基于模型的民机验证需求捕获及应用技术

针对当前验证工作顶层规划性不强、研制单位与承试单位接口不清晰、验证活动充分性不确定等问题，基于系统工程的民机研制过程，结合验证场景建模，形成以验证需求为核心的验证工作技术流程。承接产品设计需求，开展验证场景利益关联方识别、验证场景活动建模及时序建模研究；定义验证需求的内涵要素，基于模型开展验证需求捕获，形成设计需求到验证方法到验证需求的映射追溯；在此基础上，研究基于验证场景模型的验证计划及验证程序定义方法。结合某型飞机起落架系统案例，形成一套从设计需求到验证需求再到验证程序的完整技术方法。所提技术方法能够充分保证从产品设计需求到验证活动开展的完整追溯，有效促进民机研制验证过程与产品研制有机融合，为民机研制早期对验证活动的规划提供重要借鉴。      

执行机构驱动单元软件的设计与分析

介绍执行机构驱动单元软件(ADU)的功能设计和时序设计.从总线消息时序冲突、临界资源访问冲突等方面分析软件外部接口时序设计约束、内部接口时序设计约束的满足性,对时序设计有效性进行验证.软件可靠性设计方面,采用软件失效模式及影响分析(SFMEA)方法识别软件中的关键变量/器件,对其采取单粒子效应防护措施,并验证了措施的有效性.     

支持数字样机设计的集成设计信息建模

以产品仿真模型及其设计活动为主要控制对象,研究面向数字样机的产品设计信息建模的特点,并建立了支持数字样机设计的集成设计信息模型.将产品设计控制对象抽象为反映产品静态特性和动态特性的信息元及反映产品设计活动的设计元.从产品几何仿真、物理仿真和行为仿真三方面建立数字样机对象信息模型;以设计树对象、设计角色对象和资源配置对象建立设计过程控制信息模型.以此为基础建立面向数字样机的分布式产品协同设计仿真环境.     

机械产品设计的过程建模

产品设计是一种复杂的人类创造性思维活动.在分析产品设计及其过程的基础上,利用集合与映射的理论与方法,依此建立了产品设计、产品设计过程、产品概念设计过程的模型,给出了产品概念设计过程的网络算法框图,并且详细定义了后者的分解与综合的流程,为产品设计过程的模型化、规律化打下了良好的基础,同时也为产品全生命周期设计过程计算机软件支持工具的开发作出了有益的探索.     

空间科学任务协同设计过程优化

为了对概念设计阶段空间科学任务协同设计过程进行合理规划, 减少设计反馈, 降低系统耦合度, 提出了设计结构矩阵(DSM)过程建模和遗传算法(GA) 过程优化算法. 该方法采用DSM对空间科学任务设计活动序列进行建模, 通过DSM描述设计活动间的信息依赖关系, DSM上三角之和代表该设计活动序列设计反馈次数; 将 DSM对应的设计活动序列视为染色体, 采用GA进行序列优化, 最小化设计反馈次数. 通过过程优化算法获取最佳设计活动序列, 优化设计过程, 降低系统耦合度. 空间科学任务实例分析结果表明, 该方法能够有效应用于空间科学任务协同设计的过程建模和过程优化, 指导设计过程的制定.      

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.      

基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法

将本体与本体映射引入产品概念设计方案生成领域,提出了一种基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法,有助于解决传统概念设计方案生成算法中由于知识描述不一致而导致的产品设计知识重用困难,以及设计方案生成准确性低的问题.该方法使用本体知识表示方法建立产品设计知识库;使用本体映射算法自动地搜索产品设计知识库中符合设计需求的产品概念设计方案.通过起重机起升机构驱动装置设计实例,验证了基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法的正确性和有效性.     

基于特性关联的产品工程更改传播

从特性关联入手分析并讨论更改传播,提出产品设计中特性关联单元的类型划分,论述特性关联单元的更改传播特征,进而归纳出更改传播的方式、更改传播展开过程以及特性在传播过程中的行为特性.所提出的工程更改传播过程模型为产品设计工程更改方案优化和传播风险评估提供了模型基础.通过气缸设计更改实例对提出的理论进行了初步验证.     

