虚拟样机建模技术与协同装配方法研究

论文摘要

虚拟样机技术(Virtual Prototyping)利用计算机建立与物理样机相似的数字化模型，并对该模型进行测试和评估，它是基于先进建模技术、多领域协同仿真技术、信息集成与管理技术、工程计算分析技术和虚拟现实技术的综合体。虚拟样机技术在欧美等发达国家已经得到较好应用，主要包括工程机械、航空航天、造船、机械电子、国防工业等，相关研究工作也成为学术界、产业界关注的热点。在我国，围绕虚拟样机技术的研究及应用正快速展开，以虚拟样机技术为核心的研究得到中国高技术研究发展计划(863计划)的支持。 虚拟样机建模技术和协同仿真技术是目前研究的热点问题。融合知识的虚拟样机建模技术主要侧重于解决两方面的问题：集成与复用。融合知识的多领域模型集成技术可以支持设计人员通过模型方便的进行交流，满足多个学科领域设计人员协同设计的需求。融合设计知识的复用技术支持设计人员利用已有的样机模型重构新产品的虚拟样机模型，使得虚拟样机模型具有一定的柔性，从而满足复杂产品大批量定制的需求。随着虚拟现实设备的逐渐普及以及相关技术的逐渐成熟，虚拟现实技术开始越来越多的应用于虚拟样机的开发过程。支持自然交互的虚拟样机仿真技术，使得设计人员可以在三维、沉浸等为特征的虚拟现实环境中，直观、高效的操纵和评价虚拟样机。 通常，虚拟样机技术的应用是一个复杂的过程，需要大量的投入，表现为：需要具有丰富专业知识的设计人员、种类繁多的软件工具、以及性能较高的硬件平台。这使得虚拟样机技术更多的只能应用于少数能负担相关软件、硬件以及人员费用的大型企业中。基于语义网服务模式的虚拟样机协同设计技术支持设计者发布、共享已有的设计知识，同时间接的共享软件以及硬件等设计资源，为虚拟样机技术的推广应用提供了一种新的模式。 本文围绕融合知识的虚拟样机建模方法、基于语义网服务的虚拟样机协同设计技术和虚拟样机协同装配仿真技术等三个方面展开研究，其目的是为虚拟样机技术在企业产品设计过程中的应用提供理论和技术上的解决方法。本文的主要贡献在于：

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 虚拟样机建模相关研究
• 1.2.1 模型与产品设计
• 1.2.2 面向详细设计阶段的参数化CAD模型
• 1.2.3 面向概念设计的 FBS表示模型
• 1.2.4 面向产品生命周期的产品表示模型
• 1.3 基于语义网服务的设计资源共享
• 1.4 虚拟样机协同装配
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.5 论文的组织结构
• 1.6 本章小结
• 第2章 虚拟样机表示模型
• 2.1 引言
• 2.2 复杂产品设计过程
• 2.3 虚拟样机模型框架
• 2.4 模型核心表示层
• 2.5 基于核心表示层的建模
• 2.6 核心表示层求解
• 2.6.1 关系求解
• 2.6.2 约束求解
• 2.7 本章小结
• 第3章 虚拟样机层次化建模方法
• 3.1 引言
• 3.2 面向CAD的扩展表示层及建模
• 3.2.1 面向CAD的扩展表示层
• 3.2.2 基于扩展表示层的零件建模
• 3.2.3 基于扩展表示层的装配建模
• 3.3 面向工程计算分析的扩展表示层及建模
• 3.3.1 面向工程计算分析扩展表示层
• 3.4.2 基于扩展表示层的复合行为建模
• 3.4 小结
• 第4章 基于语义网服务的协同设计技术
• 4.1 引言
• 4.2 基于语义网服务的协同设计架构
• 4.3 设计资源的服务封装与使用
• 4.4 基于语义网的设计服务组织与检索
• 4.5 小结
• 第5章 虚拟样机协同装配技术
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟协同装配体系架构
• 5.3 虚拟装配中的多通道交互
• 5.4 装配任务分类及分解
• 5.4.1 装配任务的分类
• 5.4.2 装配任务的分解
• 5.5 小结
• 第6章 知识建模与协同装配系统的实现
• 6.1 引言
• 6.2 虚拟样机知识建模系统
• 6.3 压力机虚拟样机设计系统
• 6.4 虚拟样机协同装配系统
• 6.5 小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文情况
• 攻读博士学位期间参与科研项目情况
• 攻读博士学位期间获得的科研成果情况
• 学位论文评阅及答辩情况表