复杂产品结构的模块化聚类及设计迭代量计算

以汽车发动机开发为例,基于设计结构矩阵对发动机开发过程进行了建模与分析;对产品开发过程中的结构特征描述,复杂产品的实体单元之间的依赖关系的管理,系统结构的模块化聚类,以及识别和优化设计迭代等方面进行了研究;对发动机开发任务进行了模块化聚类,并运用基于定量参数的分析变换模型计算了在发动机设计过程中各个任务所引起的依赖性设计迭代总量。实际开发项目应用表明,复杂产品结构的模块化聚类及设计迭代计算能有效降低发动机产品开发决策中的复杂性。     

公理设计中关键性耦合设计参数识别方法

应用公理设计进行产品设计时,耦合设计往往会不可避免地出现,针对此问题,提出一种识别关键性耦合设计参数的方法。利用分解操作识别耦合的功能集,采用基于三角模糊数的层次分析法对耦合功能集进行量化;然后基于全微分的方法将设计矩阵转化成基于功能要求的由设计参数构成的设计结构矩阵,对设计结构矩阵进行矩阵分析并提出工作量变换矩阵模型,以判断设计是否收敛并识别最能影响设计迭代的关键性设计参数;最后结合水冷卧式壳管式冷凝器产品的设计实例,对上述方法进行验证,分析表明该方法可以有效识别影响设计反复迭代的关键设计参数和设计模态,快速确定耦合原因的症结所在,从而指导进一步的再设计。     

面向广义模块化设计的产品族规划方法研究

针对不同的产品结构特点提出了两种模块化产品族的开发模式，即基于传统模块的产品族开发和基于柔性模块的产品族开发，柔性模块是广义模块化设计的基本组成元素，提出并详细论述了广义模块化设计产品族体系的结构组成，提出了基于相似特征分析构建广义模块化产品族中柔性模块矩阵和产品矩阵的方法，以液压机产品为例论述了广义模块化产品族的具体规划方法。     

大规模定制下的参数化设计技术研究

大规模定制环境下,改变参数化设计的流程,将产品的开发设计过程划分为创造性的详细开发过程和敏捷性的定制设计过程.利用广义模块化技术和全息建模技术构建产品族的主结构、主模型、主文档,实现产品的详细开发过程,利用基于知识的配置设计实现产品的定制结构,采用与数据库关联的整体控制局部的模块化变型设计方法实现产品的变型设计.实际应用表明模块化的设计方法、基于知识的配置设计和变型设计是实现大规模定制参数化设计的行之有效的技术方法,极大地提高了参数化设计的效率.     

基于设计结构矩阵的起重机设计过程建模研究

把设计结构矩阵和设计参数指标结合起来,扩展了设计结构矩阵表达的信息量,较全面地反映设计开发过程.用此扩展的设计矩阵分析了桥式起重机小车的设计开发过程,将其设计过程模块化;通过设计活动重组,降低了原有设计过程的耦合程度.     

支持设计过程仿真的逻辑迭代结构模型及其仿真

针对现有设计结构矩阵不能完整地表达产品开发过程中存在的复杂信息迭代关系,从而造成基于该模型的开发过程仿真结果的不确定性大和开发过程时间的控制难、导致产品开发计划延误的缺陷,提出一种有利于表达产品开发过程中复杂信息迭代关系的逻辑迭代结构树模型,将过程中迭代间所具有的逻辑关联作为过程模型中的重要迭代规则,以改进传统模型中由于信息不完善而造成的过程仿真偏差;建立基于逻辑迭代结构树网的设计过程仿真模型,开发相应的设计过程仿真软件,并以摩托车制动器产品的开发过程仿真为例进行了验证.结果表明新方法能更加全面有效地表达影响产品开发进度的各种因素,减少传统方法中由于模型信息不完善产生的结果失真,进一步提高产品开发过程分析与评价的准确性,有利于提高企业产品开发计划的可实施性.     

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.     

基于AD与TRIZ的产品创新设计研究

科学的设计方法是实现产品创新设计的关键.在分析比较AD(公式化设计)与TRIZ设计方法的基础上,提出了基于AD与TRIZ的产品创新设计模型.将TRIZ中的冲突解决理论运用于查找AD中的耦合源,通过重新定义功能参数、设计参数及设计矩阵,保证产品设计为非耦合设计或弱耦合设计.通过对打印机送纸机构的实例分析表明,运用该方法能快速得到创新的设计解.     

基于公理设计的产品平台规划方法

针对目前可调节参数平台的设计过程中,人为指定公共平台参数存在的过多主观性,提出了一种基于公理设计和敏感设计结构矩阵的平台规划方法.基于公理设计推导出设计参数满足公共平台参数条件的数学模型;在设计结构矩阵的基础上提出了描述设计参数之间以及设计参数与功能要求之间动态敏感关系的敏感设计结构矩阵,由此识别出公共平台参数和可调节平台参数,并通过非支配排序遗传算法合理确定平台参数优化配置解.通过自动打孔装订机产品族的平台设计实例,验证了该方法的有效性.     