一种面向产品规划过程的组合质量屋

针对现代产品设计规划过程中对规划信息的集成性、准确性和完备性的要求,提出了一种面向产品规划过程的组合质量屋,并给出了构建组合质量屋的过程和方法.该组合质量屋包括用户需求质量屋、产品技术特性质量屋和综合质量屋.在构建组合质量屋的过程中,采用网络分析法确定产品技术特性的相对重要度,该方法能综合考虑用户需求间、产品技术特性间以及用户需求层和产品技术特性层之间的相互协作和相互冲突的关系,使得规划结果更加准确可靠.此外,还综合考虑了产品全生命周期各阶段定性和定量约束对规划结果的影响.最后,通过实例研究了运用组合质量屋进行产品规划的步骤和方法,并验证了其有效性.      

主动隔振系统中驱动器的有限元分析

用于空间科学实验的主动振动隔离系统采用洛伦兹力驱动的方法, 将被隔振的平台 悬浮于空中. 对电磁驱动部分的动力学分析是各种设计和实验的基础. 提出了一种驱动器的结构, 并对驱动器的永磁部分进行了有限元分析, 包括模型的建立、 静力学分析、模态分析、瞬态分析、谐响应分析和谱分析, 由此验证其力学性能可以 满足设计要求. 为优化结构设计, 减小驱动器尺寸, 降低设计开发成本, 缩短设计开发周期, 提高产品质量奠定了基础.      

基于模型的卫星测控信息流数字化设计方法研究与实现

测控信息流设计是卫星信息总体设计的重要组成部分,设计结果体现了卫星遥测遥控信息流向,其合理性和正确性决定了卫星资源配置以及星上仪器布局等。传统的测控信息流设计方法耗时长,效率低,操作繁杂,已经无法满足信息化研制模式以及与日俱增的任务需求。通过对卫星测控信息流设计过程的研究,设计了一种全新的基于模型的卫星测控信息流数字化设计方法,通过基于图形化等效建模来实现测控信息流数字化设计,不仅能够有效地弥补传统方法的不足,同时有利于优化测控信息流向设计。以某卫星为应用背景进行试用验证,设计工时减少了97.5%,设计正确率达到100%。该方法能够提高设计效率和质量,促进测控信息流设计流程、方法与产品的规范性,进一步提升信息流设计的自动化程度。     

基于网络流仿真的潜通路分析方法

针对线索表法在分析潜通路问题过程中约束条件过多的问题,在人工神经网络分析法的基础上应用网络流仿真进行潜通路分析.根据电路元件的电气特性以及人工神经网络的特点,建立了元件的定性仿真模型,确定电路网络的构成方式.通过网络流仿真模拟电流在电路系统中的扩散过程,预测电路中负载的响应.通过对比电路网络中负载的设计响应以及通过分析预测得到的负载响应,就可以判断出电路网络是否存在潜通路问题,并且找到发生潜通路问题的原因.该方法可以正确预测电路网络中的负载响应,克服了线索表法的缺陷,减少对分析已知条件的要求以及人为因素对分析结果的影响.     

基于知识本体的资源管理平台框架设计与实现

针对大量领域信息资源缺乏有效内容分析这一问题,设计、开发了通过构建领域本体来充分发掘信息资源之间内在关系,实现信息资源增值服务的原型系统.首先构造了服装知识本体CO(Costume Ontology)用来表示服装领域知识.利用CO对被管信息资源进行语义描述,在描述数据库的基础上,实现基于语义的信息检索.讨论了服装知识本体的建模过程,本体的形式化表示以及存储方式.实验系统采用J2EE架构,开发了存储组件、语义查询接口组件、语义分析组件和语义推理组件.通过使用资源描述框架RDF,实现被管信息资源到知识本体层的映射.通过语义分析和语义推理,可以充分利用信息资源之间的关系实现相关信息资源检索与语义融合.     

超声能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成型的影响

为了探究超声能对铝合金搅拌摩擦焊（FSW）焊缝成型及焊缝缺陷的影响机理，采用数值模拟和试验验证相结合的方法，设计了同等工艺条件下的超声辅助搅拌摩擦焊（UAFSW）与搅拌摩擦焊的流场仿真和试验对比。通过分析2种焊缝横截面上热塑性金属的流动矢量和金相组织，研究了超声能导入后焊缝热塑性金属的流动变化情况。分析结果表明:超声能导入，使铝合金搅拌摩擦焊焊缝内金属的水平绕流方式演变成倾斜绕流方式，并使上下2个独立流场实现交汇统一，而且使焊缝金属最低流速提升近一个数量级，焊缝成型完整度明显增强，焊缝缺陷率大幅降低。      

