基本信息
- 项目名称：
- 面向ETO产品大批量定制的虚拟设计仿真平台
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 按订单设计的大批量定制产品，具有多样性和个性化特征，逐渐受到人们的追捧和青睐。本作品采用理论研究、算法实现与原型系统检验相结合的研究方法，针对大批量定制的ETO产品，开发了基于PDM和CAD系统的智能设计、多体仿真、优化配置、工艺制造的一体化集成平台，覆盖ETO产品的设计制造过程，实现ETO产品快速设计和开发全过程的数字化。最终缩短产品的开发周期，降低生产成本，提高企业自主创新能力和核心竞争力。
- 详细介绍：
- 本作品主要包括产品变型设计系统、工艺变型设计系统、虚拟仿真测试系统和结构分析系统四个子系统，通过对事物特性表技术的研究，建立了基于事物特性表的产品变型设计模型。并在此理论研究基础上，对CAD软件、仿真软件进行二次开发，通过PDM系统的集成接口将参数智能计算技术、变型设计技术、工艺变型设计技术、虚拟样机技术集成为一个系统平台。 在面向ETO产品的大批量定制时，“开发”是一个创造性的过程，需要企业根据市场预测，确定新产品的工作原理；进行新产品的概念设计；进行标准化、规范化；建立面向大批量定制的产品模型和过程模型。同时，“设计”的主要任务是：根据客户的需求迅速地提供相对正确的报价；利用开发过程中建立的产品模型和过程模型，选用标准零部件，快速设计产品和制造过程。 当接到客户的产品订单时，先从PDM系统实例库中查询，如有相同实例则选择现有零部件进行制造；若没有，则根据订单要求在相似实例的基础上进行智能化计算，并将计算结果返回系统平台，利用计算得出的相关参数驱动事物特性表和CAD模型进行变型设计，进而根据系统设定的工作流程，对变型设计得到的模型进行工艺变型、仿真分析，优化设计结果。最终将新模型导入系统数据库。在虚拟仿真设计过程中，用到的相关数据可以从基础数据库（编码库、主模型库、事物特性表（SML）库、实例库）中获取。此外，该平台是基于PDM软件来实现ETO产品开发过程中数据处理和管理的。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、作品设计、发明的目的：本作品是顺应ETO产品低成本、高效率的需要开发的面向ETO产品大批量定制的创新设计平台，实现ETO产品定制全过程产品信息的数字化、参数化，提高产品开发的效率和质量，实现企业可持续发展。二、基本思路：通过对事物特性表技术的研究，建立基于事物特性表的产品变型设计模型。并在此理论研究基础上，对CAD软件、仿真软件进行二次开发，通过PDM系统的集成接口将变型设计、工艺变型设计、虚拟仿真和结构分析集成为一个系统平台。三、创新点：1提出面向ETO产品大批量定制的智能设计、多体仿真、优化配置、工艺制造一体化集成技术和系统，覆盖ETO产品的设计制造过程，实现ETO产品开发全过程的数字化；2提出基于数据挖掘结果与模糊专家系统规则库融合的离合器知识规则生成技术，实现离合器专家系统知识库的自动更新和完善；3提出基于相似性能参数和相似工艺的多级电动工具工艺检索机制，实现电动工具模具制造过程的自动工艺流程生成。四、技术关键：1基于专家系统的参数智能计算技术；2基于事物特性表的变型设计技术和工艺变型设计技术；3基于ADAMS的虚拟仿真测试和ANSYS的有限元分析技术。五、主要技术指标：1建立支持ETO产品大批量定制的产品数据模型，解决相关关键技术在ETO产品仿真设计中的应用问题；2开发出具有自主知识产权的、支持ETO产品大批量定制的设计仿真系统平台；3通过系统平台的实施和应用，使ETO产品开发周期缩短30%以上，物理样机试验减少40%以上，新产品开发成本降低20%以上。
科学性、先进性
- 1、在基于事物特性表的变型设计中，将机械零部件的装配约束关系转化为事物特性表间的关联关系，保证零件几何形状与装配约束关系一致性。相比于传统方式，提高了产品设计和生产效率，降低了产品废品率，缩短了产品交货周期。 2、引入相似性能参数，量化两个零件工艺之间的相似程度，快速最优地查找当前零件的主工艺模板，同时采用相似工艺多级检索机制，匹配外部主单元、内部主单元、辅助单元的事物特性参数，使得零件工艺规程检索效率大幅提高。 3、利用仿真模型进行模拟试验，能减少“物理样机”试制和试验的轮次，节省开发经费，缩短开发周期；仿真模型的模拟试验，还可用于替代难于进行的危险性试验，或用于模拟事故发生等场合。 4、在对CAD软件和仿真软件二次开发的基础上，通过基于PDM系统的集成接口，将参数智能计算技术、变型设计技术、工艺变型设计技术、虚拟样机技术集成于一体，形成统一的ETO产品设计仿真平台。进行产品的设计和制造，缩短开发周期，节省开发成本。5、作品关键技术已获得软件著作权5项、申请发明专利3项。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月，获得**省第**届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。一、验收意见： 1）、“汽车离合器虚拟设计及模拟测试平台研究开发”，**省科技重大（优先主题）项目。