面向性能优化的产品结构定制关键技术研究及其应用

论文摘要

大批量定制已经成为信息时代制造业的重要生产方式，产品结构定制技术是大批量定制设计的关键技术之一。作者根据具体项目需求，对面向性能优化的产品结构定制设计进行了分析，着重研究了面向结构定制的产品模块划分方法、基于约束关联的产品零部件属性值求解方法、基于运动组件的定制产品虚拟样机仿真方法、基于客户满意度的定制产品结构性能评价、更改、优化与再配置技术等，最后开发出了面向性能优化的产品结构定制系统。第一章主要对产品结构定制设计中的相关技术进行了分析，阐述了基于约束和基于规则的产品配置设计方法；介绍了产品模块化设计中模块划分、模块组合的相关技术以及在不同产品设计过程中的作用；分析了定制产品性能仿真及其优化的相关技术，分析了虚拟样机技术在汽车产品设计中的应用现状。最后，给出了本文的研究内容和组织结构。第二章阐述了产品结构定制设计中的客户需求影响因素，由此映射出产品模块划分影响因素。根据零件之间的连接关系，划分出产品的子功能机构，然后根据定制影响因素，建立了机构之间的关联矩阵，采用截取矩阵对机构进行了模块聚合，通过判别矩阵对划分的模块进行验证。最后用平头锁眼机的模块划分过程验证了该方法的有效性，并用该方法对汽车车桥和钢板研磨机进行了模块划分。第三章应用产品模块划分方法，分离出产品的配置模块，提取出面向客户需求的产品模块组合规则，以客户需求为依据，生成定制产品的功能结构。为定制产品零部件定义属性，将零部件之间属性关联起来，利用客户输入参数、手册信息、设计经验等，通过高效的属性搜索与计算算法，快速生成产品零部件的属性值。以汽车车桥为例，验证了该算法的可行性。第四章将产品进行了组件化分析，以产品结构更改范围最小化为依据，给出了仿真模型子系统的划分方法，以便实现产品的结构更改与优化。根据客户的性能需求，对产品结构的仿真结果进行了满意度分析，在客户满意度较低的情况下，给出了更改仿真参数和更改功能部件两种解决方案。以汽车车桥为例，在虚拟样机仿真性能不能满足客户性能需求的情况下，给出了产品结构优化与再配置流程。第五章开发了面向性能优化的产品结构定制系统，该系统主要包括产品功能结构生成模块，零部件属性值生成模块和基于仿真反馈的结构更改与再配置模块。最后对汽车车桥和镜面钢板研磨机进行了性能仿真、优化与再配置分析，以车桥产品为例，验证了这一定制平台的可行性。第六章总结了本文的主要研究内容和成果，并给出了今后进一步的研究展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 产品结构定制的相关技术分析
• 1.2.1 模块化设计技术
• 1.2.2 产品功能结构配置方法
• 1.2.3 定制产品的性能仿真及优化技术
• 1.3 论文的主要内容及结构框架
• 1.3.1 论文研究的主要内容
• 1.3.2 论文结构框架
• 1.4 本章小结
• 第2章 面向结构定制的产品模块划分技术
• 2.1 引言
• 2.2 定制产品模块化的影响因素
• 2.2.1 结构定制中的模块化需求
• 2.2.2 模块化聚类因素生成
• 2.3 定制产品结构模块划分的步骤
• 2.3.1 基于零件邻接的机构划分
• 2.3.2 功能机构附属零件添加
• 2.3.3 基于关联矩阵的机构聚合
• 2.3.4 聚合模块的模糊验证
• 2.4 定制产品模块划分实例分析
• 2.4.1 缝纫机产品模块划分
• 2.4.2 汽车车桥模块划分
• 2.4.3 钢板研磨机模块划分
• 2.5 本章小结
• 第3章 面向客户需求的定制产品零部件属性值快速生成技术
• 3.1 引言
• 3.2 客户需求分析
• 3.2.1 客户需求信息提取
• 3.2.2 客户需求的定制化表达
• 3.3 基于需求映射的产品功能结构生成
• 3.3.1 产品功能模块的信息封装
• 3.3.2 基于客户需求的功能结构映射
• 3.4 基于约束关联的零部件属性值生成
• 3.4.1 零部件属性约束关系定义
• 3.4.2 零部件属性值生成算法分析
• 3.4.3 零部件属性值快速生成
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于性能仿真的产品结构更改与优化技术
• 4.1 引言
• 4.2 定制产品的结构更改与优化流程分析
• 4.3 定制产品的性能仿真分析
• 4.3.1 基于运动组件的定制产品动力学仿真模型建立
• 4.3.2 定制产品的动力学性能仿真过程分析
• 4.3.3 定制产品中关键零部件结构强度分析
• 4.4 定制产品仿真结果的客户满意度分析
• 4.5 基于性能分析的定制产品结构优化与再配置
• 4.5.1 定制产品零件属性更改与优化
• 4.5.2 定制产品功能部件替换与优化
• 4.6 本章小结
• 第5章 面向性能优化的产品结构定制系统实现及应用
• 5.1 引言
• 5.2 产品功能结构生成分析与实现
• 5.3 零部件属性值生成分析与实现
• 5.4 汽车车桥的性能仿真与结构优化更改
• 5.4.1 汽车车桥的性能分析与仿真
• 5.4.2 汽车车桥的结构优化与再配置实现
• 5.5 镜面钢板研磨机的性能仿真与结构优化更改
• 5.5.1 镜面钢板研磨机虚拟样机建立
• 5.5.2 镜面钢板研磨机机构运动定义
• 5.5.3 钢板加工流程规划
• 5.5.4 钢板研磨过程仿真
• 5.5.5 镜面钢板研磨机零部件结构强度分析
• 5.5.6 镜面钢板研磨机结构优化与更改实现
• 5.6 基于仿真反馈的结构更改配置平台分析与实现
• 5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 今后的工作展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目
• 致谢