性能驱动的复杂机电产品设计理论和方法及其在大型注塑装备中的应用

摘要

针对复杂机电产品设计的创新性、层次性、演化性、尺度性、耦合性等固有特点，将性能知识引入到复杂机电产品设计过程中，提出了性能驱动的复杂机电产品设计理论和方法。为基于知识的复杂机电产品性能设计提供理论基础；为性能驱动复杂机电产品设计的过程建模与性能知识获取提供方法依据；为性能驱动复杂机电产品设计的方案优化与多领域性能知识集成提供技术支持。并结合实际应用将本文的理论和方法应用到大型注塑装备设计过程中，取得了良好的效果。 本文的主要内容包括： 第1章 介绍了复杂机电产品设计的内涵、特点及研究现状，分析了现有设计方法在实现复杂机电产品设计过程中设计描述和建模的局限性、知识获取和优化的局限性以及过程协同和集成的局限性，阐述了性能驱动复杂机电产品设计理论和方法的核心思想和主要内容，给出了本论文的课题来源及论文内容的总体结构框架。 第2章 从复杂机电产品设计过程出发，对驱动机电产品设计的性能知识进行了严格的定义。在“功能-质量”体系下的狭义性能知识定义基础上，对性能知识在“作用-反馈”体系下进行了适当的补充和扩展。并且在不同体系下分别对性能知识进行了分类研究。分析了机电产品性能知识的特点，阐述了性能知识搜索、性能知识过滤和性能知识抽取的性能知识获取体系，归纳了性能驱动复杂机电产品设计的4种驱动方式。为性能驱动复杂机电产品设计过程奠定了理论基础。 第3章 主要研究了结构性能知识以映射驱动的方式完成复杂机电产品的结构建模与求解。在“作用-反馈”体系下，依据机电产品性能知识定义的理论基础，针对性能驱动的复杂机电产品设计建模进行研究。将机电产品性能知识单元化。建立了便于性能驱动复杂机电产品设计的性能知识符号模型。在机电产品性能知识语义描述的基础上，扩展出机电产品性能需求集的语义描述方法，建立结构性能知识单元与机电产品实例结构的映射关系，分别根据理想、冗余和耦合映射关系，提出机电产品结构设计的求解方法。以示意简图的方式形象的说明了实现性能驱动复杂机电产品结构设计的过程。 第4章 主要研究了行为性能知识以演化驱动的方式完成复杂机电产品的多参数同伦反演。依据离散的机电产品性能实际测试数据与连续的理论计算数据，建立多参数关联的机电产品行为性能反演分析模型，采用数值与几何结合的方法，利用多参数关联的数值几何同伦反演技术与多参数同伦两段修正技术，获得或逼近实际的连续数据。 第5章 主要研究了目标性能知识以融合驱动的方式完成复杂机电产品的多尺度设计优化。将多尺度理论引入到机电产品性能优化中，分别描述了机电产品在性能驱动产品设计过程中在零件尺度、部件尺度和整机尺度上的多尺度性能优化问题的特性和本质，并研究了复杂机电产品性能在多尺度上的融合条件。采用基于粗糙集的支持向量聚类方法缩减外部种群数量，提高强度帕累托进化算法的计算效率。 第6章 主要研究了使能性能知识以应用驱动的方式完成复杂机电产品的多领域数据集成。提出了一种符合性能驱动复杂机电产品设计方法对性能知识需求的多领域性能知识相关系统组件接口技术，对组件接口进行语义描述，构建了组件接口模型。通过对组件PDAPI的结构、实现、访问的研究和对技术优点的阐述，说明组件接口技术的具体实现，以及对自我包容、沟通协作、复合使用和不可持续的满足。 第7章 采取典型复杂机电产品大型注塑装备为性能驱动复杂机电产品设计理论和方法的应用对象，详细阐述了本文提出的方法在性能驱动大型注塑装备设计过程中的具体实现。介绍了HTMD产品设计系统的主要功能以及HTMD系统与SAPR/3ERP系统的多领域性能知识信息集成的实例。验证了性能驱动复杂机电产品设计理论和方法的可行性与实用性。 第8章 对性能驱动复杂机电产品设计理论和方法进行了总结，归纳了论文工作的主要研究成果和创新之处，对论文相关研究领域的发展前景进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1引言

