单鸿波[1]2004年在《基于功能流的机械产品设计过程研究》文中研究说明产品设计是产品生命周期中的首要环节,是最具有创造性和挑战性的部分,它的结果直接影响到后续制造过程的实施效果,也是决定产品成本的关键因素。随着产品复杂性的提高、市场要求的迫切和网络化产品开发模式的推广,新模式下产品设计过程的理论和方法已成为一个重要的研究方向和应用领域。本文提出了基于功能流的产品设计过程思想,研究了网络环境下,计算机支持的从最初的用户需求获取到最终的产品装配功能保证的设计过程集成理论与方法。本文对产品设计过程国内外研究现状进行了总结,分析了存在的不足。结合产品设计过程的特性,提出了设计过程中的功能流概念,构建了包含产品概念设计和详细设计两阶段的基于功能流的产品设计过程,以功能随设计过程进展所发生的演变和关联为核心和纽带,实现产品概念设计阶段和详细设计阶段的集成,以更好的支持满足产品需求功能的设计求解。提出了设计过程中不同知识空间下问题域的概念,明确了设计过程中的需求和需求功能的定义和分类,分析了二者之间的本质联系。针对用户复杂多态的需求信息,提出了基于模糊集表达和熵处理的有效的用户需求信息获取方法,制定了用户需求功能抽象的原则和功能分类法,给出了相应的矩阵表达,实现了从用户需求信息中获取能够反映用户需求本质的用户需求功能。提出了基于功能矩阵的空间和变换运算法,将用户需求功能转换为设计需求功能,建立了概念设计阶段的功能-结构模型。在得到原理组件、功能联接件、功能面和工作原理等对应功能视图中不同层次的功能实现载体后,采用IDEF0建模方法建立了概念设计阶段的产品原理结构模型。提出了基于图论表达和能量流控制的优化方法,通过对产品原理结构模型进行冗余判定,实现优化结构、保证模型合理性的目的。建立了基于装配功能的产品装配评价体系和装配分析流程,制定了有利于装配的产品设计准则,提出了装配成本模型和定量的装配效率评价指标,对产品装配进行定量和定性的分析,评价产品的装配性,提出了相应的再设计建议,保证产品装配功能的实现。为验证本文所提出的理论和方法,建立了网络环境下,基于功能流的产品设计过程原型系统的体系结构,采用Java、VRML、Delphi、SQL Server、Socket网络技术等开发工具包开发了原型系统,实现了用户需求功能获取模块、设计需求功能获取求解优化模块、装配功能保证模块和网络平台等系统模块,用实例验证了研究成果的正确性和有效性。最后对全文进行了总结,对进一步的研究方向进行了展望。
史冬岩[2]2006年在《基于功能的概念设计求解过程研究》文中进行了进一步梳理概念设计是产品设计过程中的早期阶段，对产品全生命周期有着极为重要的影响。在概念设计研究中，核心问题在于概念设计的求解过程和为实现这一过程的知识运用。产品设计的目标是以实现产品功能为目的的。功能定义的规范化使得利用知识实现概念设计的求解成为必然。本文在分析了现存的概念设计过程理论研究和应用基础上，提出了基于功能的概念设计过程，引用本体论，研究了本体知识在该设计过程中的运用。本文的主要研究内容如下：1．在研究了国内外概念设计过程理论和实现方法的基础上，着重论述了功能在概念设计求解过程中的作用。通过分析现存功能定义存在的问题，提出了采用功能语义进行功能表达；提出采用本体理论，确立概念设计求解过程的领域知识。基于上述的研究，本文建立了概念设计求解过程模型FSFM，讨论了模型的特点和实现方法。2．为实现计算机辅助概念设计，给出了FSFM中元模型FPS的信息概念表达，建立了通用的FPS的信息元素和数据模型，并采用XML的扩展标记语言CPML的Schema，对信息进行了封装，从而为过程求解的知识共享、重用和协同设计奠定基础。