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面向机床产品的协同设计支持环境关键技术的研究

孟秀丽  
【摘要】: 机床设计和制造是一个涉及产品设计、机械加工、快速原型制造等方面的复杂过程,如何快速、高质量、低成本地设计并制造出机床产品成为本文研究的着眼点。异地设计、制造、管理与协同工作是未来机床制造业发展的必然趋势。因此,本文将协同设计引入机床产品设计和制造过程中,对面向机床产品的协同设计支持环境及其关键技术进行研究,论文主要研究成果如下: 研究并建立了面向机床产品的协同设计支持环境的体系结构。对机床协同设计过程进行分析,得出机床产品协同设计的新特点和功能要求,在此基础上提出了面向机床产品的协同设计支持环境的层次结构,该协同设计环境主要由三个方面的内容组成:对机床产品设计开发活动的支持、对设计活动单元组织和管理的支持、对设计活动单元间协同的支持。采用分布式为主,集中式为辅的方式,建立了面向机床产品的协同设计支持环境的体系结构,并从不同的角度对该体系结构进行描述。 研究并实现了机床产品协同设计任务规划与管理功能。采用按功能划分和按结构划分相结合的方式对机床产品协同设计的任务进行分解。用结构设计矩阵对机床设计过程进行描述,通过对结构设计矩阵递归实施独立操作和定耦与归一操作完成设计任务的规划。研究影响任务分配的因素,将任务分配给合适的小组,并给每一子任务确定合适的开始时间和结束时间。提出了机床层次式递归化任务分解模型,并给出了任务管理的具体实现方式以及任务规划功能模块的网络实现流程。 研究并建立了机床产品协同约束模型。研究了机床产品协同设计约束的分布性、动态性和层次性等特点以及约束的分类和表现形式。从约束、约束集和约束层三个不同的层次研究机床产品协同设计约束模型。将约束分为产品层、部件层、零件层和特征层四个层次,并研究了分层约束网络之间的映射关系。研究约束网络的一致性、有效性、完备性和全面性,在此基础上研究约束模型的求解方法。将约束分为独立约束和耦合约束,通过两种约束的转换产生动态的约束空间,并综合利用约束传播算法和区间求解算法对约束模型进行求解。最后对协同设计中的约束进行管理并提出了协同约束模型的网络实现流程。 研究并提出了基于深浅两个层次的协同设计数学冲突消解方法。浅层次的冲突消解利用求解多目标决策问题的优化算法,在定性分析的基础上综合来自不同领域专家的意见,协同决策最佳方案,其实质是从多个可行方案中找到符合各方设计人员要求的唯一优化解。深层次的冲突消解策略研究基于对策论的目标冲突协商方法,建立协同设计冲突协商模型,给出该模型的Nash协商解和基于满意度的解,使冲突各方通过对设计属性的取值进行协商来消解冲突。 研究并实现了基于人工智能的冲突消解工具。建立了集成化冲突消解模型,该模型从冲突全生命周期的角度对冲突的产生、检测和消解进行全面的管理。研究了基于约束网络传播来检测冲突的方法,建立面向对象的冲突知识表示形式并分析了冲突的关联关系。研究了约束松弛、基于规则的推理、基于事例的推理和协商仲裁等冲突消解策略。最后给出了集成冲突消解过程的流程和冲突消解工具的网络实现流程。 在上述理论研究的基础上,建立了面向机床产品的协同设计支持环境的原型系统,通过典型实例机床部件床头箱的运行,验证了本文所提出的关键技术的有效性。


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