生长型设计中的复杂度设计策略

通过对生物进化复杂性与产品复杂度的对比,提出了生长型设计中的复杂度设计策略,定义了描述产品基因复杂性的分类指标,给出了描述产品基因单元自身约束复杂度的单元复杂度,以及描述进化设计每一阶段产品各组成单元总体复杂度的种群复杂度.应用信息熵,建立了定量评价产品复杂度的数学模型,给出了产品功能信息量、几何结构信息量、装配复杂度、制造复杂度的量化方法.最后,为实现生长过程中的自然选择,通过对产品基因的多级分解,提出了以复杂度为控制因素的产品组成单元的进化策略.     

基于产品基因进化的结构设计自动化

基因是人类研究自然界遗传和进化的重要依据 ,在现代机械设计中 ,将基因工程思想用于产品结构设计 ,从未知产品根本需求和实现功能出发 ,在广义定位原理和基于功能表面分解重构技术基础上 ,形成“产品基因”这一全新设计理念 ,进而以此为依据提出基于产品基因型进化思想的产品建模方法 ,并用实例验证这一方法的优越性。     

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。     

目标意象约束的人机辅助产品造型进化设计研究

为实现康复辅具造型求解方案的多样化需求,提出目标意象约束的人机辅助产品造型进化设计方法。构建了意象约束的产品造型进化设计体系与整体流程;从用户角度出发,针对用户意象需求的模糊性和多样化问题,通过三角模糊理论和因子分析法确定群体目标意象;借助SD量表,采用多元尺度分析、聚类分析等方法确定产品优势样本;根据产品建模特点,运用形态分析法对其造型基因层次进行提取与表达;通过BP神经网络构建预测模型,对目标意象与造型基因间的非线性关系进行映射,基于输出结果建立进化设计目标函数;利用遗传算法的全局寻优能力,将神经网络输出意象评价作为个体适应度评估依据,以样本的解空间为载体进行基因进化,搜索目标造型的优质解。以踝足矫形器(Ankle and Foot Orthosis, AFO)为研究对象,试验结果表明：该优化方法可适用于其造型进化设计,提高了设计效率,为人机辅助性产品的造型改进设计提供参考和借鉴。     

进化驱动型产品创新设计方法研究

分析了市场竞争中产品"适者生存"的规律,提出新的产品创新设计方式--进化驱动模式.该模式强调:为适应市场竞争,在未发现潜在市场需求之前,产品应先行进化.基于该模式,构建了进化驱动型产品创新设计方法.该方法采用"结构→功能"的设计过程,以组件和变量作为结构遗传信息,构建产品基因及产品基因组.采用5种进化策略对产品基因组树进行进化操作;体系化并导向性地辅助设计人员进行产品创新设计.最后对该方法进行了实例演示.     

协同设计中基于约束的冲突检测与协商技术

从约束满足的角度 ,对协同设计中的冲突检测与协商问题进行了探讨 ,将产品约束网络按产品级、部件级、零件级和领域级分层管理 ,给出了基于约束验证和区间传播算法的冲突检测方法 ,提出了几个基于回溯策略和约束松弛策略的冲突协商建议产生算法。在此基础上 ,构建了基于Web的协同设计冲突检测与协商系统 ,支持设计专家检测与协调冲突     

生长型设计中的功能公差设计理论

在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则,提出将产品功能要求转化成零部件之间的几何约束关系,并最终表达为对功能尺寸约束的功能公差设计理论。建立成本一公差敏感函数的数学模型,将产品设计、制造、使用以及技术折旧成本作为公差分配的控制约束,并在其中引入产品使用磨损模型,以经济学中的贴现率来表征技术折旧成本,以成本最低为目标函数,以合理的工艺能力指数、装配功能、装配质量作为约束条件,实现基于功能与成本的面向产品全生命周期的尺寸公差分配。最后,设计实例说明所提出的功能公差设计理论能够在生长型设计中成功应用。     

基于混合协同进化算法的可调节产品族优化设计

针对产品族设计中平台通用性与实例产品性能的平衡问题,在分析可调节平台产品开发特点的基础上,基于多平台产品族设计空间的二维染色体表达方式,提出了混合协同进化的产品族优化设计方法.将通用性与设计变量种群的进化分别放入主一附两个相关过程,主过程使用第二代非支配排序遗传算法求解平台通用性与产品性能的Pareto前沿,附过程使用粒子群优化算法,以并行方式搜索每个通用性等级下满足约束的产品族优化方案,避免了两类种群同步进化带来的数据扰动问题.通用性种群对设计变量种群施加约束,保证二者变量共享的一致性.通过单相异步电动机产品族优化设计实例.验证了优化方法与算法的有效性.     

