多学科虚拟样机工具软件集成技术研究与实现

论文摘要

目前,以支持多领域协同CAx/DFx技术为特征的复杂产品的虚拟样机技术正成为制造业界产品研究、开发的热点。如何将分布、异构环境中的多领域工具集成起来进行有效的设计仿真工作已成为多学科虚拟样机技术应用过程中面临的主要挑战之一。工具软件的集成开发复杂度高,涉及学科范围广,现有的工具集成技术多采用紧耦合方式,在集成开发的灵活性、扩展性以及提供即插即用的能力方面存在不足。为了解决上述工具集成问题,本文首先针对虚拟样机工程中各领域多学科工具软件的异构性、分布性和多样性特点,提出一种通用的工具软件集成三层结构框架,集成框架结构包括平台层、集成实现层和应用层。框架设计遵循模型驱动体系结构,解耦集成业务逻辑和信息交互逻辑,基于统一的、标准接口的仿真组件实现工具的松耦合集成。然后研究工具软件集成的关键技术:异构工具一体化建模、工具适配器组件以及符合集成规范的工具接口。基于工具软件的集成方法如工具软件提供的应用编程接口、中间状态文件、用户子模块和间接集成实现典型工具的功能封装;设计工具适配器的机理,工具适配器提供异构学科模型求解控制和信息共享的功能,将工具软件封装成可装配在软总线上的仿真组件。接着采用代码自动生成器实现工具适配器。最后以某复杂产品虚拟样机协同开发为例,验证本文的工具集成技术,结果表明本文所研究和实现的工具软件集成技术能有效地解决多学科虚拟样机中的工具集成问题,为虚拟样机技术在工程制造中的应用提供多学科工具支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 多学科工具集成技术发展及相关技术介绍
• 1.2.1 直接耦合的工具集成研究现状
• 1.2.2 基于软总线的工具集成研究现状
• 1.3 现有研究工作总结
• 1.4 本文的主要研究工作
• 1.5 论文结构
• 第二章 多学科工具软件松耦合集成框架
• 2.1 模型驱动体系结构
• 2.2 松耦合集成框架体系结构
• 2.3 松耦合集成框架特点
• 2.4 松耦合集成关键技术
• 2.4.1 异构工具一体化建模
• 2.4.2 工具适配器组件模型
• 2.4.3 符合集成规范的工具接口
• 2.5 本章小结
• 第三章 多学科工具软件集成方法及其实现
• 3.1 典型的工具集成方法
• 3.1.1 基于工具软件提供的API
• 3.1.2 基于中间状态文件
• 3.1.3 基于用户子模块
• 3.1.4 基于间接集成
• 3.2 典型工具软件的集成实现
• 3.2.1 MATLAB 功能的封装
• 3.2.2 MSC EASY5 功能的封装
• 3.2.3 RecurDyn 功能的封装
• 3.2.4 ANSOFT 功能的封装
• 3.3 各工具集成方法的复杂度对比
• 3.4 工具适配器的设计和实现
• 3.4.1 工具适配器组件的设计
• 3.4.2 工具适配器代码自动生成
• 3.5 本章小结
• 第四章 多学科虚拟样机设计仿真环境中工具集成应用
• 4.1 某机载光电探测设备虚拟样机仿真系统的开发
• 4.1.1 系统功能概述
• 4.1.2 系统设计
• 4.1.3 集成模型建模
• 4.1.4 工具适配器
• 4.1.5 系统仿真实验
• 4.1.6 系统实现结论
• 4.2 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 论文主要工作及贡献
• 5.2 下一步工作的思考
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的论文