农业装备领域是中国制造2025重点发展的十大领域之一,现代拖拉机是集机械、电子、液压、控制、节能等新技术为一体的高端农业装备,为了实现拖拉机产品设计的数字化、网络化和智能化,开发设计拖拉机产品性能样机可为新产品研发的多学科及异地协同设计、分布虚拟试验及数字化生产提供模型依据,可进行拖拉机在异地多领域、多学科的建模、仿真和协同设计及验证试验,能提高拖拉机产品质量和性能,缩短产品研发周期和节约产品研发费用。本研究为实现拖拉机新产品研发的性能样机协同设计,基于拖拉机新产品的协同设计过程开发了协同设计系统,研究了拖拉机性能样机协同设计关键技术,研发了涵盖建模、仿真、设计、管理及测评功能的协同设计平台,奠定了拖拉机新产品开发设计以及性能验证的基础。研究了拖拉机性能样机协同设计体系及建模技术。分析了拖拉机性能样机协同设计过程,并创建了过程模型。在解析拖拉机性能样机协同设计系统功能需求的基础上,设计了系统结构和运行模式。分析了拖拉机性能样机建模需求及多学科协同建模方法,基于本体元模型建模的统一建模方法,研究了拖拉机性能样机本体构建流程和多学科建模过程,设计了拖拉机性能样机本体模型。利用Protégé工具完成了拖拉机本体模型类的构建、类的属性定义、实例添加、形式化表示及验证,实现了拖拉机性能样机建模,采用关系数据库技术完成了本体模型的持久存储,建立了模型数据库,实现了本体模型数据的共享和管理。研究了拖拉机性能样机协同仿真技术。分析了拖拉机性能样机协同仿真需求。通过对多学科协同仿真方法的对比,基于高层体系结构（High Level Architecture,HLA）协同仿真方法,研究了本体元模型与HLA模型的映射规则,应用HLA运行支撑环境（Run Time Infrastructure,RTI）的统一建模以及基于本体生成HLA协同仿真对象模型的方法,以拖拉机传动系统和制动系统为例,实现了拖拉机性能样机本体元模型与协同仿真对象模型的映射。以拖拉机传动系统为应用实例,建立了其协同仿真模型,在分析协同仿真运行时序逻辑的基础上,实现了协同仿真,验证了拖拉机性能样机协同仿真方法的有效性,实现了拖拉机性能样机多领域模型的集成转换。研究了拖拉机性能样机协同设计技术。分析了拖拉机性能样机协同设计需求和协同设计任务规划原则和方法,基于设计结构矩阵（Design Structure Matrix,DSM）任务规划方法,以拖拉机传动系统协同设计为例对方法进行了验证。研究了协同设计过程建模方法,基于分层有色Petri网（Colored Petri Net,CPN）的协同设计过程建模方法,对拖拉机传动系协同设计进行了实例验证。根据协同设计冲突消解方法,制定了协同设计冲突消解集成策略,设计了基于实例的协同设计冲突消解过程,以设计与拖拉机变速箱体配合的传动轴为例进行冲突消解分析,验证了冲突消解方法的有效性,实现了任务规划、过程建模以及冲突消解理论在拖拉机性能样机协同设计中的初步应用。研究了拖拉机性能样机管理与测评技术。分析了拖拉机性能样机开发过程管理的内涵,基于产品开发中的定义过程维和生命周期维2个维度的过程链,制定了拖拉机性能样机开发的过程链,规定了拖拉机性能样机开发的组织层次和过程行为。从数据管理、团队管理、项目管理及工作流管理4个方面对拖拉机性能样机管理技术进行了分析。分析了拖拉机性能样机测试与评估的内涵,针对体系结构需求,研究了基于综合集成的拖拉机性能样机测试与评估体系结构,针对拖拉机性能样机测试与评估过程原理进行了分析和描述,保证了拖拉机性能样机管理以及测试与评估系统的开发和实施。研究并设计了由设计、仿真、测试与评估以及管理4个子系统组成的拖拉机性能样机开发系统总体方案,对各子系统的功能进行了定义。从系统体系结构、网络结构、功能结构、程序流程、系统应用等出发,以拖拉机性能样机设计实践,验证了理论和方法的可行性。为拖拉机性能样机开发的实施提供了协同支撑环境,为拖拉机新产品的开发验证提供了新方法与技术。在开展系统初步应用的过程中,取得了较好的效果,提高了设计和仿真人员之间的协同工作效率,使得开发效率提升接近20%,开发周期缩短接近15%,减少了性能试验的次数,使开发成本降低接近10%。随着应用的深入以及数据量的积累,设计开发水平和成效将进一步提高,对于推动拖拉机技术创新具有重要意义。