信息物理融合的机电产品数字化设计关键技术研究
发布时间：2020-12-08 17:40
当前，机电产品中融入了越来越多的嵌入式技术，系统构成日趋复杂，形成了由机械、电子、液压、控制等多领域子系统构成的综合体，并逐渐发展为一种具有信息化、网络化和智能化的新型复杂系统——信息物理系统（CPS，Cyber-PhysicalSystem）。因此，必须研究适应产品新特征的数字化设计，以提高设计效率、降低开发成本、缩短研发周期。本文针对具有“信息”和“物理”融合特征的当前机电产品和未来CPS，结合产品设计流程，研究产品数字化设计，在国家“863”和自然科学基金项目以及中国商飞相关产品研发项目的支持下，围绕数字化建模与仿真以及半物理仿真技术，对相关关键技术进行了深入研究。主要包括以下工作：（1）.归纳了机电产品数字化设计从“瀑布”模型到“V模式”模型、“建模-设计-分析”循环迭代模型的演变过程，分析了各设计模型的特征与特点。针对CPS特性，提出了覆盖机电产品方案设计、详细设计及测试与验证各阶段，以多领域统一建模与仿真为基础，支持产品数字建模与仿真分析及半物理仿真验证的数字化设计流程框架。（2）.针对CPS数字建模与仿真，采用基于多领域统一建模语言Modelica及工具软件MWorks，...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机电产品的一般数字化设计方法和开发过程
分析 CPS 的建模与仿真特点，选用基于 Modelica 语言规范和 MWorks 工具字建模与仿真方法，以液压起落架系统为研究对象，建立液压、机械、控通信等多领域子库模型，并对起落架收放、前轮转弯、机轮刹车和液压能子系统进行建模与仿真。第四章：支持 CPS 的半物理仿真技术分析当前半物理仿真技术以及 CPS 的半物理仿真特点，研究基于 Modelica的半物理仿真技术，主要包括 RTI 接口技术、适用于多目标机的代码自动和适用于多目标机的代码自动下载技术。第五章：支持 CPS 的数字化设计及关键技术应用为验证机电产品的数字化设计及其关键技术，研究并建立机电产品的通用计平台，并以液压起落架系统为工程实例进行应用验证。第六章：全文总结与展望对本文当前所做的工作进行总结，并对进一步研究方向和相关工作作了展全文中，各章节的组织结构如图 1-2 所示。
不能将其分为物理和计算两个部分独立的研究分析，而应是将相互作用的两部分合二为一进行研究分析。从系统构成角度看，CPS 可以被看作是继传统机电产品之后的又一次技术发展和变革的产物，它是在机电产品的基础上发展演化而来的新兴系统。从技术开发角度看，对 CPS 进行产品设计和开发时所应用的相关技术，需要实现系统的计算、通信与物理对象的一体化设计，确保系统更加可靠、高效、实时协同。因此，从某种意义角度讲，CPS 作为一种实际物理系统存在的同时，也可以看作是一种先进的系统设计思想和设计技术的体现。2.2.2.2 CPS应用从 CPS 的发展趋势来看，CPS 也将引领一场深刻的技术革命，其影响有可能将超越二十世纪的信息技术革命。随着 CPS 的发展与普及，下一代工业产品的发展与应用也应该是基于 CPS 而实现的。CPS 的应用涵盖了小到智能家电产品的家庭网络、大到工业控制机电系统乃至智能化的交通系统等国家级甚至世界级的应用。在国家级层面上，CPS 在汽车、电力、航空、航天、国防及装备、健康医疗设备等领域将有广泛的应用空间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向半实物仿真的液压起落架信号模拟系统设计与实现[J]. 何相良,张洪昌,周凡利,赵建军. 计算机应用. 2011(S2)
[2]信息物理融合系统研究综述[J]. 王中杰,谢璐璐. 自动化学报. 2011(10)
[3]电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架[J]. 赵俊华,文福拴,薛禹胜,董朝阳. 电力系统自动化. 2011(16)
[4]Cyber Physical Systems—物理网络系统[J]. 王振东,王慧强,陈晓明,林俊宇. 小型微型计算机系统. 2011(05)
