基于MSC/Patran的结构优化系统前后置开发与应用

在UNIX环境下,以MSC/Patran为平台,利用平台提供的二次开发工具PCL,通过客户化、增设特定的命令和窗体等技术开发了结构优化系统的前后置模块,并集成现有数值计算模块,形成工程程序系统.由此开发的系统前后置保持平台的原有强大功能,且易实现和赢得用户.最后通过算例说明了系统的实用性和工程有效性.      

基于μc/os-Ⅱ嵌入式数控系统研制

介绍了嵌入式数控系统的结构及其组成.系统硬件平台采用嵌入式微控制器ARM(Advanced RISC Machines)和现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arrays),软件平台采用μc/os-Ⅱ实时操作系统.给出了该系统的硬件结构.根据数控系统的软件需求,给出了系统的软件结构,系统的模块,任务以及任务的优先级和周期.同时给出了实现系统的一些关键技术.在嵌入式实时操作系统μc/os-Ⅱ上实现了该系统,在数控机床上进行了加工试验、环境适应能力测试以及静电放电抗干扰试验,试验表明系统稳定可靠.     

多级协同项目执行中的资源冲突检测与管理

以航空航天型号工程项目为背景,针对多级协同项目中的资源冲突问题,利用基于时间约束网络的冲突检测算法实现了多级协同项目中的资源冲突检测,该算法建立了任务关系的时间约束网络模型,给出了基于模型的线性化、实例化方法和检测判据.针对资源冲突的检测结果表达及冲突信息的管理提出多视图表达方式,建立了基于UML的信息模型.基于研究结果设计开发了项目资源管理原型系统,以某航天项目任务的管理为例进行了验证,表明了研究结果的有效性.      

基于Patran/Nastran的结构优化系统的工程应用

采用基于有限元软件Patran/Nastran二次开发的结构优化系统,对两个卫星结构进行了以重量为目标、考虑基频和应力等约束的优化设计.系统由用户在Patran环境下完成问题建模,优化过程中调用Nastran作结构分析并结合二级多点逼近算法寻优.设计对象是由蜂窝夹层板、不同截面形状梁、板壳等组成的典型复杂航天器结构,设计过程中还利用人机交互技术,最终使重量明显降低,为工程部门改进设计提供了依据.算例结果之一与其他结构优化系统结果一致,进一步说明了所开发系统的正确性.     

对地观测卫星总体参数多学科优化

针对对地观测卫星总体参数设计问题,建立了以对地观测性能最佳为目标的多学科优化模型,考虑姿轨控制、电源、结构、推进、有效载荷5个分系统的设计变量和相应约束条件,并考虑运载火箭对卫星设计的约束条件,通过经验公式建立分析模型.采用协同优化方法,利用外点罚函数法将系统级优化问题转化为无约束优化问题以改善协同优化系统级的数值缺陷,建立了多学科设计优化框架.计算结果表明通过优化可提升卫星的对地观测性能,验证了该方法的合理性.建模思路与优化方法可望用于更贴合工程实际的卫星参数设计.      

基于数字样机的飞机研制项目监控技术

由于周期漫长、数据繁杂、并发事件多等特点,飞机研制项目需要高效的管理支撑环境.针对这种需求,提出了一种基于数字样机的项目监控方法.该方法首先在项目管理与产品数据管理集成模型的基础上创建一种面向项目监控的数字样机.通过将样机模型与任务信息进行绑定,实现多视图的项目监控环境.在进行样机模型可视化时,采用双层载入策略以降低系统显示负载.该方法以对数字样机的可视化与交互为基础,向项目管理人员提供一种支持多层面信息展示的项目监控界面,丰富了项目管理用户与企业信息间的交互方式.      

民用飞机机身结构快速设计及自动化调整

为了在飞机设计前期对结构进行较详细的考虑,满足在设计前期进行以强度为约束的重量特性评估、方案评估等方面的需求,研究了民用飞机机身结构快速设计、建模以及模型自动化调整的方法,并运用该方法在一个开放式飞机总体设计环境中开发实现了此功能.定义了飞机机身坐标系,提出了机身各类结构件的参数化描述及构建模型的方法,建立了交互式机身结构设计环境,可自动获取结构的体积、重量和惯性矩等信息.在此基础上实现了模型自动化调整和重量特性的同步更新,为总体设计阶段进行飞机重量、气动和结构的多学科设计优化奠定了基础.最后,用设计实例验证了该方法的有效性.      

