[发明专利]一种基于模型系统工程的机械产品零部件设计方法及工业软件

说明书

本发明提出了一种基于模型系统工程的机械产品零部件设计方法及工业软件，基于模型系统工程在系统匹配仿真确定零件设计参数后，基于从零件设计参数生成设计域模型的准则，自动生产零件的设计域，基于设计域的拓扑优化设计与加工工艺要求确定零件几何结构模型，基于试验验证改进所形成的几何结构模型。结合了机械系统匹配仿真设计与机械结构拓扑优化设计，形成完全正向的机械系统设计体系，帮助实现工业产品的智慧研发与智慧创造。

技术领域

本发明涉及机械产品设计技术领域，具体为一种基于模型系统工程的机械产品零部件设计方法及工业软件。

背景技术

工业软件，顾名思义，指的是工业范畴使用的软件，不同于我们所理解的常规软件，工业软件是工业规律的总结，是数百年工业发展中工业知识和技术积累总和的代码表现形式。工业软件是最高等级的工业产品，现阶段所有复杂的工业制造品，包括飞机、航空发动机、卫星、火箭、机器人、火车、轮船以及芯片等工业产品都是以工业软件为基础设计制造出来的。完备的工业软件体系是中国创造和中国制造的基础。

绝大多数工业产品是以机械系统为基础，集成电力电子、液压、热流、控制而成，机械系统是产品设计的基础。

现有的工业软件体系使得原来只能通过逆向工程仿制的产品开发流程变为从科学原理正向研发的流程进行转变。在科学原理正向研发的流程中，仍然存在以下缺陷：

从零件的几何模型设计、零件的有限元仿真、零件的试验验证与改进设计中，零件的几何模型设计实际上仍然是一个逆向设计的过程：零件的几何模型设计时需要有经验的工程师对结构进行设计，工程师设计这些几何模型时，实际上是以他们以前所经历的各种设计总结的结果为参考，然后基于设计要求进行的模型设计；所以其设计实际上并不是基于力学等物理知识进行的正向设计，仍然是一种逆向设计过程，因此其设计往往也不是最优；

基于这个方法的设计需要多次迭代才能达到一个相对较优的设计结果，是一个非常耗费时间的过程，降低了整个设计流程的效率：由于整机是由很多个零件集成而成，复杂机械系统中的零件数量非常庞大，大量零件数据的管理是一个非常复杂且耗时的过程；更由于各个部件多次循环改进设计而形成不同版本，使得整体管理更加耗时；通常情况下一个产品的开发过程，零部件的设计与验证确认耗费着最大的时间成本；

由于需要自动的参与与工程师经验的差异，不同工程师设计出来的零部件具有明显的形式、可靠性、良好工艺性方面差异，这些差异会降低整机产品设计、制造的可控性，降低整机产品的匹配性能。

发明内容

针对背景技术中指出的问题，本发明提出一种基于模型系统工程的机械产品零部件设计方法及工业软件。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于模型系统工程的机械产品零部件设计方法，其特征在于，基于模型系统工程在系统匹配仿真确定零件设计参数后，基于从零件设计参数生成设计域模型的准则，自动生产零件的设计域，基于设计域的拓扑优化设计与加工工艺要求确定零件几何结构模型，基于试验验证改进所形成的几何结构模型。

进一步地，基于模型系统工程包括产品设计流程和产品试验验证流程，所述产品设计流程和所述产品试验验证流程之间相互循环反馈。

进一步地，所述产品设计流程包括以下步骤：

步骤11，通过功能分析法确定系统组成，输出系统组成；

步骤12，根据系统组成，建立系统匹配仿真设计模型与子系统仿真设计模型，基于系统或子系统仿真设计模型，输出零件结构的设计参数；

步骤13，基于零件结构的设计参数建立零件结构设计域模型；

步骤14，基于零件结构设计域模型，进行网格划分，形成网格模型；

步骤15，基于网格模型进行拓扑优化的结构设计与加工工艺要求确定各零件的结构设计模型。