面向可适应性的参数化产品平台设计

为定量评估产品平台设计的资源节约效果,基于相似度分析和聚类分析,提出了一种面向可适应性的参数化产品平台构建方法.该方法在面向多种设计需求的基础上,通过变量化分析技术,建立了产品结构的优化元模型.首先通过设计变量的灵敏度分析,确定候选的可共享的平台公共变量集;然后通过相似度计算与聚类分析重新确定公共变量在各产品中的具体数值,并进行分组,构建了产品族的多组共享参数平台.以基于产品平台的各个变型产品的可适应度阈值为约束条件,通过可适应度计算对各变型产品进行评价.最后,通过旋压切割机的设计,对该方法进行了验证.     

复杂产品变型设计及其参数传递方法研究

针对基于三维模型和有限元模型的复杂产品的变型与分析,研究了产品模型建模方法和参数传递结构,提出了适合复杂产品变型设计的参数传递规则,确定了模型参数之间的相互影响关系;介绍了复杂产品变型设计平台,实现了复杂产品的变型设计与分析。以开发的门式启闭机变型设计平台为例,对提出的方法进行了验证。     

面向产品平台的参数化设计方法研究

以寻求适合产品平台的参数化设计方法为目标,探讨了传统参数化设计方法的不足,分析了面向产品平台的参数化设计的基本功能;提出参数化设计资源的概念,建立了基于.NET Frameworks的面向产品平台的参数化设计模型.该模型支持网络化协同设计;引入动态的产品结构树多视图浏览,实现对资源的有序管理;采用.NET对AutoCAD进行二次开发,将绘图程序封装成DLL文件,方便在网络传输与共享,实现参数化尺寸驱动.该方法应用于浙江某起重机厂的产品平台中,取得较好效果.     

一种新型大工作空间和解耦的微操作平台设计

为了实现空间微操作平台的大工作空间和解耦性,提出一种由差动式杠杆放大机构和导向机构组成的PPs运动支链,3个支链空间正交布置形成3维平动的3-PPs平台,并提出了一种能表征平台工作空间和解耦性的性能指标,采用响应面法对该性能进行优化。首先,采用有限元软件ANSYS建立参数化有限元模型,基于该模型得到平台的各性能指标值;然后,采用Plackett-Burman试验设计方法筛选对平台性能指标有较大影响的结构参数作为优化设计变量。采用中心组合设计方法选取试验样本点,计算各样本点对应的响应值,基于样本点建立反映各性能指标的响应面模型。反映响应面模型精度的评价指标R~2均接近于1,说明所建响应面模型能准确反映平台性能指标与参数之间的关系。最后,以平台解耦性能与工作空间为优化目标,强度为约束,建立其多目标优化模型,采用多目标遗传算法对其进行全局寻优得到Pareto解集。由Pareto解集可知,平台的解耦性与工作空间相互矛盾,权衡两个指标从Pareto解集中选取最优解。比较分析优化前与优化后的性能指标可知,平台解耦性指标减小了35.7%,工作空间增大了6.1%,说明所提出的性能指标和优化模型能满足空间微操作平台的设计要求。     

空间微振动模拟器柔性铰链设计

设计基于万向柔性铰链的Stewart平台作空间微振动模拟器,模拟空间振动辅助空间光学遥感器的隔振研究。Stewart平台要有效模拟空间微振动,铰链特性设计最为关键,要求其轴向刚度足够大而旋转刚度足够小。将万向柔性铰链建立杆件模型,由材料力学知识推导铰链各向刚度公式,利用Patran/Nastran建立有限元模型进行仿真验证,分析了结构参数对各向刚度的影响。根据性能指标和材料强度参数确定了柔性铰链最佳结构参数。另外,通过有限元软件对铰链进行强度校核。结果表明,设计的万向柔性铰链满足要求,总结出的铰链刚度特性规律对设计有一定指导意义。     

基于主体参数化分析的潜水器多学科优化

为提高潜水器的综合性能,基于多学科设计优化思想,进行了一型潜水器学科分解,确定了设计参数及总体设计模型的数据传递关系。进行了ABAQUS软件和STAR-CCM+软件的二次开发,设计了结构学科和艇型学科参数化分析流程,实现了主体参数化分析。采用四阶响应面模型建立了艇型学科、结构学科近似模型,对推进器参数进行了拟合,建立了推进学科近似模型,对机电设备学科进行了定量处理,确定了能源学科与推进学科、机电设备学科之间的关系,建立了能源学科分析模型。基于学科分析模型,对系统层进行了分析,同时进行了设计变量灵敏度分析,建立了基于多学科可行方法的潜水器多学科优化模型。利用第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行了求解,在Pareto解集中选择部分方案与初始方案对比,结果表明：所选择的方案优化效果明显,提升了潜水器的综合性能。     

