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华中科大学陈立平教授——学习MWORKS必备专业书籍《工程物理系统建模理论与方法》

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如需了解与MWORKS平台相关的基础理论,可参考以下三本已出版的书籍:

《Modelica语言导论》主要围绕技术物理系统建模与仿真介绍Modelica,覆盖建模与仿真基本概念以及面向对象和基于组件的建模基础;

《工程物理系统建模理论与方法》系统介绍Modelica知识自动化技术体系以及MWORKS编译求解底层原理方法,并介绍了重点领域工程实践应用;

《多领域物理统一建模语言Modelica与MWORKS系统建模》汇聚MWORKS十多年的研发经验,全面讲解Modelica基本语法和建模工具应用方法。



这三本书皆力求严谨全面,并强调实践操作,可作为Modelica语言和MWORKS平台的教学参考书,也可供相关高校师生或科研工程人员参考。



国家出版基金项目,近百位高校、业内很好专家倾力打造。



●第1章 绪论

1.1 数字化设计概述

1.2 计算机科学技术的发展对设计技术的影响

1.3 人工智能与数字化设计技术创新

1.4 功能建模技术综述

1.5 工程物理系统数字化设计的创新发展

1.5.1 工程物理系统多领域统一建模方法

1.5.2 Modelica语言的发展、工程应用与相关工具

1.5.3 多领域统一模型的编译映射技术

1.5.4 多领域物理系统仿真求解技术

1.6 研究意义

第2章 工程物理系统多领域统一建模与Modelica

2.1 概述

2.2 工程系统物理建模

2.2.1 物理组件的行为与结构

2.2.2 面向对象建模

2.2.3 多领域统一建模

2.2.4 陈述式非因果建模

2.2.5 连续-离散混合建模

2.3 物理系统多领域统一建模原理

2.3.1 键合图与线性图

2.3.2 多领域统一建模原理

2.3.3 多领域建模语言与工具

2.4 面向对象的统一物理建模语言Modelica

2.4.1 面向对象建模支持

2.4.2 多领域统一建模支持

2.4.3 陈述式非因果建模支持

2.4.4 连续-离散混合建模支持

2.5 Modelica模型的编译与求解

2.6 小结

第3章 陈述式仿真模型的相容性分析

3.1 引言

3.2 方程系统表示图及相关概念

3.2.1 图论基本概念

3.2.2 结构关联矩阵

3.2.3 结构关联矩阵的二部图表示

3.3 仿真模型的相容性判定

3.4 奇异组件的识别

3.5 过约束问题分析策略

3.5.1 过约束度为1的过约束问题

3.5.2 过约束度大于1的过约束问题

3.6 欠约束问题分析策略

3.6.1 剔除变量

3.6.2 补充方程

3.7 复合组件引起的奇异问题

3.8 小结

第4章 陈述式仿真模型的约简策略研究

4.1 引言

4.2 方程表达式的规范转换

4.2.1 转换规则

4.2.2 方程的二叉树表示

4.2.3 规范转换过程

4.3 方程系统的规模分解

4.3.1 剥离策略

4.3.2 凝聚策略

4.3.3 归并策略

4.3.4 拓扑排序

4.4 强耦合方程子集约简策略

4.4.1 剥离代数变量

4.4.2 撕裂代数环

4.5 内嵌积分

4.5.1 内嵌积分的基本思想

4.5.2 DAE系统的离散化策略

4.5.3 DAE系统的内嵌积分

4.6 小结

第5章 DAE模型的指标分析与相容初始化

5.1 引言

5.2 高指标问题及相关概念

5.2.1 高指标问题

5.2.2 结构奇异方程子集

5.2.3 指标约简

5.3 现有指标约简方法

5.3.1 Gear方法

5.3.2 Pantelides方法

5.3.3 哑导方法

5.3.4 现有方法的不足

5.4 基于加权二部图的指标约简

5.4.1 广义ODE系统

5.4.2 加权二部图及其特性

5.4.3 基于加权二部图的指标约简

5.4.4 指标约简实例

