基于公理设计的机械产品设计方法研究及应用

发布时间：2020-04-10 23:37

【摘要】： 本文以公理设计(AD)的理论研究为基础,针对机械产品概念设计这一非常重要的设计领域,将AD的独立公理和信息公理与TRIZ理论、模糊理论等相结合,深入研究了机械产品概念设计的方案生成和方案评价的理论和方法;结合对产品信息度量理论及方法的研究,进行了机械产品工艺信息度量及方案评价的研究;应用上述理论方法,进行了工程实际对象方案生成和方案评价的应用研究。首先,在深入研究AD基本理论及相关成果的基础上,阐述了利用AD进行机械产品概念设计的全过程,给出了其设计过程模型,并详细分析了设计过程中功能分解顺序的确定方法。其次,基于对AD理论和创新问题解决理论(TRIZ)的研究,建立了一种基于AD理论与TRIZ理论的机械产品概念设计集成模型。该模型利用TRIZ理论中的技术进化法则,为AD理论提供层次分解指导,将AD理论中的耦合功能转换为TKIZ理论的标准参数,再查相应的矛盾矩阵找出解决耦合问题的发明原理,解决AD中的耦合问题。该模型利用AD理论与TRIZ理论的互补性,将两者结合起来进行机械产品概念设计,能够克服单个理论存在的局限,加强了应用单个理论设计时存在的优势,可得到满意的设计方案,因而扩大了AD理论和TRIZ理论的应用范围。接着,针对公理设计中应用信息公理评价设计方案的局限,将模糊理论、层次分析法和灰色关联理论等引入到设计方案的评价过程中,提出了一种基于信息公理的模糊综合评价模型。该模型利用模糊理论将评价指标中AD难以计算的定性指标信息数值化,利用层次分析法确定各指标权重值,利用灰色关联理论获得在数据不充分的情况下各指标值的分布规律,然后利用信息公理理论计算各可行方案的信息量,比较各设计方案的总信息量以确定最佳方案,实现了设计方案评价的柔性,使得本模型适用于更广泛的设计方案评价。然后,基于对机械产品信息度量理论及方法的研究,建立了机械产品工艺信息度量方法,进而结合信息公理原理,提出了一种机械产品工艺方案评价及优选方法。本文从工艺文件中工序可能的组合次序、工序选取和工序所含加工精度等三个方面,分别建立其信息的度量方法,并得到工艺文件总的信息量,然后应用信息公理原理,按照工艺文件信息量的大小来优选工艺文件,确定产品工艺方案。AD理论与信息度量理论的结合拓展了AD的应用领域,为机械产品工艺方案评价提供了一种理论指导。最后,基于上述研究成果,针对三峡地下电站引水洞上弯道衬砌钢模台车的设计要求,应用产品概念设计过程模型及基于AD理论与TRIZ的集成模型,设计出了底拱滑模-边顶拱钢模台车和全圆针梁式钢模台车两套方案,详细说明了两种方案设计的过程,并利用模糊信息公理对两种设计方案进行综合评价,成功地确定出三峡地下电站引水洞上弯道衬砌钢模台车优选设计方案,因此取得到了较好的应用效益。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH122

【参考文献】