基于约束功能的机械产品概念设计方法研究

机械产品概念设计的目的是实现产品功能到结构的映射,以获得产品设计约束链中的结构部件和结构单元的组成原理重构和概念方案。方法通过约束功能分析和各功能模块的设计约束加载,映射出诸多可选的结构形式,再结合机械产品的整机性能指标和主要结构参数等约束要素,确定出具体映射结构件以及相互功能联结形式。论文以电动液压叉车概念方案的产品建模仿真和物性分析的应用案例,给出结构方案评判和优选的概念设计方法,验证了方法的可行性。     

机械产品概念设计多层次混合映射功能求解框架

根据机械产品概念设计的特点,归纳总结了概念设计过程中普遍存在于功能、行为和载体之间的七种基本映射单元类型:通过建立不同基本映射单元类型之间的逻辑联系构造了多层次混合映射功能求解框架;讨论了该框架与现有功能求解模型之间的关系。以对服装行业中的功能需求——“结合面料”进行求解为例,对所提出的多层次混合映射求解框架的有效性进行说明。     

基于约束网络的机械产品设计方法原理

将产品设计看作为约束满足问题,提出基于约束网络的产品设计方法。通过对设计过程中涉及的变量和约束进行研究,并结合设计环境和设计本体系统理论,抽象出设计约束系统表达设计实质。对产品设计过程中的约束进行分类,通过用图论表示并进行网络构造,在统一约束机制下通过网络运算获得设计链。提取设计链信息得到概念设计方案,为实现机械产品设计自动化提供新途径。     

机械产品概念设计BFBS混合映射方法

为实现结构到功能的映射,提出一种行为-功能及行为-结构混合映射的方法.在定义行为模型、基本功能体和元功能的基础上,对行为、基本功能体和元功能进行详细分类,然后根据行为、功能和结构间七种基本映射类型,以行为作为中间过渡信息连接结构和功能,通过基本映射类型在行为、结构和功能间的反复混合映射,将产品结构与产晶功能紧密联系.最后由元功能对基本功能进行合并,根据合并过程所获得的功能组织结构,完成对产品各部分的理解,达到结构到功能映射的日的.通过在摩擦驱动装置分析中的应用,验证了该方法的有效性和实用性.     

基于知识的机械产品概念设计启发式求解

从能量转换的角度建立了产品概念设计的功能-行为-结构求解框架，分别采用输入输出转换和键合图对功能与行为进行建模；建立了概念设计的知识获取框架，基于功能-行为-结构框架抽取设计知识，结合产生式规则和面向对象方法进行对知识进行表示；基于A＊算法开发了一种启发式求解策略，通过模糊多准则决策定义了评估函数，继而对状态空间进行搜索并获取了满意解；结合自动门驱动装置设计实例验证了启发式求解算法的正确性。     

基于多视角的产品概念设计表达模型

针对不同设计参与者不同的关注视角,为协调各类参与者的概念设计活动,及时传递给设计参与者所关注的、需要的特定设计信息,构建了基于多视角的概念设计表达层次模型。基于五类参与者的多视角,搭建了实现多视图多视角概念设计建模的三种映射机制。利用SysML语言对计算机辅助概念设计原型系统的多视角信息管理模块进行分析建模,开发了多视角信息管理模块。以冰茶机的概念设计为例,阐述了基于多视角的概念设计过程,实现了该过程中多设计参与者的协同,降低了设计风险。     

约束驱动的产品形态概念设计智能优化模型研究

为了增强产品概念设计推敲和优化阶段的客观性和科学性,提高产品概念设计的效率,提出了产品概念设计约束驱动智能优化方法和模型。该方法首先分析了产品概念设计约束的特点和约束驱动的原理,建立了约束驱动的概念设计优化法模型框架,并在此基础上研究了其算法机制和相关支持技术,最后利用某款机场主力消防车概念设计的优化过程,对该方法进行了说明和验证。     

基于公理设计的产品概念设计方法研究

对产品概念设计及公理设计理论进行了简单介绍.提出了公理设计为产品概念设计提供的基于理论的设计步骤,使得设计过程有理可依.最后以深水炸弹触发器的设计分解过程为例说明了公理设计的一般步骤.     

