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为了在工程设计中提高产品多学科设计知识的集成能力,通过研究产品多学科设计优化(MDO)的设计过程,提出一种支持多学科设计优化的产品集成设计知识模型。利用对产品设计知识应用特征的分析,研究产品集成设计知识的融合方法,阐述了产品设计知识的表达以及具体设计规则的匹配机制,分析了多学科设计知识获取和目标满意度评价的过程及方法。应用产品集成设计知识模型作为指导框架,采用Gene Xus开发工具,搭建了一个支持多学科设计优化的原型系统平台,并以具体产品的设计过程为例,在平台中验证了该设计知识模型的可行性和有效性。
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第
43
卷第
10
期
2009
年
10
月
浙江大学学报{工学版)
Journal of Zhejiang University (Engineering Science)
DOI:
10.
3785/j. issn. 1008-973X. 2009.
10.
017
Vo
l.
43
No.
10
Oct.
2009
支持多学科设计优化的产品集成设计知识模型
刘海强,纪杨建,祁国宁,胡
浩
(浙江大学现代制造工程研究所,浙江省先迸制造技术重点研究实验室,浙江杭州
310027)
摘
要:为了在工程设计中提高产品多学科设计知识的集成能力,通过研究产品多学科设计优化
(MD())
的设计过
程,提出一种支持多学科设计优化的产品集成设计知识模型.利用对产品设计知识应用特征的分析,研究产品集成
设计知识的融合方法,阐述了产品设计知识的表达以及具体设计规则的匹配机制,分析了多学科设计知识获取和
目标满意度评价的过程及方法.应用产品集成设计知识模型作为指导框架,采用
GeneXus
开发工具,搭建了一个支
持多学科设计优化的原型系统平台,并以具体产品的设计过程为例,在平台中验证了该设计知识模型的可行性和
有效性.
关键词:设计知识模型;多学科设计优化
g
设计过程;满意度
中图分类号:
TH
122
文献标志码
:A
文章编号:
1008
- 973X(2009)10
-1841-
07
Product
integrated design knowledge model
supporting
multidisciplinary design optimization
LIU
Hai-qiang
,
JI
Yang-jian
,
QI
Guo-ning
,
HU
Hao
(Institute
of
Manufacturing
Engineering.
Zhejiang
Province
Key
Laborato
γ
'y
of
Advanced
Manufacturing
Technology.
Zhejiang
University.
Hangzhou
310027.
China)
Abstract:
To
enhance
the
capability
of
integrating
the
product
multidisciplinary
design
knowledge
in
engi
neering
design
, a
product
integrated
design
knowledge
model
for
supporting
multidisciplinary
design
opti-
mization(MDO)
was
proposed
through
studying
the
design
process
of
MDO.
The
fusion
method
of
product
integrated
design
knowledge
was
explored
by
analyzing
the
application
characteristics
of
product
design
knowledge.
The
knowledge
expressing
of
product
design
and
the
matching
mechanisms
of
design
rule
were
introduced
,
and
the
process
and
method
of
multidisciplinary
design
knowledge
acquisition
and
objective
satisfaction
degree
evaluation
were
also
analyzed.
After
,
utilizing
the
product
integrated
design
knowledge
model
as
guiding
framework.
a
prototype
system
platform
for
supporting
MDO
was
established
with
soft-
ware
development
tool
GeneXus.
An
example
of
product
design
was
used
to
validate
the
feasibility
and
effectiveness
of
the
design
knowledge
model
in
this
platform.
Key
words:
design
knowledge
model;
multidisciplinary
design
optimizationCMDO);
design
process;
satis-
faction
degree
随着产品市场竞争的日益激烈,产品开发设计
的过程和模式都发生了很大的变化.现代工业企业
采用了许多先进方法及其支撑技术来使得其产品获
得最短的开发周期、最小的成本耗费和最高的性能.
收稿日期:
2008
-
08
-
23.
浙江大学学报{工学版}网址:
www.journals.zju.edu.cn/eng
基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目
(20060335134);
国家
"863"
高技术研究发展计划资助项目
(2007
A
Ao
4Z11
7)
;浙
江省科技计划资助项目
(2007C21052).
作者简介:刘海强
0980-)
,男,江西安福人,博士生,从事产品建模、制造业信息化等的研究
E-mail:
liuhaiqiang1980@126.com.
通信联系人
2
纪杨建,男,副教授.