5.4.5 基于二叉树的符号微分

5.4.6 哑导的选取

5.4.7 与现有指标约简方法的比较

5.5 复杂DAE系统的指标分析

5.6 Modelica模型的相容初始化

5.7 小结

第6章 基于Modelica的多体系统建模方法

6.1 概述

6.2 基于广义基尔霍夫定律的多体动力学

6.2.1 多体动力学基本概念

6.2.2 位置、姿态与坐标变换

6.2.3 空间自由刚体牛顿-欧拉运动方程

6.2.4 基于广义基尔霍夫定律的多体动力学

6.3 Modelica标准多体库

6.3.1 标准多体库概述

6.3.2 端口标架与姿态表示

6.3.3 多体库结构与主要元素

6.4 相容性冗余约束与超定连接机制

6.4.1 多体系统冗余约束

6.4.2 虚拟连接图

6.4.3 基于虚拟连接图的冗余约束分析

6.5 多体系统运动的闭环结构

6.5.1 闭环结构中自由度重复冗余约束

6.5.2 闭环结构中非线性代数方程的处理

6.6 Modelica多体系统模型编译与求解

6.6.1 基于标准库的多体建模

6.6.2 多体系统模型语义分析与编译

6.6.3 多体系统模型求解

6.7 小结

第7章 信息物理系统统一建模与仿真

7.1 概述

7.2 研究对象分析

7.2.1 CPS系统建模与仿真分析需求

7.2.2 基于Modelica的CPS系统建模仿真可行性分析

7.2.3 同步语言的启发

7.3 CPS系统统一建模

7.3.1 Modelica核心成分

7.3.2 时钟与时钟变量

7.3.3 时钟推演

7.3.4 时钟传播与时钟检查

7.3.5 时钟与时间系统的语义融合

7.3.6 统一建模示例

7.4 面向CPS的系统仿真规划扩展的数据流同步原则

7.4.1 扩展的数据流同步原则

7.4.2 CPS方程系统规划分解

7.4.3 CPS方程系统二次规划分解

7.5 面向CPS的系统统一仿真求解

7.5.1 事件与状态方程

7.5.2 CPS模型的数学本质

7.5.3 面向CPS的统一求解策略

7.6 小结

附录A Modelica系统仿真平台MWORKS.Sysplorer

A.1 MWORKS.Sysplorer简介

A.2 MWORKS.Sysplorer基础功能

……



本书以知识自动化为宗旨,以机电液控一体化装备系统为对象,从工程物理系统原理入手,全面介绍基于工业知识的表达规范Modelica的知识自动化体系及实现方法;通过在航天、航空、汽车等领域的工程实践,介绍Modelica知识自动化技术体系在物理系统仿真分析、系统方案设计与优化、半实物仿真等方面应用实现。为了便于,本书将配备相关软件系统—Modelica开发环境MWorks,便于读者全面掌握、体验知识自动化方法。



陈立平,周凡利,丁建完 著

"陈立平博士,教授,于1998年开始对基于多领域统一建模的研究,作为负责人及主要研究者先后承担了多项国家重大科技项目,如国家973项目、自然基金项目、863重大目标产品攻关以及科技转化等项目,在理论创新、技术实现、科技转化方面均取得成绩,于2009年受到了国家863重点项目“机械系统动力学CAE平台”支持,历经12年的潜心研发,研发团队围绕机械系统动力学CAE平台的关键技术攻关及工程示范应用,研究、掌握、推广Modelica建模技术,建立了基于Modelica的机电液控耦合系统模型、机械零部件结构分析与优化模型的统一表达规范,成功攻克了模型表达、模型编译、分析求解等平台关键技术难题,于2012等。



 来源:山涧果子

非线性系统仿真航空航天汽车求解技术多体动力学理论人工智能Modelica
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首次发布时间:2025-01-15
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山涧果子
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谁说开发工业软件国内没有人才,其心可诛!

