復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生的多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)研究

閆雪鋒，趙 楠

(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222)

復(fù)雜產(chǎn)品是具有高效率、高精度、極限功能且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類產(chǎn)品，如汽車、飛機(jī)、高端機(jī)床和武器裝備等[1]。復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)已從基于文本信息的離散化、階段性、協(xié)同優(yōu)化模式發(fā)展到虛實(shí)信息同步融合“所看即所得”的形式。傳統(tǒng)的產(chǎn)品物理與信息系統(tǒng)分離設(shè)計(jì)，側(cè)重產(chǎn)品信息表達(dá)的數(shù)字樣機(jī)(digital muck-up, DMU)，無法精確地描述真實(shí)物理產(chǎn)品，難以在產(chǎn)品全生命周期(product life management, PLM)不同階段、不同層次以及不同學(xué)科進(jìn)行多粒度協(xié)同數(shù)據(jù)交換和信息共享，不能實(shí)現(xiàn)虛擬空間與物理空間的交互融合有效地設(shè)計(jì)與開發(fā)工程產(chǎn)品。為此，國內(nèi)外研究人員借鑒數(shù)字孿生(digital twin, DT)技術(shù)對物理實(shí)體的特征、行為、功能、形成過程以及性能等數(shù)字化描述、建模過程和建模方法進(jìn)行了深入研究[1]，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足。莊存波等[2]基于數(shù)字孿生體的產(chǎn)生背景，提出了DT的概念和體系結(jié)構(gòu)，從理論上給出了數(shù)字孿生體在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造以及服務(wù)等階段的實(shí)現(xiàn)途徑，但沒有給出具體的工程應(yīng)用。陶飛等[3]從多物理、多尺度、多學(xué)科屬性角度，定義了數(shù)字孿生的五維結(jié)構(gòu)模型，提出數(shù)字孿生驅(qū)動的應(yīng)用準(zhǔn)則以及實(shí)施過程的關(guān)鍵技術(shù)，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中不同學(xué)科、不同階段的多維信息在PLM的信息融合仍需要人工完成。張鵬等[4]基于已有研究成果，引入DT技術(shù)和發(fā)明問題解決(TRIZ)理論，分析復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)及其物理實(shí)體對象的特征、行為、形成過程和性能，提取設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)參數(shù)和失效參數(shù)并融合數(shù)字孿生模型與TRIZ理論，支持復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)PLM信息交互。于勇等[5]針對產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)中各種活動的優(yōu)化決策問題，提出數(shù)字孿生環(huán)境下計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(computer aided process planning, CAPP)的體系框架，并研究實(shí)時工藝決策和工藝知識挖掘的技術(shù)路線，但只分析了產(chǎn)品工藝信息在數(shù)字孿生中的應(yīng)用，難以實(shí)現(xiàn)PLM多維信息的融合設(shè)計(jì)。

盡管上述方法為基于DT的產(chǎn)品設(shè)計(jì)做了有益探索，但物理模型(physical model, PM)和數(shù)字模型(digital model, DM)之間的信息融通仍存在以下不足：1)產(chǎn)品PM與DM的數(shù)據(jù)交換和信息傳遞以及共享中，產(chǎn)品PLM不同學(xué)科、不同階段的多維異構(gòu)信息無法在系統(tǒng)層普適性表達(dá)，數(shù)字孿生體的可擴(kuò)展性較差；2)數(shù)字孿生PLM的物理域和信息域之間數(shù)據(jù)交互缺乏聯(lián)動機(jī)制，不能滿足復(fù)雜產(chǎn)品DT多維信息快速驅(qū)動的需求。

本文融合DT理論、元模型理論、面向?qū)ο蠹夹g(shù)及基于模型設(shè)計(jì)(model based design, MBD)方法，并基于STEP標(biāo)準(zhǔn)和元對象機(jī)制(meta-model facility, MOF)建立模型轉(zhuǎn)換機(jī)制，搭建基于元模型實(shí)現(xiàn)架構(gòu)與EXPRESS描述機(jī)制的MBD模型，利用Pycharm開發(fā)環(huán)境，搭建復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生(digital twin of complex product, DTCP)多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)平臺。最后實(shí)現(xiàn)了某車輛液力變矩器的DT多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

