的多樣化設計知識.利用產品設計知識模型驅

4、動產品的定制設計,能夠實現設計知識的重用,提高產品設計的正確率和圖紙的標準化程度,進而提高客戶化定制產品的設計速度和設計質量. 為了驗證定制產品的設計結果是否正確及改進設計,需要通過仿真手段來檢驗定制產品的質量和性能.針對某型號觀光電梯,研究了其安全保護數學模型,建立了電梯有限元模型,分析了兩種假人模型:多剛體和有限元假人.到目前為止,電梯乘員安全性仿真還是一片空白.如同汽車一樣,電梯是載人工具,是關系到生命安全的產品,因此電梯

5、的乘員安全性不容忽視.為了科學評價人體在乘員安全性仿真中所受的傷害,依據國家相關標準,借鑒汽車行業(yè)的評價標準和已取得的仿真經驗,結合電梯模型、假人模型和安全保護的數學模型,提出了乘員安全性評價方法及其評價指標,包括頭部、頸部、腿部和胸部傷害指標.將電梯、安全保護裝置和乘員三者集成起來進行乘員安全性仿真,提出了多種假人相結合的數值模擬方法,分析了人體的傷害程度,總結出乘員的傷害規(guī)律.證明利用有限元方法進行復雜的乘員安全性仿真是完全可行的,

6、為定制產品的安全性仿真提供了新方法新思路,有利于改進并提高產品的設計質量.通過這次有益嘗試,也為電梯安全性仿真開辟了新捷徑. 根據客戶驅動設計與仿真的需求,基于網格計算提出了面向客戶的遠程定制系統(tǒng)的四層體系結構,包括資源層、中間件層、服務層和門戶層.該系統(tǒng)是基于網格的集成化虛擬設計與仿真平臺,包含信息集成、過程集成和知識集成.基于現有的軟硬件資源,搭建網格測試床,提出了定制應用的服務器端和客戶端編程模型,開發(fā)了相應的遠程設計與仿

7、真服務,編寫了網格客戶端和Portal客戶端.將遠程設計與仿真服務、智能化設計程序和自動化仿真模板部署在網格服務器上,將網格客戶端安裝在客戶機上,將Portal客戶端部署在Portal服務器上,將模型庫、規(guī)則庫和數據庫部署在數據服務器上,從而建立遠程定制原型系統(tǒng).該系統(tǒng)屏蔽了底層的計算、存儲、網絡和設計等資源及其相應的物理位置,給定制人員提供了一個統(tǒng)一的問題求解環(huán)境.充分利用現有的商業(yè)化軟件及其二次開發(fā)模塊,將其封裝后通過Intemet

8、以服務的形式提供給客戶,使客戶使用異地資源就像使用本地資源一樣方便. 通過Portal客戶端進行某型號觀光電梯的遠程定制設計與仿真應用,后臺多個網格節(jié)點協同進行產品及其零部件的設計,通過GridFTP進行文件傳輸,收集各節(jié)點的CAD和VRML文件到數據服務器,同時將VRML文件傳輸到Portal服務器,在客戶端顯示.如果客戶對設計結果不滿意,可修改訂單后,重新進行設計直到滿意為止.根據設計結果進行產品的結構強度仿真和乘員安全性仿

9、真,在后臺多個網格節(jié)點進行仿真,最后提取仿真結果在客戶端顯示,如果客戶對仿真結果滿意,就確認訂單,否則修改設計參數進行產品的改進設計,直到客戶對產品的設計和仿真滿意為止.通過上述應用實例驗證系統(tǒng)的可行性和有效性. 綜上所述,產品遠程定制系統(tǒng)是一種服務與交流的平臺,目的是更加有效地實施客戶驅動的定制,使客戶能快速了解產品的設計與仿真結果,加強客戶的參與性;使企業(yè)能了解客戶的需要,通過遠程定制服務加快企業(yè)對客戶的反應速度,避免大量的