国内不是没人才,是把民族责任市场化操作了,异变了,主次颠倒了。本来市场化是服从于软件开发这个主体,软件开发再服务民族。有人把市场和民族划了等号了,把逻辑错误和认知错误混为一谈。任何问题的产生,不管是历史沉淀下来的问题还是新出现的问题,本质上都是错位产生出来的。脱离了本体的生存意愿,也忘记了初心,或者根本就没有初心。很多时候,你好我好大家好。一旦灾难来了,大难临头各自飞,很多矛盾就出来了。谁是走狗,谁是汉奸一目了然。国产工业软件不是洋大人说的算!来一个人做一面大旗,挟洋自重,狐假虎威,吓唬谁呢!年老者,要洁身自好,莫要晚节不保!中国软件发展不起来,中国软件企业就会生死两难。美国不会跟着中国软件体系,进入内卷周期的!有钱赚是生意。想拉着我跟着一起死,那是不可能的。想多了!何援军教授文章《论工业软件发展的若干问题》:“工业软件是架构在数学科学、物理科学、计算机技术和工业技术之上的宏大建筑,一座复合型知识的大厦。显然,要建好这座大厦,首先是要打好它的基础。如果这个工业软件的“基础”是自己的,而且是扎实的、稳固了,那就没有什么“卡脖子”之说。基础研究足够基础,应用研究足够应用。软件作为一个产品,某种程度上也是一种商品。商品多由使用者说了算,犹如一件衣服,穿者多关心的是这件衣服对他是否合适?而少关注这件衣服是机器(自动)做的,还是人工做的。软件有“版权(著作权)”问题,有“版权”与有“自主版权”是两码事。引进源代码和知识产权,可能你拥有了“版权”,或者说有使用版权,但这不是“自主版权”。自主即自己独立创作并具独创性所享有的版权,“独”即独立创作,作品主要源于自己而不是他人,“创”即达到一定的智力水平。搞两弹一星时,是三步走:先仿制,后改制,最后自行设计!有人将“高铁模式”引入国产工业软件的发展:通过引进一流技术-消化吸收-持续创新来实现国产工业软件的突围。先例,即使是那些好的先例,也不能被滥用。设计和编制高效、稳定的几何算法,构筑起坚实的几何计算平台,在此基础上,才能构建“几何引擎”“渲染引擎”等的核心算法。这才是建立国产化工业软件的基础,也是目前工业软件发展的首要任务。形计算是几何计算的理论基础,以此构建工业软件的计算平台、基础平台。如果统一在形计算理论下建立“基础组件”,那么,工业软件的基础将十分牢固且相当简洁。”何教授,真正的人才,人老心不老,童趣盎然的人!很多大才,大脑不会随着年龄变大而出现倒退,能够保持稳定的年轻状态。《论工业软件发展的若干问题》总结简单粗暴的说, 独立自主的基础工业软件,为中国的国产软件留下一些苗裔。两弹一星,保密,国家战略。高铁,是个例,国家背书。国产软件,是全民行为,怎么保密,怎么背书,是个长期的积累,不一样。目前为止,没有谁真正审视过中国这么多年的工业实际!探讨问题都是涉及不到问题核心!国产工业软件,独立自主是星星之火!借用毛主席一句话:星星之火,可以燎原!新生事物开始虽然弱小,但有广阔的发展前途。创新要想具有生命力,唯一的办法,就是让这种创新,某种程度上,实现社会面大面积的普及。否则,上流社会的所谓高科技最终就像历史上的门阀一样,最终被历史所抛弃。创新要服务于社会,服务于民族,服务于民族未来!其实基础研究不需要多少钱,拿出一栋楼,拿出一点福利待遇,给点门槛费,就能解决,偏偏到处滥用市场杠杆!有些企业和学者不愿意做基础工作,理论知识喜欢封闭,到处都是想钱。如果不独立自主,就没有可能形成生态。如果不独立自主,就永远形成独特的人才梯队。不独立自主,所有的软件群,就是空中楼阁。不独立自主,思想的问题不解决,内部的沟通方式形成不了,就永远不可能实现生态持续发展。不独立自主,总有一天,现有的创新,会出现代沟。