1.2复杂机电产品设计的内涵理解及特点

1.2.1复杂机电产品设计的内涵

1.2.2复杂机电产品设计的特点

1.3复杂机电产品设计的发展历程与现状

1.3.1产品设计方法的发展历程

1.3.2产品设计方法的研究现状

1.4性能驱动复杂机电产品设计方法提出

1.4.1现有产品设计方法的局限

1.4.2性能驱动产品设计的思想

1.5本文研究的课题来源及总体结构框架

1.5.1本文研究的现实课题来源

1.5.2本文内容的总体结构框架

1.6小结

2面向复杂机电产品设计的性能知识定义与分类

2.1引言

2.2性能知识的定义

2.2.1狭义性能知识定义

2.2.2广义性能知识定义

2.3性能知识的分类

2.3.1狭义性能知识分类

2.3.2广义性能知识分类

2.4性能知识的获取

2.4.1机电产品性能知识的特点

2.4.2机电产品性能知识的搜索

2.4.3机电产品性能知识的过滤

2.4.4机电产品性能知识的抽取

2.5性能驱动的方式

2.5.1映射驱动

2.5.2演化驱动

2.5.3融合驱动

2.5.4应用驱动

2.6小结

3作用与反馈体系的螺杆部件结构性能建模方法

3.1引言

3.2结构性能分解与形式化表达

3.2.1结构性能单元划分

3.2.2性能知识语义描述

3.3性能知识产品结构模型建立

3.3.1性能知识符号表示

3.3.2产品结构符号模型

3.4性能驱动结构方案求解策略

3.4.1性能知识与复杂机电产品结构设计

3.4.2复杂机电产品结构设计需求集描述

3.4.3结构性能知识与实例结构映射机制

3.4.4性能知识驱动产品结构设计的实现

3.5工程实例：螺杆部件结构性能知识建模

3.6小结

4几何同伦的合模部件行为性能多参数反演方法

4.1引言

4.2多参数关联行为性能反演问题描述

4.2.1多维几何空间行为性能反演坐标系

4.2.2多参数关联行为性能反演目标分析

4.3多参数关联行为性能同伦反演算法

4.3.1多参数混合反演系统的建立

4.3.2几何同伦行为性能反演实现

4.4同伦两段分步的行为性能参数修正

4.5工程实例：合模部件行为性能反演模型

4.6小结

5多尺度融合的注射部件目标性能优化设计方法

5.1引言

5.2多尺度目标性能优化问题分析

5.2.1目标性能多尺度优化描述

5.2.2目标性能多尺度融合条件

5.3多尺度目标性能优化相关机制

5.3.1目标性能的多尺度模型

5.3.2支配关系与个体适应度

5.4多尺度目标性能优化流程实现

5.4.1多尺度优化算法及实现

5.4.2多尺度综合优选解体系

5.5工程实例：注射部件目标性能设计优化

5.6小结

6多领域知识的传动部件使能性能综合集成方法

6.1引言

6.2产品设计使能性能知识集成需求

6.2.1使能性能知识多领域数据表现形式

6.2.2使能性能知识多领域数据集成约束

6.3使能性能知识的多领域数据接口

6.3.1使能性能知识多领域数据组件接口语义描述

6.3.2使能性能知识多领域数据组件接口系统模型

6.4使能性能知识的多领域数据集成

6.4.1使能性能知识多领域数据组件接口实现

6.4.2使能性能知识多领域数据组件接口访问

6.5工程实例：传动部件使能性能集成视图

6.6小结

7性能驱动大型注塑装备设计及其设计系统实现

7.1引言

7.2大型注塑装备结构性能建模与结构设计实现

7.2.1注射部件的结构性能描述及其映射机制

7.2.2性能驱动的注射部件产品结构设计过程

7.3大型注塑装备行为性能反演与目标性能优化

7.3.1大型注塑装备注射时间性能多参数反演

7.3.2大型注塑装备整机尺度多目标性能优化

7.4大型注塑装备设计系统与使能性能数据集成

7.4.1性能驱动的大型注塑装备产品设计系统

7.4.2大型注塑装备使能性能多领域数据集成

7.5小结

8总结与展望

8.1全文总结

8.2工作展望

参考文献

作者简历