1 復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生

1.1 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生是以構(gòu)建物理實(shí)體的數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，以借助數(shù)據(jù)模擬物理實(shí)體在工程環(huán)境中的行為為目標(biāo)，通過虛實(shí)交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，擴(kuò)展物理實(shí)體的功能和性能。

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對DTCP的建模、信息交互及信息融合等領(lǐng)域開展了相關(guān)研究。其中，在DT的建模方面，已有的研究成果主要集中在建?？蚣芤约敖Ａ鞒痰拿枋?；在PLM信息交互方面，基于云體系的DTCP知識管理[6]、多目標(biāo)動態(tài)實(shí)施優(yōu)化的信息驅(qū)動技術(shù)[7]以及基于參數(shù)靈敏度分析的模型信息更新技術(shù)[8]等已取得一定進(jìn)展，這些輔助技術(shù)將有助于DTCP數(shù)據(jù)的傳遞、模型對象的變更、行為約束的構(gòu)建以及信息關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立。

1.2 復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生的多維信息統(tǒng)一建模

在信息優(yōu)化融合方面，多領(lǐng)域統(tǒng)一建模語言描述DT系統(tǒng)的建模方法[6]、基于大數(shù)據(jù)的產(chǎn)品優(yōu)化技術(shù)與DT信息協(xié)同技術(shù)等[8-9]支持DT頂層優(yōu)化建模及工程應(yīng)用。

2 元模型建模理論

2.1 元模型建模思想

元模型(meta modeling, MM)是對模型的模型描述的理論，是對數(shù)據(jù)模型的概念及其相互之間關(guān)系和約束的語義描述，可以對模型中各層次對象、屬性、關(guān)系以及約束等概念的關(guān)系進(jìn)行邏輯表達(dá)，是模型知識表達(dá)概念及概念之間關(guān)系的集合[10]。由于元模型表達(dá)的信息主體具有良好的規(guī)約性，使得DT的異構(gòu)信息具有良好的互操作性[11]。元模型描述的模型本質(zhì)上是對構(gòu)成模型的信息根據(jù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的屬性按照一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系和約束規(guī)則有機(jī)組合的信息集合。這種信息描述具有良好的平臺獨(dú)立性、信息表達(dá)的一致性以及可移植性，支持DT的全域信息統(tǒng)一描述和數(shù)據(jù)交互的需求。

2.2 復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生的元建模設(shè)計(jì)

復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生是物理實(shí)體的工作進(jìn)程和運(yùn)行狀態(tài)在虛擬空間全要素重建及數(shù)字化映射的過程，該過程集成的多物理、多尺度、超寫實(shí)、動態(tài)概率仿真模型，用于模擬、監(jiān)控、診斷以及控制復(fù)雜產(chǎn)品物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)工程中的形成過程、狀態(tài)和行為。DTCP主要包括DM、PM以及信息關(guān)聯(lián)模型3部分，基于模型的系統(tǒng)工程(model based system engineering，MBSE)的“V型”設(shè)計(jì)開發(fā)模式，構(gòu)建MBD的數(shù)字孿生體系，并融合元建模思想規(guī)約化描述DT的生態(tài)模型，是支撐DT在PLM不同階段、不同層次以及不同學(xué)科多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，本質(zhì)上是將DT的3個子系統(tǒng)模型在元模型層普適性地描述，一方面可以實(shí)現(xiàn)DT信息在系統(tǒng)頂層交互，另一方面根據(jù)DTCP設(shè)計(jì)開發(fā)需求實(shí)例化映射學(xué)科模型，并獲取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息支持DT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析。

2.3 數(shù)字孿生統(tǒng)一描述模型及其實(shí)現(xiàn)

