论文部分内容阅读
产品设计是一种复杂的创造性活动,随着产品复杂度的提高,使得其设计开发过程成为不仅考虑制造、装配全生命周期的并行设计过程,而且成为机械、控制、动力学等多个领域的一体化协同设计过程。传统的产品设计方法由于缺少部门、学科之间的沟通交流,仅凭借零散局部的经验进行试凑,常常会在产品生命周期的下游阶段出现一些难以解决的问题,导致大规模的返工,产品开发周期难以保证。克服传统设计缺陷的一个最有效的方法就是使开发者从一开始就考虑产品全生命周期中包括质量、成本、进度、用户需求等所有信息,对产品设计中的各种约束条件进行分析,防止由于设计失误而导致的大规模返工,保证产品设计全过程的顺利进行。
本文对产品协同设计中的约束协调问题、冲突检测算法以及大系统的化解问题进行了深入的研究,取得了以下主要成果:
提出了产品协同设计中的一种基于广义约束网络的协调模型,用以描述产品设计全过程中的所有约束条件以及设计参数的不确定性信息。广义约束协调模型中不仅包含了代数约束条件,而且还包含了微分方程形式的约束条件,使得设计者可以考虑来自仿真等环节的时变约束,同时还包含了离散向量形式的约束。广义的内涵主要是针对协调模型中众多的约束条件而言。广义约束协调模型的意义在于,提供一种手段使得设计人员不仅能够考虑产品设计本身的要求,而且能够考虑仿真、制造等过程的要求,甚至可以考虑产品全生命周期中不确定性因素对产品质量的影响,在整个产品设计的过程中对潜在的设计冲突进行监控。
给出了求解广义约束协调模型的广义一致性解空间监控算法。本文针对广义约束协调模型,结合各类约束条件的转化算法,推导出求解该协调模型的广义一致性解空间监控算法,通过求解转化后的一致性区间来实现检测冲突的目的。利用该算法,可以求解广义约束协调模型中的各类形式约束网络的一致性区间,在设计早期就能够预测潜在冲突,不断监控工程更改对设计解空间造成的影响,避免出现大规模的返工。
采用设计结构矩阵方法对产品设计的系统模型进行分解。广义约束协调模型尽可能的包括了产品设计过程中所有的约束,理论上该模型充分考虑了产品设计过程中的所有问题,有利于设计人员考虑更多的约束条件,但在实际的操作过程中却由于模型过于庞大,导致建模、计算的困难。因此,本文采用设计结构矩阵的方法对系统模型进行分解,获得规模较小耦合紧密的组合,建立其子系统的约束协调模型,再利用一致性区间算法对子系统模型进行一致性求解以获得产品设计参数的一致性区间。
最后,根据协调理论和广义约束协调模型,结合工程项目的实际需求,开发了“并行协调设计系统”。并通过唐山车辆厂某型半主动转向架的设计实例验证了本文方法的有效性。