3．分析了本体论的基本理论和思想，提出功能本体、原理本体和结构本体作为概念设计求解中的知识表示。基于功能语义自然语言，重点探讨了通过语义相似度实现功能本体库的自动构建。利用概念从属理论，建立功能本体语义树，实现功能语义的关联。采用本体论的建模原语，描述了功能本体、原理本体和结构本体的知识形式。4．探讨了概念设计知识重用和共享的关键技术。建立了一个面向对象的知识库系统。采用实例推理，描述概念设计的知识重用，研究了基于实例推理的概念设计过程。分析了基于WEB的FSFM模型的协同设计形式，为协同过程的数据和语义提供了统一的语法操作性。5．建立了概念设计求解过程，为计算机辅助实现概念设计提供基础。以机械手的设计过程为例，说明了概念设计部分实现方式。
龚京忠[3]2008年在《基于FPBS的机械系统模块化设计方法与应用研究》文中进行了进一步梳理为快速响应多样化机械装备产品的需求,在机械产品的方案设计过程中引入模块化设计方法与技术,建立与实施基于功能-原理(行为)-结构(Function-Principle-Behavior-Structure, FPBS)的产品模块化设计技术是解决问题的关键。本文对基于FPBS的产品方案设计、产品模块划分与创建、产品族规划设计、产品配置设计、模块适应性／变型设计、模块重构设计等问题进行了深入研究,主要内容与成果包括：(1)提出了基于功构独立性、行为相容性的产品FPBS设计建模方法。针对机械系统(产品)方案设计的复杂性,按照产品的总体技术目标特征,首先通过功能→原理(行为)→结构→功能的纵向设计迭代演进,实现产品方案设计过程中的功能-原理映射、原理-结构求解、结构-功能分解。同时,按照公理设计理论与行为相容性原则,进行产品功能、结构的不断解耦,直至分解到具有相对独立结构、独立功能、相容行为的基本功能-结构单元,实现产品FPBS分解模型的建立。其次,采用IDEF0和功能流建模相结合的方法进行产品功能建模,采用行为关联进行产品原理建模,采用装配联接进行产品结构建模,实现产品动态模型的建立。以此为基础,把机械产品方案设计拓扑模型与模块化设计方法相结合,提出基于产品方案设计模型的模块化设计方法。(2)提出了基于产品FPBS设计模型的产品模块识别、划分与创建方法。针对产品模块的创建问题,基于产品的FPBS设计模型,首先展开产品功构要素(功能、行为、结构、接口等)的相关性分析,建立功能-结构单元的相关度计算模型；然后采用模糊聚类算法进行自底向上的功能-结构单元的聚合,实现了产品层次性模块划分与创建。(3)提出了基于产品FPBS设计模型的产品族规划设计方法。针对产品族模块体系建立的问题,首先通过客户需求的聚类分析,建立满足市场细分的产品族,考虑产品性能参数的“量变”与“质变”,对产品族功能展开FPBS功构分解,建立不同层次的功能-结构单元,同时,通过QFD方法确定产品族功能-结构单元的特征参数及其取值范围；其次,建立产品族FPBS功构分解的底层功能-结构单元的功能模型,采用谱系聚类建立产品族的不同层次的功构模块,并确定基础功构模块、扩展功构模块。然后通过功能-结构单元的结构及其特征参数的综合而建立基本模块族、扩展模块族,从而实现产品族规划。(4)提出了基于产品族模块体系的产品可拓配置设计方法。针对基于模块体系的产品快速设计问题,以产品族模型为基础,针对具体的客户需求,首先采用QFD瀑布式分解方法对期望产品特征进行层次性展开,采用基于知识推理的方法进行产品配置求解,获得期望模块物元。在此基础上,采用相似匹配算法从模块族中模糊匹配出相似存在模块,形成产品的初步配置方案。