[5]BACH:线性混成系统有界可达性模型检验工具[J]. 卜磊,李游,王林章,李宣东. 软件学报. 2011(04)
[6]一种信息-物理融合系统体系结构[J]. 谭朋柳,舒坚,吴振华. 计算机研究与发展. 2010(S2)
[7]CPS网络体系结构及关键技术[J]. 胡雅菲,李方敏,刘新华. 计算机研究与发展. 2010(S2)
[8]复杂动态网络同步控制及其在信息物理系统中的应用[J]. 蒋国平,樊春霞,宋玉蓉,邵斐. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2010(04)
[9]赛博物理系统发展综述[J]. 林峰,舒少龙. 同济大学学报(自然科学版). 2010(08)
[10]AUV发动机的ADAMS/MATLAB联合仿真研究[J]. 李斌茂,钱志博,程洪杰,刘朝晖. 系统仿真学报. 2010(07)
博士论文
[1]工程系统多领域统一模型编译映射与仿真求解研究[D]. 周凡利.华中科技大学 2011
[2]基于键合图理论的多体系统耦合动力学建模方法的研究[D]. 王中双.哈尔滨工业大学 2007
[3]面向对象的多领域复杂机电系统键合图建模和仿真的研究[D]. 于涛.机械科学研究总院 2006
[4]陈述式仿真模型相容性分析与约简方法研究[D]. 丁建完.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]实时半实物仿真平台关键技术研究与实现[D]. 单勇.国防科学技术大学 2010
[2]基于Modelica的车辆动力性与燃油经济性6σ稳健优化设计[D]. 陈洪燕.华中科技大学 2009
[3]无介质半实物仿真系统的研究与实现[D]. 李思俊.天津理工大学 2009
[4]基于Simulink的一体化实时半实物仿真平台的研究与实现[D]. 徐林.国防科学技术大学 2008
[5]柴油机电控系统硬件在环仿真技术研究[D]. 陈巨辉.哈尔滨工程大学 2008
[6]飞机起落架模型建立及着陆性能仿真分析[D]. 曹荣生.哈尔滨工程大学 2007
[7]基于RTX的MATLAB实时仿真技术研究与实现[D]. 任传俊.国防科学技术大学 2006
[8]飞机防滑刹车地面半物理仿真系统研究[D]. 王卉.西北工业大学 2006
[9]基于VxWorks的VDR人声识别技术的改进研究[D]. 张逊頔.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：2905431
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机电产品的一般数字化设计方法和开发过程
分析 CPS 的建模与仿真特点，选用基于 Modelica 语言规范和 MWorks 工具字建模与仿真方法，以液压起落架系统为研究对象，建立液压、机械、控通信等多领域子库模型，并对起落架收放、前轮转弯、机轮刹车和液压能子系统进行建模与仿真。第四章：支持 CPS 的半物理仿真技术分析当前半物理仿真技术以及 CPS 的半物理仿真特点，研究基于 Modelica的半物理仿真技术，主要包括 RTI 接口技术、适用于多目标机的代码自动和适用于多目标机的代码自动下载技术。第五章：支持 CPS 的数字化设计及关键技术应用为验证机电产品的数字化设计及其关键技术，研究并建立机电产品的通用计平台，并以液压起落架系统为工程实例进行应用验证。第六章：全文总结与展望对本文当前所做的工作进行总结，并对进一步研究方向和相关工作作了展全文中，各章节的组织结构如图 1-2 所示。