很多成熟的技术会因为无人继承,最终烟消云散。中国绝不能做第二个美国和前苏联!美国就是利用全世界的人才为自己的科技体系做贡献。如果中国也这样,迟早会因为资金链断掉,出现大面积的成果被抛弃。如果中国直接拿美国前苏联的技术进行开发,迟早会因为成本不堪重负,最终出现基础不牢,创新不足的局面。最终还是为国外培养人才。这个生态,必须富有生命力和持续性。否则最终,中国会因为无休止的资金投入,最终步欧美后尘!中国的科技,需要积累,而不是堆积。没有人才数量上的积累,哪来什么科技生态的基础积累。理论记录在纸面上,只会成为贵族理论。没有整个社会的良性支撑,所有的理论最终都会成为历史的尘埃!国内的有些专家学者(部分企业高管),不要再夹带私货了!得不到群众的支持,不下基层,不面对实践,不直接面对生产链条的最后一环。所谓的创新,只是皇帝的新装。在我看来,虽然欧美科技先进,中国暂时落后,但是欧美的科技发展逻辑仍然不是最佳范本!国内软件硬件要深度融合,共进发展。这个国产硬件,不仅仅是机床机械部分还有很多工业化工领域的各种基础硬件逻辑快。计算机国产生态,不但要考虑长远发展,还要考虑短期适应性开发。对芯片仅仅考虑市场运作是个极其短视的逻辑,有了国产芯片的才有国产硬件的迭代。没有国产芯片,就没有国产计算机生态,也就没有工业现代化。最近几年出现的各种工业生产暴露出来的问题,有一半因为没有国产芯片的原因。没有处理器就没法控制微秒级的量化数据,而且很多基础软件都是基于处理器二进制开发的。没有处理器,只能采用国外原生的基础指令。因为没办法进行功能扩展。这就是国产机床难以发展的门槛。可以这么理解,没有处理器,就没有机床多轴开发,也没有基础控制程序开发,也没有软件化的机床控制器,也没有大量的行业数据反馈,也就没有国产系统!很多简单逻辑芯片,因为没有高端芯片作为系统引导,所以很多国产企业无法形成国际竞争力。比如说,一家短小精干的自动化设备企业,有大量的散装技术,就是因为没有国家级高端芯片的体系引导,很多专业技术就无法形成体系。很多国外企业,最喜欢这种有实力无背景的中国企业,只要换掉系统就掌控了这个行业大量的市场份额。硬件逻辑企业,所制造出来的先进逻辑模块,就是因为没有系统软件做拉动,就永远无法实现技术大量商用。因为没有软件做人机联动,所以上限就被封死!逻辑模块,也需要大量商用,才能快速迭代。最主要的方式就是要有一个值得信赖的软件系统。而这个安全的软件系统,就源于国产芯片。这个国产芯片,必须指令集,生产方式,芯片设计,全部国产才能做到。中国只要一天没有完整的国产系统,国产软件就一天没有发展的机会。没有自己的硬件,就永远没有国产系统。没有自己的人才机制,就永远没有自己的硬件。这是一个闭环!中国这20年(2000-2020),就是因为整个国内计算机逻辑体系,分布过于分散,体系杂乱无章,所以形成不了综合竞争力。一句话,中国这20年,把大量的自动化人才和计算机人才,往外推!之所以很多企业被国外收购,就是因为各自打游击。当到达一定上限的时候,就进去国外资本的枪准射击范围内。由于缺乏国产软件和芯片生态,让很多国内资本无法进行援助。十年磨剑,一朝毁伤。国内为什么很多人不敢做CAD/CAM软件的原因,就是太多研发根本不懂行业,而且也不懂软件。他们或许算法都清楚,就是不懂数据格式和网格划分。道理就像会画个机床,但是不懂机床生产呃呃呃道理一样的。从数据到算法,缺乏一个链接通道!(值得庆幸的事,我们有中望3D,CAXA电子图板,CrownCAD,精雕CAM,千机智能 CAM。。)有些人说dwg格式垄断地位不可撼动,乱说话,误导国家。这句话什么意思?