基于可拓逻辑的产品族配置设计方法

摘要

随着全球化市场形成和技术变革加速，相对稳定的市场环境逐步向动态多变的方向发展，企业面临的巨大挑战是如何解决不断增长的客户个性化需求和低成本生产、高效率供货之间的矛盾问题。可拓配置设计方法为有效解决“大规模”与“定制”之间的矛盾问题、顾客需求的“个性化设计”与企业效益的“共同性设计”之间的矛盾问题提供了一种全新思路。 本文在国家自然科学基金项目（编号：50575207）和国家863高技术研究发展计划（编号：2002AA411110）的直接资助下，从理论到应用对产品族可拓配置设计的关键问题进行了深入研究。在全面综述国内外现有方法的基础上，综合运用可拓逻辑理论，研究产品族配置设计过程中的个性化需求与设计效率之间的矛盾问题，探索一种创新与辨证思维形式化、模型化、智能化设计方法，对于解决产品族配置设计理论研究与工程实现中的瓶颈问题，具有重要的理论意义和应用价值。 一、针对产品族配置设计不同阶段的矛盾问题，建立定性定量相结合的产品族可拓配置设计模型，深入分析了关系物元配置模型的拓展性，从模型组合的角度，提出用于产品族结构模块划分阶段的网状模型、产品族实例推理阶段的树状模型和配置冲突消解过程的环状模型。 二、为有效确定模块划分过程中复杂联接关系，提出基于可拓聚类的配置结构划分方法，首先建立不同设计约束下的关联距离函数，采用结构关联性因子表示结构间定性和定量的联系，其次对公共结构网状模型进行检索和变换，从而满足了模块划分中结构独立性和联接关系紧密性的要求，为产品族核心模块确定和配置需求结构化提供支持。 三、针对同一设计区间内相似零件难以有效检索的问题，提出基于可拓实例推理的方案生成方法。从顾客定制需求物元出发，建立需求结构化树状模型，利用相关度得到面向顾客不同定性需求的局部相似结构；提出改进距相似度全局匹配算法，该算法能够从不同实例中得到最优结构匹配，从而提供满足顾客要求的一类个性化产品的初始设计方案。 四、为提高实例修改过程所获得方案知识的有效性，提出基于可拓挖掘的配置方案再生成方法。首先利用所提出的关系物元环状模型，将一般性的配置规则转化为可拓规则；其次在方案修改过程中利用可拓规则间的转化，建立变换方式与传导效应之间的关系，挖掘出配置要素之间的相互影响，从而对配置过程中的隐含知识加以分析、提取和利用，生成能够满足设计要求的可变方案。 五、开发基于可拓逻辑的产品族配置设计原型系统，该系统以某油锯产品族和某分拣机系列产品为设计对象，针对产品族配置过程中需求结构间的矛盾问题以及顾客的目标要求，有效集成所提出的可拓聚类、可拓实例推理和可拓挖掘方法，建立了可拓模块划分、可拓配置推理和可拓挖掘变换等功能模块，该原型系统验证本文所提方法的可行性，初步实现了产品族配置设计的矛盾问题智能化处理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题来源与研究目标

1.2论文研究背景及意义

1.3产品族配置设计内涵及特点

1.3.1 产品族配置设计内涵

1.3.2产品族配置设计特点

1.4产品族配置设计方法研究现状

1.4.1基于框架模型的配置设计

1.4.2基于实例推理的配置设计

1.4.3基于模块划分的配置设计

1.4.4面向方案修改的配置设计

1.4.5面向装配过程的配置设计

1.4.6面向定制的可拓配置设计

1.5当前配置设计面临的问题

1.6本文研究内容

第2章面向产品族的可拓配置设计模型

2.1 引言

2.2可拓逻辑基本知识

2.3可拓配置设计模型

2.3.1关系物元模型及其拓展性

2.3.2关系物元模型组合方式

2.4本章小结

第3章基于可拓聚类的配置结构规划

3.1 引言

3.2基于可拓聚类的公共结构模块生成

3.2.1 基于关联函数的结构关联性分析

3.2.2基于最小关联距离法的公共结构模块划分

3.3公共结构模块改进分析

3.3.1面向成本适应性的公共结构模块改进

3.3.2面向组合序列的公共结构模块优化

3.4油锯产品族内部结构划分与结果分析

3.5本章小结

第4章基于可拓实例推理的配置方案生成方法

4.1 引言

4.2基于可拓实例推理的配置方案生成流程

4.2.1基于可拓距的实例推理模型建立

4.2.2基于相关度的定件需求物元结构化匹配

4.2.3基于相似度的结构物元检索

4.2.4基于接口关系元的配置方案选择

4.2.5算法复杂度计算

4.3基于可拓实例推理的油锯产品族配置方案生成

4.4本章小结

第5章基于可拓挖掘的配置方案再生成方法

5.1 引言

5.2可拓挖掘的研究对象

5.3基于可拓挖掘的配置方案再生成流程

5.3.1 蕴含式结构物元生成

5.3.2基于传导度的强相关方案确定

5.3.3配置方案解空间生成

5.3.4传导变换算子运算

5.3.5传导变换效应计算

5.3.6可拓挖掘算法

5.4基于可拓挖掘的油锯产品方案再生成

5.5本章小结

第6章基于可拓逻辑的产品族配置原型系统

6.1 系统的工程背景与开发意义

6.2系统开发工具和总体结构

6.2.1系统开发工具

6.2.2系统总体架构

6.3主要子系统设计及实现

6.3.1 配置结构聚类子系统

6.3.2配置方案推理子系统

6.3.3方案挖掘变换子系统

6.4本章小结

第7章结论与展望

7.1论文总结

7.2论文创新点

7.3工作展望

参考文献

附录:主要符号说明

致谢

攻读博士学位期间参加科研项目和取得成果