基于知識工程和數(shù)字仿真的產(chǎn)品遠(yuǎn)程定制方法研究與應(yīng)用.pdf

1、客戶化定制正日益成為提高工業(yè)產(chǎn)品市場競爭力的主要手段之一,對于其中的客戶驅(qū)動(dòng)定制模式,國內(nèi)外研究尚不成熟.在這類定制中客戶可直接修改產(chǎn)品的參數(shù)指標(biāo),還要考慮這些定制的參數(shù)是否對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能有影響.通過當(dāng)前研究最熱的網(wǎng)格計(jì)算進(jìn)行產(chǎn)品遠(yuǎn)程客戶化定制是網(wǎng)格應(yīng)用的發(fā)展趨勢之一.因此,為了使企業(yè)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)定制產(chǎn)品的過程中,更快、更好地響應(yīng)客戶的個(gè)性化需求,如何把產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)與仿真方法和網(wǎng)格技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行產(chǎn)品的遠(yuǎn)程客戶化定制,已成為當(dāng)前客戶化

2、定制的研究熱點(diǎn). 本文從客戶驅(qū)動(dòng)定制的角度出發(fā),基于知識工程和數(shù)字仿真理論,研究產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識模型和乘員安全性評價(jià)方法,并在此基礎(chǔ)上開發(fā)具有數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真能力的產(chǎn)品遠(yuǎn)程定制系統(tǒng),具體內(nèi)容包括: 針對知識工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,探討了定制產(chǎn)品中設(shè)計(jì)知識的形式、表示、獲取和運(yùn)用.通過對產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識進(jìn)行歸類,利用面向?qū)ο蠓椒ū磉_(dá)產(chǎn)品的總體參數(shù)、零件的獨(dú)立參數(shù)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則,采用框架結(jié)構(gòu)表示產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)配置樹,將這些知識符號化

3、并存儲到實(shí)例庫、數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫中,建立了產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識庫.為了在定制設(shè)計(jì)中集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識,提出使用AND-OR-Tree樹狀結(jié)構(gòu)來表達(dá)產(chǎn)品族體系結(jié)構(gòu)樹.根據(jù)該結(jié)構(gòu)中功能模塊的配置及其參數(shù)和特征,重構(gòu)了一個(gè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案.將產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識表達(dá)與產(chǎn)品族體系設(shè)計(jì)結(jié)合起來,提出了產(chǎn)品知識表達(dá)的三層次模型,即幾何信息層、語義規(guī)則層和產(chǎn)品數(shù)據(jù)層.通過在語義規(guī)則層使用橫向繼承體系和縱向引用體系完整地表達(dá)產(chǎn)品族體系的多樣化設(shè)計(jì)知識.利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識模型驅(qū)

4、動(dòng)產(chǎn)品的定制設(shè)計(jì),能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)知識的重用,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確率和圖紙的標(biāo)準(zhǔn)化程度,進(jìn)而提高客戶化定制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量. 為了驗(yàn)證定制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果是否正確及改進(jìn)設(shè)計(jì),需要通過仿真手段來檢驗(yàn)定制產(chǎn)品的質(zhì)量和性能.針對某型號觀光電梯,研究了其安全保護(hù)數(shù)學(xué)模型,建立了電梯有限元模型,分析了兩種假人模型:多剛體和有限元假人.到目前為止,電梯乘員安全性仿真還是一片空白.如同汽車一樣,電梯是載人工具,是關(guān)系到生命安全的產(chǎn)品,因此電梯

5、的乘員安全性不容忽視.為了科學(xué)評價(jià)人體在乘員安全性仿真中所受的傷害,依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),借鑒汽車行業(yè)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和已取得的仿真經(jīng)驗(yàn),結(jié)合電梯模型、假人模型和安全保護(hù)的數(shù)學(xué)模型,提出了乘員安全性評價(jià)方法及其評價(jià)指標(biāo),包括頭部、頸部、腿部和胸部傷害指標(biāo).將電梯、安全保護(hù)裝置和乘員三者集成起來進(jìn)行乘員安全性仿真,提出了多種假人相結(jié)合的數(shù)值模擬方法,分析了人體的傷害程度,總結(jié)出乘員的傷害規(guī)律.證明利用有限元方法進(jìn)行復(fù)雜的乘員安全性仿真是完全可行的,

6、為定制產(chǎn)品的安全性仿真提供了新方法新思路,有利于改進(jìn)并提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量.通過這次有益嘗試,也為電梯安全性仿真開辟了新捷徑. 根據(jù)客戶驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與仿真的需求,基于網(wǎng)格計(jì)算提出了面向客戶的遠(yuǎn)程定制系統(tǒng)的四層體系結(jié)構(gòu),包括資源層、中間件層、服務(wù)層和門戶層.該系統(tǒng)是基于網(wǎng)格的集成化虛擬設(shè)計(jì)與仿真平臺,包含信息集成、過程集成和知識集成.基于現(xiàn)有的軟硬件資源,搭建網(wǎng)格測試床,提出了定制應(yīng)用的服務(wù)器端和客戶端編程模型,開發(fā)了相應(yīng)的遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與仿

7、真服務(wù),編寫了網(wǎng)格客戶端和Portal客戶端.將遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與仿真服務(wù)、智能化設(shè)計(jì)程序和自動(dòng)化仿真模板部署在網(wǎng)格服務(wù)器上,將網(wǎng)格客戶端安裝在客戶機(jī)上,將Portal客戶端部署在Portal服務(wù)器上,將模型庫、規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫部署在數(shù)據(jù)服務(wù)器上,從而建立遠(yuǎn)程定制原型系統(tǒng).該系統(tǒng)屏蔽了底層的計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)計(jì)等資源及其相應(yīng)的物理位置,給定制人員提供了一個(gè)統(tǒng)一的問題求解環(huán)境.充分利用現(xiàn)有的商業(yè)化軟件及其二次開發(fā)模塊,將其封裝后通過Intemet

8、以服務(wù)的形式提供給客戶,使客戶使用異地資源就像使用本地資源一樣方便. 通過Portal客戶端進(jìn)行某型號觀光電梯的遠(yuǎn)程定制設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用,后臺多個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)協(xié)同進(jìn)行產(chǎn)品及其零部件的設(shè)計(jì),通過GridFTP進(jìn)行文件傳輸,收集各節(jié)點(diǎn)的CAD和VRML文件到數(shù)據(jù)服務(wù)器,同時(shí)將VRML文件傳輸?shù)絇ortal服務(wù)器,在客戶端顯示.如果客戶對設(shè)計(jì)結(jié)果不滿意,可修改訂單后,重新進(jìn)行設(shè)計(jì)直到滿意為止.根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真和乘員安全性仿

9、真,在后臺多個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仿真,最后提取仿真結(jié)果在客戶端顯示,如果客戶對仿真結(jié)果滿意,就確認(rèn)訂單,否則修改設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì),直到客戶對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和仿真滿意為止.通過上述應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和有效性. 綜上所述,產(chǎn)品遠(yuǎn)程定制系統(tǒng)是一種服務(wù)與交流的平臺,目的是更加有效地實(shí)施客戶驅(qū)動(dòng)的定制,使客戶能快速了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果,加強(qiáng)客戶的參與性;使企業(yè)能了解客戶的需要,通過遠(yuǎn)程定制服務(wù)加快企業(yè)對客戶的反應(yīng)速度,避免大量的