协同产品设计过程中任务量的迭代收敛特征分析

为帮助设计者合理规划与调整设计任务,基于耦合任务间的实时沟通这一实际情况,引入任务量完工比例参数,以表征产品设计中的协同特征,并以迭代过程中的任务调整量来度量耦合任务之间的联系与作用强度,将设计结构矩阵转化为任务转移矩阵,建立任务总量模型,揭示了因耦合引起的设计过程反复和任务总量迭代收敛的规律。根据特征向量矩阵,确定影响任务总量迭代收敛的主要因素。通过实例,证明该任务总量模型和迭代收敛规律是合理可行的。     

Concurrent design process analysis and optimization for aluminum profile extrusion product development

Owing to intricate interdependency and information feedback among tasks, the concurrent design process probably cannot converge to the correct solution when there are wrong integration and improper interaction between activities. Therefore research on concurrent design process optimization is necessary. In the paper, a novel methodology is proposed to analyze and optimize the concurrent engineering process scientifically. Based on design structure matrix and graph theory, coupled task recognition and design task level plotting are performed for the concurrent design process of aluminum profile extrusion product development. Three factors are used to describe the coupling property of activity, namely sensitivity, complexity and affection factors, which provide the basis to analyze development process quantitatively. And an optimism algorithm is presented to define the initial iteration order of coupled task set. Finally a rational and efficient concurrent design process model is constructed, which can make aluminum profile product development faster, with lower costs and higher quality. The methodology proposed is also applicable to other concurrent engineering fields.     

耦合活动重叠执行过程的时间模型

为提高并行设计的效率,针对并行开发过程中的耦合活动重叠执行方式,深入分析了耦合活动的迭代过程后,提出了一个考虑设计活动敏感度和可变度的时间计算模型。首先采用返工概率函数积分的方法,计算各设计活动的重叠修改时间,再采用非齐次泊松过程,描述下游设计活动发现上游设计活动错误的随机过程,并在构建各设计活动进化度函数的基础上,运用数理统计方法计算各设计活动的反向修改时间,进而建立耦合活动设计过程的时间计算模型。最后,结合某型柴油机活塞连杆组改进设计的实例,运用MATLAB优化工具箱对其开发时间进行优化计算。运算结果表明了该时间模型的有效性,并为企业提供了均衡时间和成本的分析方法。     

混凝土泵车的产品模块建模方法研究

针对泵车产品设计成本高和开发周期长的问题,采用模块化建模方法建立了泵车模块化产品开发平台。以泵车销轴为例,通过模块几何形状和结构参数分析,建立了销轴模块的主模型、主文档,生成了不同的销轴工程图实例。对泵车一级模块和二级模块的模块接口进行了类别划分。根据产品数据管理系统(PDM)和产品主结构,构建了订单产品模块化设计需要的模块分类树,划分出了泵车的基本模块、必选模块和可选模块,在此基础上进行了产品结构参数系列化设计和产品结构模块系列化设计。泵车模块建模方法在企业的实践结果表明:该方法减少和优化了约30%的零部件品种规格,缩短了近50%的产品研发时间,在降低生产成本的同时还提升了泵车产品的研发质量和品牌竞争力。     

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     

耦合任务的重叠执行问题研究

耦合任务的重叠执行是复杂产品实施并行工程的一种重要方式。基于任务间信息耦合关系所产生的迭代设计过程,提出了名义信息进化度与有效信息进化度,构造了一个非稳态泊松过程来描述任务间的信息交流,用返工可能性矩阵分析了迭代求解产生的原因及实现过程。在此基础上,提出了产品开发时间与开发成本的计算模型,证明了耦合任务的重叠执行在缩短产品开发时间的同时增加了产品的开发成本,并通过实例验证了该结论的正确性。     

基于公理设计和模块关联矩阵的产品族设计耦合分析

针对产品族设计耦合问题,分析比较了其与单一产品设计耦合的异同之处,提出了一种基于公理设计和模块关联矩阵的耦合分析方法。以公理设计为指导,进行功能需求分析及类型划分;分析了产品族客户需求、功能要求、设计参数和模块之间的对应关联关系,考虑适应性设计参数的影响度并将其分为两类以确定产品族的共性和差异性;从策略层面减弱产品族设计的耦合性。从操作层面的角度,根据设计参数零部件间的综合关联关系,通过聚类重构生成几个相互之间具有较小依赖度的模块,分析设计参数间的变更传播关系,建立产品族模块关联矩阵;从模块内部的耦合和模块之间的耦合两方面探讨了关联特性。最后通过电力液压盘式制动器实例阐述了产品族设计耦合分析过程。     

基于分形思想的产品设计过程建模

针对复杂机电产品设计过程的复杂性和动态性,借鉴分形思想,用设计任务—设计参数关联矩阵表示产品设计过程,提出了分形设计单元的概念。根据分形设计单元的自相似和动态性的特点,构建了设计过程的分形设计单元模型。研究了由初始关联矩阵寻找种子设计参数,设定许用引力系数,循环分解,形成分形设计单元模型的方法。以某送料机的机电一体化接头的设计过程为例,阐述了分形分解方法的过程,验证了分形设计单元模型的可行性。     

产品开发的多输入多输出活动重叠模型研究

针对产品开发过程中串行活动间可能存在的重叠情况,根据上游活动的信息进展度与下游活动的信息敏感度,提出返工迭代重叠模型,结合设计结构矩阵将其应用到普遍的多输人多输出产品开发过程中.对模型中的信息进展度和敏感度等重要参数进行讨论,揭示了它们对重叠效果的影响,说明了采用重叠方式可能存在的风险性.最后,给出该活动重叠方法的实施步骤并应用于某产品开发中,较好地验证了本文方法的可行性与有效性.     

动态环境下基于混合迭代的耦合集求解方法

针对产品开发过程中存在的耦合迭代情况,建立了动态环境下基于混合迭代的耦合集求解模型。该模型考虑了任务执行工期的不确定性、任务输出分支的不确定性和资源分配的不确定性对项目完成时间和开发成本的影响,通过引入一个资源分配矩阵K,采用任务返工概率矩阵和任务返工量矩阵确定任务的执行状态和返工工作量。最后,通过实例仿真计算项目的时间和成本的分布。计算结果表明,资源不确定性对耦合集执行时间和开发成本有很大的影响,对资源进行重新分配有利于减少任务执行时间,降低开发成本。