对结构动力学设计中若干问题的思考

本文分析了结构动力学设计研究的现状及存在的问题，对其中的一些问题进行了思考，并提出了一些看法。这些问题是：设计参数的确定、设计变量的缩减、优化方法的选择、优化设计结果的稳定性与鲁棒性、解决结构动力学实际问题的途径。     

考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化研究

针对换热器封头的性能设计问题,对封头结构变量不确定性分析、Kriging近似模型构建、结构变量优化设计等方面进行了研究,提出了一种考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化设计方法。基于对封头结构变量的不确定性来源的分析,建立了结构变量及其分布参数不确定性的表达函数;基于预测区间准则和遗传算法,构建了封头结构变量与流动不均匀度的自适应Kriging近似模型;建立了换热器封头结构优化设计函数,在Isight中实现了以流动不均匀度最低为目标的封头结构变量优化设计,获取了最佳封头结构尺寸。研究结果表明:优化后的封头结构的内部流动更均匀,降低了出口速度的不均匀度,提高了换热效率。     

基于HoQ理论列车车体参数关系研究

在复杂机械产品设计过程中,一般是采用逆向设计方法,为提高设计正确性的效率,正向设计是设计的发展趋势。在正向设计中,必须厘清边界条件、性能指标和设计参数之间的关系。文中针对列车车体设计,运用质量屋(HoQ)理论,构建了车体边界条件-性能指标-设计参数间的映射方法与步骤。结合实际案例对车体的边界条件、性能指标、设计参数之间的重要度进行了具体的求解分析,并给出了主要参数的相关性和重要度,为确定目标设计参数提供了理论指导。     

UGNX2软件在“三化”中的应用

零部件"三化"(通用化、系列化、组合化)对提高产品的通用性、互换性、标准化程度以及提高质量、降低成本、加快设计制造周期都具有重要意义.基于UGNX2平台介绍了标准零件库建立的原理,重点介绍了建立参数化标准零件库的方法,对如何分析及约束模型、确定设计变量、设置和编辑参数化驱动表作了详细描述,对组件库的建立原理、方法及调用作了介绍.     

基于可调节变量的内圆磨床产品族设计

为了解决产品族设计中模块化设计方法存在的缺点 ,以基于可调节变量的产品族设计方法为基础 ,结合内圆磨床的特点 ,提出了基于可调节变量的内圆磨床产品族设计方法 ,给出了产品族设计流程 ,建立了内圆磨床产品族模型。该方法实现的关键是产品公共平台和可调因子的确定。设计过程中首先进行市场网格划分 ,并将市场细分网格和全部设计需求利用质量功能配置映射为设计变量 ;然后将组成产品族的产品设计变量利用相容决策支持问题划分为公共平台和可调因子 ,通过可调因子值的改变实现产品族设计 ;最后 ,应用该方法建立了M 2 110内圆磨床产品族模型 ,包括功能模型与结构模型 ,实现了面向大规模定制的内圆磨床产品族设计 ,为实现基于网络的产品族定制设计奠定了基础     

面向大规模定制的产品族设计方法研究综述

产品族设计是大规模定制设计的关键和核心，对目前存在的面向大规模定制产品族设计的多种方法进行了分类总结，着重对基于模块化和基于可调节变量的产品族设计方法进行了阐述，包括产品族体系结构法PFA、健壮概念探索法RCEM、产品平台概念控索法PPCEM和基于变型的产品平台浩VBPDM等，在此基础上分析了目前产品族设计的不足之处及发展趋势。     

基于产品平台的大批量定制设计进程研究

为规划大批量定制设计进程,通过将产品平台定义为平台参数、定制参数和模块,提出了由产品族规划与产品族建模构成的产品平台规划进程,并根据客户需求变化类型及客户化程度的不同,对定制设计作了横向、纵向和综合的层次性分类,并据此进一步提出了基于产品平台的纵向定制设计进程.该设计进程在浙江省某摩托车制动器厂的信息化实践中得到了有效应用.     