數(shù)字孿生的多維信息是涵蓋產(chǎn)品PLM多學(xué)科、多粒度以及多階段的跨物理空間和時間空間的信息集合，多維信息之間難以直接關(guān)聯(lián)，需要在更高的系統(tǒng)層次關(guān)聯(lián)DT的物理域、信息域和連接域。元模型建模屬于一種規(guī)約型模型建模方法，建模元素包含PLM的多維信息，支持DT普適性模型的描述，可以將多維信息無縫關(guān)聯(lián)，具有良好的“中央樞紐”作用，并映射得到DT不同維度的分析模型，進(jìn)而獲取產(chǎn)品全域信息。本質(zhì)上，是高層次抽象信息向低層次具體信息的實(shí)例化映射過程，支持PLM中DT的信息交互及共享。

數(shù)字孿生的高層次信息是元模型表達(dá)的信息集，無法直接得到工程分析模型，通過數(shù)字孿生的元模型(meta model of digital twin, MMDT)映射工程分析模型(analysis model of engineering, AME)可以很好地解決以上問題。MMDT是對DT的抽象描述，具有良好的普適性和規(guī)約性，AME是各學(xué)科模型和全域?qū)W科模型的統(tǒng)稱，通過預(yù)定義的映射機(jī)制建立DT統(tǒng)一描述模型，進(jìn)而獲取學(xué)科模型及其PLM各節(jié)點(diǎn)信息。根據(jù)DT信息驅(qū)動狀態(tài)將多維信息分為靜態(tài)和動態(tài)兩類信息，由五類組元抽象描述MMDT的描述模型，即MMDT={<對象> <屬性> <約束> <關(guān)系> <方法>}。

對象的定義<對象>::=<產(chǎn)品>|<部件>|<零件>|<文檔>|<特征>|<功能>|<行為>，對象是實(shí)體的客觀描述，是搭建DT統(tǒng)一描述模型的主體，具有唯一的信息標(biāo)識。這些組元是由不同粒度的對象及其內(nèi)容組成的集合，由五類組元描述的DT信息空間具有良好的完備性，包括不同粒度的產(chǎn)品、功能、特征以及行為等，滿足DT物理域和信息域的工程描述。

屬性的定義<屬性>::=<需求屬性>|<功能屬性>|<結(jié)構(gòu)屬性>，其所包含的3類屬性描述DT對象的性質(zhì)或特征，對象與對應(yīng)的“屬性”共同表達(dá)DT數(shù)據(jù)模型。

約束的定義<約束>::=<幾何約束>|<功能約束>|<結(jié)構(gòu)約束>|<裝配約束>，其包含的 4類約束用于描述不同對象參數(shù)的限制，各類約束限制對應(yīng)的屬性。

關(guān)系的定義<關(guān)系>::=<對象關(guān)系>|<語義關(guān)系>，這兩類關(guān)系用于描述PM和DM的對象及其各層次對象之間的語義關(guān)系。

方法的定義<方法>::=<獲取>|<更改>|<增加>|<刪除>|<引用>|<聚合>|<函數(shù)>|<提取>，這八類方法用于實(shí)現(xiàn)MMDT信息轉(zhuǎn)換的操作。

基于上述分析，根據(jù)元模型不同層次之間信息轉(zhuǎn)換機(jī)理，構(gòu)建DT的設(shè)計(jì)元模型，基于EXPRESS-G形式化表達(dá)各組元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，搭建DTCP統(tǒng)一描述模型，如圖1所示。

圖1 復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生統(tǒng)一描述模型

由于篇幅所限，圖1僅給出DT統(tǒng)一描述模型的關(guān)鍵組元，工程應(yīng)用的統(tǒng)一描述模型可在此基礎(chǔ)上拓展并實(shí)例化構(gòu)建產(chǎn)品的具體學(xué)科模型，支持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析。

數(shù)字孿生統(tǒng)一描述模型實(shí)例化映射，本質(zhì)上是各組元節(jié)點(diǎn)自動映射獲取并鏈接工程數(shù)據(jù)以便構(gòu)建數(shù)字孿生MBD模型的過程，該過程強(qiáng)調(diào)各組元節(jié)點(diǎn)信息與關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)模型信息之間的語義一致性，進(jìn)而保證描述DT信息具有良好的統(tǒng)一性和融合性。

