产品多领域协同设计中协同分析及量化研究

分析产品多领域协同设计的形成历程及其协同特性;根据产品多领域协同设计过程中协同的全方位性构建三维协同模型;根据设计任务间的信息协同,进行协同度定义和量化表达;提出基于协同度的耦合任务集撕裂规划方法,并应用于"新型自驱动式电缆牵引机"设计实例,从而验证了该方法的有效性.     

复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台

复杂产品制造业是国民经济和国家安全的重要基础,它的竞争将直接关系到国力的兴衰。虽然支持复杂产品设计的计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助优化等等工具已经得到了广泛应用,而且也取得了了明显的效果,但是,设计、仿真和优化工具都是独立地支持复杂产品设计,缺乏协同设计、协同仿真和协同优化的深入应用,尤其是三者之间的协同集成。现有产品数据管理系统在文档管理、产品结构管理、变更管理、工作流程管理等方面提供了很好的支持,但是,对于复杂产品协同设计、协同仿真、协同优化及其集成的支持还不足。因此,本文针对复杂产品设计的特点,从协同集成角度出发,提出了复杂产品“协同设计、协同仿真、协同优化”一体化平台,对提升复杂产品自主研发能力、加快研发速度、提高设计质量具有重大意义。     

复杂产品协同设计过程管理系统的设计与实现

过程管理是复杂机械产品协同设计研究的主要问题之一。在分析了复杂机械产协同设计过程业务需求的基础上,提出了协同设计过程管理的总体框架结构,针对协同设计过程管理的项目任务管理、设计资源管理、过程建模与分析、访问控制管理等功能模型进行了形式化描述,建立了系统的数据库概念模型和物理模型。基于J2EE平台MVC模式的Spring+Struts+Hibernate轻量级框架和基于Web的B/S三层架构模式,进行了协同设计过程管理原型系统的实现。     

面向复杂产品协同设计的元模式设计

分布式制造应用之间的互操作是计算机辅助协同设计需要解决的核心问题.该文从一个航天复杂产品的协同设计实例出发,研究了支持多领域应用协同设计的To-Be模型.结合当前元语言、元框架等技术特点,提出了一种元模式协同设计方法.该方法具有将产品的工程特征信息描述与实现技术(程序语言、计算机辅助工具)隔离;应用可扩展标记语言描述产品元数据;应用元框架实现产品共享信息的交互等特点.设计了航天复杂产品协同设计知识大纲,实现了多领域应用的协同设计.     

复杂产品虚拟样机协同开发平台技术研究

简要介绍了虚拟样机技术及其应用现状,分析了对支持虚拟样机协同开发的应用系统的需求,提出了复杂产品虚拟样机协同开发平台的整体解决方案,给出了平台的体系结构和具体的功能组成,对下一步的研究内容进行了展望。     

复杂产品新技术主制造商供应商协同研发风险评估

复杂产品新技术的研发是实现建设创新型国家战略的重要组成部分,对于提高国家竞争力具有决定性的作用。但复杂产品新技术研发具有高风险性,只有对其研发过程中的风险进行全面评估,才能保证新技术研发的顺利实现。针对复杂产品新技术和主制造商供应商协同研发的特点,运用调查问卷与SPSS统计分析相结合的方法,从公司层、职能部门层和研发团队层3个方面构建复杂产品新技术协同研发的风险评估指标体系,并以C919辅助动力部件的协同研发为例运用模糊综合评价方法对其风险进行了评估,基于计算结果对其存在的风险进行了分析,并提出了相关对策建议。     

产品协同设计的现状和发展趋势

本文在论述了产品协同设计的基本概念和应用现状后,根据协同设计的主内容和基本特点,总结出了常用的几种的产品协同设计模式,最后阐述了产品协同设计的发展前景。     

基于产品布局设计特征的协同设计

提出了产品布局设计特征的概念和定义方法,解决了在概念设计阶段如何构建参数化布局模型的问题,在PDM环境下应用该模型,可实现基于产品布局设计特征的多小组的远程协同设计．该方法采用工程文件管理方式,统一管理布局设计特征与产品装配模型,有利于模型维护;利用Petri网描述和管理动态定义的设计过程模型,实现了布局设计特征模型与子设计方案之间的“推式”数据自动维护和更新．     

面向机床产品的协同设计支持环境的研究

分析了机床产品对协同设计支持环境的要求和机床产品协同设计支持环境的新特点，从功能体系结构和网络体系结构方面提出了满足机床产品要求的协同设计支持环境的体系结构，并对实现该体系结构的多Agent技术、协同应用技术、协同工具技术、决策支持技术、任务管理和产品开发环境建模技术等进行了研究．在此基础上，开发了机床产品协同设计支持环境的原型系统，为实现一个支持多通道交流的异地同步模式的协同设计支持环境奠定了基础。     

基于有向图的复杂产品精益生产协同优化问题及平台构建

研究了复杂产品的特性和生产需求,根据精益生产管理的指导思想,给出了复杂产品的精益生产管理流程;采用有向图和矩阵法表示复杂产品的时序关系,为协同生产提供了技术支持.构建了适合复杂产品特点的精益生产协同优化平台,实现生产、销售、库存、原材料统一采购等功能的一体化管理,并缩短交货期、降低成本、改进服务和提高产品质量,为推动企业应用先进的管理模式提供了参考依据.     