然后通过ISM分析方法,确定相似存在模块变换的结构层次与变换需求,进行可拓变换,建立产品结构方案。(5)提出了基于FPBS设计模型的模块可拓适应性／变型设计方法。针对单个模块的变型设计问题,首先建立存在模块的FPBS设计模型,通过模型中功能、原理、行为、结构的可拓变换与分解而建立期望模块的FPBS分解模型；其次,建立期望模块的功能模型；然后基于功能模型的约束,通过结构单元的删减、聚合,并进行模块功构要素可拓变换、分解、聚合中传导变换分析,实现模块的适应性／变型设计。(6)提出了基于FPBS设计模型的模块重构设计方法。针对多个模块的重构设计问题,首先建立存在模块的FPBS设计模型；以此为基础进行基于功能流流转的功能重构、基于运动行为传递的原理构型、基于行为一致性的行为组合、基于行为相容性的结构聚合,建立期望模块的设计模型；进一步展开期望模块结构综合与设计,实现模块的重构设计。(7)建立了计算机辅助的产品模块化设计支持系统。针对模块化设计方法的工程应用问题,以论文研究成果为基础,遵循产品模块化设计的一般性流程,选择通用CAD作为产品结构设计工具,设计开发计算机辅助的产品模块化设计支持系统——MDSS,初步实现了论文提出的基于FPBS的机械系统模块化设计方法的工程应用。
谷朝臣[4]2013年在《基于原理—结构—参数模型的机电产品设计研究》文中指出进入21世纪以来，机电产品设计的节奏快速化、结构复杂化、功能集成化、需求个性化的发展趋势日益明显，从多个方面给产品设计理论以及设计者带了新的挑战。本文将研究定位在从概念设计到详细设计初期（Pahl的概念设计和物化设计）这一最为重要的设计阶段，从基于知识的设计角度出发，针对现有知识建模方法缺乏知识的连续性，难以支持多粒度、多领域知识表示，现有设计知识模型将各个设计阶段割裂，难以有效集成，现有基于知识的设计方法忽视产品设计的系统整体性，无法对功能拓扑和结构拓扑的构建进行有效支持等问题，提出了原理-结构-参数模型以及基于该模型的知识建模和设计求解方法，以有效支撑这一阶段的设计工作。本文的主要研究内容如下：(1)研究了基于原理-结构-参数模型的知识表示方法。在功能原理设计、物理结构设计、物化参数设计叁个设计阶段划分的基础上，针对各个设计阶段知识粒度和知识形态的差异性，提出了功能知识元建模、功能实例建模和参变量约束建模等知识建模方法；在原理-结构-参数模型的统一框架下，对各设计阶段的知识进行建模和表示，实现了从定性设计知识到定量设计知识的连续过渡表达。(2)研究了功能原理设计的求解方法。提出了基于功能相似度推理的设计原理选择方法，研究了基于功能流形态及形态转换的功能拓扑设计方法；提出了基于功能草图的原理解可视化方法，并给出了原理解的评价方法。(3)研究了物理结构设计的求解方法。提出了基于约束包容相似度的功能实例选择方法，提出了基于功能拓扑映射的功能流接口设计方法，以及基于功能流接口强度的结构元安装接口设计方法，并给出了结构方案评价原则。(4)研究了物化参数设计的求解方法。提出了基于功能流形态的物化求解轨迹的规划方法，研究了基于参变量关联矩阵变换对参变量方程组进行梯次降维、分割求解的方法；针对“病态”参变量方程组，提出了复合运动粒子群算法；给出了物化方案的装配设计和验证优化方法。(5)进行了系统原型开发和理论实践应用。开发了基于原理-结构-参数模型的机电产品设计的计算机辅助系统原型——Design Synthesis Lab；以全自动数字化显微镜机电系统设计为例，对本文理论方法进行了应用，验证了本文理论方法的有效性。
