基于功能方法树的机械产品概念设计方案生成与优选研究

发布时间：2017-04-30 22:00

  本文关键词：基于功能方法树的机械产品概念设计方案生成与优选研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：概念设计是产品开发的初级阶段，也是产品创新的最关键性环节，是提高产品质量和竞争力的主要手段，并且时刻影响着企业的生存与发展。因此，对产品概念设计的研究是很有必要的，机械产品的概念设计包括两个部分：方案生成和方案优选。方案生成是设计过程的关键环节，对方案生成过程的描述能很好地体现设计师的思想，有利于设计知识的积累和传递，以及能够更好地指导整个方案生成过程。而方案优选是方案生成的后期处理阶段，也是概念设计的重要环节之一，它能够在众多生成的方案中进行决策和优选，从而获得众多比较满意的方案，因而为下一步产品设计奠定了基础。 虽然目前已经有大量理论、方法以及工具在解决方案生成和方案优选问题中取得了一定的进展，但概念设计还面临着一些挑战：概念设计没有更深入地描述方案生成过程以及在解决方案组合爆炸优化问题时面临着信息残缺或知识获取的困难。因此本文以功能方法树为研究对象，提出了树型拓扑映射过程，并结合改进蚁群算法和层次分析法系统地探讨了方案生成过程及方案优选方法。主要研究成果包括：（1）根据公理化设计中的“Z”字型映射思想，，在改进功能方法树中提出了树型拓扑映射过程，并以公理化设计方法来指导树型拓扑映射过程。（2）利用树型拓扑映射过程分析方案生成过程，然后总结了方案生成的三个阶段性特征，并结合有向图的思想提出了方案生成过程模型，通过该模型可以更好地描述方案生成过程，使得相关设计知识和方案构思得到一定程度的展示。（3）建立了图型拓扑层次结构，使方案生成过程模型应用于树型拓扑映射过程中，该结构清楚地表达了FRs的层次关系、DPs的层次关系以及FRs到DPs的映射过程，最后逐层求解各个方案生成过程模型可得到概念设计方案备选图，并将其记录在图型拓扑层次结构中。（4）利用元模型建模技术在GME上开发了“图型拓扑层次结构”的原型系统，该系统为概念设计过程提供了一个方便的建模环境。（5）结合改进蚁群算法和层次分析法提出了一种新的方案优选方法，该方法优点：能够将概念设计方案备选图作为方案搜索空间、能应用到信息残缺的场合、能解决方案组合爆炸优化问题。 本文最后将上述理论和工具应用到汽车举升机和泵体零件钻孔夹具的概念设计中，分析了方案生成过程和方案优选过程，从而验证了本文理论和工具的有效性和可行性。
【关键词】：概念设计 方案生成 功能方法树 有向图 方案优选 蚁群算法
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 概念设计的定义10-11
• 1.1.2 概念设计的特点11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2.1 概念设计方案生成12-13
• 1.2.2 概念设计方案优选13
• 1.3 目前存在的问题及解决方案13-14
• 1.4 课题研究的意义14-15
• 1.5 本文的主要工作15-16
• 第二章 概念设计模型与过程模型16-22
• 2.1 引言16
• 2.2 公理化概念设计模型16-18
• 2.2.1 公理化设计的四个基本领域16-17
• 2.2.2 Z 字型映射17
• 2.2.3 设计公理17-18
• 2.3 功能方法树概念设计模型18-20
• 2.3.1 传统型功能方法树18
• 2.3.2 改进型功能方法树18-20
• 2.4 设计过程模型20-21
• 2.4.1 过程建模方法的介绍20-21
• 2.4.2 有向图模型21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 概念设计方案生成过程模型22-32
• 3.1 引言22
• 3.2 功能方法树的改进22-23
• 3.3 方案生成过程23-26
• 3.4 树型拓扑映射过程26-28
• 3.5 图型拓扑层次结构28
• 3.6 原型系统的开发28-31
• 3.6.1 开发平台的介绍28-29
• 3.6.2 原型系统的实现29-31
• 3.7 本章小结31-32
• 第四章 基于蚁群算法和层次分析法的方案优选32-46
• 4.1 引言32
• 4.2 蚁群算法的基本理论32-33
• 4.3 方案组合优化问题的蚁群算法模式33-35
• 4.4 蚂蚁算法求解方案组合优化问题35-37
• 4.5 蚁群算法的改进37-41
• 4.6 方案优选41-45
• 4.6.1 专家调查法41-42
• 4.6.2 F Rs 重要度排序42-43
• 4.6.3 结点重要度排序43-44
• 4.6.4 改进蚂蚁算法搜索最优方案44-45
• 4.7 本章小结45-46
• 第五章 汽车举升机的概念设计46-65
• 5.1 引言46
• 5.2 设计要求46
• 5.3 汽车举升机的设计知识库46-48
• 5.4 汽车举升机的方案生成过程模型48-55
• 5.5 设计方案的优选过程55-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第六章 泵体零件钻孔夹具的概念设计65-77
• 6.1 引言65
• 6.2 设计要求65-66
• 6.3 机床夹具系统的设计知识库66-69
• 6.4 钻孔夹具的方案生成过程模型69-71
• 6.5 设计方案的优选过程71-76
• 6.6 本章小结76-77
• 结论与展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 附录A 攻读学位期间发表的论文及专利84-85
• 附录B85-87
• 附录C87-92
• 附录D92-95

【参考文献】

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1 韩晓建,邓家

本文编号：337639