机械产品设计过程的路径决策与其模块化规划分析

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1、摘要新产品的开发是从无到有、从模糊到具体的过程，其间涉及大量存在复杂耦合迭代关系的设计任务，造成了对新产品开发过程进行规划、管理的难度。针对新产品开发的特点，本文围绕设计过程构建和设计过程规划进行研究，以期提高开发过程的创新性与快速性。第一章阐述了产品开发过程的内涵和概念设计方案求解的研究现状，综述了产品开发过程建模、规划、管理的研究现状，分析了当前研究存在的问题，并在此基础上给出了本文的研究内容和全文组织架构。第二章针对概念设计的分层映射过程模型不利于概念设计候选方案生成的问题，提出基于方案求解树和设计路径树的概念设计过程模型。采用求解树作为过程原始描述从抽象需求到具体物理结

2、构的设计信息分层进化过程，采用路径树作为其衍生模型，将求解树中隐含的所有生成概念设计方案的路径显性地加以表示。基于功能一原理一组件的层次划分，采用符号相关矩阵对方案求解过程进行信息建模，并给出了功能、原理、组件三类设计信息的定义及其知识表达模型，为基于模型实现概念设计方案生成与决策提供基础。第三章基于方案求解树与设计路径树的概念设计过程模型，提出了基于路径决策的产品概念设计方案生成的可计算方法。根据方案求解树与设计路径树的转化关系，采用矩阵算法实现设计路径树的生成，避免了转化过程中的组合爆炸问题；以此为基础，提出了基于相似性的箭线权值计算方法，以设计信息的表达模型为评价依据，通

3、过相似元的相似度量和功能序关系的相似度量确定箭线权值，建立带权的设计路径树。由此将概念设计候选方案生成与决策问题转化为设计路径树的生成与树中具备最优值的路径搜索与寻优问题，建立了概念设计方案生成的可计算方法，避免了设计过程创新性的退化。第四章基于设计过程的设计任务间存在集群关系、具备模块化特征的特点以及企业对于设计过程重用的诉求，提出了基于免疫算法的产品设计过程模块化规划方法。采用数字设计结构矩阵族模型进行过程建模，解决了复合矩阵集成为单一矩阵以及矩阵量化的问题，实现了过程中深层次迭代的描述；提出了免疫算法实现过程的模块化分解，以模块划分的内部聚合性、外部独立性要求以及过程规划

4、的反馈迭代最少为优化目标构建数学模型，有效实现过程模块分解；对于分解结果，给出了任务解耦、任务合并两种重组策略，以进一步优化过程结构。Il第五章首次尝试开发面向新产品开发的计算机辅助过程管理系统，通过模块程序实现了本文提出的新产品开发过程管理的两个关键技术。结合“橡胶包皮线切合流水线开发”项目，说明了系统实现的流程。第六章总结全文的研究内容及工作，分析归纳了本文的主要研究成果和创新点，并对课题下一步的研究方向进行了展望。关键词：概念设计方案生成；方案求解树；设计路径树；矩阵算法；相似度量；路径决策；过程模块化管理；数字设计结构矩阵族模型；免疫模块识别算法IIIABSTRACTN

5、ewproductdevelopment(NPD)isaprocessfromnonetosomeandfromambigioustoclear，whichcontainslargeamountofcoupleddesignactivies，makingthewholeprocessextremelyhardtocontr01．Basedonthischaractersteristic，thispaperconductsresearchondesignprocessconstructionanddesignprocessplanning，aimingtoachievethecr

6、eativityandrapidilyoftheNPD．Chapter1，thecontentoftheproductdevelopmentprocessandtheresearchstatusoftheschemesolvinginconceptualdesignisdescribed；moreover，theresearchonmodeling，planningandmanagementofNPDissummarized．Basedonthereview,thecurrentresearchproblemsareanalizedandtheprimaryresearchco

7、ntentsaswellastheorganizationofthisthesisaregiven．Chapter2，aimingattheproblemthatthemulti—layermappingprocessmodelofconceptualdesignlacksefficientmethodsonconceptgeneration，anewprocessmodel，thatistheschemesolvingtree(SST)anddesignroutetree(DRT)base