基于状态图的周期BIT故障检测与虚警抑制仿真

针对BIT(Built-In Test)技术在装备测试性设计与PHM(Prognostic and Health Management)的应用需求,提出了基于状态图(Stateflow)的周期BIT(PBIT, Periodic BIT)故障检测与虚警抑制仿真方法.分析了周期BIT的特性与虚警问题,给出了周期BIT的仿真原理.在加电BIT的基础上分析了周期BIT的仿真要素及其Stateflow对象的仿真模式,并实现了故障注入、干扰注入和虚警抑制措施的建模,最后给出了周期BIT建模仿真以及仿真输入数据设计流程.以某典型航电模块周期BIT为例,建立了电源板、干扰、周期BIT以及虚警抑制措施的Stateflow仿真模型,仿真结果显示该方法能有效地实现周期BIT故障检测与虚警抑制的动态逻辑过程仿真.     

基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法

基于模型的系统工程（MBSE）理论越来越广泛地应用于民用飞机设计与功能需求分析领域。研究起始于基于用户需求的自顶向下的民机系统产品顶层用例,辨识相关关键子用例,进一步基于对象用例展开“需求—功能分析”,构建黑盒活动图、顺序图表达实现相关飞机级需求的黑盒功能流,从而明确系统接口和辨识子系统,构建经验证可靠的可进行逻辑仿真的黑盒状态机。在黑盒功能架构的基础上驱动基于人机交互系统模型仿真的民机功能架构“正向设计”过程,对黑盒进行解白,基于建模分析和数值仿真结果,构建实现相关飞机级需求的系统功能白盒架构的“正向设计”。为充分演示上述方法,选择了对民用飞机产品安全性具有关键影响的最后进近着陆场景用例作为案例模型。研究表明,基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法充分保证了需求分析和功能架构设计的紧密结合,正向构建了以满足民机产品需求为导向的结构化系统设计方法。      

直升机概念设计中的部件参数化

为了满足直升机概念设计阶段对方案快速建模的要求,在面向对象技术的基础上提出了直升机概念设计阶段部件的建模分类方法,并且建立了一个计算机辅助直升机概念设计系统.应用非均匀有理B样条NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面和基于特征的部件造型技术,实现了各种型式直升机方案的参数化建模.其中结合设计参数提出了旋翼的桨叶、桨尖、桨毂以及整流罩的描述参数,并对涵道尾桨进行了分段造型处理.最后给出了该系统中生成的两个设计方案作为实例以验证所提出方法的便捷性和有效性,这些方法也为进行设计方案的性能分析和优化等后续工作奠定了基础.      

尾流激振情况下叶片强迫响应瞬态分析方法

对叶片强迫响应问题,提出应用瞬态分析的方法,针对转子叶片在前排静子叶片尾流激振情况下的位移和应力进行预估.流场进行全场三维非定常求解,将三维非定常气动力引入转子叶片有限元结构计算中,对尾流激振情况下叶片强迫响应问题进行瞬态分析,比较了不同转速下叶片的强迫响应,得到响应位移及应力变化的分析结果.采用叶片强迫响应瞬态分析方法,从流场的求解到结构响应的求解均应用成熟的通用软件,为工程应用该方法进行尾流激振情况下叶片振动应力预估及阻尼的研究提供了一个可行的方法.      

A space radiation transport method development.

Improved spacecraft shield design requires early entry of radiation constraints into the design process to maximize performance and minimize costs. As a result, we have been investigating high-speed computational procedures to allow shield analysis from the preliminary design concepts to the final design. In particular, we will discuss the progress towards a full three-dimensional and computationally efficient deterministic code for which the current HZETRN evaluates the lowest-order asymptotic term. HZETRN is the first deterministic solution to the Boltzmann equation allowing field mapping within the International Space Station (ISS) in tens of minutes using standard finite element method (FEM) geometry common to engineering design practice enabling development of integrated multidisciplinary design optimization methods. A single ray trace in ISS FEM geometry requires 14 ms and severely limits application of Monte Carlo methods to such engineering models. A potential means of improving the Monte Carlo efficiency in coupling to spacecraft geometry is given in terms of re-configurable computing and could be utilized in the final design as verification of the deterministic method optimized design.