面向机床结构设计的协同CAE系统研究

论文题目: 面向机床结构设计的协同CAE系统研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 倪晓宇

导师: 易红,汤文成

关键词: 协同策略,有限元,分级规划,协同优化,过程管理,任务管理,网格计算,资源调度

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 基于CAE技术的发展趋势以及协同技术的运用,本文从协同CAE系统的构建及系统实现的相关技术方面进行了研究,主要内容及成果包括:(1)协同策略是实现CAE协同的关键。本文对CAE技术特点与协同要求进行分析,深入研究了协同优化理论,提出了CAE协同过程中的三种协同策略,分别定义为多任务间协同策略、单任务前处理协同策略、以及CAE与CAD设计流程的协同策略。(2)提出了层次化、模块化的协同CAE系统总体结构,以及适应多用户多任务协同分析的系统组织模式。在协同策略和系统总体结构研究的基础上,进一步给出了协同CAE系统的体系结构,包括系统的平台框架结构和系统功能结构。又根据CAE分析特点和网格计算技术的优势,将网格计算技术应用于协同CAE系统网络环境中,构建了协同CAE系统的物理结构。(3)对协同CAE分析方案的规划,主要包括建模、分析方法、优化技术以及计算结果的评价和反馈等内容进行了研究。为提高分析效率和保证计算结果的正确性和可靠性,研究了机床结构有限元前处理和后处理过程的专家系统,在分析过程中使得分析方案规划过程与计算结果的分析与评价过程具有一定的智能性。(4)对协同CAE系统过程进行了微观和宏观层面上的分析和描述,创建了协同CAE过程的树型结构模型,构成系统的宏观层和微观层。利用IDEF0对系统微观层的活动进行抽象建模,而在系统宏观层,则采用了分级规划的思想对协同分析任务进行领域级和零件级的划分,构造了协作任务模型和多用户多任务的协作任务运行结构模型,并根据CAE分析特点,提出了“定时轮询进程”的任务动态调度算法。在此基础上,提出了基于PDM的协同CAE系统的数据管理框架,并对其实现方法进行了描述,为协同CAE系统的过程管理提供了方法与技术上的支持。(5)对协同CAE过程分析中的冲突进行了首次研究,提出了用协调分解规划法来消解因“局优”组合不等于“全优”而引起的产品层冲突,并提出了用模糊评判法来消解产品部件层上的冲突。冲突消解的实现为协同CAE分析过程的顺利进行提供了有力的保证。(6)网格计算技术的应用,给协同CAE系统创造了超强的计算能力。本文首次将网格计算技术运用到协同CAE系统的网络环境的构建中,创造性地构建了网格系统的中间件,并对网格节点资源的静动态性能进行了数学描述。在此基础上,又通过模糊算法实现网格节点资源的调度。(7)根据协同产品开发环境中的协同CAE系统结构和对系统理论的研究,在先进的计算机技术和硬件条件的基础上,成功地实现了机床组件协同CAE分析系统。在文章最后详细介绍了该系统的实现方法及应用实例。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 现代制造业与异地协同数字化技术

