基于知识仓库的虚拟产品协同开发技术研究

摘要

本文在分析网络环境下产品数字化开发技术的基础上,提出了基于知识仓库的虚拟产品协同开发系统的体系结构,重点研究产品知识模型建立方法、知识仓库技术、虚拟产品开发协同技术和系统集成方法.通过原型系统的开发,验证所提出的虚拟产品协同开发平台功能体系结构的可行性和实用性,目标是对网络环境下产品开发的模式和应用平台进行新的探索.论文的主要研究成果和特色如下:(1)在分析知识仓库(Knowledge Warehouse,KW)的内涵和网络环境下虚拟产品分布式协同开发原理的基础上,提出了面向机械产品设计的知识仓库概念,构建了一种由界面层、框架层、应用层、协议层、网络层和资源层组成的、知识仓库支持下的虚拟产品协同开发平台方案.(2)在分析机械产品知识表示形式的基础上,提出基于语义对象的产品知识表达模型方法,阐述了机械产品知识表达模型的信息构成.(3)通过对机械产品知识仓库的信息内容、功能模块及特点的分析,重点研究了实施知识仓库技术的功能体系结构模型,并对其中的知识源、知识仓库存储体、人机交互界面和知识仓库工具等模块进行了深入阐述.(4)针对我国中小型制造企业的实际情况,以实用性和低成本为原则,通过对虚拟设计环境开发工具的选择分析,提出了以软件环境为重点的、基于VRML-JAVA技术的非沉浸式虚拟环境实施方案.(5)从分析基于VRML-JAVA的机械产品虚拟装配仿真原理入手,论述了虚拟装配过程的位姿关系变换、特性描述和人机交互技术,阐述了虚拟装配过程中基于层次包围盒相交检测的干涉检查方法,研究并开发了基于VRML-JAVA技术的三维减速器虚拟装配原型.(6)在讨论基于Web的系统运作模式的基础上,提出知识仓库支持下基于Web的虚拟产品协同开发方法,论述应用VR技术进行三维协同虚拟设计的原理.(7)提出基于多组件智能体(Component Agent,CA)的系统集成方法,整个系统功能的实现可以采用

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1制造业产品开发面临的变化和新的要求

1.2数字化产品开发技术的研究概况

1.3网络环境下产品开发的关键技术与发展趋势

1.3.1产品建模技术

1.3.2虚拟原型与虚拟产品开发技术

1.3.3产品知识管理技术

1.3.4知识仓库(Knowledge Warehouse，KW)技术

1.3.5网络环境下的分布式协同设计技术

1.3.6基于Web的远程设计技术

1.3.7基于知识的智能化设计技术

1.4论文的课题背景、研究意义与主要研究内容

1.4.1课题背景与研究意义

1.4.2主要研究内容

2基于知识仓库的虚拟产品协同开发原理与体系结构

2.1产品知识仓库的概念与内涵

2.2产品知识仓库的架构层次模型

2.3网络环境下虚拟产品分布式协同开发原理

2.3.1虚拟产品开发的概念

2.3.2虚拟产品分布式协同开发原理

2.3.3虚拟产品分布式协同开发过程分析

2.4知识仓库支持下的虚拟产品协同开发平台构建方案

2.4.1虚拟产品协同开发系统的特点及存在问题

2.4.2知识仓库支持下的虚拟产品协同开发平台构建方案

2.4.3网络环境下虚拟协同设计过程的功能模型

2.5基于知识仓库的虚拟产品协同开发集成平台实施的关键技术

2.5.1机械产品的知识模型及知识仓库技术

2.5.2面向中小型制造企业的虚拟产品开发技术

2.5.3基于VRML-JAVA的机械产品虚拟装配仿真

2.5.4基于Web技术的虚拟产品协同开发方法研究

2.6本章小结

3机械产品知识模型研究

3.1机械产品设计知识的种类与存在形式分析

3.2产品知识表达模型(PKRM)