基于条件约束满足问题的产品配置研究

强大灵活的配置模型和高效的求解策略是实现复杂产品配置的基础。为了构建复杂产品的配置模型，提出了一种基于条件约束满足问题框架的配置建模方法，该方法利用配置变量和配置约束来统一表达配置模型中的产品模型和用户需求，从而使配置模型具有表达一致性；配置变量分为类型变量、属性变量、接口变量、基数变量四种类型；配制约束包含依赖约束和活动约束两种类型；在构建统一形式配置模型的基础上，采用一种模型分解策略进行求解。最后采用一个汽车产品实例说明配制建模和配置求解过程。     

基于广义装配原理的产品生长型设计

通过研究生物生长与产品设计之间的相似性,提出了基于广义装配原理的生长型设计过程,研究了广义装配原理的三个理论构成。首先,在产品生长阶段,为实现生长过程中的自然选择,提出了以复杂度理论为控制因素的设计推理策略;其次,提出了功能公差设计理论,通过加工成本以及基于多因素的模糊质量损失成本体现广义装配成本,在确保产品功能的同时,以较低的装配与制造成本为公差的分配策略;在产品进化阶段,为保证产品良好的装配性能,采用了虚实结合设计技术。将以装配质量因素为核心的产品复杂度、精度以及制造、装配成本等众多设计因素并行集成于生长型设计过程中,实现了以全生命周期装配质量保障为核心的产品生长型设计。     

基于功能表面的产品基因形式化表达

利用功能表面来形式化表达产品基因以支持机械产品概念创新设计。用数学方法描述了功能表面模型和产品基因模型,提出了一种变长度的产品基因层次编码方案,构建了基于功能表面的产品基因形式化表达过程,并用设计实例对提出的方法进行了验证。     

Genetic model for conceptual design of mechanical products based on functional surface

Computer-aided conceptual design (CACD) aims to increase efficiency and quality of design work but with little essential progress due to the gap between abstract concept and detailed structure. In order to tackle the problem concerned with conceptual design process and automation, this paper introduces the concept of functional surface as the information carrier to link together product function and structure and describes a product genetic model to represent and organize product information. Functional surface is used to formalize the product gene, a varied-length coding scheme for functional surface and product gene is proposed, and the design process model for conceptual design is established based on product gene. Finally, a prototype system for CACD is introduced to demonstrate how a product can be designed based on the proposed model.     

基于产品生态学的概念设计研究

为提高产品的创新性,提出了一种基于产品生态学的概念设计框架.研究了生物工程和产品概念设计之间的相似性,在分析了产品基因、产品细胞、产品器官、产品生物体、产品种群和产品群落模型的基础上,提出了产品生态学模型,构建了相应的概念设计过程模型,并以纺织装备产业的产品创新为例进行说明.     

CONCEPTUAL MODELING BASED ON LOGICAL EXPRESSION AND EVOLVEMENT

Aiming at the problem of abstract and polytype information modeling in product conceptual design, a method of conceptual modeling based on logical expression and evolvement is presented. Based on the logic expressions of the product conceptual design information, a function/logic/structure mapping model is set up. First, the function semantics is transformed into logical expressions through function/logic mapping. Second, the methods of logical evolvement are utilized to describe the function analysis, function/structure mapping and structure combination. Last, the logical structure scheme is transformed into geometrical sketch through logic/structure mapping. The conceptual design information and modeling process are described uniformly with logical methods in the model, and an effective method for computer aided conceptual design based on the model is implemented.     

A feature-based approach towards an integrated product model in intelligent design

Conceptual design is an early stage in the product design process, which has an essential effect on the product innovation. Existing approaches for product knowledge engineering for conceptual design always focus on knowledge modelling and organization, etc. However, the traditional approach is lack of better comprehending representation and reuse of design knowledge in conceptual design. This paper is devoted to presenting a systematic effective integrated modelling approach of principle solutions in conceptual design to make the knowledge of functional design be transferred efficiently to the subsequent principle conceptual design and structure conceptual design process, and even detail design. With the introduction of the physical quantity model, feature-based representation model of function, effect, physical quantity, working principle and structure concept are put forward step by step, and then an integrated principle solution model is presented based on the generalized assembly model. The knowledge organization method of principle solutions based on physical quantities is also proposed. Conceptual design process based on integrated modelling and knowledge organization of principle solutions is presented, which discloses that physical quantity model is a bridge across functional design, principle conceptual design and structure conceptual design. The conceptual design of new devices for decreasing resistance of petroleum equipment offshore platform is given as an example, which demonstrates that the methodology is obviously helpful to increase opportunities for product innovation in conceptual design.     

基于相似性与结构敏感性分析的产品平台设计过程模型

建立结构合理的产品平台是实现企业多样化效率和效益的重要途径。从设计角度把产品平台分为概念平台和实体平台,前者组成了产品族创新的核心资源,后者集合了企业产品的核心元件。提出了基于相似性分析与结构敏感性分析的产品平台设计过程模型,并对其中关键环节所涉及的通用化设计规则和方法进行了着重分析。应用该过程模型可以为企业建立更具柔性的层级产品平台架构,设计过程可以分为两个阶段:首先通过功能和概念结构相似性分析以及通用化设计建立产品概念平台;然后通过实体结构对需求变化的敏感性分析和通用化设计建立产品实体平台。最后该模型用于某企业的铠装刮板输送机产品平台的设计。     

以生命为原型的产品概念结构设计

面向产品概念设计自动化,把生命系统的创造性和创新智能充分利用到产品设计中,提出了以生命为原型的设计原理和基于生命体结构与过程原型的生长型产品概念结构设计方法,构建了支持该观点的产品结构模型和信息模型,讨论了实施生长型设计系统原型的关键技术,包括人类需求处理和生长型设计过程,开发了生长型概念结构设计系原型,以滚字夹具设计为例验证了该方法的有效性。