復(fù)雜產(chǎn)品DT構(gòu)建過程復(fù)雜，一旦構(gòu)建完成，可以重復(fù)實(shí)例化映射DT的仿真模型、優(yōu)化模型、工藝模型以及物流模型，實(shí)現(xiàn)DT模型信息共享和模型重用；也可以采集產(chǎn)品PM的數(shù)據(jù)，并根據(jù)DT統(tǒng)一描述模型的語義管理機(jī)制進(jìn)行信息驅(qū)動，聯(lián)動DT統(tǒng)一描述模型實(shí)例化映射得到的CAX模型，進(jìn)而CAX模型分析結(jié)果聯(lián)動PM，這種DT閉環(huán)回饋機(jī)制可以有效支持PLM虛實(shí)同步設(shè)計(jì)開發(fā)。

3 數(shù)字孿生的多維信息融合

3.1 數(shù)字孿生的融合設(shè)計(jì)

數(shù)字孿生的多維信息融合是實(shí)現(xiàn)PM與DM之間知識交互的關(guān)鍵，本文主要圍繞二者內(nèi)部數(shù)據(jù)及其相互之間數(shù)據(jù)交換和信息共享與互操作開展研究，其中PM的信息獲取及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程交換機(jī)制是建立PM與DM關(guān)聯(lián)體系的基礎(chǔ)，依靠數(shù)據(jù)傳感完成各類數(shù)據(jù)的獲取，并將PM的多維數(shù)據(jù)接入到DT的統(tǒng)一描述模型，關(guān)聯(lián)驅(qū)動工程實(shí)例化數(shù)據(jù)模型，采集PM的數(shù)據(jù)，并聯(lián)動DT統(tǒng)一描述模型的學(xué)科模型；DM內(nèi)部信息的融合是DT多維信息之間的數(shù)據(jù)交換和信息共享，所構(gòu)建的DT統(tǒng)一描述模型根據(jù)工程需求實(shí)例化映射學(xué)科模型，驅(qū)動工程信息實(shí)現(xiàn)DM與PM之間信息的回饋。二者在DT實(shí)例化應(yīng)用層通過傳感數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)，保證學(xué)科模型驅(qū)動關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)交換及信息共享。這種DT頂層規(guī)約化設(shè)計(jì)為工程應(yīng)用提供系統(tǒng)體系支撐，進(jìn)一步完善PM與DM之間信息的交互及共享，更好地支持DT的多維信息融合設(shè)計(jì)。目前，基于DT統(tǒng)一描述模型的PM與DM之間多維信息融合設(shè)計(jì)研究成為DTCP研究及工程應(yīng)用的關(guān)鍵。

數(shù)字孿生多維信息統(tǒng)一描述體系為PM與DM之間信息關(guān)聯(lián)和驅(qū)動提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)制，定義信息關(guān)聯(lián)和驅(qū)動機(jī)制為：

規(guī)約1為定義DT統(tǒng)一描述模型各組元及其關(guān)聯(lián)函數(shù)，關(guān)聯(lián)函數(shù)根據(jù)工程需求可以自定義。

規(guī)約2為數(shù)字孿生統(tǒng)一描述模型嵌入到由Pycharm搭建的工程軟件環(huán)境，根據(jù)工程實(shí)例自定義統(tǒng)一描述模型的元模型向?qū)W科模型映射的函數(shù)，實(shí)例化映射函數(shù)用于關(guān)聯(lián)元模型各組元，并調(diào)用模型庫信息進(jìn)而聯(lián)動學(xué)科模型，映射函數(shù)是根據(jù)工程需求自定義的函數(shù)。

規(guī)約3為利用Pycharm庫函數(shù)定義DT統(tǒng)一模型與學(xué)科模型之間的實(shí)例化映射機(jī)制，可擴(kuò)展到本研究DTCP規(guī)約模型向工程學(xué)科模型實(shí)例化映射所涉及的UG軟件、SQL Sever數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用工具。