1.1.1 现代制造业与异地协同数字化设计

1.1.2 异地协同数字化设计在现代制造业中的地位及其发展趋势

1.2 协同技术的研究与应用

1.2.1 协同设计的研究内容

1.2.2 协同设计中存在的不足

1.3 CAE 技术的发展现状

1.3.1 CAE 技术发展历史与现状

1.3.2 CAE 技术在现代制造业中的地位及作用

1.4 CAE 技术的发展趋势

1.4.1 存在的问题

1.4.2 发展趋势

1.5 课题来源及主要内容

1.5.1 课题来源、内容及方法

1.5.2 论文组织

第二章 协同CAE 系统的体系结构及理论研究

2.1 引言

2.2 协同CAE 内涵及目标

2.2.1 协同CAE 内涵

2.2.2 协同CAE 的基本目标

2.3 协同CAE 功能需求分析

2.4 协同CAE 系统实现的理论基础

2.4.1 有限元理论

2.4.2 协同优化

2.4.3 分级规划

2.4.4 全局协调优化

2.5 协同CAE 系统的协同策略

2.5.1 多任务间的协同

2.5.2 前处理过程的协同

2.5.3 CAE/CAD 协同

2.6 协同CAE 系统体系结构

2.6.1 协同CAE 系统平台框架结构

2.6.2 协同CAE 系统功能模块结构

2.6.3 协同CAE 系统的物理结构

2.6.4 系统实现的技术路线

2.6.5 系统特点

2.7 系统工作流程

2.8 协同CAE 系统的关键技术

2.8.1 协同CAE 系统基础技术的研究

2.8.2 协同CAE 系统支撑技术的研究

2.9 本章小结

第三章 协同CAE 分析工具及专家系统

3.1 引言

3.2 协同CAE 分析工具的体系结构

3.3 机床结构协同CAE 分析方案规划

3.3.1 结构建模

3.3.2 分析方法的确定

3.3.3 有限元中的优化技术

3.3.4 分析结果显示与评价

3.4 协同CAE 系统中的专家系统技术

3.4.1 CAE 过程前处理和计算结果分析评价的智能化需求

3.4.2 面向机床结构CAE 分析的前后处理专家系统模型

3.4.3 知识类型、描述

3.4.4 知识模型

3.4.5 知识推理过程

3.4.6 系统流程

3.4.7 专家系统实例

3.5 协同CAE 分析工具的实现

3.6 机床结构分析实例

3.6.1 机床床身有限元分析中的协作模型

3.6.2 机床床身静刚度分析

3.6.3 机床床身模态分析

3.6.4 床身结构拓扑优化

3.7 本章小结

第四章 协同CAE 系统的过程管理与服务及其实现方法

4.1 引言

4.2 协同CAE 过程管理的概念及功能

4.3 协同CAE 系统的过程管理服务模块

4.4 过程模型

4.4.1 协同CAE 分析过程的树型结构模型

4.4.2 协同CAE 分析过程模型

4.5 任务管理

4.5.1 协同分析任务特点

4.5.2 任务分解

4.5.3 协作任务模型及多用户多任务协作运行结构

4.5.4 任务调度

4.6 基于PDM 框架的协同CAE 数据管理系统

4.6.1 基于PDM 的协同CAE 系统数据管理的功能分析

4.6.2 基于PDM 的协同CAE 的数据管理系统

4.6.3 基于PDM 的协同CAE 数据库的实现

4.7 本章小结

第五章 协同CAE 分析过程中的冲突与消解

5.1 引言

5.2 协同CAE 过程中的冲突类型及管理

5.2.1 冲突分类

5.2.2 冲突管理内容

5.3 协同CAE 分析冲突的消解

5.3.1 约束

5.3.2 冲突消解方法

5.3.3 分解协调规划算法

5.3.4 分解协调规划冲突消解实例

5.3.5 模糊评判算法

5.4 小结

第六章 基于网格环境的协同CAE 系统的构架及理论研究

6.1 引言

6.2 基于网格计算技术的协同CAE 系统

6.2.1 基于网格计算技术的协同CAE 系统框架及工作原理

6.2.2 中间件服务层的构建及功能

6.2.3 网格节点的生命周期及状态迁移

6.2.4 资源节点状态备份

6.3 资源配置与调度

6.3.1 网格节点资源管理的数学描述

6.3.2 资源调度算法

6.5 系统功能及特点

6.6 本章小结

第七章 面向机床结构设计的协同CAE 原型系统的应用实例

7.1 引言

7.2 面向机床结构设计的协同CAE 系统的实现

7.3 系统运行实例

7.3.1 系统运行流程

7.3.2 协同CAE 分析优化实用系统的多用户界面开发

7.3.3 用户登录注册

7.3.4 任务创建、分解以及任务的查询和申请

7.3.5 子任务的协同分析过程

7.3.6 有限元分析自动过程的实现

7.3.7 系统日志

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文内容总结

8.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2007-06-11

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