张整新[5]2014年在《高速列车转向架概念设计及评价方法研究》文中研究指明随着现代制造业的发展,设计在产品的制造过程中占的地位越来越重要,而在设计过程中,最重要的阶段就是产品的概念设计。有关调查显示概念设计阶段决定了产品后期80%的性能和成本,所以一个好的概念设计对于提高产品的质量和市场竞争力、同时减少成本是很有帮助的。本文从高速列车转向架的顶层功能入手,研究高速列车转向架概念设计过程中的功能分解,功能-行为-结构的映射,设计方案的评价优选,设计方案的设计变更分析,形成一套转向架概念设计的方法,并结合这些方法开发出高速列车转向架的概念设计系统。本文取得的主要成果如下：从转向架的基本顶层功能入手,研究概念设计过程中功能的建模方法,基于所建立的功能模型提出一种基于功能效应的功能分解方法,将转向架的基本顶层功能分解为基功能。并在得到基功能之后采用功能-行为-结构映射(FBS)方法将基功能映射到具体的机械结构上,得到转向架的概念设计方案。基于得到的转向架概念设计方案,以结构性能、工作性能、工艺性能为评价指标,首先通过层次分析法计算出各个指标的权重,然后再建立各个方案对评价指标的隶属度矩阵,最后通过加权模糊综合模型,对设计方案进行评价排序,并进行方案的优选。基于选定的设计方案,根据方案中各个模块在功能、几何、物理叁个方面的相互关联关系,得到模块之间的相关度矩阵。然后将相关度矩阵转换为网络层次分析法的判断矩阵,并且通过网络层次分析法来计算出当某一模块发生设计变更时,模块对方案整体的影响重要程度。结合概念设计过程中设计方案的生成方法、方案评价优选方法、设计变更分析方法,采用C#为开发工具,开发出高速列车转向架概念设计的支持系统。通过该系统可以快速的实现高速列车转向架的概念设计
王日君[6]2009年在《基于运动学图谱的石材加工设备模块化设计技术的研究》文中研究说明石材异型制品应用日益广泛,并朝着多元化、个性化的方向发展,这就要求石材设备生产企业能够快速的研发并制造出满足制品加工需求的石材异型制品加工设备,而大部分企业目前所采用的设计方法因其效率低下等问题制约着设备的开发。模块化设计作为一种实用高效的设计方法在机械工程领域已经得到广泛应用,其通过模块的选择与组合可实现产品的快速设计。本文将模块化设计技术引入石材异型制品加工设备的设计中,在现有的模块化理论研究的基础上,对石材异型制品加工设备模块化设计过程中的模块创建、模块的编码及接口的设计等问题进行深入的研究和探索,从而为石材异型制品加工设备的模块化设计提供理论依据,推动石材设备生产企业模块化设计模式的进程,实现设备的快速设计。对市场上常用的石材异型制品进行归纳、定义和分类描述,分析各类制品的成形面、常用的加工刀具类型和成形加工原理,在此基础上深入研究石材异型制品的成形方法及其成形运动。制品加工的成形运动决定了设备的结构形式,成形运动的分析为面向模块化设计的石材异型制品加工设备系列型谱的拟定奠定基础。归纳所有的成形运动得到石材异型制品所有的加工运动组合,在数控设备坐标系下建立石材异型制品加工完整的运动学图谱。通过运动学图谱可以直观形象的分析设备的运动,从而为设备的功能、结构的分析与分解及模块的划分提供指导。进行石材异型制品加工设备的模块化设计的前期准备工作,包括:对整个模块化设计过程进行整体规划,将其划分为模块化系统的开发和基于模块化系统的设备设计两个阶段,并详细分析各阶段的开发流程,从而为模块化设计的具体实施提供指导;基于石材异型制品的分类及其成形运动分析,拟定石材异型制品加工设备系列型谱,并详细分析该系列设备的功能和结构,为基于功能和结构分解的模块划分奠定基础;针对石材异型制品加工设备的特点,提出面向生命周期的模块划分原则,结合功能独立和结构独立的通用性原则,能够有效的指导模块的划分。