面向复杂产品方案设计的多性能融合布局设计技术研究

发布时间：2019-03-18 16:10

【摘要】：方案设计是复杂产品设计过程的重要环节,通过综述产品方案设计关键技术研究现状,指出了现有方法存在的不足。在此基础上,本文围绕面向复杂产品方案设计的多性能融合布局设计技术展开研究,包括面向产品结构性能的总体布局模型构建技术、面向产品加工性能的需求转换与精度特性识别技术、面向产品运动性能的传动系统精度均衡分配技术、多性能融合的产品结构布局求解与方案评价方法等,并对所提出的理论、方法及技术进行验证。全文的组织结构为：第一章：综述了复杂产品方案设计方法和关键技术的国内外研究现状,分析归纳了现有复杂产品方案设计方法的不足,提出了本文的组织结构和主要研究工作。第二章：研究了面向产品结构性能的总体布局模型构建技术,提出了产品原理方案向结构化布局映射方法,定义了产品布局元层次关系网及产品布局多色模型,构建了布局元层次关系网；应用多色集合的个人颜色、统一颜色,给出了产品布局元层次关系网的数学描述,形成产品布局多色模型,并提出推理算法；利用个人颜色、统一颜色之间的围道布尔矩阵推理原理,进行产品结构布局设计过程中功能-运动分配-布局模块之间映射过程的形式化描述,实现了产品结构布局设计的公理化。第三章：研究了面向产品加工性能的需求转换与精度特性识别技术,提出了复杂产品加工工艺与性能需求耦合转换方法,构建了质量屋网络分析模型(Analytic Network Process,ANP),描述了加工工艺需求、性能需求、技术特性之间耦合关系及转换算法；提出了零件切削性评价的精度特性耦合识别方法,通过零件切削过程和精度变化过程耦合动态系统的隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model, HMM)描述,利用系统最佳状态评价和转换关系构建了精度特性识别方法,实现了面向产品总体布局设计的加工性能耦合映射过程。第四章：研究了产品运动精度方案设计方法,分析复杂产品传动系统误差源,提出了传动系统精度方案均衡分配方法。给出了空间运动误差矩阵,描述了传动部件误差参数与空间误差之间的映射关系。利用螺旋理论,建立了传动系统空间误差螺旋模型,形式化表达了传动系统空间误差几何意义。以制造成本、空间运动误差螺旋螺距及其大小为设计准则,构建了传动系统精度多目标分配模型。给出了基于拉格朗日乘子和梯度下降算子的改进飞支配排序遗传算法-Ⅱ(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ, NSGA-Ⅱ),求解Pareto解集,并借助多准则妥协解排序(VlseKriterijumska Optimizacija Ⅰ Kompromisno Resenje,VIKOR)方法分析精度分配方案Pareto解集,实现了运动精度均衡分配。第五章：研究了产品总体布局设计方法,根据机械产品方案设计中结构布局约束的特点,提出了多性能融合的产品位姿图与结构布局求解技术。对产品布局约束关系抽象化,建立布局设计约束之间的关系表达。在性能求解方面,构建产品功能需求模型、运动功能配置和模块结构之间的映射,得到产品简化布局模块结构。以低序体阵列表达产品布局拓扑结构,并且利用基于位姿图的空间布局模型,对产品模块结构进行定位、定序及邻接等关系的描述和布局组合操作,得到产品结构布局方案,实现了产品结构性能、加工性能、运动性能融合的总体布局设计。研究了产品设计方案多性能评价指标权重的不确定性及难以满足均衡评价问题,提出了多性能融合的产品结构与运动方案决策技术,给出了多性能评价指标的联合变权群决策方法,借助VIKOR分析的设计方案均衡群决策,实现了产品总体方案设计柔性评价。第六章：介绍了面向复杂产品方案设计的多性能融合布局设计平台,以数控机床为作为应用实例,验证了所提理论、方法及技术的可行性与有效性。第七章：对全文研究成果进行了总结,并指出了今后进一步研究工作的方向。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122

【参考文献】