自顶向下的协同装配设计过程建模及规划研究

论文摘要

随着现代产品复杂程度的提高,企业为了增强竞争力,在激烈的市场竞争环境下取得成功,必须缩短产品的开发周期和降低产品成本,提高产品的开发效率和经济效益。自顶向下协同装配设计是一种新的设计模式,新设计模式的采用给产品设计过程管理和规划带来了的挑战。本文以自顶向下协同装配设计过程建模及规划技术为研究对象,主要研究内容及成果有以下几个方面:1.通过分析自顶向下协同装配设计过程特点,提出层次着色Petri网(HCPN)建模方法,以设计者的设计过程活动为建模对象,基于HCPN构建自顶向下协同装配设计过程的模型,以刻画设计过程的复杂行为特征,揭示设计过程的内涵特点。2.针对自顶向下协同装配设计过程规划中任务之间的关联关系和自顶向下协同装配设计的要求,采用设计结构矩阵表达任务之间的关联关系,提出设计组承担的任务量均衡和分在同一任务组内的任务具有较高关联耦合度两个分组原则,并采用基于多目标的遗传优化算法,以实现任务的合理分组,达到缩短产品开发周期和设计组之间的交互量的目标。3.针对设计组的综合能力,采用不确定多属性决策方法,选择设计组,并提出基于任务关键度和设计组综合能力的任务组分配原则,给出一种基于树的任务组分配算法,以实现任务的合理分配,保证组织资源的优化调度。4.在分析任务分组后组内、外的任务之间存在的依赖关联约束对任务执行时间窗影响的基础之上,通过串行活动并行化及耦合活动串行化来确定任务的时间窗约束,提出自顶向下协同装配设计的任务时间窗算法,以有效的消除时间窗约束求解过程中产生的约束冲突,减少设计过程等待时间;构建基于设计结构矩阵的设计过程随机调度优化算法,以确定任务执行时间窗,获得优化的设计过程调度方案。5.针对自顶向下协同装配设计过程的特点,构建基于层次对象Petri网(HOOPN)的设计过程规划动态模型,以满足设计过程的动态监控与调度的需要;基于模糊综合评价算法对设计过程进行风险评价,确定影响设计过程执行进程的局部和全局风险等级;提出基于设计过程风险等级的风险决策机制,实现自顶向下协同装配设计过程规划的动态调控。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 产品设计
• 1.2 自顶向下的产品设计
• 1.3 协同设计
• 1.3.1 协同零件设计
• 1.3.2 协同装配设计
• 1.3.3 协同设计发展趋势
• 1.4 设计过程建模
• 1.4.1 设计过程建模的研究现状
• 1.4.2 设计过程建模存在的问题
• 1.4.3 协同设计过程建模
• 1.5 设计过程管理
• 1.5.1 设计过程规划
• 1.5.2 设计过程管理决策
• 1.5.3 协同设计过程管理
• 1.6 协同设计过程建模及管理存在的问题
• 1.7 本文的研究目标
• 1.8 本文的研究内容
• 第2章 基于HCPN的自顶向下协同装配设计过程建模
• 2.1 引言
• 2.2 基本概念与方法概述
• 2.2.1 层次着色Petri网（HCPN）
• 2.2.2 方法概述
• 2.3 自顶向下协同装配设计过程分析
• 2.3.1 自顶向下协同装配设计过程案例
• 2.3.2 自顶向下协同装配设计过程的特点
• 2.4 基于HCPN的自顶向下协同装配设计过程建模
• 2.4.1 协同基本活动过程建模
• 2.4.2 装配设计全过程建模
• 2.4.3 装配设计过程建模
• 2.4.4 设计过程Petri网模型的特性分析
• 2.4.5 设计过程Petri网模型的改进
• 2.5 本章小结
• 第3章 自顶向下协同装配设计过程任务分组及分配
• 3.1 引言
• 3.2 基本概念与方法概述
• 3.2.1 相关定义与假设
• 3.2.2 任务分配及分配原则
• 3.2.3 方法概述
• 3.3 基于多目标优化的任务分组
• 3.3.1 基于工作量的任务分类
• 3.3.2 多目标优化的分组遗传算法
• 3.4 基于搜索过程树的任务组分配
• 3.4.1 任务组关键度的确定
• 3.4.2 基于多属性决策的设计组选择
• 3.4.3 设计组综合能力的确定
• 3.4.4 基于树的任务分配算法
• 3.5 实验结果
• 3.5.1 牛头刨床的设计任务及其关联关系
• 3.5.2 牛头刨床设计任务分组
• 3.5.3 牛头刨床设计任务组分配
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于任务时间窗的自顶向下协同装配设计过程调度
• 4.1 引言
• 4.2 方法概述
• 4.3 基于设计结构矩阵的设计任务关系表示
• 4.4 设计任务时间窗确定
• 4.4.1 任务的时间窗表示和时间窗约束
• 4.4.2 任务时间窗约束的确定原则及方法
• 4.4.3 任务时间窗约束冲突消解及等待处理
• 4.4.4 任务时间窗求解算法
• 4.5 自顶向下协同装配设计过程随机调度
• 4.5.1 基于可达矩阵的初始调度算法
• 4.5.2 基于多属性模糊决策的调度方案择优算法
• 4.5.3 基于随机择序的设计过程调度算法
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 自顶向下协同装配设计过程动态规划
• 5.1 引言
• 5.2 基本概念与方法概述
• 5.2.1 层次对象Petri网（HOOPN）
• 5.2.2 方法概述
• 5.3 自顶向下协同装配设计过程的动态性分析
• 5.4 基于DSM和EOOPN综合的设计过程子网建模
• 5.4.1 设计组内、外任务依赖关联关系的Petri网建模
• 5.4.2 模型元素的对象属性和变迁的激发过程
• 5.4.3 设计过程子网建模
• 5.5 基于OOPN的监控过程子网建模
• 5.6 基于HOOPN的动态过程规划模型及风险决策
• 5.6.1 基于HOOPN的动态过程规划模型
• 5.6.2 基于模糊综合评价法的风险动态评价与调控决策
• 5.7 实验结果
• 5.7.1 牛头刨床设计过程动态规划模型
• 5.7.2 牛头刨床设计过程风险评价与调控
• 5.8 本章小结
• 第6章 总结展望
• 6.1 本文的主要研究成果
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果