考虑石材异型制品加工设备结构的复杂性,将公理设计理论、运动学图谱和模糊树图理论相结合对其进行模块的划分。首先,采用公理设计的功能域-物理域的映射框架进行设备的逐级分解,在分解得到的设计矩阵均为对角阵的情况下,设备的子结构满足功能和结构的独立性,可单独作为一个模块,在适当的层次停止分解,基于运动学图谱,将模块映射到具体的结构形式,即得到划分完成的模块。若得到的设计矩阵为叁角阵或者满矩阵,则对分解得到的子结构进行功能和结构相关度的分析,采用模糊树图聚类法将子结构聚类为模块。以模块化设备设计中的横系列、纵系列和更新换代设计复杂度为优化目标,建立面向设计的模块划分方案数学评价模型,对模块划分方案进行优选,从而得到利于设备再设计的最终的模块划分方案。对划分得到的各模块,综合其所属的设备系列、模块的功能和结构特征等信息进行详细的编码,以方便模块的管理和模块的计算机辅助选择与组合;基于模块化设计规则中的界面规则,研究模块接口的标准化设计,包括接口的形状和几何参数的标准化,以便于模块的互换与重组;在对接口的类型、形状、参数、功能流方向等各种信息进行分析与综合的基础上,建立接口的模型,并对接口模型的各种信息进行编码。接口的模型可为模块间关系的判断提供核心数据,是模块匹配性识别、模块可组合的依据。根据以上关键技术的研究,结合石材异型制品加工设备的设计特点,开发石材异型制品加工设备计算机辅助模块化设计系统。首先从系统整体的角度,采用IDEF0建模方法构建系统的功能模型,并将系统功能划分为模块化设计、数据管理和协同设计叁个部分;然后在功能模型指导下,规划系统的整个体系结构和整体运行流程,并对各个子系统进行详细的分析与设计;最后,通过实例说明整个系统的运行过程。该系统可实现模块化设计过程的自动化,提高模块化设计的效率。
梁文[7]2016年在《工程语义与几何特征驱动的单元化设计方法研究》文中提出随着对产品设计阶段的重视,各种快速设计方法应运而生。本文以单元化设计为核心,将工程语义与几何特征融入产品构成单元的推理与构建过程中,提出了工程语义与几何特征驱动的单元化设计方法。通过对单元信息进行分析,构建了相应的单元符号模型,分析了单元工程语义和几何特征的含义,在此基础上实现产品设计方案的自动生成及单元的自动装配,初步实现了产品的概念设计。这种方法不仅从概念设计层面上提供了一种产品设计方案快速生成技术,而且对单元的柔性装配具有一定的意义。本文的主要研究内容如下:(1)基于功能流的单元建模。分析了产品单元的含义并对单元进行分类,将单元分为功能单元与连接单元,从功能流的角度分别建立了单元符号模型,归纳单元信息建立了单元图谱。(2)研究了基于工程语义的单元化设计方案自动生成方法。对产品进行功能分析,以工程语义为构成要件建立产品功能模型。总结机械系统一些常见功能结构的功能传递特点,建立了单元的输入输出特征表,在产品功能模型的基础上通过遍历单元的输入输出特征表,自动生成产品的初步设计方案。根据单元图谱信息选择带有一定结构信息的具体单元,完成设计方案的生成。(3)研究了基于几何特征编辑的单元装配技术。分析了单元装配过程中可能出现的冲突问题,从几何特征的角度对单元接口信息进行匹配和编辑,在此基础上提出自动装配技术,根据接口信息匹配的装配关系进行单元的自动装配。(4)根据理论知识建立了工程语义与几何特征驱动的单元化设计系统,系统以SolidWorks为平台,Visual Studio为开发工具,实现了从功能到产品模型的整个单元化设计过程。