一个小小的数据格式,怎么就金刚不坏了!中国如果没有打破国外数据格式的胆魄,还搞什么系统软件!西门子Parasolid内核的 NX就那层次,基于这个内核的其他软件,能超过NX?在中国的地面上,国产软件就像土八路一样,处处打游击,处处避开Parasolid的锋芒! 明明一款自主内核就能解决的事,偏偏建立那么多的企业来撑场面!这样的软件生态,跟僵尸有什么区别!投资一百个基于Parasolid的软件公司,都顶不上一个NX!Parasolid内核只会更强大!到最后,一旦关闭授权,倒下去的是一片垃圾!中国人本来就看不起UG,实在没办法,才用NX的。本来以为等几年就不用NX了。谁知道,来的还是UG的孙子。换成你,你会怎么做?打不到NX,还揍不了它!打不到老子打孙子。国产软件头最铁的排行,ND稳居第一。国内的软件真的让人哭笑不得,CAXA实体设计死于三维球,说出去谁信啊?ND死于头铁,简直闻所未闻。套壳不是不可接受,头铁就有点让人气不顺。就告诉大家,我套壳了!别人还能怎么滴!打骂犯不着啊!跟技术机械工人比头铁,简直愚不可及。这个世界上,谁认死理?就两种,种田的和撸铁的。你不承认套壳,能改变别人对你的定位吗?本来NX非参就让人不放心,你一个套壳还比NX强,看把你能的!人家Solidcam打了一枪,就换了地方,就开始默默发展。比上不足,比下有余。看着就来气。Solidcam也是套壳。不过Solidcam换了界面。这叫什么?这叫知道自己几斤几两!套壳并不可怕,界面都不改一下,那才可耻。有些软件,不能说不能碰,一碰就炸毛,属母的。不碰就不碰。你能把我怎么滴!好吧!不碰你,得了吧!头铁能打几根钉啊!不怕碰到锤子,锤弯了球。钉子不能太尖,榔头拍下来,容易砸不进木头。砸不进去,钉子就废了。又菜又爱玩,一玩就净场!不会写代码,就没资格评论软件,神马逻辑!某软那帮人天天还说不得呢,一说就怼人,哪都软嘴最硬。动不动你不是研发,不会写代码,你行你上啊!唯一让我觉得很难受的就是不值得吧,不就是拿钱去买吗,有钱我也行。明明给的资源挺多,却越来越不行,也不知道后面会不会还这样,唉,期望还没大,失望就大了。姚明:兴许你打的差,不许别人说你。国足:你不懂球不能说国产工业软件需要什么样的人才呢?专注,坚持,自律,敢啃骨头!有些东西,可以改,有些东西,没法改!有些东西可以慢慢学,有些东西永远教不会!毛主席,实际上只能称得上一流人才天赋。但是却能做到顶级人才档次,就是如此。胡适这个卖国贼,跟毛主席,不知道相差十万八千里!很多人说国内没有多少MCAD软件人才,我看实际情况并不是。三维建模引擎研发:梅敬成博士,鄂维南院士,杨周旺教授,何援军教授,李华研究员,约束求解器:陈立平教授 CAM引擎:宁涛副教授,陈发来(T样条),梁友栋教授,董光昌教授等等。国内工业软件专家:(1)上海交大教授何援军,强在,数据解析。主要搞几何计算的,研究几何奇异的,数据也搞,是快刀手的存在。(白玉兰CAD作者)甩图版工程:白玉兰CAD(BYLcad)1996年,被上海市科委认定为《上海市CAD应用工程》自主化CAD系统开发和推广,以上海市市花白玉兰命名:白玉兰CAD(BYLcad)3)1996年列入上海市"九五"重中之重项目;4)1998上海科技年鉴5)1998年列入国家863CIMS主题目标产品;6)1999年获上海市科技进步2等奖;7)2000年10月13日通过863/CIMS目标产品(863-511-820-028)项目验收。(2)华中科技大学教授陈立平,强在参数化方面,主要成就有约束求解器CBA,MWORKS/Modelica和直接建模技术。