概念设计中的三维公差与结构同步设计研究

为支持产品概念设计的多结构方案优选和成本优化,提出了在概念设计阶段进行公差设计的思想。给出了指导概念结构设计的生长型设计过程模型,应用旋量对功能表面间的几何约束进行分析;在公差表示模型的基础上,自动选择基准框架,生成三维公差链并进行设计计算;开发了相应的软件系统支持设计过程。应用实例表明,公差与结构同步设计能有效地减少设计方案的反复修改,提高了设计的效率和质量,对CAD/CAM集成具有重要意义。     

产品概念结构设计中的公差进化模型和算法

在产品概念结构设计自动化技术基础上，研究了产品公差设计过程及其特点，提出了四层产品公差结构模型。应用局部公差分配模型与公差设计过程建立了全局公差优化理论模型，提出了以保证产品总精度需求为目标的概念结构设计阶段公差的同步设计算法。实例表明，提出的公差进化模型和算法，避免了人为建模工作，大大提高了公差设计效率和质量，为快速完成多方案的并行设计奠定了基础。     

基于生长型设计的公差研究

当前的公差设计研究大多集中于详细设计阶段,对设计前期的公差研究较少。在设计前期的公差设计将减少设计修改并缩短设计周期。在生长型概念结构设计的基础上,将公差问题提前到概念设计阶段。首先介绍生长型设计的基本概念和模型,而后研究结构与公差并行设计的过程模型。分析在设计过程中自动生成局部尺寸链和全局尺寸链的方法,建立公差设计和反馈的整体框架。应用此方法实现了液压缸夹具的尺寸公差设计。     

基于产品基因的概念结构生长型设计研究

在产品概念设计过程中,通过与生物个体生长过程的类比,将产品比作生物个体,将零件看作细胞,提出了产品基因概念、特征。又从产品概念结构生长型设计中,提出了产品基因的表示方法和技术支持,并建立了基于产品基因组的概念结构生长型设计过程模型。最后利用软件系统实现了对虎钳夹具的设计。     

概念设计中的三维公差分析？

根据三维公差分析理论与产品设计和制造之间的公差分配矛盾,提出了在概念设计阶段进行公差设计的思想。应用矢量环公差数学理论在三维公差软件 CETOL 6σ中建模,并用二阶分析理论进行三维公差分析。通过工程实例表明三维公差分析在概念设计中的应用具有重要意义。     

机械产品生长型设计过程的研究

产品概念设计自动化已成为机械设计领域研究的重点.首先引入了广义定位原理和功能表面的概念,而后将实际零部件中表现产品形状、结构的特定表面抽象为功能模式,支持概念结构生成;将生物生长的机理用于产品设计过程,通过功能表面的分解重构进行产品概念设计;给出了功能原型和原理库的数学表达.通过工程实例,验证了上述理论的有效性和实用性.     

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—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。     

概念结构生长型设计的力学分析研究

提出一种在概念设计阶段进行产品力学分析的新方法。生长型设计是模拟生物生长机制，利用功能表面作为功能一结构映射的信息载体。通过生物个体与机械产品的类比，提出了概念结构生长型设计的传动链模型。以转动一移动的杠杆结构为例，详细分析其力学模型，并以虎钳夹具设计为例验证其效果的有效性。     

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。     

基于单元模型的产品结构概念设计

将功能单元与结构单元作为基本逻辑单元,提出一种基于单元模型的产品结构概念设计方法。建立了功能单元模型,以及产品级和零件级两种不同复合度的结构单元模型;以功能单元为载体,通过对表征功能单元间关联关系的邻接矩阵进行运算,得到功能单元的耦合集及其优先级关系,建立了设计活动的功能链图;以功能链图为依据,建立了功能单元—产品级结构单元关联矩阵,得到基于产品级结构单元组合的、满足功能需求的设计方案;以此为原形,进行产品级结构单元到零件级结构单元的运动及定位关系映射,建立了以功能表面为载体的、由功能表面及其关联构成的产品结构骨架,对其进行参数约束与结构扩展,即可完成产品结构的扩展。以搬运机器人为例,说明了所提方法的有效性。     

Functional tolerance theory in incremental growth design

The evolutionary tolerance design strategy and its characteristics are studied on the basis of automation technology in the product structure design. To guarantee a successful transformation from the functional requirement to geometry constraints between parts, and finally to dimension constraints, a functional tolerance design theory in the process of product growth design is put forward. A mathematical model with a correlated sensitivity function between cost and the tolerance is created, in which the design cost, the manufacturing cost, the usage cost, and the depreciation cost of the product are regarded as control constraints of the tolerance allocation. Considering these costs, a multifactor-cost function to express quality loss of the product is applied into the model. In the mathematical model, the minimum cost is used as the objective function; a reasonable process capability index, the assembly function, and assembly quality are taken as the constraints; and depreciation cost in the objective function is expressed as the discount rate—terminology in economics. Thus, allocation of the dimension tolerance as the function and cost over the whole lifetime of the product is realized. Finally, a design example is used to demonstrate the successful application of the proposed functional tolerance theory in the incremental growth design of the product. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(10): 73–79 [译自: 机械工程学报]     