上述規(guī)約支持DTCP的頂層信息設(shè)計(jì)，可以實(shí)例化映射到學(xué)科模型，為PM與DM之間數(shù)據(jù)交換和信息共享及其交互提供方法和體系支撐；在學(xué)科模型層，以Pycharm軟件PyQt5模塊的Designer工具鏈接CAD/CAE工具以及STEP編譯工具，完成異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一輸出，使得PM與DM之間的信息實(shí)時交互，并與分析模型、制造模型、工藝模型以及服務(wù)模型等信息同步，滿足工程應(yīng)用需求。針對DT元模型層與工程實(shí)例層之間多維信息統(tǒng)一融合，提出DTCP多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)解決方案，圖2為數(shù)字孿生多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)流程。

圖2 數(shù)字孿生多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)流程

3.2 數(shù)字孿生的多維信息融合實(shí)現(xiàn)

復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生的多維信息融合是頂層描述信息與低層應(yīng)用之間交互映射的過程，支持PLM物理信息與DM之間全域信息融合。DT多維信息統(tǒng)一描述為PM和DM之間信息融合提供信息表達(dá)基礎(chǔ)，利用DTCP元模型層向?qū)嵗龑佑成涞臋C(jī)制，可以完整地獲取DT的學(xué)科模型，支持多域工程應(yīng)用與分析；在DTCP的模型層，數(shù)字傳感器采集物理信息并輸入到實(shí)例化映射的數(shù)字模型，進(jìn)而獲取產(chǎn)品多域的設(shè)計(jì)模型、分析模型以及工藝模型；相應(yīng)地，DT統(tǒng)一描述模型在產(chǎn)品全域?qū)嵗成浍@取各節(jié)點(diǎn)信息，包括控制、回饋、設(shè)計(jì)以及仿真分析等信息。其中DT的多域分析模型包括產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)信息、網(wǎng)格信息、材料屬性、約束信息、邊界信息、節(jié)點(diǎn)信息以及彈性模量等；DT的設(shè)計(jì)模型包括產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)信息、關(guān)系屬性、材料屬性、密度信息以及精度信息等；DT的工藝模型包括產(chǎn)品的幾何信息、功能信息、性能信息、工藝信息以及加工信息等；DT的制造模型包括產(chǎn)品的幾何信息、結(jié)構(gòu)信息、工藝信息、加工信息、材料信息以及關(guān)系信息等；DT的服務(wù)模型包括裝配信息、約束信息、結(jié)構(gòu)信息以及需求信息等。這些多域信息模型聯(lián)動產(chǎn)品全域各節(jié)點(diǎn)信息，提高了信息交互的準(zhǔn)確度,減少了交互時間，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)效率和質(zhì)量。

上述DTCP的多維統(tǒng)一描述模型實(shí)例化映射的全域?qū)W科模型，支持產(chǎn)品在PLM工程應(yīng)用，同時與全域各節(jié)點(diǎn)信息交互，實(shí)現(xiàn)PM與DM之間的信息獲取、信息控制以及信息回饋等功能，進(jìn)而高效聯(lián)動多域信息模型，更好更快地支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)。圖3為復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生多維信息融合方法。

圖3 復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生多維信息融合

本文基于元模型建模理論融合STEP標(biāo)準(zhǔn)搭建DT的信息融合機(jī)制，在Pycharm體系框架下利用PyQt5模塊構(gòu)建基于元模型理論的DT統(tǒng)一描述模型，進(jìn)而構(gòu)建EXPRESS與Python融合的DT多維信息融合平臺。

4 實(shí)例

本文以某車輛自動變速器關(guān)鍵部件——液力變矩器的DT多維信息融合設(shè)計(jì)為例，基于元模型建模理論和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，構(gòu)建基于EXPRESS的DT信息統(tǒng)一融合機(jī)制，利用Pycharm開發(fā)環(huán)境及PyQt5模塊開發(fā)基于SQL數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)平臺。