飞控系统虚拟设计环境

开展面向设计的飞控系统虚拟原型机开发环境研究,提出了飞控系统虚拟设计环境的3层次结构:第1层为运行管理层,以数据库为基础,其核心为PDM(产品数据管理)软件.第2层为虚拟技术层,提供余度飞控计算机、舵回路、传感器等的虚拟原型的生成.第3层为仿真支持层,支持人在回路的仿真验证.分析了实现每层功能的关键技术,并基于该虚拟设计环境,完成了虚拟四余度飞控计算机的设计和验证,使该开发环境具有面向主要结构参数、性能参数、价格参数的虚拟余度飞控计算机系统生成功能.     

基于二级多点逼近算法的航天器结构优化设计

在某新型卫星结构研制的初样阶段,建立了卫星初始设计的有限元模型.以主承力桁架结构中各梁的截面尺寸为设计变量,考虑整星模态频率和强度约束,建立了以结构重量最轻为目标的优化模型.应用二级多点逼近优化算法进行了结构优化计算,在每一个计算周期中,原结构优化问题先转化为具有较高精度的第1级多点近似问题,该问题则通过可由对偶法快速求解的第2级近似问题逼近.经过初步试算、设计改进和再优化3个阶段,设置并进行了一系列的优化计算,逐步明确了设计的方向和各结构参数的取值范围,得到了合理的可行方案,为该卫星平台结构初样的详细设计提供了参考,同时表明所采用的优化方法适用于工程结构优化问题.      

系统工程过程中的综合设计方法

针对复杂产品,将设计作为在一定约束条件下的求解过程,基于系统工程过程的分析,提出了以"需求-功能-结构"为解空间,以"分析-综合-评价"为执行机制的系统综合设计方法,确立了系统综合设计的基本流程,并依据系统综合设计方法,建立了由集成产品与过程模型、工具管理体系构成的综合设计平台,从而为实施系统综合设计方法提供了一个统一的、集成的环境,帮助工程人员以系统的观点组织和协调产品设计活动,保证整个产品设计过程中的所有活动都是围绕系统整体开展,并以一种统一化手段完整地确定出系统的所有技术、功能要求和物理结构,保证最终系统在给定环境下的行为表现符合用户最初的期望.      

产品数据管理系统中PPOR模型研究与实践

面对数量和体积急剧增长的产品设计信息,企业必须加强产品数据信息管理.尽管从不同的产品数据管理的观点看,有不同的产品数据管理系统,但仍然有一些基本特性是一致的,总结并提出了产品数据管理应当满足的几项原理.PDM(Product Data Management)内涵是集成并管理与产品有关的信息与过程,因此对产品数据管理中的数据管理模型的研究是实现产品数据管理系统的关键步骤.PPOR模型分别是指产品(Product)管理模型、过程(Process)数据管理模型、组织(Organization)管理模型和资源(Resource)管理模型,各模型之间相互关联,构成了产品信息管理的框架.这些模型都用EXPRESS-G语言描述,并且按此实现了基于STEP标准的原型系统.     

基于构型项的飞机研制建模技术

飞机制造业的业务过程是一个复杂的、动态的、数据量大的系统工程.如何建立简单完整的产品研制模型一直是业务过程优化(BPI,Business Process Improvement)中的难题.通过借鉴波音公司关于飞机构型管理和产品结构模块化的相关思想,强调构型管理技术在飞机研制的全生命周期过程中的重要性,明确构型项(CI,Configuration Item)准确的数学定义.依据构型管理简化产品的信息模型和Petri 网(PN,Petri Net)描述、优化产品过程模型的特点,将Petri 网理论与构型项结合起来保证全生命周期过程中飞机研制模型的一致性和完整性.提出CI-PN模型来描述整个飞机研制的信息和过程模型,并给出对翼盒研制过程模型描述、分析和优化的实例.      

