公理设计与可靠性设计的一致性分析

简述了公理设计理论和可靠性设计理论,运用集合论将它们进行了比较,说明了公理设计与可靠性设计的一致性,为公理设计与可靠性设计的融合奠定了基础.     

基于公理设计的机械系统稳健性分析及应用

以用户需求为切入点,对产品的功能语义和功能需求进行元模型描述,将用户需求转化为功能要求。以公理设计为指导框架,基于独立公理和Z字形映射方式,寻找并确定设计参数,明确功能要求之间及其与设计参数的相互关系,建立完整设计矩阵。将公理设计矩阵转换为设计结构矩阵并对其进行重构,生成几个相互之间具有较小依赖度的聚类耦合模块,得到系统稳健关联矩阵。然后将各个模块之间的关联参数作为可控因素,通过试验设计分析其对目标影响的重要程度并实施针对性的控制与调整,从而提升机械产品系统的稳健性。基于所提出的稳健性分析方法进行了起重机小车的设计,说明了该方法的应用过程,证明该方法是可行性的。     

公理设计在公差设计中的应用初探

公差设计依赖于设计人员的经验、缺乏科学设计理论指导;产品公差设计通常为多功能需求设计,且功能需求之间往往又存在耦合,需要分析和解耦;功能方程组(功能需求与功能尺寸之间建立的函数方程组)的求解存在不同的求解策略,需确定最佳的求解策略。针对此类问题,引入公理设计理论至公差设计领域,首先将公差设计过程看作是功能域-尺寸与公差域的映射,利用独立公理和信息公理等来理解和分析公差设计问题,提高公差设计的科学性;其次,以轴承座装配为例分析了如何利用独立公理指导公差耦合设计的求解;最后,以齿轮组装配公差设计为例分析了独立公理和信息公理在解耦设计和判断求解顺序中的应用。研究结果表明,公理设计的引入可为公差设计提供理论框架和逐步分解、展开的机制,辅助判断和求解耦合设计问题,为公差设计理论由经验设计变为科学设计提供了有益的启示。     

公理设计在产品设计中的研究综述

设计理论与方法在产品设计开发中起着十分重要的作用,是产品创新设计的根本和基础。在众多设计理论与方法中,公理设计(Axiomatic Design,AD)是目前产品设计方法学中的一个研究热点。在AD基本概念描述的基础上,对两条设计公理的具体应用进行了归纳;总结了AD方法在需求分析、概念设计、设计决策和工艺设计各设计阶段的应用;综述了AD与QFD,TRIZ,DSM,模块化设计、创新设计、并行设计、优化设计、可靠性设计、稳健设计及多种设计理论与方法的集成研究,展开了细致深入的分析;最后陈述了AD的优势与劣势,展望了AD在未来产品设计领域中的发展趋势。     

公理设计理论研究现状

公理设计理论为产品设计开发过程提供了指导框架,能够指导设计者在设计过程中做出正确的决策.文中简述了公理设计的研究背景、发展和基本理论.在此基础上,对公理设计的研究热点进行了综述及分析.主要从公理设计的扩展,公理设计与其他设计理论和方法的关系及集成,信息量计算方法及基于信息公理评价决策方法3个方面进行了评述,并对公理设计的优点和存在的问题进行了讨论.     

公理设计的研究现状与问题分析

公理设计理论为系统设计提供了科学基础,同时也可为其他设计方法和工具提供概念框架。以公理设计对设计活动的指导为线索,在剖析其历史背景的基础上,对公理设计的理论概要进行归纳和简要评析,从而导出研究热点;从公理设计理论的扩展和完善、公理设计与其他设计方法的关系、耦合设计问题的处理以及基于公理设计的复杂性科学研究角度对公理设计的研究进展进行阐述说明,并展开细致深入的分析;综述了公理设计在产品设计、制造系统设计、材料及材料加工和设计评价与决策领域的典型应用情况;最后对公理设计研究目前所存在的问题和局限性进行分析,并展望了今后的研究重点和发展趋势。     