液力變矩器的DT設(shè)計(jì)模型統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)平臺及其模型調(diào)用程序，DT設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)平臺包含6個模塊，即DTCP多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)平臺、液力變矩器信息模型、液力變矩器PM、液力變矩器DT實(shí)例化映射模型、液力變矩器DT統(tǒng)一描述模型以及導(dǎo)入運(yùn)動仿真模型。其中，液力變矩器信息模型與液力變矩器PM構(gòu)成液力變矩器的數(shù)字化設(shè)計(jì)模型，包括導(dǎo)輪、渦輪、泵輪以及外殼等設(shè)計(jì)參數(shù)，用于描述液力變矩器統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間配合性質(zhì)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系等，同時采集液力變矩器物理樣機(jī)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如渦輪、泵輪以及導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速、進(jìn)油口和出油口油液流量以及輸出軸的轉(zhuǎn)矩等信息。網(wǎng)絡(luò)通訊接口將物理信息輸入到DM，DM以統(tǒng)一的STEP數(shù)據(jù)格式表達(dá)，并編譯成中性文件，具有良好的通用性和可移植性，構(gòu)建基于Python的DTCP多維信息統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)平臺，實(shí)現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)的傳遞和信息交互。圖4左側(cè)利用虛線框內(nèi)的數(shù)據(jù)調(diào)用代碼建立液力變矩器DT統(tǒng)一描述模型應(yīng)用體系，結(jié)合圖形界面中實(shí)例化映射模型可以獲取各學(xué)科模型、液力變矩器DT信息網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點(diǎn)的工程數(shù)據(jù)?；谝簤鹤兙仄鹘y(tǒng)一數(shù)據(jù)模型分別實(shí)例化映射獲取液力變矩器的運(yùn)動仿真模型和基于有限元的優(yōu)化分析模型，搭建液力變矩器設(shè)計(jì)模型各組元與PM之間數(shù)據(jù)傳遞及信息交互與共享機(jī)制，并通過調(diào)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)例化映射得到的液力變矩器DM與其PM之間的信息聯(lián)動，類似地可以得到液力變矩器優(yōu)化分析模型與PM之間的信息聯(lián)動，如圖4，5所示。由于篇幅所限，DT的工藝信息模型以及制造信息模型等不再一一列出。通過導(dǎo)入液力變矩器DT的設(shè)計(jì)模型得到其運(yùn)動仿真模型，運(yùn)動仿真約束條件是車輛速度分別為怠速和高速兩種工況，液力變矩器的導(dǎo)輪、泵輪、渦輪、輸入軸以及輸出軸運(yùn)轉(zhuǎn)良好，無運(yùn)動干涉。

圖4 液力變矩器數(shù)字孿生的設(shè)計(jì)模型

圖5 液力變矩器數(shù)字孿生的分析模型

圖5為液力變矩器DT的關(guān)鍵部件導(dǎo)輪的優(yōu)化分析模型，通過對導(dǎo)入部件的設(shè)計(jì)模型優(yōu)化分析，得到優(yōu)化分析模型的結(jié)果顯示：在車輛處于怠速、中速以及高速工況下，導(dǎo)輪控制由渦輪中心回流到泵輪中間的油液所產(chǎn)生作用于導(dǎo)輪葉片的推力，改變液力變矩器PM輸入軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、輸出軸的阻力矩以及載荷沖擊數(shù)值，進(jìn)行多次有限元模擬分析，并修正設(shè)計(jì)模型參數(shù)，得到液力變矩器導(dǎo)輪的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)最優(yōu)值，并顯示在右下方。

5 結(jié)束語

本文針對復(fù)雜產(chǎn)品一體化設(shè)計(jì)，通過元模型建模理論、STEP標(biāo)準(zhǔn)、MBD方法、數(shù)字孿生技術(shù)以及智能開發(fā)環(huán)境，搭建了復(fù)雜產(chǎn)品多維信息統(tǒng)一描述、獲取、映射以及仿真分析的一體化設(shè)計(jì)研發(fā)平臺，驗(yàn)證了基于元模型建模理論協(xié)同EXPRESS和MBD方法，規(guī)約化表達(dá)復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生，并融合Pycharm環(huán)境搭建一體化設(shè)計(jì)研發(fā)平臺的正確性和可行性，為復(fù)雜產(chǎn)品更好更快設(shè)計(jì)、研發(fā)提供了一定的技術(shù)支持。但是，若使復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)真正具備自上而下且基于MBD的數(shù)據(jù)傳遞和信息交互，還面臨很多困難，需要對多維信息的規(guī)約化表達(dá)機(jī)制及其工程應(yīng)用進(jìn)行深入研究。