基于功能推理机制研究复杂机械产品的概念设计

提出了系统功能分层策略和组件建库与调用机理,采用重新定义问题和部分解的方法,从系统功能定义入手,将最初问题分解成按照功能定义的部分问题,以此形成的空间与组件解空间进行耦合,寻找满足功能需求的最初问题解。在布料系统的概念设计上用此机制验证了设计过程的自动性和方法的有效性。     

基于功能构件的机械产品概念设计过程建模方法

概念设计是设计具有竞争力产品的关键,而功能设计则是概念设计的基础,同时也是集成设计对象建模与设计过程建模的关键。本文给出功能及与其相关的一些重要概念,在此基础上提出了功能构件的概念及计算机实现方法,从而使CAD系统从底层支持概念设计过程;其次,本文提出了－1活动度杆组的概念,以支持概念设计推理过程;最后提出基于功能构件的机械产品概念设计过程的建模方法及应用实例。     

具有迭代特征的复杂机械产品概念设计模型

针对机械产品概念设计的复杂性,提出一种基于迭代的功能－行为－机构－结构模型(FBMS)。从机械产品设计的特点出发,研究复杂机械系统的功能、行为、机构和结构之间的关系,揭示行为和机构在功能到结构转换过程中的桥梁作用,由此提出基于行为和机构的映射关系,进而结合设计过程的迭代特征建立基于迭代的FBMS模型。在综合考虑该模型中各要素特点的基础上,给出其形式化描述方法。通过对迭代设计过程中行为和机构作用特点的分析,给出迭代设计的具体步骤及相应的迭代算法流程。以一个具体机械产品设计为例,对FBMS模型的有效性进行验证,并对其整体特性进行分析。结果表明,该模型有助于机械产品概念设计阶段的机构组合创新,以及功能与结构之间的优化匹配。     

基于原案分析的工作模式对机械概念设计认知过程的影响

提出工作模式对设计时间、设计质量和设计结果创新性影响的3个理论假设。运用原案分析法,对14名机械专业研究生进行可调座椅概念设计认知实验,以验证这些假设,并采用Mann-Whitney非参数检验法进行统计分析。结果表明,在设计结果的创新性方面,不同工作模式下设计者的表现总体上没有显著差异;而在设计时间和设计质量方面,以交替模式工作的设计者的表现总体上优于以顺序模式工作的设计者的表现。因此,交替模式能够发挥两种媒介的优势,即传统媒介更适用于表征设计概念,而CAD媒介则更适用于分析和检验设计意图,从而提高设计效率。     

配置设计的分级约束满足问题求解方法研究

从分析配置设计过程中约束对变量的不同作用程度入手,提出将配置求解过程作为分级约束满足问题进行处理,对约束进行分级处理,赋予不同的约束水平,以确定配置求解过程中约束满足的顺序。通过引入"活动变量"和"活动约束",对有向图中结点和弧赋予新的含义,构建了分级约束满足问题网络,采用一致性方法和基于图的传播技术相结合的方法进行网络的一致性检验和约束的传播,并提出了分级约束满足问题网络在求解过程中约束冲突的解决方法,形成了配置设计的分级约束满足问题求解方法,较好地解决了变量受多个不同强度约束条件作用时的合理赋值和约束冲突的问题。并以捆钞机产品配置为例,验证了分级约束满足问题求解方法的可行性。     

支持计算机辅助概念设计的机械产品创新过程动态建模

针对作为机械产品概念设计关键问题之一的过程建模,讨论机械产品创新过程中工作背景、市场需求等因素的变化对产品概念设计过程的决定性影响,在此基础上建立了环境—需求—功能—行为—结构(E-R-F-B-S)变量集映射动态模型,利用7种映射单元之间的有序组合归纳出4条产品创新链,为设计者在设计实践中的若干种创新思维过程建立简明的框架模型。通过确定创新链与有向图、有向图与稀疏矩阵的对应关系建立创新链的数学模型,进而提出并讨论创建以稀疏对称阵为输入变量的计算机辅助概念设计推理系统的合理构想。最后以辽河油田修井机传动系统的概念设计实例,说明创新链模型对机械产品创新过程的有效指导作用。     