(几何约束求解器CBA作者)(3)华云三维CEO梅敬成博士,强在功能逻辑,数学逻辑(数学算法)。主要成就:CAD曲线曲面,回弹补偿,OCC内核和达索内核,自主可控三维建模内核DGM以及约束求解器DCS。(CrownCAD,ThinkDesign回弹补偿)(4)精雕SurfCAM曲面模块科学家之北京航空航天大学宁涛副教授研究领域为几何造型理论与技术,基于平面向量场理论实现了曲面求交算法,提出了用优化方法和微分几何理论解决NURBS曲面曲面拼接问题,提出了保形曲线插值算法、实现了扫成曲面造型技术,提出了面向数控加工的曲面光顺方法。基于以上算法实现了曲线曲面库,已应用于北京精雕集团有限公司和广联达股份公司的应用系统。(5)大雄CAD:廖正雄(6)九韶内核AMCAX:杨周旺,鄂维南,陈发来(T样条)何教授,强在,数据解析。 陈教授,强在参数化方面。梅博士,强在功能逻辑,数学逻辑。何教授连接理论实践,正好横贯数学软件的三个层面。CAD软件参数化越来越严重,何教授可以跟陈教授和梅博士形成铁三角。这个具有历史意义,远大于实际战术意义。有人说:“软件应用技术真没那么重要,太过简单。”何教授说:“软件作为一个产品,某种程度上也是一种商品。商品多由使用者说了算,犹如一件衣服,穿者多关心的是这件衣服对他是否合适?而少关注这件衣服是机器(自动)做的,还是人工做的。”软件本来就是量变的积累,不能大规模商用,量变从哪里来!那些标榜盗版遏制国产软件的人,来解释一下,一个不能大规模实用的软件,怎么实现量变!国产软件也需要做好产品,软件不好用,还不做好服务,不踏实心态做产品,这种厂商都要拉黑。(一切产品说话,光自嗨没啥用)很多时候,森林里的小树杂草看起来不重要,但是到了关键时刻,顶级人才未必有普通人有用!国产工业软件今天不帮小企业,日后小企业也不会帮他们!对于软件应用技术,无用不用是为大用!他们的子孙不可能永远高大上。总有一天,他们子孙沦落街头,就知道什么是有用,什么是无用!真正到了生死存亡,反而那些所谓高级人才,没什么用!中华民族之所以长盛不衰,就在于爱民!没有谁一直俯视人间!今天看不起普通人,日后普通人就不会救他们!那些工业软件,谁再把自己包装成怪异的,傲慢的,让人不敢靠近。趁早嗝屁得了。没人愿意把自己也弄成变态。本来机械这个行业就不得过,再搞成怪异的,非人类的品相,更加不得人心。毕竟没人会自己找罪受!贴合人类正常思维习惯,不好吗?非得搞成张牙舞爪,面目狰狞才代表一流。趁早哪凉快哪待着去。人性的回归,才是技术传续的基础。又脏又累,各种反人类。有人愿意学才怪了!中国的国产工业软件也好,国产系统也罢,太多的脱离基础,脱离群众,脱离初心。我们的优势在于,国内统筹规划优于世界,这样就能发挥国内集中发展的优势。国内需要有一款能够追赶媲美ASCON(C3D)和PTC(CREO)的求解器,才能为内核的开发创造条件!如果国内软件公司要开辟新天地,关键核心组件就不要采用外来技术。没有核心技术,就没有竞争力,也就没有核心竞争力!谁不尊重技术,谁不尊重人才,就得不到别人的信任。技术不能得到积累和传播,技术就不能成为技术,那叫秘术!再说国内没有人才,我特么要骂娘了。。。软件也好,系统也好,应该以组件开发为主要方式进行,否则国产软件系统将越来越渺茫。既有的软件就像原住民,后来的软件就像刚进化的人类,很难在这一场你死我活的斗争中占据进化优势。现实中的中华民族,有文化优势,和生存优势。但是,软件领域的欧美,把中华民族这种生存优势软件化了。认识不到这一点,不是合格的中国软件人!来源:山涧果子

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