编号：*科验字（2010）1449号。2）、“电动工具数字化设计与制造一体化技术研发与应用”，**省科技重大（优先主题）项目。编号：*科验字（2011）51号。二、软件著作权：1）、2008年11月6日，“离合器虚拟仿真测试平台数据处理与智能设计软件V1.0”，获得国家版权局颁发的计算机软件著作权证书，登记号：2008SR28039。2）、2009年6月20日，“离合器智能参数化设计与虚拟仿真测试系统软件V2.0”，获得国家版权局颁发的计算机软件著作权证书，登记号：2010SR006622。3）、2009年12月8日，“基于事物特性表的电动工具变型设计软件V1.0”，获得国家版权局颁发的计算机软件著作权证书，登记号：2010SR029685。4）、2010年6月20日，“基于事物特性表的电动工具工艺变型设计系统V1.0”，获得国家版权局颁发的计算机软件著作权证书，登记号：2010SR051963。5）、2010年11月17日，“多功能液压起升机械配置设计系统v1.0”，登记号：2011SR023840。三、评测报告：1）、《电动工具数字化设计与制造系统软件》评测报告，**省电子产品检验所评测，报告编号（Report ID）：（2010）电检软字7375号。2）、《汽车离合器虚拟设计、仿真分析、虚拟测试平台软件》，**省电子产品检验所评测，报告编号（Report ID）：（2010）电检软字5531号。3）、《多功能液压起升机械产品配置软件》，**省电子产品检验所评测，报告编号（Report ID）：（2011）电检软字4912号。四、用户报告：1）、****工具制造有限公司用户证明。2）、****汽车动力系统有限公司用户证明。3）、**机械有限公司用户证明。五、科技查新报告：**省科技信息研究院出具的科技查新报告，编号：201133B2101329。
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 知识产权转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、磁盘、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该平台具有较强的通用性和兼容性，可广泛适用于中、小型面向ETO产品订单的企业，达到中小型企业从文本化向数字化、高效化的转变。在为产品建立数据库等模型后，企业只需参考平台的操作说明书，从而实现面向ETO产品的快速设计和生产，同时保存相关设计文档在平台建立的数据库中，供以后设计参考。本作品基于事物特性表等多项关键技术，采用PDM/CAX集成系统，运行稳定可靠，能达到复杂产品快速设计的目的，缩短了产品开发周期，减少了产品开发成本，从而提高了企业竞争力。本平台的使用，可以提升企业自主创新能力、核心竞争力和信息化数据管理能力，使企业在ETO产品开发周期上缩短30%以上，物理样机试验减少40%以上，新产品开发成本降低20%以上。本作品已经应用于****工具制造有限公司的电动工具项目以及****汽车动力系统有限公司的离合器项目，年增收上千万元，直接经济效益和间接经济效益明显。同时，我们不断地将作品推广应用，目前正在“多功能液压起升机械配置设计系统”中试运行。
同类课题研究水平概述
- 关于ETO产品的大批量定制，国内外有很多相关的研究。比如，在国外，Zahed等针对ETO产品的设计过程提出过一个基于Web的框架，利用该框架可以让客户参与到设计过程中并为其提供定制产品。Bozarth等认为ETO产品的大批量定制过程是一种复杂的生产策略，企业为了赢得基于时间的市场竞争,应该采用增加缓冲点的方法来延迟客户对产品的影响。在国内，鲁玉军等曾提出了实现ETO产品大批量定制的开发设计框架，研究了MC环境下ETO产品配置设计的基本原理。张正文等提出将详细计划、生产调度、文档管理和产品跟踪等制造执行系统的功能引入到物流管理中，构建针对ETO产品大批量定制的物流管理信息系统。 基于事物特性表的变型设计技术本质上是一种面向ETO产品族或产品平台的变型设计。目前，这种变型设计方法属于数字化设计领域内较新的研究领域，未见相关文献报道，在国外的一些汽车行业有一定应用。比如，Jeffrey B. Dahmus等人提出了基于共享内部可交换的模块来构建产品族的方法。他的方法是首先开发每个产品的功能结构，在比较了通用和独特的功能结构后，通过规则来确定可能的模块，以此定义可能的结构，而每个结构又通过功能产品矩阵来表示。而我们的基于事物特性表的变型设计技术是以事物特性表为基础，结合ETO产品数据管理技术对产品变型设计过程进行控制，来约束设计人员的随意性，从而实现降低零部件种类的目的，并在CAD/PDM系统支持下，实现ETO产品快速设计。动力学仿真就是利用建模、仿真、优化等技术，考虑研究对象在实际载荷情况及实际的边界约束条件下，对其进行动态响应分析，并与设计指标相对比，进行灵敏度分析和动力修改，直到满足设计指标为止。随着技术的不断发展，ETO产品的设计向着快速响应、提高效率、增加可靠性等方向发展，因此，为了使ETO产品安全可靠地工作，其结构系统必须具有良好的静、动态特性。这些都需要通过对ETO产品关键零部件在投入生产之前进行相应的虚拟校核和分析，才能确保工作可靠。
