论文题目: 面向机床产品的协同设计支持环境关键技术的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 孟秀丽
导师: 易红
关键词: 机床,任务规划,约束网络,冲突检测,冲突消解,协同设计支持环境
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 机床设计和制造是一个涉及产品设计、机械加工、快速原型制造等方面的复杂过程,如何快速、高质量、低成本地设计并制造出机床产品成为本文研究的着眼点。异地设计、制造、管理与协同工作是未来机床制造业发展的必然趋势。因此,本文将协同设计引入机床产品设计和制造过程中,对面向机床产品的协同设计支持环境及其关键技术进行研究,论文主要研究成果如下:研究并建立了面向机床产品的协同设计支持环境的体系结构。对机床协同设计过程进行分析,得出机床产品协同设计的新特点和功能要求,在此基础上提出了面向机床产品的协同设计支持环境的层次结构,该协同设计环境主要由三个方面的内容组成:对机床产品设计开发活动的支持、对设计活动单元组织和管理的支持、对设计活动单元间协同的支持。采用分布式为主,集中式为辅的方式,建立了面向机床产品的协同设计支持环境的体系结构,并从不同的角度对该体系结构进行描述。研究并实现了机床产品协同设计任务规划与管理功能。采用按功能划分和按结构划分相结合的方式对机床产品协同设计的任务进行分解。用结构设计矩阵对机床设计过程进行描述,通过对结构设计矩阵递归实施独立操作和定耦与归一操作完成设计任务的规划。研究影响任务分配的因素,将任务分配给合适的小组,并给每一子任务确定合适的开始时间和结束时间。提出了机床层次式递归化任务分解模型,并给出了任务管理的具体实现方式以及任务规划功能模块的网络实现流程。研究并建立了机床产品协同约束模型。研究了机床产品协同设计约束的分布性、动态性和层次性等特点以及约束的分类和表现形式。从约束、约束集和约束层三个不同的层次研究机床产品协同设计约束模型。将约束分为产品层、部件层、零件层和特征层四个层次,并研究了分层约束网络之间的映射关系。研究约束网络的一致性、有效性、完备性和全面性,在此基础上研究约束模型的求解方法。将约束分为独立约束和耦合约束,通过两种约束的转换产生动态的约束空间,并综合利用约束传播算法和区间求解算法对约束模型进行求解。最后对协同设计中的约束进行管理并提出了协同约束模型的网络实现流程。研究并提出了基于深浅两个层次的协同设计数学冲突消解方法。浅层次的冲突消解利用求解多目标决策问题的优化算法,在定性分析的基础上综合来自不同领域专家的意见,协同决策最佳方案,其实质是从多个可行方案中找到符合各方设计人员要求的唯一优化解。深层次的冲突消解策略研究基于对策论的目标冲突协商方法,建立协同设计冲突协商模型,给出该模型的Nash协商解和基于满意度的解,使冲突各方通过对设计属性的取值进行协商来消解冲突。研究并实现了基于人工智能的冲突消解工具。建立了集成化冲突消解模型,该模型从冲突全生命周期的角度对冲突的产生、检测和消解进行全面的管理。研究了基于约束网络传播来检测冲突的方法,建立面向对象的冲突知识表示形式并分析了冲突的关联关系。研究了约束松弛、基于规则的推理、基于事例的推理和协商仲裁等冲突消解策略。最后给出了集成冲突消解过程的流程和冲突消解工具的网络实现流程。在上述理论研究的基础上,建立了面向机床产品的协同设计支持环境的原型系统,通过典型实例机床部件床头箱的运行,验证了本文所提出的关键技术的有效性。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 并行工程（CE）
1.1.2 计算机支持的协同工作技术（CSCW）
1.1.3 计算机支持的协同产品开发（CSCD）
1.2 CSCD国内外研究现状
1.2.1 协同设计支持环境的研究现状
1.2.2 协同设计过程建模的研究现状
1.2.3 协同约束模型的研究现状
1.2.4 冲突消解机制的研究现状
1.3 目前协同设计中存在的问题
1.4 论文选题意义及主要研究内容
1.4.1 机床工业面临的问题
1.4.2 课题来源及本文的主要研究内容
1.5 论文的组织结构
1.6 本章小结
第二章 面向机床产品的协同设计支持环境的体系结构
2.1 协同设计的内涵
2.1.1 协同设计系统的分类
2.1.2 协同设计系统的结构
2.1.3 协同设计系统的特点
2.2 机床设计分析
2.3 机床产品协同设计的组织分析
2.4 机床产品协同设计过程分析
2.5 面向机床产品的协同设计支持环境的层次结构和新特点
2.6 面向机床产品的协同设计支持环境的体系结构
2.6.1 面向机床产品的协同设计支持环境的网络拓扑结构
2.6.2 面向机床产品的协同设计支持环境的框架结构
2.6.3 面向机床产品的协同设计支持环境的技术体系结构
2.7 面向机床产品的协同设计支持环境的关键技术
2.8 面向机床产品的协同设计支持环境的工作流程
2.9 本章小结
第三章 协同任务规划与管理
3.1 协同设计任务分解
3.1.1 任务分解原则
3.1.2 任务分解
3.2 协同设计任务重组
3.2.1 设计结构矩阵的建立
3.2.2 任务重组步骤
3.2.3 耦合任务集的解耦方法
3.3 协同设计任务分配
3.3.1 设计任务的人员分配
3.3.2 设计任务的时间分配
3.4 机床产品开发任务分解模式及流程
3.5 协同设计任务管理
3.6 协同任务规划功能模块的网络实现流程
3.7 本章小结
第四章 分布式协同约束模型
4.1 协同设计中约束的特点、种类和表现形式
4.1.1 协同设计中约束的特点
4.1.2 协同设计中约束的种类
4.1.3 协同设计中约束的表现形式
4.2 协同设计中的约束模型
4.2.1 协同设计中的约束网络构建
4.2.2 分层约束网络之间的映射关系
4.2.3 约束网的一致性、有效性、完备性和全面性
4.2.4 约束网络实例列举
4.3 协同设计中的约束求解
4.3.1 协同设计中的动态约束求解模型
4.3.2 协同设计中约束模型的求解
4.4 协同设计中的约束管理
4.5 协同约束模型功能模块的网络实现流程
4.6 本章小结
第五章 协同设计中的冲突消解技术
5.1 协同设计中冲突的内涵
5.1.1 协同设计中冲突的定义、作用和起因
5.1.2 协同设计中冲突的特点和分类
5.2 协同设计中冲突起因的数学描述
5.3 协同设计冲突消解的数学策略
5.3.1 基于多目标决策的协同设计冲突消解方法
5.3.2 基于对策论的协同设计冲突协商方法
5.4 协同设计中基于人工智能的冲突消解工具
5.4.1 集成化冲突消解模型的建立
5.4.2 冲突检测
5.4.3 冲突归档
5.4.4 冲突消解
5.5 冲突消解功能模块的网络实现流程
5.6 本章小结
第六章 原型系统的实现
6.1 原型系统的试验环境
6.2 原型系统总体结构
6.3 原型系统的工作流程
6.3.1 典型零部件床头箱设计的协同任务规划
6.3.2 典型零件主轴设计的协同约束管理
6.3.3 典型零件主轴设计的数据冲突检测
6.3.4 典型零件主轴设计的冲突消解
6.3.5 典型零件箱体设计的知识冲突检测和消解
6.3.6 系统的协同支持工具
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2007-06-11
参考文献
- [1].面向机床产品协同数字化设计关键技术的研究[D]. 刘英.东南大学2006
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