基于MBSE的调节阀系统快速设计方法研究

摘要

复杂产品设计过程中，为了缩短产品开发周期，减少产品开发成本，提高产品的质量和服务水平，满足用户的多样性需求，需要寻求复杂产品的顶层设计方法。近年来，基于模型的系统工程(Model Based System Engineering, MBSE)日益受到学术界和工业界广泛关注，它能够为复杂产品的研制提供一个模型（而非文档）驱动的系统工程工作环境。在MBSE环境中，如何实现复杂产品的快速设计对于提高企业需求响应速度，提升产品设计效率具有十分重要的意义。
　　本文以调节阀作为研究对象，从用户需求出发，研究基于MBSE的调节阀快速设计流程与方法。首先，使用SysML语言在Rhapsody中建立了用于描述调节阀系统的功能流、时序关系等模型，然后进行了调节阀的功能建模及功能分解，并重点研究了功能模型与可变结构模型之间的映射机制，完成了调节阀的顶层设计。在此基础上，进行了调节阀快速选型方法，参数化快速设计过程业务建模，以及全生命周期的调节阀设计数据的集成和应用等方面的研究。初步形成了调节阀快速设计系统。
　　论文的主要研究工作包括：
　　1.详细论述了基于MBSE的调节阀系统的研制过程，给出了调节阀基于系统工程的详细设计模型。提出了调节阀多色集合功能-可变结构映射机制(PST based Function Variable Structure Mapping Mechanism, PFVSmm)，形成调节阀设计参数集。根据参数集和企业公式库设计出来的产品，初步形成了企业设计资源库。
　　2.提出了基于产品族配置模型的调节阀选型方法，并进行了积取布尔运算的调节阀选型实例研究，方便阀门企业快速配置出满足用户需求的定型产品。
　　3.为了提升企业设计资源库中知识的重用水平，研究了基于参数化技术的调节阀快速设计过程业务建模，建立调节阀零部件快速建模过程业务模型。实现了基于 Visual Basic和Solid Edge的调节阀参数化设计系统。
　　4.研究了调节阀系统需求在PLM的集成与应用，形成企业级产品需求结构树。包括需求的解析与建立，创建浏览跟踪链接。并进行了企业设计资源库的分类整理，形成基于PLM的调节阀零件分类库。
　　本文所提出的调节阀快速设计方法，对于提高阀门企业设计效率具有十分重要的意义。虽然论文研究对象为调节阀，但所使用方法具有一定的通用性和适应性，对于其他复杂产品设计具有借鉴意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究背景、目的及意义

1.3 课题的国内外研究现状

1.4 课题来源及任务分析

1.5 论文的组织架构及主要创新点

1.6 本章小结

第2章 基于MBSE的调节阀系统顶层设计建模

2.1 引言

2.2 基于MBSE的系统工程设计流程

2.3 机械产品快速设计过程建模

2.4 调节阀系统对象模型

2.5 本章小结

第3章 基于产品族配置模型的调节阀选型方法研究

3.1 引言

3.2 调节阀的选型技术

3.3 基于多色集合产品族配置模型的调节阀选型方法

3.4 本章小结

第4章 基于参数化技术的调节阀快速设计过程业务建模

4.1 引言

4.2 零部件快速设计过程业务模型的建立

4.3 调节阀3D模型建立

4.4 调节阀参数化设计研究

4.5 本章小结

第5章 基于PLM的参数化调节阀快速设计系统实现与集成

5.1 引言

5.2 参数化系统的总体设计与功能实现

5.3 基于PLM的调节阀系统集成管理

5.4 PLM功能模型的管理

5.5 PLM系统中调节阀的分类库管理

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目