不能将其分为物理和计算两个部分独立的研究分析，而应是将相互作用的两部分合二为一进行研究分析。从系统构成角度看，CPS 可以被看作是继传统机电产品之后的又一次技术发展和变革的产物，它是在机电产品的基础上发展演化而来的新兴系统。从技术开发角度看，对 CPS 进行产品设计和开发时所应用的相关技术，需要实现系统的计算、通信与物理对象的一体化设计，确保系统更加可靠、高效、实时协同。因此，从某种意义角度讲，CPS 作为一种实际物理系统存在的同时，也可以看作是一种先进的系统设计思想和设计技术的体现。2.2.2.2 CPS应用从 CPS 的发展趋势来看，CPS 也将引领一场深刻的技术革命，其影响有可能将超越二十世纪的信息技术革命。随着 CPS 的发展与普及，下一代工业产品的发展与应用也应该是基于 CPS 而实现的。CPS 的应用涵盖了小到智能家电产品的家庭网络、大到工业控制机电系统乃至智能化的交通系统等国家级甚至世界级的应用。在国家级层面上，CPS 在汽车、电力、航空、航天、国防及装备、健康医疗设备等领域将有广泛的应用空间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向半实物仿真的液压起落架信号模拟系统设计与实现[J]. 何相良,张洪昌,周凡利,赵建军. 计算机应用. 2011(S2)
[2]信息物理融合系统研究综述[J]. 王中杰,谢璐璐. 自动化学报. 2011(10)
[3]电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架[J]. 赵俊华,文福拴,薛禹胜,董朝阳. 电力系统自动化. 2011(16)
[4]Cyber Physical Systems—物理网络系统[J]. 王振东,王慧强,陈晓明,林俊宇. 小型微型计算机系统. 2011(05)
[5]BACH:线性混成系统有界可达性模型检验工具[J]. 卜磊,李游,王林章,李宣东. 软件学报. 2011(04)
[6]一种信息-物理融合系统体系结构[J]. 谭朋柳,舒坚,吴振华. 计算机研究与发展. 2010(S2)
[7]CPS网络体系结构及关键技术[J]. 胡雅菲,李方敏,刘新华. 计算机研究与发展. 2010(S2)
[8]复杂动态网络同步控制及其在信息物理系统中的应用[J]. 蒋国平,樊春霞,宋玉蓉,邵斐. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2010(04)
[9]赛博物理系统发展综述[J]. 林峰,舒少龙. 同济大学学报(自然科学版). 2010(08)
[10]AUV发动机的ADAMS/MATLAB联合仿真研究[J]. 李斌茂,钱志博,程洪杰,刘朝晖. 系统仿真学报. 2010(07)
博士论文
[1]工程系统多领域统一模型编译映射与仿真求解研究[D]. 周凡利.华中科技大学 2011
[2]基于键合图理论的多体系统耦合动力学建模方法的研究[D]. 王中双.哈尔滨工业大学 2007
[3]面向对象的多领域复杂机电系统键合图建模和仿真的研究[D]. 于涛.机械科学研究总院 2006
[4]陈述式仿真模型相容性分析与约简方法研究[D]. 丁建完.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]实时半实物仿真平台关键技术研究与实现[D]. 单勇.国防科学技术大学 2010
[2]基于Modelica的车辆动力性与燃油经济性6σ稳健优化设计[D]. 陈洪燕.华中科技大学 2009
[3]无介质半实物仿真系统的研究与实现[D]. 李思俊.天津理工大学 2009
[4]基于Simulink的一体化实时半实物仿真平台的研究与实现[D]. 徐林.国防科学技术大学 2008
[5]柴油机电控系统硬件在环仿真技术研究[D]. 陈巨辉.哈尔滨工程大学 2008
[6]飞机起落架模型建立及着陆性能仿真分析[D]. 曹荣生.哈尔滨工程大学 2007
[7]基于RTX的MATLAB实时仿真技术研究与实现[D]. 任传俊.国防科学技术大学 2006
[8]飞机防滑刹车地面半物理仿真系统研究[D]. 王卉.西北工业大学 2006
[9]基于VxWorks的VDR人声识别技术的改进研究[D]. 张逊頔.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：2905431
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