多学科混合协同设计优化方法

讨论了在多学科设计优化过程中,层级系统、非层级系统以及它们的子系统之间的相互关系,并将混合系统分成四类.通过建立多学科设计优化过程中各子系统设计变量和目标函数的协同规则,研制了针对混合系统优化设计的多学科混合协同设计优化方法.将此优化方法应用到微机械陀螺的优化设计中,取得了满意的结果.     

复杂产品多学科设计优化的视图建模

针对复杂产品学科分划困难以及多学科设计建模中存在的视图一致性问题,提出了以主模型为导向、多学科并行建模的技术路线。介绍了产品的多学科设计优化方法,论证了设计对象功能行为的不同表达是多学科视图模型形成的基础;讨论了多学科视图模型之间协调一致的保证体系。将该方法应用于汽车车身的多学科设计优化,真正实现了设计信息的共享和动态交互,有效改进了产品设计水平。     

零件设计过程多学科协同优化

基于传统零件设计与优化遵循顺序过程无法达到面向载荷—结构—工艺的全局最优,对轴类零件的过程设计多学科优化进行研究;以质量为系统级目标函数,以集中载荷截面的弯矩和扭矩、安全系数变化、切削加工去除材料总量为学科目标函数,建立过程协同优化模型,以遗传-粒子群算法进行求解,并以某电动助力转向器(EPS)输出轴为研究对象进行优化计算.研究结果表明:输出轴质量减小5.5％,在300N·m扭矩或80N·m助力转矩2种状态下优化后最大变形分别减小4.2％和9.6％,最大应力分别减小4.4％和10.1％.     

基于约束网络的多学科协同设计方法

针对多学科设计问题中约束条件过多过于复杂的情况 ,为了保证设计参数一次选取成功 ,提出了一种基于约束网络的多学科协同设计方法。该方法利用约束网络模型收集分属于不同学科的约束条件 ,并在设计期间监控这些约束关系。提出了反映协同设计需求的数学模型 ,设计了一个通用的一致性求解算法框架 ,并利用了基于区间代数的一致性算法。该方法能够在设计的初期就监控设计过程 ,有效地预报冲突。将该方法应用到铁路车辆的转向架设计中 ,已证明了它的有效性。     

多学科变量耦合优化设计方法

基于多学科设计优化原理,提出了面向非层级复杂系统的多学科变量耦合优化设计方法,阐述了其优化设计的基本思路和工作原理.通过设置理想耦合点,构造了耦合函数,使子系统在各自独立优化设计的同时,在系统级的协调下达到耦合关系的满足,并使系统得到总体上的优化.在梳齿式微机械加速度计的优化设计中,对该方法进行了验证.     

多学科协同设计系统的协商策略模型

分析多学科协同设计系统中协商的特点，提出博弈论和协商理论在协商策略中的应用．对协商策略进行参数化、公式化，通过对参数及公式的处理实现推荐方案的形成，从而指导协商过程向收敛方向进行，并保证系统的利益最大化．实践证明，该协商策略可行有效，对整个协同设计过程的顺利进行起到了关键性的作用．     

基于目标层解分析方法的重水潜器多学科设计优化

采用一种新型的多学科设计方法———目标解析分流法进行重水潜器的概念设计。首先利用半经验法建立重水潜器的集成系统模型,并进行目标层解分析（ATC）优化模型;再应用增广拉格朗日惩罚函数松弛化方法,通过改进内外层嵌套式求解策略,减少内层循环病态子问题的求解计算时间,在内层循环得到收敛的同时,外层循环更新惩罚权重来获得可行解;随后改变惩罚函数权重,对比分析各种惩罚函数对求解效率的影响。由实验可得,应用增广拉格朗日惩罚函数松弛化求解的方法,保持计算精度的同时也提高了计算效率。最终获得的系统最优解与多维的一次设计优化问题所得到的最优解非常接近,证明了多学科设计优化能充分利用不同学科之间的相互作用所产生的协同效应,从而获得系统整体的最优解。     

面向协同装配设计的信息建模

为满足协同装配设计所需的信息,分析了协同装配中预装配、装配顺序规划和装配路径规划等活动对装配信息模型的需求,给出了协同装配模型的信息构成,包括零件信息、装配信息和设计决策信息3部分.提出了装配结和装配基元的概念,前者简化了装配约束关系的描述,后者反映了装配顺序及装配操作; 由此构成了便于计算机存储的协同装配模型的信息表达方案以及指导预装配活动的框架视图表达方案.结果表明,该模型能有效地支持协同装配设计的实现.     

建筑设计协同工作模型设计与实践

对建筑设计协同工作的机制进行了研究 ,提出了逻辑模型 ,论述了依据建筑设计在协同工作目标、实施过程和控制机制等若干方面的特点所建立的工作流模型、资源管理模型、虚拟协同设计环境等。在此基础上实现远程建筑设计协同工作通用平台 (TH- CSCDP) ,该系统利用 Auto CAD几何实体句柄的特性 ,设计了面向对象的变更对象模型来管理图纸变更的历史和附加信息并运用计算机网络、数据仓库实现工程级的设计变更管理 ;同时采用网络多媒体技术构造实时虚拟协同设计环境。该系统已经被中国多家设计单位采用 ,实践证明其在管理建筑设计协同资源 ,支持设计资源的共享和传输 ,实现多层次多媒体协同工作环境等方面效用卓著