基于产品平台的快速设计集成系统研究与开发

论文摘要

随着经济全球化的快速发展,我国装备制造业面临着严峻挑战和发展机遇。重型装备制造企业,多数是单件小批、定制生产模式,这使得作为产品生命周期的首道重要工序的产品开发与设计成为企业竞争的核心环节。换言之,在日趋激烈的市场竞争条件下,产品快速设计技术对于增强企业快速响应市场的能力,具有重要意义。本文以国家863项目(项目编号:2005AA415240)“重大技术装备模块化参数化智能化协同设计系统”为依托,对机械产品快速设计的理论、方法和关键技术进行了系统的研究,研究并建构了一种基于产品平台的快速设计集成系统,系统以模块化作为产品设计的基础,参数化作为模块变型的手段,开展模块化的参数化设计,并以PLM作为集成管理工具,实现产品的快速设计;并结合企业实际需求,研究开发了桥式起重机快速设计集成系统,实施和验证了研究框架和方案。论文主要研究内容包括:1.在阐明机械产品快速设计的相关概念基础上,对其关键技术的国内外研究状况、发展趋势及其在机械产品设计开发中的应用进行了分析和综述;主要涉及模块化设计技术、产品族与产品平台、计算机辅助技术、KBE技术、PDM技术等。2.论述了产品平台的相关概念、产品平台的特点,构建了基于产品平台的产品族设计技术体系,分析了产品平台的组成和构建原理,提出了其构建过程。通过重型机械企业产品开发设计现状分析,提出了解决重型机械企业产品快速设计瓶颈的策略,并提出一种基于产品平台的快速设计系统方案,进而设计了软件使能技术架构。3.在研究模块化设计原理、方法和模块划分方法的基础上,通过比较分析,提出了一种机械产品模块化集成方法和柔性模块划分方法,从而突出了对于已有产品开展面向产品平台模块化的需求,使得模块化目标更明确,更有针对性,可操作性强;进而作者根据桥式起重机的设计特点,提出并验证了面向产品平台的模块划分方法和划分方案。4.研究了参数化技术和建模技术,重点探索了基于知识的三维参数化设计技术,并在桥式起重机参数化开发实践的基础上,提出了适合重大技术装备产品的,面向产品平台的结构件(部件级模块)、机构件(部件级模块)、零件级模块特点的模块的参数化设计和建模方法,以及快速CAE建模和分析方法。5.基于产品平台理念,研究了PLM技术,分析了其体系架构和核心功能,在探讨PLM关键数据模型(产品模型、过程模型和项目模型)基础上,开展了基于PLM建构产品平台的使能技术研究,实现了知识管理、配置设计、过程集成和并行工程及项目管理,为构建产品平台打下坚实的基础,并从网络集成、应用集成、过程集成和知识集成四个层面,实现了整个系统的集成。6.基于产品平台及上述理论和技术研究成果,以大型起重机为例,进行了一种模块化参数化快速设计集成系统方案设计,并开发了快速设计集成系统,实现了各子系统的功能。该方案一方面有利于积淀企业设计经验和知识,进而达到知识重用的目的;另一方面,基于产品平台开展产品设计,有助于实现设计的规范化、产品的系列化,从而避免随意设计的损失,降低了产品制造全生命周期的成本,成倍地提高设计效率,使设计人员有更多的精力关注产品创新和设计质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 快速设计技术概述
• 1.1.1 产品设计技术的发展趋势
• 1.1.2 快速设计的概念
• 1.1.3 产品族与产品平台
• 1.1.4 基于产品平台的快速设计技术的研究意义
• 1.2 快速设计关键技术的研究
• 1.2.1 模块化设计技术
• 1.2.2 CAx技术的发展
• 1.2.3 PDM的研究应用
• 1.2.4 KBE技术
• 1.3 课题的背景及其研究架构
• 1.3.1 研究的背景
• 1.3.2 主要研究思路、内容和安排
• 本章小结
• 第二章 基于产品平台的快速设计技术研究
• 2.1 基于平台的产品族设计技术体系研究
• 2.1.1 产品平台相关概念
• 2.1.2 产品平台的特性
• 2.1.3 基于产品平台的产品族设计技术体系
• 2.2 产品平台组成与构建原理
• 2.2.1 产品平台组成
• 2.2.2 产品平台的构建原理及过程
• 2.3 我国重型机械行业产品设计现状分析
• 2.4 重型机械快速设计策略
• 2.5 快速设计集成系统解决方案及特点
• 2.5.1 快速设计集成系统解决方案
• 2.5.2 快速设计集成系统的特点
• 本章小结
• 第三章 面向产品平台的模块化设计技术研究
• 3.1 模块化
• 3.1.1 模块化的概念
• 3.1.2 模块化设计
• 3.2 模块化设计的支撑理论
• 3.2.1 系统论原理
• 3.2.2 相似性原理
• 3.2.3 重用性、标准化原理
• 3.3 机械产品模块化设计方法
• 3.3.1 侧重功能分解的设计方法
• 3.3.2 基于结构特征的设计方法
• 3.3.3 产品模块化集成设计方法
• 3.4 三维判据的模块划分原则
• 3.4.1 模块划分评价指标
• 3.4.2 三维判据的模块划分原则
• 3.5 模块柔性划分方法
• 3.5.1 面向产品全生命周期的模块划分
• 3.5.2 基于用户需求的模块划分
• 3.5.3 两类划分方法的比较分析
• 3.5.4 模块柔性划分方法
• 3.5.5 支持模块划分的聚类分析方法
• 3.6 面向快速设计的桥式起重机模块划分
• 3.6.1 桥式起重机产品结构特点
• 3.6.2 桥式起重机模块划分原则和方案
• 本章小结
• 第四章 基于知识的模块参数化设计与CAE分析
• 4.1 参数化设计概念
• 4.2 常用参数化设计方法
• 4.3 基于知识的参数化设计方法研究
• 4.4 自底向上和自顶向下设计方法比较分析
• 4.5 基于知识的模块参数化设计技术
• 4.5.1 零件级模块的参数化设计
• 4.5.2 部件级模块自底向上的系列设计
• 4.5.3 自顶向下主参数控制的智能变型设计
• 4.5.4 机构件参数化智能配置设计
• 4.6 基于知识的有限元分析技术
• 4.6.1 基于知识的有限元建模的意义
• 4.6.2 目前CAE的问题
• 4.6.3 基于知识的模型自动生成
• 本章小结
• 第五章 构建产品平台的PLM技术研究
• 5.1 PLM概念沿革
• 5.2 面向产品族的PLM数据模型
• 5.2.1 面向对象技术
• 5.2.2 业务对象和数据对象
• 5.2.3 面向产品族的PLM数据模型
• 5.3 产品平台对系统的核心功能需求及体系结构
• 5.3.1 系统的核心功能需求
• 5.3.2 典型PLM体系架构
• 5.4 产品平台构建的PLM关键技术应用
• 5.4.1 基于PLM的知识管理
• 5.4.2 模块化产品配置管理
• 5.4.3 过程集成和并行工程
• 5.4.4 项目管理
• 本章小结
• 第六章 大型起重机快速设计集成系统开发与验证
• 6.1 桥式起重机发展概述
• 6.1.1 国外桥式起重机的发展
• 6.1.2 国内桥式起重机的发展
• 6.2 桥式起重机的设计流程
• 6.3 大型起重机模块化参数化快速设计集成系统
• 6.4 部分实例
• 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 博士期间的学术论文与成果
• 致谢