公理设计下基于功能的布局设计可行性研究

为了研究基于功能的布局设计的可行性,以公理设计理论为基础,结合多目标优化设计方法,首先探讨了布局设计问题的用户域向功能域的映射过程;其次,分析了功能域内的功能要求,并给出了功能域向物理域的映射关系;最后,以功能独立性公理为判据,讨论了基于功能的布局设计的功能要求之间的独立性。研究结果表明,基于功能的布局设计的功能要求能满足或经调整后能满足功能独立性公理,即基于功能的布局设计具有可行性。     

基于公理设计和设计关联矩阵的产品平台设计新方法

产品平台是产品族设计的核心内容,合理地构建产品平台是提高产品设计可适应能力的关键。以公理设计为指导框架,以功能需求分析为出发点,提出一种产品平台设计新方法。该方法借鉴Kano模型,从用户需求的角度,将产品功能要求分为基本功能要求、期望功能要求和附加功能要求;基于公理设计原理,将产品功能要求映射为产品设计参数,建立设计矩阵;通过分析设计参数与各类功能要求之间的影响,构建产品设计关联矩阵,利用可拓聚类算法对设计关联矩阵进行聚类运算,将实现产品族基本功能要求的模块定义为公用模块;在此基础上,通过分析设计参数的灵敏度来选择公共平台参数,利用聚类分析以规划它们在产品平台中的共享策略。通过电力液压块式制动器产品族的平台设计实例,验证了该方法的有效性和可行性。     

基于混合响应面的多目标稳健设计

在大部分的实际工程优化问题中,产品质量特性与不确定性因素的关系是未知的或复杂的。为此提出了一种基于混合响应面技术的多目标稳健优化设计。该方法首先利用多项式响应面以及神经网络构造产品质量特性的显性表达式。在考虑目标函数以及约束稳健性的前提下,结合多目标技术中模糊偏好的方法设计权重,从而得到稳健设计的精确解。该方法解决了基于近似技术的稳健设计中计算精度与计算效率之间的矛盾。通过对双杆衍架结构进行算例分析,证明了该方法的可行性。     

基于公理设计的模块化特种机器人配置过程研究

在模块化特种机器人配置过程中引入公理设计理论。针对特定设计要求进行功能需求分析,运用之字形映射,创建设计参数与功能需求之间的关系模型,找到每一层功能需求所对应的设计参数。而后建立设计矩阵,规划设计顺序。考虑到机器人系统的特殊性,将公理设计得到的模块分为使能模块和结构模块。根据模块类型的不同分别采用不同的选定方法。在结构模块的配置设计过程中继续应用公理设计,通过将设计参数转换为机器人特定的运动学/动力学参数,进一步体现功能需求,验证配置方案。     

公理化设计理论研究及其应用进展

公理化设计适用于所有设计，如产品、过程、系统、软件、组织、材料和商业计划等，是其它设计理论和方法的基础。在简述公理化设计理论的基础上，详细分析了稳键设计、并行设计、质量功能配置等设计理论和方法的特点．阐明了其与公理化设计理论之间的关系，并介绍了公理化设计软件的性能以及公理化设计理论研究和应用的现状。     

基于公理设计理论的现代设计方法集成研究

运用公理设计理论对优化设计、可靠性设计、鲁棒设计和ＤＦｘ方法进行了集成研究,提出了利用公理设计所提供的框架集成设计方法,提高了设计工作的协同性,保证有效地满足用户需求,给出了一个例子,说明了这一方法的实际应用。     

基于多目标非耦合优化策略的可靠性稳健优化设计

以实现多目标问题的可靠性稳健优化设计为目标,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立了基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;基于独立公理,使用正交试验和方差分析技术确定设计变量对各个设计目标的影响程度,将设计参数按无耦合或准耦合设计形式分组,把多目标优化问题单目标化,避免多个设计目标之间的反复权衡;结合增广乘子法,应用MATLAB的优化和符号工具箱来实现钳形盘式制动器的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的稳健设计方法具有较高的精度和可靠度。     

