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《浙江大学》 2010年 博士论文
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定制产品智能重组设计关键技术与方法研究及其应用

魏巍  
【摘要】:本文围绕定制产品设计的主要过程和关键技术,提出了定制产品的智能重组设计技术与方法,构建了定制产品智能重组设计的信息建模理论模型,对产品设计需求知识进行了本体式重组与粗糙集分析,提出了定制产品模块单元的多尺度智能规划重组方法,并对定制产品进行多目标进化智能配置优化重组,面向参数化定制产品提出了协同优化的智能重组设计,在重组其设计平台的基础上进行了产品质量特性的优化。最后,结合项目实施建立了定制产品智能重组设计集成系统,将以上研究成果应用于大型复杂装备及其关键部机的定制设计过程中,取得了良好的效果,从实践中验证了本文研究方法的先进性与有效性。 本文的主要内容包括: 第一章分析了定制产品设计方法中关键技术的研究现状,讨论了当前定制产品设计方法与技术的不足之处,提出了定制产品智能重组设计关键技术与方法,并给出了定制产品智能重组设计技术与方法的创新之处及研究意义所在,最后,阐述了本论文的研究背景及论文内容的总体结构框架。 第二章对定制产品智能重组设计信息建模技术进行了研究。从定制产品重组设计对象、设计平台、设计流程等方面阐述了定制产品智能重组设计的研究体系。分别阐述了模块化定制产品重组设计建模方法中的三视图模型、类结构模型和事物特性信息模型的构建技术与方法,阐述了参数化定制产品的重组设计建模技术与方法。最后,给出了定制产品智能重组设计方法的集成研究体系。 第三章提出了定制产品需求知识本体重组与粗糙集分析方法。给出了定制产品需求知识的本体式表达方法,在其基础上对需求知识本体进行多粒度分解和重组建模,将粗糙集理论引入到需求知识分析与处理过程中,提出了基于粗糙集理论的需求知识分析与约简方法,对定制产品设计需求知识的重要度进行权衡评价,从而指导定制产品的智能重组设计过程。结合项目实施,将以上方法在空分装备产品的需求知识构建与分析中进行应用,证明了本文提出方法的适应性和有效性。 第四章提出了定制产品模块单元的多尺度智能规划重组方法。分析了模块单元在产品模型不同结构尺度上的功能和物理特性要求,提出了产品模块单元的多尺度规划重组准则,并给出了该准则的量化计算方法,建立了定制产品模块单元的多尺度智能规划重组模型。采用改进的强度Pareto智能进化算法对模块单元多尺度规划重组问题进行优化求解,在零件尺度上,提高了产品模块的内部聚合性,在部件尺度上,降低了模块间的耦合性,在产品尺度上,增加了产品的稳定性。最后,利用基于模糊集合理论的综合选优技术得到了定制产品模块单元多尺度智能规划重组的最优方案。结合项目实施,以增压透平膨胀机为应用实例,验证提出方法的高效性与适应性。 第五章提出了定制产品的多目标智能配置优化重组方法。在产品模块单元智能规划重组的基础上,应用模糊数学评价理论与最小二乘法构建了以产品性能、成本及出货期为目标函数的产品配置优化重组模型,并采用基于改进的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对三者进行并行优化。进而获得一系列基于综合最优集的智能配置重组方案来满足不同客户对产品性能、成本及出货期的要求,解决了客户需求侧重点对产品设计结果的适应性处理。结合项目实施,给出该方法在空气压缩机产品中的典型应用实例,验证了文中提出方法的有效性和适应性。 第六章提出了参数化定制产品的协同优化智能重组设计方法,建立了基于自底向上法的参数化定制产品两阶段协同优化重组流程,采用协同优化技术对定制产品重组设计平台与实例进行并行优化。首先优化重组产品的参数化设计平台,对产品设计参数的影响因子和差异度进行分析,确定了影响产品质量特性的产品平台常量和设计变量集合,构建了具有较高通用性的产品重组设计平台。然后对定制产品的多个质量特性进行并行优化,在稳定的重组设计平台上得到产品质量特性最优的参数设置。最后结合项目实施,以电动机产品的智能重组设计过程为例证明了文中提出方法的鲁棒性和有效性。 第七章依托国家科研项目,结合企业具体应用,开发了快速响应客户的定制产品智能重组设计平台系统,阐述了该系统的应用背景、实施策略,给出了平台系统的体系结构及其主要功能模块的应用实现。 第八章对本文提出的定制产品智能重组设计关键技术与方法研究及其应用进行了总结,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。


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