基于工作流的复杂系统虚拟样机项目管理系统

复杂系统虚拟样机是一个协同工作过程,为了对其业务过程和业务数据进行有效管理、改善虚拟样机效率,建立了一个基于工作流的项目管理系统.该系统具有系统管理、项目管理、工作流管理、文档管理、消息管理和信息交互管理等功能.介绍了其层次化、模块化的项目管理系统体系结构,重点介绍了工作流管理系统的体系结构,其模型组成元素和多实例化、流程的动态创建及修改等建模机制,以及工作流运转机制,并给出了该项目管理系统在某虚拟样机开发平台中的应用实例.      

空间用洛伦兹力激励器静态标定测试系统

基于洛伦兹力的空间用电磁激励器是空间高微重力主动振动隔离系统的核心控制部件. 为满足系统实时变化的控制器输出要求, 必须标定激励器的设计参数, 得到输出力与输入电流之间的关系. 设计了一套用于激励器静态标定的自动测试系统, 并对其硬件结构设计、软件模型及测试数据处理进行了介绍. 系统硬件结构包含力传感器、力值显示控制仪、三轴位移台、电机驱动器模块及数据接收分发模块. 系统软件采用LabVIEW编程技术, 实现了对信号的采样、显示和存储. 利用Matlab进行数据处理, 得到相应处理结果, 为激励器进一步的优化设计提供了技术依据.      

飞行器多学科设计优化软件系统

为解决飞行器总体设计的难点,介绍了可用于飞行器多学科设计优化的软件.该软件利用"松耦合"方式,以SQL Server 2000为数据库管理系统(DBMS),与各学科分析程序相结合.阐述了该系统的功能和软件结构、软件流程、主要模块.为解决关键技术,提出圆环图处理总体与各学科的关系,利用模糊理论进行非数值型变量的转化,提出无量纲化多目标法进行多目标综合处理,构建单一数据库进行数据管理,采用三个数据文件作为程序接口.总结了软件的特点.算例表明软件具有实用性.     

产品质量BOM演化过程

产品实现就是产品质量生成过程,以BOM(Bill Of Material) 为中心组织产品质量数据已成为产品过程质量管理的关键技术.通过分析产品质量形成及其过程质量管理的特点明确了产品质量保证过程模型,并从质量管理的角度提出了质量BOM的概念,定义了面向对象方法的质量BOM数据结构定义模型,结合关键质量特性链和产品过程实现链提出了质量BOM双演化过程模型,分析了质量BOM的3个组成部分:质量BOM数据项、数据项结构和质量特征演化方法和过程,最后基于质量BOM演化过程模型提出了单一数据源的产品过程质量数据组织集成模型.     

成熟度在飞机研制一体化流程的应用

为满足现代飞机的市场需求和最大限度地规避技术和质量风险,提高飞机设计制造一体化水平是必由之路.通过借鉴波音和空中客车相关思想,从一体化流程和数字化产品模型来明确成熟度的基本定义并强调成熟度的重要性,提出数字化模型成熟度和里程碑两项关键技术,研究在一体化流程中应用数字化模型成熟度的管理和控制方法,结合模块化的产品结构分解方法和企业的设计、生产和工艺的实际情况,建立起基于模块化的多级成熟度思想,并给出制造工艺流程设计的实例来验证这种方法对保证数字化产品模型完整和一体化流程畅通的有效性.      

基于模块化的缠绕机设计方法

缠绕机具有生产效率高、产品质量稳定等特点,是碳纤维复合材料成型的关键工艺装备。针对产品小批量、定制化的生产需求,提出了针对缠绕机结构和控制系统的模块化设计方法（MDM）,拓展缠绕机的功能多样性。将缠绕机的结构部件进行功能分解和关联强度分析,采用组遗传算法（GGA）将部件聚类为标准化的模块,根据产品需求,以产品性能最好和成本最低为目标建立模块配置模型,基于快速分类的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解多目标优化模型完成机械结构模块化配置。提出基于现场总线的分布式网络控制器结构,将控制器的接口标准化和网络化,根据机械结构的模块化配置实现控制器的快速重构。基于模型组件对象（COM）技术将软件模块设计为COM组件,采用k近邻（kNN）方法进行控制模式分类,并进行COM组件的重构,控制软件动态解析控制模式并管理COM组件的状态转移关系,从而实现软件的快速重构。对结构、控制器和软件模块化方法的研究能够实现缠绕机的快速重构,拓展缠绕机的功能。