3.2.1产品模型

3.2.2基于语义对象的产品知识表达模型

3.2.3 EXPRESS向C++映射

3.3基于XML的产品协同设计过程知识的描述方法

3.3.1 XML技术

3.3.2 EXPRESS与XML

3.3.3机械产品协同设计过程知识的XML描述

3.4知识求解模型

3.4.1 UML语言概述

3.4.2机械产品知识求解模型的知识范畴

3.4.3领域知识

3.4.4推理知识

3.4.5任务知识

3.4.6面向机械产品的知识求解模型体系结构

3.5本章小结

4机械产品知识仓库关键技术研究

4.1机械产品知识仓库的信息内容、功能模块与特点

4.1.1机械产品知识仓库的信息内容

4.1.2机械产品知识仓库的功能模块

4.1.3机械产品知识仓库的特点

4.2机械产品知识仓库的构建技术

4.2.1机械产品知识仓库的功能体系结构模型

4.2.2数据仓库技术支持下的知识发现(KDD)

4.3产品知识仓库的知识管理方法与导航机制

4.4本章小结

5面向中小型制造企业的虚拟产品开发技术研究

5.1虚拟产品开发的体系结构

5.2面向中小型制造企业虚拟环境的实施方案

5.2.1建立面向中小型制造企业虚拟设计环境的基本原则

5.2.2虚拟设计环境开发工具的选择分析

5.3面向中小型制造企业的虚拟产品开发技术

5.3.1虚拟现实系统的主要类型

5.3.2基于虚拟原型技术的机械产品开发技术

5.4虚拟产品CAD模型开发实例

5.4.1圆柱齿轮减速箱设计问题描述

5.4.2实例的检索与匹配

5.4.3基于UG/KDA的虚拟产品CAD模型开发实例

5.5本章小结

6基于VRML-JAVA的机械产品虚拟装配仿真研究

6.1基于VRML-JAVA的机械产品虚拟装配仿真原理

6.1.1虚拟装配仿真体系结构

6.1.2三维协同虚拟装配过程

6.2虚拟装配过程仿真

6.2.1虚拟装配中的位姿和运动变换

6.2.2虚拟装配过程特征描述

6.2.3虚拟装配过程控制的程序实现

6.3碰撞检测

6.3.1虚拟装配中实时碰撞检测算法

6.3.2碰撞检测原理

6.4基于VRML-JAVA的三维减速器虚拟装配原型的开发

6.4.1减速箱装配模型分析

6.4.2虚拟装配原型系统的体系结构

6.4.3系统的特点

6.4.4系统的开发

6.5本章小结

7基于Web技术的虚拟产品协同开发方法研究

7.1基于Web的系统运作模式

7.2知识仓库支持下基于Web的虚拟产品协同开发方法

7.2.1工作原理

7.2.2概念设计

7.2.3详细设计

7.3基于Web和VR技术的知识驱动三维协同虚拟设计原理

7.3.1基于Web和VR技术的知识驱动三维协同虚拟设计系统结构

7.3.2知识驱动的三维协同虚拟设计操作过程

7.4基于EV-PDM的虚拟产品协同开发过程的信息集成方法

7.4.1虚拟产品数据管理(VPDM)

7.4.2扩展虚拟产品数据管理(EV-PDM)

7.4.3基于EV-PDM的虚拟产品协同开发过程的信息集成

7.5基于多组件智能体的虚拟产品开发平台的集成方法

7.5.1基于多组件智能体的机械产品协同设计集成系统模型

7.5.2组件智能体模型

7.5.3基于多组件智能体模型的系统协同

7.6基于知识仓库的机械产品设计信息共享方法

7.6.1网络化信息集成模式

7.6.2网络化产品信息共享与交换过程模型

7.6.3应用实例

7.7本章小结

8原型系统开发技术与运行实例

8.1原型系统的功能模块设计

8.2原型系统程序开发中的几项关键技术

8.2.1 UG二次开发中的几个关键技术

8.2.2 Java程序和VRML场景的通信技术

8.3机械产品协同开发平台运行实例

8.3.1 UG平台下的运行实例

8.3.2基于Web的机械产品协同开发集成平台运行实例

8.4本章小结

9结论与展望

9.1主要研究结论

9.2主要创新点

9.3应用前景与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间参与的科研项目

致谢

论文声明