肖聪, 李彦, 李文强, 黄军彦[8]2009年在《基于功能流的复杂产品模块划分方法研究》文中指出为更好实现复杂产品的模块化设计,在基于功能-结构的概念模型中引入模块划分技术,结合复杂产品设计的特点,提出了一种基于功能流的复杂产品模块划分模型;通过功能流将需求分析、功能分解、功能实现和模块划分统一起来。分析了复杂产品概念设计的功能分解和设计功能之间的联系和转化及功能模块划分。并结合汽轮机设计的应用实例,验证了该方法的有效性。
王德彪[9]2008年在《机械产品大规模定制设计技术研究》文中进行了进一步梳理为了快速适应当前信息技术的发展,特别是当前制造业所面临的挑战,使得企业能够在最短时间满足客户最大化的个性需求,研究大规模定制生产方式就显得尤为重要。本文主要对基于模块化的产品族规划设计、产品定制设计和产品协同设计进行了研究,主要内容包括:⑴依据功能流准则建立了产品功能模型,实现了基于客户需求对产品子功能影响程度和功能流准则相结合的模块划分方法,同时,规划了产品模块系列化设计和模块接口设计模型,并建立了产品族模型。⑵针对客户需求参数通常不完整的情况,通过EM算法获取了客户需求的完整参数,建立了底层柔性参数化功构单元模型,实现了基于客户需求参数模型实例的产品定制设计。⑶通过对产品协同设计模型的规划,建立了产品协同设计过程中基于消息的网络协同结构,实现产品协同设计过程的异地同步造型。同时,还对产品协同设计中的访问控制、冲突消解等关键技术进行了研究,并建立基于设计规则的冲突消解模型,实现了协同设计的运行和系统的安全可靠。⑷以论文研究成果为基础,根据大规模定制生产产品设计的一般性流程,选择通用的CAD为产品结构设计的工具,设计开发了产品定制设计支持系统,初步实现了论文提出的大规模定制产品设计方法的工程应用。
王瑞, 李中凯[10]2012年在《基于功能流模型的产品功能模块划分方法》文中研究说明为了对功能模块进行合理有效的划分,提出了基于功能流模型的产品功能模块划分方法。通过对产品模块化影响因素和客户需求的分析,利用功能流抽象出总功能,再对总功能进行分解从而建立产品的功能结构,实现产品的功能模块划分。利用功能流对产品的需求分析、功能分解、功能结构以及模块划分进行统一,分析了产品概念设计中的功能模块划分与功能流之间的关系。并结合液压支架的功能模块划分,验证了该方法的可行性。
参考文献：
[1]. 基于功能流的机械产品设计过程研究[D]. 单鸿波. 华中科技大学. 2004
[2]. 基于功能的概念设计求解过程研究[D]. 史冬岩. 哈尔滨工程大学. 2006
[3]. 基于FPBS的机械系统模块化设计方法与应用研究[D]. 龚京忠. 国防科学技术大学. 2008
[4]. 基于原理—结构—参数模型的机电产品设计研究[D]. 谷朝臣. 上海交通大学. 2013
[5]. 高速列车转向架概念设计及评价方法研究[D]. 张整新. 西南交通大学. 2014
[6]. 基于运动学图谱的石材加工设备模块化设计技术的研究[D]. 王日君. 山东大学. 2009
[7]. 工程语义与几何特征驱动的单元化设计方法研究[D]. 梁文. 济南大学. 2016
[8]. 基于功能流的复杂产品模块划分方法研究[J]. 肖聪, 李彦, 李文强, 黄军彦. 机械设计与制造. 2009
[9]. 机械产品大规模定制设计技术研究[D]. 王德彪. 国防科学技术大学. 2008
[10]. 基于功能流模型的产品功能模块划分方法[J]. 王瑞, 李中凯. 组合机床与自动化加工技术. 2012
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