基于动态设计结构矩阵的复杂产品配置过程规划技术

为降低复杂产品配置任务间的耦合程度,减少配置过程的迭代次数,优化产品配置设计过程,以动态设计结构矩阵(Design structure matrix,DSM)为工具研究了产品配置过程的规划技术。研究基于数据流图的产品配置过程任务建模,在此基础上通过映射得到配置过程DSM,并将其拓展为三视图结构,通过视图间的双重映射获得配置过程动态DSM,使客户需求和最新配置知识在产品配置过程中得以动态反映。用矩阵的分解和撕裂算法对配置过程进行规划,重组配置任务,优化任务执行次序,为协同配置设计任务分配提供基础。以大型电除尘装备为例子分析配置设计过程规划技术的具体实现。     

基于双层次DSM技术的多技术系统产品设计方法

为了解决多技术系统产品设计过程中返工迭代多的问题,提出了基于双层次DSM技术的多技术系统产品设计方法。以注塑机的系统设计为例,将多技术系统的设计信息描述成两个层次,介绍了对其进行进程优化的准则和评价标准,然后,提取关键任务,建立了这两个层次的联系,将复杂的设计任务耦合关系转化到设计过程层面。结果表明：经过优化的产品设计过程返工迭代减少,耦合关系得到简化,设计流程更加清晰明确。     

基于DSM的产品设计过程建模研究

良好的过程模型是产品开发成功的关键。设计结构矩阵(DSM,DesignStructureMatrix)以任务信息依赖为中心,突出任务执行次序,为产品设计提供了一种有效的过程建模方法。这里在介绍设计任务间的依赖关系、DSM、设计迭代的基础上,以二级同轴减速器轴系模块的设计为例,详细描述了任务分解、设计结构矩阵的构建和优化、交互型活动解耦等过程,并给出了基于设计结构矩阵的过程模型。最后对设计结构矩阵提出了若干扩展意见。     

产品层级演化开发过程的建模方法研究

为解决当前面向产品开发过程的设计结构矩阵(Design Structure Matrix, DSM)模型不支持层次性和构建困难等问题,提出了符合产品开发过程逐层演化特点的分层设计结构矩阵建模方法,给出了子DSM、局部DSM和全局DSM三类矩阵模型的定义和建立分层DSM模型的矩阵层级嵌套算法,最后以风力发电机组设计开发过程为对象,详细描述了分层DSM模型的建立过程,验证了分层DSM建模方法的可行性。     

基于DSM的复杂产品多性能协同设计方法

首先分析了复杂产品多性能之间耦合因素的产生机制,将性能之间的关系分成耦合、独立和顺序型三种关系;然后采用DSM矩阵对多性能间的关系进行形式化描述,通过DSM矩阵优化重构以规划解耦流程;最后以多性能整体满意度为最优目标,并通过优化算法对产品多性能进行协同设计。     

面向齿轮传动系统协同设计的任务规划方法研究

在齿轮传动系统的协同设计中,存在任务间耦合关系复杂、返工现象严重、设计流程混乱的问题,针对这一问题,提出了一种基于模糊设计结构矩阵(FDSM)的全局-局部两级任务规划方法。首先,根据任务分解层次结构对设计任务进行了分解,依据设计任务间的输入输出关系构建了FDSM,通过对FDSM的行列变换完成了对耦合设计任务的识别与非耦合设计任务的规划,实现了全局规划;其次,引入了模糊耦合度量化设计任务间的耦合程度,计算了耦合集内各任务的输入输出量,完成了耦合任务集的解耦,实现了局部规划;最后,以齿轮传动系统协同设计为例,阐述了整个规划过程,并对所提出的方法进行了验证。研究结果表明:规划后FDSM的复杂程度降低了35.32%,减少了设计迭代次数;实现了并行设计任务集的自动识别,优化了设计任务执行次序,缩短了设计时间,可以为协同设计任务分配提供参考。     

基于MDO的MEMS多物理域耦合设计建模

微机电系（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）涉及多个物理域，多物理域的耦合加大了设计建模的难度。多学科设计优化方法（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）是专门针对复杂系统的综合设计优化方法，在处理系统间的相互耦合问题上有着技术和方法上的优势。提出将多学科设计优化方法应用于MEMS的多物理域耦合设计，并对相应的多物理域耦合建模方法作出了分析研究。     

复杂产品多学科设计优化技术

针对复杂产品设计过程中存在学科组成多、学科高度耦合、复杂产品不能进行全面优化设计的问题,指出在复杂产品设计中应用多学科设计优化(Multidisciplinary design optimization, MDO)方法的必要性.阐述MDO的国内外发展现状及其基本概念.分析MDO的知识体系,总结出MDO研究应包括理论和应用两大方面,前者主要包括数学建模、系统分解、优化框架、近似模型、灵敏度分析和优化算法等理论方法,后者主要涉及软件集成、数据转换、设计数据管理、可视化、项目管理和并行计算等技术,并指出这些理论方法与应用技术间的关系.结合实际情况,建议我国应在理论创新、集成平台开发和技术推广等方向开展MDO研究工作.     

基于结构建模方法的复杂产品设计过程规划

提出了将复杂产品设计过程映射为规范的设计结构矩阵DSM的方法,并归纳总结了DSM规划的基本原则.为了便于在计算机上进行大规模DSM处理,保证DSM规划结果的可靠性,还提出一种基于结构建模方法的DSM规划的代数方法.该方法具有严格的数学推导,并具有通用性,易于编程实现.     

模块边界约束条件下产品设计结构矩阵排序算法

在产品模块划分方案已知的情况下,为了更清晰地显示出模块/构件间的耦合关系,提出一种模块边界约束条件下的产品设计结构矩阵(DSM)排序优化算法。优化目标是使得紧密耦合的构件尽可能地沿着DSM对角线排列在一起,并且不破坏各模块的边界。采用人工蜂群算法,对DSM排序聚类准则进行优化。为满足约束条件,开发了新颖的二维解编码方式和二维邻域搜索算子。手持吸尘器案例验证了算法的有效性。