基于廣義約束協(xié)調(diào)模型的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計方法研究.pdf

1、產(chǎn)品設(shè)計是一種復(fù)雜的創(chuàng)造性活動，隨著產(chǎn)品復(fù)雜度的提高，使得其設(shè)計開發(fā)過程成為不僅考慮制造、裝配全生命周期的并行設(shè)計過程，而且成為機(jī)械、控制、動力學(xué)等多個領(lǐng)域的一體化協(xié)同設(shè)計過程。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法由于缺少部門、學(xué)科之間的溝通交流，僅憑借零散局部的經(jīng)驗進(jìn)行試湊，常常會在產(chǎn)品生命周期的下游階段出現(xiàn)一些難以解決的問題，導(dǎo)致大規(guī)模的返工，產(chǎn)品開發(fā)周期難以保證。克服傳統(tǒng)設(shè)計缺陷的一個最有效的方法就是使開發(fā)者從一開始就考慮產(chǎn)品全生命周期中包括質(zhì)量、

2、成本、進(jìn)度、用戶需求等所有信息，對產(chǎn)品設(shè)計中的各種約束條件進(jìn)行分析，防止由于設(shè)計失誤而導(dǎo)致的大規(guī)模返工，保證產(chǎn)品設(shè)計全過程的順利進(jìn)行。
　　 本文對產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計中的約束協(xié)調(diào)問題、沖突檢測算法以及大系統(tǒng)的化解問題進(jìn)行了深入的研究，取得了以下主要成果：
　　 提出了產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計中的一種基于廣義約束網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)模型，用以描述產(chǎn)品設(shè)計全過程中的所有約束條件以及設(shè)計參數(shù)的不確定性信息。廣義約束協(xié)調(diào)模型中不僅包含了代數(shù)約束條件，而且還

3、包含了微分方程形式的約束條件，使得設(shè)計者可以考慮來自仿真等環(huán)節(jié)的時變約束，同時還包含了離散向量形式的約束。廣義的內(nèi)涵主要是針對協(xié)調(diào)模型中眾多的約束條件而言。廣義約束協(xié)調(diào)模型的意義在于，提供一種手段使得設(shè)計人員不僅能夠考慮產(chǎn)品設(shè)計本身的要求，而且能夠考慮仿真、制造等過程的要求，甚至可以考慮產(chǎn)品全生命周期中不確定性因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在整個產(chǎn)品設(shè)計的過程中對潛在的設(shè)計沖突進(jìn)行監(jiān)控。
　　 給出了求解廣義約束協(xié)調(diào)模型的廣義一致性解空

4、間監(jiān)控算法。本文針對廣義約束協(xié)調(diào)模型，結(jié)合各類約束條件的轉(zhuǎn)化算法，推導(dǎo)出求解該協(xié)調(diào)模型的廣義一致性解空間監(jiān)控算法，通過求解轉(zhuǎn)化后的一致性區(qū)間來實現(xiàn)檢測沖突的目的。利用該算法，可以求解廣義約束協(xié)調(diào)模型中的各類形式約束網(wǎng)絡(luò)的一致性區(qū)間，在設(shè)計早期就能夠預(yù)測潛在沖突，不斷監(jiān)控工程更改對設(shè)計解空間造成的影響，避免出現(xiàn)大規(guī)模的返工。
　　 采用設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣方法對產(chǎn)品設(shè)計的系統(tǒng)模型進(jìn)行分解。廣義約束協(xié)調(diào)模型盡可能的包括了產(chǎn)品設(shè)計過程中所有的

5、約束，理論上該模型充分考慮了產(chǎn)品設(shè)計過程中的所有問題，有利于設(shè)計人員考慮更多的約束條件，但在實際的操作過程中卻由于模型過于龐大，導(dǎo)致建模、計算的困難。因此，本文采用設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣的方法對系統(tǒng)模型進(jìn)行分解，獲得規(guī)模較小耦合緊密的組合，建立其子系統(tǒng)的約束協(xié)調(diào)模型，再利用一致性區(qū)間算法對子系統(tǒng)模型進(jìn)行一致性求解以獲得產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)的一致性區(qū)間。
　　 最后，根據(jù)協(xié)調(diào)理論和廣義約束協(xié)調(diào)模型，結(jié)合工程項目的實際需求，開發(fā)了“并行協(xié)調(diào)設(shè)計系統(tǒng)”