● 摘要
随着机械电子技术的迅速发展，机电系统具有机械设计、微电子技术、计算机控制、信息技术等多学科交叉、渗透的特点，其应用已经普及国民经济的各行各业。从当前机电系统的复杂性来看，必须从系统的观点进行设计与分析，才能满足机电系统的各项性能设计要求。同时为了适应市场激烈竞争的需要，必须实现复杂机电系统的快速开发，设计出高质量的满足用户需求的新产品，提高企业本身的竞争力。基于虚拟样机技术的产品设计是一种数字化的设计方法。针对机电产品的设计开发，建立虚拟样机设计平台，实现产品设计、建模、仿真与评价的一体化，集成多种计算机辅助分析工具，支持多学科协同设计与建模，提高设计与建模工作的效率。针对当前计算机辅助设计工具对概念设计阶段支持的不足，提出了基于专家系统的智能化设计方法，在知识库的基础上，采用参数化设计方法，使得设计过程既直观又突出了人机协作的特点，实现了概念设计的自动化、智能化并保证概念设计阶段的多解性。对于设计方案的优化选择问题，提出了评价与设计一体化的设计方法。采用多级模糊综合评价方法对专家系统产生的的设计结果进行评价，采用层次分析法确定评价模型中的权重，保证评价结果的可靠性和准确性。通过设定不同评价因素的隶属度函数，可以快捷的得到评价结果，辅助设计人员进行设计方案的比较、选择和优化。针对机电系统多学科交叉的特点，提出了分布式协同建模的方法，支持异地建模，提高多学科领域建模的协同性。通过对子模型的封装使其可以进行重用和组装。针对液压系统的建模与仿真，开发了具有自主产权的MEHSIM液压仿真软件，用户可以根据需要添加自己的元件模型，满足不同的特定需求。针对机械动力学分析方面，提出了基于具体的现有建模工具实现自动建模的方法，根据设计结果自动生成建模工具可识别的模型，实现设计与建模的简捷集成，避免繁琐的机械动力学建模过程。针对机电系统的整体性能的优化求解问题，提出了将多学科设计优化响应面模型技术应用于机电系统的优化设计中，建立了多项式响应面模型、RBF网络模型以及Kriging模型来拟合优化目标与设计参数之间的函数关系，并对不同响应面模型的拟合精度进行了对比。针对具有多个局部极值的函数寻优问题，提出了改进的多点旋转矢量法。在原有基本旋转矢量法的基础上，通过增加初始点的多样性，并引入舍弃阈值和保留系数的概念，通过实例的验证，表明提高了全局寻优能力和计算效率，并与遗传算法进行了比较。同时分析了多点旋转矢量法中各参数对求解精度各计算时间的影响作用。针对起升设备的设计，开发了多学科虚拟样机设计平台软件系统。该系统支持多领域的建模和协同仿真，为起竖设备的方案设计和创新设计提供了有力的技术支持。