开题报告-基于公理设计的工业机械手概念设计方案评价方法研究.docVIP

毕 业 设 计 开 题 报 告 一．设计研究目的及意义： 1 研究背景 1.1概念设计研究概论 自Pahl和Beitz于1984年在《EngineeringDesi助》一书中提出概念设计这一名词以来，人们已经对概念设计进行了二十多年的研究。Phal和Beitz将概念设计定义为：在确定任务之后,经过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案,这一部分设计工作叫概念设计。 北京航空航天大学邓家提等在分析概念产品的基础上将概念设计定义为：概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。 1.2概念设计建模方法的研究 产品概念设计包括概念设计方案生成和概念设计方案评价两个主要阶段，其中的关键技术包含有产品信息建模、推理技术、方案评估等方面。信息建模技术主要是建立设计过程中从功能需求到功能结构映射过程中各个关键节点之间的信息表示、关系及约束，并将设计过程信息以一定的形式存储在计算机中，便于计算机实现推理，搭建人机沟通的桥梁。 设计者通过对系统总功能进行分解，降低总功能的复杂度，得到逻辑关系清晰、复杂度较低的子功能，在此基础上将子功能进行组合，构成从系统总功能到子功能的功能结构。目前，在概念设计过程模型方面，麻省理工学院的Suh教授提出了一种基于公理设计理论的概念设计模型。该模型将涉及世界分为四个域：用户域、功能域、物理域和过程域。并将设计关系用独立公理和信息公理来表达。Buur等人提出了功能方（Function-Means- tree）模型。在此模型中，功能由方法实现，方法描述了功能可以实现的具体途径。 1.3方案推理方法 系统的方案推理技术主要是研究功能与结构之间映射的具体方法，从而生成并输出完整的设计方案。目前，方案推理技术主要是基于产品信息模型进行研究的，其研究热点是概念设计的方案自动生成问题。典型的方案推理方法包括：基于神经网络的方案推理技术、基于遗传算法的方案生成技术、基于域结构模板的方案生成算法等。 方案推理主要利用总功能和分功能之间、各分功能之间的定性或定量的映射关系，模仿人类的常识进行推理。忽视所描述问题的次要因素及不确定性因素，借助各种规则和映射关系描述问题，得到系统问题的解决方案。 1.4方案评价方法 在概念设计推理得到多组设计方案之后，需要根据一定的准则和方法选取其中最优的一组方案来进行详细设计。产品的方案评价技术就是对设计过程中产生的多组方案按照一定的准则和方法进行评价和排序，并最终确定方案选择依据的过程。国内外学者充分认识到方案评价问题的重要作用，并对其进行了大量研究，提出了各种设计方案评价的方法。 层次分析法（AHP）是由美国学者T.L.Saaty于1973年提出的目前最为广泛应用的设计方案优选方法，它是将评价者的定性分析定量化的有效工具。于上世纪80年代，由他的学生将此分析方法引入我国。该方法将定性分析与定量分析相结合，将评价者的思维过程数学化。 模糊数学这种处理不确定性信息的理论是1965年由美国自动控制专家Zadeh L.A.提出的。在设计方案评价方面，主要的方法为模糊综合评判法。Thurston等采用模糊评价方法，用模糊语义值表示权值和设计准则，从而得出方案的模糊优序关系。汪利等人利用三级模糊综合评价方法对机械运动方案进行了优选。 灰色关联分析法(Grey Relational Analysis, GRA)是灰色系统理论在方案评价领域的应用。它根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，即灰色关联度，作为衡量因素间关联程度的依据。 2 目的与意义 在设计过程中一般可以得到多个符合条件的设计方案，在这种情况下，设计人员有必要使用方案评价方法对多个设计方案进行筛选，得到最优方案。方案评价的目的是让设计者和评价者都能更好的认识设计方案，从而得出可以最大程度满足用户需求的设计方案，并对后续的决策工作提供依据。 对设计方案的评价应当贯穿于产品全生命周期中的各个时段，在产品开发设计方案的早期阶段，应该进行初期评价，以求达到对概念设计方案进行优化选择的目的；产品开发过程中需要进行期中评价，在此过程中，随着产品的实际开发，往往会暴露出设计方案的一些问题，良好的评价可以及早发现问题并采取必要的对策，将可能出现的问题及早解决，有利于减小损失；产品试制成功之后需要进行终期评价，主要通过产品试车来判断产品各项性能指标是否能符合评价标准的要求，以确保产品合格；最后，在产品使用过程中还应当定期跟踪评价，了解产品的实际使用效果，反馈用户信息，以利于提高产品质量，改进产品性能。 本课题拟采用基于公理设计理论，提出了一种公理化的方案评价指标设计方法。利用灰色层次分析法，建立了工业机械手设计方案评