基于公理设计的机械传动系统概念设计方法

以公理设计框架为指导,根据运动特征集对功能需求和设计参数进行形式化描述,从而划分基本功能需求块和设计参数块.在此基础上提出一种机械传动系统概念设计方法.该方法根据功能域向物理域映射过程的描述,首先产生功能分解规则进行功能分解,并搜索出各个子功能解.在组合子功能解的过程中,通过建立组合解搜索问题的数学模型,引入蚁群系统算法来处理该组合优化问题,从而有效加快搜索过程和处理可能存在的组合爆炸.结合捻线机往复导纱系统设计实例,对该方法及其有效性进行了说明和验证.     

基于功能表面的概念设计产品模型研究

为解决功能向结构映射存在的多解性、不确定性等问题，引入功能表面作为功能到结构映射的媒介。在描述功能表面和产品功能模型的基础上，构建了一种机械产品概念设计产品模型（功能-功能表面-结构），实现了功能到结构的稳定映射关系。该模型可用于开发计算机辅助设计工具来支持机械产品概念设计过程，实例验证了该产品模型的有效性。     

基于资金时间价值的并行公差优化设计

总结了经典的成本公差模型,基于资金的时间价值原理对经典成本公差模型进行优化,提出了多种优化后的成本公差模型计算方法。利用优化后的成本公差模型,将制造成本、质量损失成本同时考虑到并行公差设计的目标函数中,实现了并行公差的优化设计。通过工程实例证明了所提方法的有效性,结果表明,优化后的成本公差模型更贴近实际,计算得到的总成本更为合理,有效地反应了物价上涨、通货膨胀、资金的时间价值等现实因素。     

基于混合群集智能算法的并行公差优化设计

通过对并行公差优化设计的分析,将其视为一种混合变量组合优化问题.首先给出了并行公差优化设计的数学模型,然后将其映射为一类特殊的旅行商问题--顺序多路旅行商问题,从而降低了问题的求解难度.利用蚁群优化算法和粒子群优化算法,分别在求解离散和连续变量优化时的优势,提出了一种求解并行公差优化设计问题的混合群集智能算法.通过一个计算实例,将混合群集智能算法分别与遗传算法和模拟退火算法进行了比较,结果表明,前者具有更强的搜索能力和较高的效率.同时,混合群集智能算法也为求解一般意义的混合变量优化问题提供了借鉴和参考.     

基于AHP的产品概念设计研究

产品概念设计的基本目的是获得综合性能最好的设计方案。通过对产品功能的分解和结构要素的映射分析,求出的方案集的解,通过分析不同方案对功能要素的相对重要度大小并进行量化处理,再基于AHP进行归纳计算,找到综合权重最大的方案作为最佳设计方案。通过对电缆除冰装置概念设计的实例分析和计算,验证了该方法在产品概念设计方面应用的可行性和实用性。     

基于能量转换的机械产品概念设计自动化研究与实现

提出了能量链原理，从设计本质的层面上指出，机械产品创新设计求解的本质过程即是选择合适的能量转换原理及确定支持相应能量转换的结构方案的过程。在广义定位原理与能量链原理的基础上，建立了相应的概念设计产品信息模型，构建了支持能量转换推理的机械产品概念设计过程模型以及支持功能结构自动映射过程的概念零件编码体系。介绍了基于该原理开发的概念设计CAD软件系统——DARFAD。     

基于多学科设计优化技术的导弹方案设计

多学科设计优化技术当前主要作为传统设计过程的补充,存在较大的局限性.为此,在导弹方案设计全过程引入了多学科并行设计思想,建立了包含两阶段的多学科设计优化流程,在多学科设计阶段形成基准方案,在多学科优化阶段完成基准方案的可行化与最佳化.建立了支持两个设计阶段的五种模型,并分析了基于这些模型描述多学科设计和多学科优化问题的方法.根据所研究的设计流程和建模方法,提出了建立四层体系结构的总体设计软件框架的思想.最后,在Visual C++开发环境下,开发了面向导弹总体设计的多学科设计优化原型系统.     

基于改进遗传算法的离散公差模糊稳健优化设计

为了解决离散变量优化设计问题，采用了一种面向设计、制造的设计变量离散化处理方法。通过改进最优个体保护策略和混沌移民算子，并引入家族竞争遗传机制对基本遗传算法进行了改进。开发了混合离散变量的改进遗传算法程序LSGA2005，用该程序解决了箱体零件尺寸链的离散公差模糊稳健设计问题。实例表明，该算法全局收敛能力强，具有较好的实用价值。