基于FPBS的机械系统模块化设计方法与应用研究

发布时间：2022-09-30 20:21

　　为快速响应多样化机械装备产品的需求,在机械产品的方案设计过程中引入模块化设计方法与技术,建立与实施基于功能-原理（行为）-结构（Function-Principle-Behavior-Structure, FPBS）的产品模块化设计技术是解决问题的关键。本文对基于FPBS的产品方案设计、产品模块划分与创建、产品族规划设计、产品配置设计、模块适应性／变型设计、模块重构设计等问题进行了深入研究,主要内容与成果包括： （1）提出了基于功构独立性、行为相容性的产品FPBS设计建模方法。针对机械系统（产品）方案设计的复杂性,按照产品的总体技术目标特征,首先通过功能→原理（行为）→结构→功能的纵向设计迭代演进,实现产品方案设计过程中的功能-原理映射、原理-结构求解、结构-功能分解。同时,按照公理设计理论与行为相容性原则,进行产品功能、结构的不断解耦,直至分解到具有相对独立结构、独立功能、相容行为的基本功能-结构单元,实现产品FPBS分解模型的建立。其次,采用IDEF0和功能流建模相结合的方法进行产品功能建模,采用行为关联进行产品原理建模,采用装配联接进行产品结构建模,实现产品动态模型的建... 

【文章页数】：178 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 文献综述
        1.2.1 产品概念设计
        1.2.2 模块识别、划分与创建
        1.2.3 产品族规划设计
        1.2.4 产品配置设计
        1.2.5 产品模块适应性/变型设计
        1.2.6 产品模块重构设计
        1.2.7 产品模块化设计支持系统
        1.2.8 模块化设计应用
    1.3 产品模块化设计发展趋势
    1.4 主要研究工作与内容安排
        1.4.1 论文主要研究内容
        1.4.2 论文组织结构
第二章 基于功能-原理(行为)-结构的产品模块化设计
    2.1 基于功能-原理(行为)-结构的产品方案设计
        2.1.1 功能、原理、行为、结构
        2.1.2 功能、原理、行为、结构关系
        2.1.3 产品FPBS设计迭代模型
    2.2 基于功能-原理(行为)-结构的产品动态建模
        2.2.1 产品功能模型
        2.2.2 产品原理模型
        2.2.3 产品结构模型
        2.2.4 动态模型数学表达
    2.3 产品模块化设计方法
        2.3.1 基本概念
        2.3.2 基于功能-原理(行为)-结构的产品模块化设计总体方法
    2.4 本章小结
第三章 产品模块识别、划分与创建
    3.1 相关概念
    3.2 产品模块创建过程模型
    3.3 产品模块识别与划分
        3.3.1 产品模块划分原则
        3.3.2 自顶向下的产品功构要素分解
        3.3.3 产品功构要素相关性分析
        3.3.4 自底向上的产品功构要素聚合
    3.4 产品模块创建要素分析
        3.4.1 相关性权重系数影响分析
        3.4.2 产品模块划分粒度分析
    3.5 应用实例
    3.6 本章小结
第四章 产品族规划设计
    4.1 相关概念
    4.2 产品族规划设计准则
    4.3 产品族规划过程模型
    4.4 产品族模块体系规划设计
        4.4.1 产品族总体功能建立
        4.4.2 自顶向下的产品族功构分解建模
        4.4.3 自底向上的产品族功构聚合
        4.4.4 产品族模型建立
    4.5 应用实例
    4.6 本章小结
第五章 产品可拓配置设计
    5.1 模块、模块族、产品族模型
    5.2 产品配置过程模型
    5.3 产品配置设计方法
        5.3.1 产品需求映射
        5.3.2 产品特征层次性配置
        5.3.3 基于知识产品特征配置实现
        5.3.4 模块实例相似性匹配检索
        5.3.5 模块关联性分析
        5.3.6 模块可拓修改设计
    5.4 应用实例
    5.5 本章小结
第六章 模块可拓适应性变型设计
    6.1 可拓适应性/变型设计概念
    6.2 模块可拓适应性/变型设计策略
    6.3 模块功构可拓变换
        6.3.1 功构可拓基本变换
        6.3.2 功构可拓传导变换
    6.4 模块适应性/变型设计方法
    6.5 应用实例
        6.5.1 功构分解
        6.5.2 功构置换
        6.5.3 功构聚合
        6.5.4 传导变换
        6.5.5 设计结果
    6.6 本章小结
第七章 模块重构设计
    7.1 可重构性概念
        7.1.1 基于FPBS可重构性概念
        7.1.2 可重构性设计公理
    7.2 模块重构设计过程模型
    7.3 模块重构设计方法
        7.3.1 功能重构方法
        7.3.2 原理构型方法
        7.3.3 行为组合方法
        7.3.4 结构聚合方法
    7.4 可重构模块设计方法
        7.4.1 可重构子模块规划方法
        7.4.2 面向重构的可拆卸联接机械界面
    7.5 应用实例
        7.5.1 功能重构
        7.5.2 原理构型
        7.5.3 行为组合
        7.5.4 结构聚合
    7.6 本章小结
第八章 产品模块化设计支持系统
    8.1 产品模块化设计过程模型
    8.2 模块化设计支持系统体系结构
    8.3 模块化设计支持系统功能设计
        8.3.1 产品方案设计
        8.3.2 产品(族)模块体系建立
        8.3.3 基于模块的产品配置(定制)设计
        8.3.4 产品模块化设计数据管理
    8.4 模块化设计支持系统数据模型
    8.5 模块化设计支持系统开发实现
        8.5.1 系统开发运行环境选型
        8.5.2 通用CAD平台的模块化支撑扩展
        8.5.3 系统功能实现
    8.6 本章小结
第九章 结论与展望
    9.1 结论
    9.2 今后工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]面向产品配置的模块形成及划分方法[J]. 贡智兵,李东波,史翔.  机械工程学报. 2007(11)
[2]广义模块化设计原理及方法[J]. 高卫国,徐燕申,陈永亮,章青.  机械工程学报. 2007(06)
[3]产品功能模块划分方法[J]. 高飞,肖刚,潘双夏,陈久军,张元鸣.  机械工程学报. 2007(05)
[4]广义模块化设计及报价系统通用平台的构建及其应用[J]. 黎旭,徐燕申,黄艳群.  机械工程学报. 2007(04)
[5]基于模块化产品实例的变型设计技术研究[J]. 肖新华,史明华,杨小凤,李斌.  中国机械工程. 2007(07)
[6]基于知识的产品可拓配置与进化设计技术研究[J]. 楼健人,伊国栋,张树有,谭建荣.  浙江大学学报(工学版). 2007(03)
[7]基于能量转换的机械产品概念设计自动化研究与实现[J]. 高常青,黄克正,张勇.  中国机械工程. 2007(06)
[8]面向实例推理的产品设计本体建模研究及应用[J]. 王生发,顾新建,郭剑锋,马军.  机械工程学报. 2007(03)
[9]面向大批量定制的配置产品变型设计[J]. 冯毅雄,程锦,谭建荣,郑兵.  浙江大学学报(工学版). 2007(02)
[10]配置模块关联系数计算方法及其应用研究[J]. 刘夫云,祁国宁.  计算机集成制造系统. 2007(01)

博士论文
[1]快速研制系统、技术及应用研究[D]. 李国喜.国防科学技术大学 2005

硕士论文
[1]基于特征模块的零件快速工艺准备[D]. 张跃洪.国防科学技术大学 2005
[2]装备模块化设计中的模块创建研究[D]. 慈元卓.国防科学技术大学 2004



本文编号：3684213