公理设计过程中耦合设计问题的结构化分析方法

现有的公理设计是建立在满足独立公理的基础上的,它没有提供分析和处理耦合设计的方法。然而在产品设计尤其是复杂产品设计过程中,耦合设计经常会不可避免地出现。针对公理设计过程中出现的耦合设计问题, 提出了一种结构化的耦合设计分析方法,旨在为在功能要求不独立的情况下完成产品设计提供有效解决方案。首先利用分解操作识别独立的功能要求以及耦合功能集;然后采用决策分析方法中的两两比较方法并基于三角模糊数对功能耦合程度进行度量;在此基础上通过解耦和割裂操作对耦合功能进行规划,确定各耦合功能的实现顺序; 最后对耦合设计方案进行耦合性分析,计算耦合度指标,为耦合设计方案的耦合性评价及其选择提供依据。结合卧式壳管式冷凝器产品的设计实例,对耦合设计分析方法进行了说明和验证。     

产品寿命周期工程设计研究

产品寿命周期工程设计是绿色产品设计的有效方法。本文在深入分析产品寿命周期全过程的基础上 ,提出了LCED的三大设计原则 ,详细描述了LCED的设计过程。通过举例详细阐述了应用公理性设计方法对寿命周期中有关技术先进性、环境协调性 ,以及经济性等信息进行处理的方法 ,并作出设计决策。     

基于可拓学方法的耦合设计问题研究

公理设计指导下的产品概念设计不可避免会遇到耦合设计问题。为此,将可拓学中转换桥方法引入耦合问题消解研究,通过分析公理设计中耦合问题和可拓学中对立问题的关系,提出一种应用可拓学进行解耦的方法。由设计矩阵确定耦合问题,进而对耦合问题进行了形式化描述,据此构造出公理设计下基于转换桥的解耦流程。文中以环锭细纱机振动和磨损问题验证了方法有效性和可行性。     

偏好函数在稳健设计中的应用

工程设计中存在两种不确定性,随机不确定性和主观不确定性.经典的稳健设计可以很好地解决设计中的随机不确定性因素,但是这些方法没有考虑设计中出现的主观因素,因此设计结果可能对某些主观因素非常敏感.当前稳健设计中很少在同一模型中同时考虑这两种不确定因素.为了在工程设计中获得全面的稳健设计,在汽车转向横拉杆的设计中,同时考虑设计中的随机不确定性因素和主观因素,并应用偏好函数集成主观因素.横拉杆的设计是多目标优化设计,目标分别为变形最小、质量最轻.文中应用整体性能偏好函数补偿计算这两个矛盾的目标,寻找稳健的最优解.在个体性能偏好函数定义中,采用线性函数定义;在整体性能偏好函数中存在的权重、补偿系数等主观因素,采用区间法求解.这种方法不仅对设计中的随机因素有稳健性能,并且可以科学地为权重及补偿系数等主观因素变量赋值,提高工程设计的稳健性能.     

公理设计中确定交互作用程度的方法

公理设计是设计领域的通用理论,为设计提供一个理论框架,但是没有考虑功能要求间交互作用程度问题,使该理论在解决存在交互作用的现实工程设计时产生困难.将网络分析法(ANP理论)应用于公理设计中功能要求间交互作用的研究,在分析研究的基础上建立功能要求间交互作用的ANP理论通用模型,提出交互作用的测评算法,提出判断交互作用可否忽略的两个判据与判别方法.该方法为设计人员指明改进设计的方向,加速设计进程并得到实例验证的支持.     

基于三次设计和模糊理论的圆柱螺旋弹簧稳健设计

将稳健设计的三次设计法和模糊数学方法应用于圆柱螺旋弹簧的设计中,方便地处理了离散性与模糊性问题,对疲劳强度可靠性,静强度可靠性,刚度,稳定性,无共振,最小质量等多目标运用三次模糊设计法,得到了实用的圆柱螺旋弹簧的稳健设计结果。本文还针对参数设计中望目特性SN比计算式在机械稳健设计中的不足提出并使用了分别为模糊目标和明确目标的两种SN比的修正式,增强了望目特性的实用性。