可调节变量产品族设计技术及其在透平膨胀机中的应用研究

论文摘要

大批量定制在制造企业中得到了越来越广泛的应用,其核心技术之一是基于公共产品平台的产品族设计。作者结合863项目与企业具体需求,对客户驱动的可调节变量产品族设计技术进行了研究。着重研究了面向产品族规划的客户需求建模及其映射技术、基于改进NSGA-Ⅱ算法的可调节变量产品族构建技术、基于相似度的可调节变量产品族评价技术,并成功应用于杭氧空分设备中透平膨胀机系列产品的设计与开发。第一章对现有的客户需求建模方法进行了概述,并阐述了将客户需求映射为产品技术需求的技术:质量功能配置方法;分别论述了基于模块化和基于可调节变量的产品族设计技术,并对其关键技术进行了分析。最后给出了全文的研究背景、研究内容和结构框架。第二章在分析了现有的客户需求获取方法后,提出了客户需求的形式化描述方法及基于知识只系统建模的分解方法,从而实现了基于需求拓扑结构的客户需求建模;引入质量功能配置方法,并利用其核心部分——产品规划矩阵将客户需求映射为产品的技术需求,最后以透平膨胀机为例,实现了面向产品族规划的客户需求建模及其映射。第三章提出了混合编码的NSGA-Ⅱ算法,进行产品性能的多目标优化,获得了产品族实例产品的若干优化设计方案;在此基础上,运用改进NSGA-Ⅱ算法来确定产品族内不同产品间设计方案的最优组合,完成产品平台的参数规划,为该NSGA-Ⅱ算法设定了双重适应度函数,分别控制进化过程中设汁参数的相似性与个体产品的性能优劣,最终获得了综合性能优良的产品族设计方案,完成了透平膨胀机可调节变量产品族的构建。第四章针对两个具有博弈关系的产品族评价指标——平台通用性与个体产品性能,分析了它们在模块化与可调节变量产品族评价中的具体实现,从而提出了基于相似度的产品族通用性指数SCI与性能指数SPI,在分别给出了SCI与SPI的具体计算方法后,阐述了基于相似度的可调节变量产品族评价流程及模型,最后以透平膨胀机可调节变量产品族设计方案的评价为例,论证了该方法的有效性与可行性。第五章结合前面的相关理论方法,为实现透平膨胀机可调节变量产品族设计,开发了HY-PDM系统。通过系统实现对透平膨胀机客户需求信息处理、技术属性定制和系列产品参数配置,展示了客户驱动的透平膨胀机可调节变量产品族设计流程。第六章总结了本文的研究内容及主要工作,并展望了今后的努力方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 客户需求信息处理技术
• 1.2.1 客户需求建模
• 1.2.2 客户需求映射
• 1.3 产品族设计技术
• 1.3.1 模块化产品族设计
• 1.3.2 可调节变量产品族设计
• 1.4 主要内容框架
• 1.4.1 论文的研究背景
• 1.4.2 论文的研究内容
• 1.4.3 论文的总体结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 面向产品族规划的客户需求建模及其映射
• 2.1 引言
• 2.2 基于需求拓扑结构的客户需求建模
• 2.2.1 现有客户需求获取方法的分析
• 2.2.2 客户需求的形式化描述
• 2.2.3 基于知识系统建模的客户需求分解
• 2.2.4 基于需求拓扑结构的客户需求模型
• 2.2.5 透平膨胀机需求建模
• 2.3 客户需求到产品技术需求的映射
• 2.3.1 客户需求的相对重要度矩阵
• 2.3.2 客户需求与技术需求的相关度矩阵
• 2.3.3 产品技术需求相对权重的确定
• 2.3.4 透平膨胀机需求映射
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于改进NSGA-Ⅱ算法的可调节变量产品族构建
• 3.1 引言
• 3.2 由技术需求确定产品设计参数集合
• 3.3 产品族实例产品性能的多目标优化
• 3.3.1 产品性能的多目标优化数学模型
• 3.3.2 混和编码NSGA-Ⅱ算法的提出
• 3.3.3 产品性能优化结果的分析和对比
• 3.4 可调节变量产品平台的参数规划
• 3.4.1 设计变量染色体及初始种群的构造
• 3.4.2 设计变量染色体种群的进化操作
• 3.4.3 种群进化过程中适应度函数的设定
• 3.4.4 公共参数与可调节变量的划分
• 3.4.5 透平膨胀机平台参数规划
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于相似度的可调节变量产品族评价
• 4.1 引言
• 4.2 可调节变量产品族评价指标
• 4.2.1 产品族评价指标分析
• 4.2.2 产品族通用性指数SCI
• 4.2.3 产品族性能指数SPI
• 4.3 可调节变量产品族评价流程
• 4.4 可调节变量产品族评价模型
• 4.5 透平膨胀机产品族评价
• 4.6 本章小结
• 第5章 透平膨胀机产品族设计实现与应用
• 5.1 引言
• 5.2 透平膨胀机客户需求信息处理
• 5.3 透平膨胀机产品技术属性定制
• 5.4 透平膨胀机系列产品参数配置
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 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