基于域结构模板的机械产品概念设计方案生成

在公理化设计（Axiomatic design）理论的基础上,研究了机械产品要领设计方案生成的几个关键技术。讨论了要领设计的顾客需求驱动问题,提出了一种解决策略;针对公理化设计理论的不足,提出了域结构模板的概念,对公理化设计进行了扩展,并在此基础上构造了概念空间和概念推理网络;通过约束推理从概念推理网络中提取出有效概念空间,并给出了有效概念空间的分解算法;基于概念图（Conceptual graphs）分析了方案中设计实体之间的功能联系。以高速链式平缝机为例对所述概念设计方案生成方法进行了验证。     

基于自动机的可配置产品功构映射过程研究

针对现有可配置产品功能结构域映射实现方法的局限性,给出了面向配置设计的产品功构模型知识表达.根据模型层次节点功构单元间结构特征,提出了基于半环赋权自动机的单约束线结构产品功构模型功能结构域映射实现方法;按照"析取-合取"策略,运用自动机析取、同效、去冗余性等方法将多约束树型产品功构模型析取为若干相对独立的线结构产品功构模型,按单约束线结构产品功构模型映射方法求解,将所有解运用"合取"方法,实现了多约束树型产品功构模型功构映射.最后,通过在液压机配置设计功能结构映射中的应用,表明了上述方法的有效性.     

基于用户需求的产品概念设计原理与方法

产品概念设计是产品开发阶段中的重要环节,根据产品开发的需求,提出了一种从用户需求建立最终产品概念的过程原理与方法,确保概念设计的准确性、多样性与可实施性。采用用户面谈法获取用户需求,采用近似图表法进行用户需求分析,提取用户群体重要度,利用功能分解法研究从用户需求到设计需求的转换,通过搜索设计需求的解决方案建立众多产品概念,生成概念选择树,并以投票数据确定深入发展更具潜力的设计概念,最后以用户需求检验设计概念的正确性。以插座概念设计为例验证了该原理与方法对创新产品概念,贴近用户需求,符合生产要求,缩短设计时间都具有重要的作用。     

基于强化学习的超启发算法求解有容量车辆路径问题

为了更高效地求解物流优化领域中的有容量车辆路径问题,减少陷入局部最优的情况,提出一种基于强化学习的超启发算法。设计了算法的高层启发式策略,包括选择策略和解的接受准则:基于学习机制,使用强化学习中的深度Q神经网络算法构造该算法的选择策略,对底层算子的性能进行奖惩评价;利用奖惩值以及模拟退火作为算法的接受准则,对优质解建立序列池,从而引导算法更有效地搜索解空间,并采用聚类思想提升初始解的质量。对有容量车辆问题的标准算例进行计算,并与其他算法对比,统计分析了最优值、误差率和平均值,实验结果表明了所提算法在该问题求解上的有效性和稳定性,总体求解效果优于对比算法。     

面向配置设计的产品功构单元粒度划分方法

针对现有模糊聚类方法在粒度划分实现过程中存在问题,基于构建面向配置设计的产品功构模型,通过对模糊C均值算法中随机初始化策略进行改进,研究功构单元粒度划分方法,并结合产品配置设计过程中需求映射及实例映射特点,根据公理化设计原理探讨了基于信息熵的聚类评价函数构造。最后,结合项目实施给出该方法在电梯制造业中的典型应用实例。系统实现及结果表明提出方法的有效性,为面向配置设计的产品族构建提供另一种数值计算方法。     

基于贝叶斯方法的尺寸变化概率分配及其在产品变型设计中的应用

基于大规模定制生产对产品组成零件的分类,定义了不同类型零件之间的尺寸约束满足优先级,提出了通过转移/延迟零件尺寸变化需求来提高产品变型体中零件重用水平的变型设计策略,分析了零件重用引起的尺寸冲突形式。针对零件尺寸变化转移/延迟问题,给出了零件尺寸之间的变化概率矩阵,提出了基于贝叶斯方法的尺寸变化概率分配模型,可以将尺寸变化需求集中到少数零件对象上以实现重用。在此基础上,给出了基于尺寸变化转移/延迟的混合多模型产品变型设计过程模型。最后,通过一个案例进行了验证,结果表明：通过将尺寸冲突转移、延迟,并根据零件分类动态分配尺寸变化概率,可有效提高定制产品中零件资源的重用水平。