自顶向下协同产品设计框架和方法研究

论文摘要

复杂机械产品的设计具有两个重要特点,一是采用自顶向下的设计方式,另一个是多人参与、协同完成。然而,目前CAD系统仍难以支持自顶向下、多人协同的产品设计。鉴于多人协同的产品自顶向下设计的高度复杂性,作为研究的第一步,我们将当前工作集中在概念设计完成之后的协同产品设计,即一组设计者根据概念设计结果,协同地、由抽象到具体地完成产品设计。论文的主要工作包括以下几个方面:1.提出一个自顶向下协同产品设计框架。我们将自顶向下协同产品设计过程分成布局设计、协同骨架设计、协同详细设计三个设计阶段,并基于该设计过程的需求,设计了自顶向下协同产品设计的六个主要功能:基于符号的布局设计,耦合结构参数协同计算,协同装配建模,协同特征建模,基于Agent的变动传播,基于多媒体会议的协商交流。2.提出一个支持自顶向下协同产品设计的多层次分布式装配模型。该装配模型总体上分为布局装配模型、骨架装配模型、详细装配模型三个主要层次,以支持自顶向下产品设计;采用在服务器和客户端的复制式分布表示,以支持分布式协同设计。在分布式表示中,服务器端为完整的产品装配模型,客户端装配模型基于协同设计需要动态装载,具体包括设计者负责设计的子装配或者零部件的模型信息,以及和其具有装配关系的其他设计者负责设计的子装配和零部件信息。为支持装配模型对象在各个站点的一致,采用了局部ID和全局ID的对象命名机制。3.提出一种支持自顶向下协同产品设计中耦合结构参数协同计算的方法。该方法基于模糊理论表示设计早期阶段的模糊设计参数,通过效用函数表示设计者基于设计经验确定的设计参数不同数值的优先程度,由设计者协同建立以效用为目标的优化模型,并通过改进的遗传算法进行优化求解。4.提出自顶向下协同产品设计中基于Agent（智能体）的变动传播方法。通过服务器和客户端Agent之间的协作,动态监控协同设计系统中各个站点对装配模型的变动修改,然后由服务器端Agent基于特征变动、装配约束变动、工程约束变动的推理以及层次变动推理,确定装配模型对象的变动以及分布,最后以命令的方式更新所有相关站点的装配模型,保证变动操作后分布式装配模型的一致性。5.基于上述理论方法实现了支持自顶向下协同产品设计的原型系统CTDAD。该系统采用复制式服务器-客户端体系结构,核心功能模块包括布局设计、耦合结构参数协同计算、特征造型器、装配建模、变动传播Agent、ID管理、协商管理等。使用该系统,完成了一个液压式机械手的自顶向下协同产品设计,对本文所提出的框架与方法进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自顶向下产品设计的研究现状
• 1.2.1 智能化的自顶向下产品设计CAD
• 1.2.2 支持自顶向下设计活动的CAD研究
• 1.3 协同CAD研究现状
• 1.3.1 协同CAD的分类
• 1.3.2 协同CAD中的关键问题
• 1.3.2.1 协同CAD系统体系结构
• 1.3.2.2 协同浏览
• 1.3.2.3 协同特征建模
• 1.3.2.4 协同CAD中的模型数据传输
• 1.3.2.5 CAX/DFX工具分布集成
• 1.3.2.6 协同CAD中的信息安全
• 1.3.2.7 协同CAD中的并发控制
• 1.3.3 协同装配设计
• 1.4 自顶向下协同产品设计的研究意义和研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 自顶向下协同产品设计框架
• 2.1 引言
• 2.2 自顶向下协同产品设计功能需求分析
• 2.3 自顶向下协同产品设计过程分析
• 2.4 自顶向下协同产品设计功能框架
• 2.4.1 基于符号的布局设计
• 2.4.2 耦合结构参数协同计算
• 2.4.3 协同特征建模
• 2.4.4 协同装配建模
• 2.4.5 基于Agent的变动传播
• 2.4.6 基于多媒体会议的协商交流
• 2.5 本章小结
• 第3章 支持自顶向下协同产品设计的产品装配模型
• 3.1 引言
• 3.2 多层次、分布式装配模型概述
• 3.3 装配模型的层次结构
• 3.4 基于属性关系图的层次关联机制
• 3.5 装配模型的分布式表示
• 3.6 本章小结
• 第4章 自顶向下协同产品设计中的耦合结构参数协同计算
• 4.1 引言
• 4.2 相关研究
• 4.3 相关概念
• 4.4 基于模糊理论和效用理论的耦合结构参数协同计算
• 4.4.1 耦合结构参数协同计算的优化模型
• 4.4.2 基于遗传算法的优化求解
• 4.5 耦合结构参数协同计算实例
• 4.6 本章小结
• 第5章 自顶向下协同产品设计中的变动传播
• 5.1 引言
• 5.2 Agent技术与协同CAD
• 5.3 基于Agent的变动传播方法概要
• 5.4 变动传播中的变动推理
• 5.4.1 基于属性关系图的层次变动推理
• 5.4.2 工程约束、装配约束与特征变动推理
• 5.5 基于操作命令的装配模型传输
• 5.6 基于ACL的Agent通信
• 5.7 变动传播实例
• 5.8 本章小结
• 第6章 自顶向下协同产品设计原型系统-CTDAD
• 6.1 引言
• 6.2 CTDAD系统实现软件和硬件环境
• 6.3 CTDAD系统体系结构与功能组件
• 6.4 CTDAD系统界面
• 6.5 自顶向下协同产品设计实例
• 6.5.1 机械手的设计要求
• 6.5.2 布局设计
• 6.5.3 协同骨架设计
• 6.5.4 协同详细设计
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间主要的研究成果
• 致谢