粗纱机产品平台设计方法研究

探讨了一种在产品方案设计阶段构建模块化产品平台的方法。该方法采用模块设计思想，将产品按照功能划分模块，用模块来构建产品平台。在构建产品平台时充分利用可调节模块的参数化设计特点，最大程度地扩展了产品平台，使基于产品平台的产品族设计能够快速、高效地完成。     

一种面向产品族设计的二级优化方法

应用模块化和产品平台的思想是企业设计和开发产品族(系列)的重要策略。本文提出一种可用于产品族设计的二级优化方法。该优化方法将产品族设计优化分为二个层次:产品平台优化层次和专用模块的优化层次。为了提高这种优化方法的可靠性和减少计算量,在二级优化基本框架基础上引入了代理模型技术。将二级优化方法应用于桁架族优化设计算例,计算结果表明:基于代理模型的二级优化方法能成功地解决桁架族优化设计问题,具有很好的可靠性,而且能有效地减少产品族优化设计中计算量。     

参数化产品族的通用性与性能权衡评价方法

针对参数化产品族设计过程中平台通用性和派生产品性能的平衡问题,在分析产品族评价指数特征的基础上,提出基于定量指数计算的产品族方案权衡评价方法.利用产品族的设计参数、性能参数和性能目标矩阵,通过矩阵内部行向量相似度求得平台通用性指数,通过矩阵交互相似度运算求得派生产品性能指数,无需额外权重值即可对多个产品族方案进行可视化分析与评价.单相异步电动机产品族方案的评价实例,表明该指数在满足区间范围性、数据易获得性和评价结果一致性的前提下,具有可重复性和较高的分辨率,证明了评价方法的正确性和高效性.     

MODIFIED GENETIC ALGORITHM APPLIED TO SOLVE PRODUCT FAMILY OPTIMIZATION PROBLEM

The product family design problem solved by evolutionary algorithms is discussed.A successful product family design method should achieve an optimal tradeoff among a set of compet- ing objectives,which involves maximizing commonality across the family of products and optimizing the performances of each product in the family.A 2-level chromosome structured genetic algorithm (2LCGA)is proposed to solve this class of problems and its performance is analyzed in comparing its results with those obtained with other methods.By interpreting the chromosome as a 2-level linear structure,the variable commonality genetic algorithm(GA)is constructed to vary the amount of plat- form commonality and automatically searches across varying levels of commonality for the platform while trying to resolve the tradeoff between commonality and individual product performance within the product family during optimization process.By incorporating a commonality assessing index to the problem formulation,the 2LCGA optimize the product platform and its corresponding family of products in a single stage,which can yield improvements in the overall performance of the product family compared with two-stage approaches(the first stage involves determining the best settings for the platform variables and values of unique variables are found for each product in the second stage). The scope of the algorithm is also expanded by introducing a classification mechanism to allow mul- tiple platforms to be considered during product family optimization,offering opportunities for supe- rior overall design by more efficacious tradeoffs between commonality and performance.The effec- tiveness of 2LCGA is demonstrated through the design of a family of universal electric motors and comparison against previous results.     

面向可适应性的稳健性产品平台规划方法

为更好地快速响应市场的多样化需求,引入面向可适应性的产品平台结构概念。根据稳健设计与可适应设计在提升产品适应外部环境变化的能力、考虑设计变更及以低成本获得高质量产品方面的一致性,提出了面向可适应性的稳健性产品平台规划方法,在产品平台规划初期就开始考虑产品的稳健性,并使设计具有可适应性,以避免后期出现大的返工。以公理设计理论为指导,通过“Zigzagging”映射,依照功能需求分析及三种类型的划分,合理提炼特征设计参数,建立产品平台的功能要求和设计参数矩阵。将灰色系统理论应用到产品平台的稳健设计中,结合试验设计与关联度方差分析,合理识别平台参数和变型参数。然后分两阶段进行稳健优化,确定产品族基体产品和每个变型产品的设计参数的最佳设计方案。通过卷筒组产品族的规划实例,说明了该方法的可行性和实用性。     

广义模块化设计原理及方法

针对传统模块化设计的局限性,将参数化设计和变量化分析技术引入模块化设计,提出广义模块化设计方法,从而拓展模块化设计的应用领域,使其既可适用于系列分级特性比较明显的产品及其产品族的开发,又可满足工况复杂、大载荷,需要进行结构强度、刚度设计,系列分级特性不明显的机械产品的开发设计.对广义模块化设计原理、广义产品平台、基于广义模块组合和基于广义产品平台的产品族规划方法进行系统阐述.最后以液压机广义模块化设计和产品族规划为例,详细说明广义模块化设计的基本原理和方法.