E-mail:
mejyj@zju.edu.cn
第
43
卷
报(工学版)
学
学
大
t
卫
浙
1842
设计任务
设计任务
设计任务
分解后一般是泪合式模式.本文通过采用产品集成
设计知识模型对混合式的设计过程进行指导建模,能
有效且有序地描述复杂产品的多学科设计优化过程.
图
2
为产品设计的一般过程及其相关设计知
识.图
2
左侧为产品设计的一般流程,主要有概念设
计、初步设计及详细设计等,并涉及在不同阶段的设
计评估.图
2
右侧为产品设计所涉及的设计知识,主
要有设计规范、设计任务分解综合、工艺、设计计算、
设计实例、校核、设计失误及设计修改知识等.
产品设计需大量应用设计知识和设计经验,在
设计过程中设计知识应用的典型特征主要有:常规
机械产品设计任务的分解知识通常是固化不变的;
产品设计从概念设计到详细设计均具有设计任务的
典型特征,即产生设计建议解、建议解评估和设计修
改,且具有很强的学科特征;设计知识与设计任务有
关,复杂的设计任务可分解为一系列子任务,而子任
否
子任务
• • •
图
2
复杂产晶的一般设计过程及其相关设计知识
Fig. 2 Regular design process and related design knowl
edge of complex product
直陆到医
(
c)
混合式模式
设计任务
设计规范
设计标准
设计经验
设计计算
工艺知识
多学科设计优化知识
设计修改知识
设计校核知识
实例知识
设计失误知识
分析评估知识
子任务
图
1
设计过程模式
Fig. 1
Pattern
of design process
设计知识
子任务
本务一啤
基任一根
仁
lL
次
层
本务一叫
基任一份
φ
书
子任务
甲
胁时以一叫叫做
详细设计评审
初步设计
概念设计
是
详细设计
用户需求
子任务
本务一式
基任一模
本务一肝
啤阳丁训
本务一忡
基任
-o
子任务
否
与此同时,工程设计的对象也越来越复杂,如复杂产
品的设计,通常需要进行多个学科协同开发设计.复
杂产品是指结构复杂、技术密集、制造要求和成本
高、过程管理复杂、客户需求多变的一类产品
[1].
产品设计的发展有两个显著的特点
[2]:
一是知
识密集性,从单纯的几何优化设计向基于知识的性
能设计、变型设计转变;二是学科协同复杂性,对于
复杂机械产品的设计,往往有多方面的功能和性能
要求,单靠某一学科的专门知识及设计人员难于完
成产品的设计任务,因而需要多个学科的设计人员
协同工作来完成.
由于机械产品的设计是一个多学科协同复杂、
理论支持力度不够的过程,很多设计知识和经验很
难用规则表达,因而基于实例推理方法受到广泛重
视和大量应用
[3].
本文对多学科设计优化的设计过
程进行了分析,提出了一种支持多学科设计优化的
产品集成设计知识模型,用设计实例和规则综合集
成产品设计相关知识,为设计人员提供必需的设计
知识,并通过以往产品设计中成功设计实例和设计
失误帮助设计人员做出合理的决策.
多学科设计优化
(multidisciplinary
design
opti-
mization
,
MDO)
方法是实现缩短复杂产品设计开
发周期、降低产品开发戚本、提高产品开发质量目标
的有效手段.多学科设计优化的主要思想包括增加
概念设计在整个设计过程中的比重,在各个阶段力
求各学科的平衡,充分考虑各学科之间的相互影响
和搞合作用,应用有效的设计/优化策略和分布式计
算机网络系统,来组织和管理整个系统的设计过程,
通过充分利用各学科之间的相互作用所产生的协同
效应,以获得系统的整体最优解
td.
多学科设计优化的设计过程包括多个学科的分
析或科学计算,也常常涉及到学科之间的设计数据
捐合.用产品集成设计知识模型分析产品设计过程,
可以更抽象、更有条理地了解复杂产品多学科设计
优化的过程实现.
现代复杂产品设计过程包含的多个学科工作方
式是一种合作设计模式,多个学科相互协同,共同得
出设计结论.各个设计子任务之间往往不是顺序或
并行的关系,它们之间的数据交换是多方向,不同量
级的.根据设计子任务的内部关联方式可以将设计
过程分为图
1
中的
3
种模式问:自顶向下模式、非层
次模式和棍合式模式.复杂产品的多学科设计过程
多学科设计优化的设计过程
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