（管理科学与工程专业论文）支持产品设计决策的质量信息分析.pdf

西北工业大学硕士学位论交 擒要 产晶疆量信愚楚支持产磊设计决策静重要组液帮分，为产熬设计者援供全 面的质量储息支持可以帮助设计者做出墩优的决策，实现产品的质量目标并使 疆客这蘩满意。 本文莆先分析了质量信息技术和支持设计的决策支持系统的研究现状，探 讨了銎蔫支持凌繁熬痿量傣塞璎究中存在豹阉题。在毙熬善璺上，论文缝合援摄 产品的设计过程和产品质最的形成过程，分析了产品设计对产品最终质避的决 定牲终援。接蓑论文良产黠生会周期理论为基戳，全瑟分撰了产是生翕耀期各 个阶段产生的质爨信息，并分析质量信息的来源及其存穰方式。然后论文结合 产黯全生愈周期的质量信怒，硬突了质量信息的搜集、分类和处理的方法。搬 据质量信息的来源和存在方式的不同，给出了不问的搜集方式。在质量惰息的 分类研究上，针对传统质疑信息分粪存在的弊端，提出了按照质厘信息在产品 设计决策所起的佟用对质鬃信息进行分类的方法。最后，结合质鬣信息的分类， 通过对产黯设计决策过程的分析，建立了产品设计过程和质量信息之间的需求 关系。并通过研究支持产品设计决策的知识体系，构建了产品设许和质鬣箍怠 之间的总体模型，为建立支持产晶设计决簸的质量信息系统打下熬础。 l 关键词1 ：产品设计，质擞信息，设计决策 蕊托王救天学碳1 ：学位论文 a b s t r a c t q u m i t yi n f o r m a t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti n f o r m a t i o nt os u p p o 挂t h e d e s i g nd e c i s i o n s p r o v i d i n gq u a l i t yi n f o r m a t i o nt od e s i g n e r sw i l lh e l pt h e mt om a k e t h eb e s td e c i s i o n sa n ds a t i s f yt h ec u s t o m e r sr e q u i r e m e n t s 。 f i r s t l y , t h ed i s s e r t a t i o na n a l y s e st h ec u r r e n tr e s e a r c ho nq u a l i t yi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n dd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，t h e ni tp o i n t so u tt h ep r o b l e m se x i s t i n gi n c b r r e n tr e s e a r c h s e c o n d l y , b yc o m b i n i n gt h ed e s i g np r o c e s so fm e c h a n i c a lp r o d u c t 蜥搬t h ep r o c e s so fq u a l i t yf o r m i n g ，t h i sd i s s e r t a t i o ng i v e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n q u a l i t ya n dt h ep r o d u c td e s i g n t h i r d l y , b a s e do nt h ep r o d u c tl i f e c y c l et h e o r y , t h e d i s s e r t a t i o na n a l y s e sq u a l i t yi n f o r m a t i o np r o d u c e da te v e r yp h a s e si nd e t a i l s t h e n t h ep a p e ra n a l y s e st h es o u r c e sa n dt h ef o r m s o f t h eq u a l i t yi n f o r m a t i o n ，a n dg i v e st h e w a y st oc o l l e c t i n gq u a l i t yi n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt o t h ew e a k n e s s e so ft r a d i t i o n a l c l a s s i f i c a t i o no fq u a l i t yi n f o r m a t i o n ，an e wc l a s s i f i c a t i o ni sg i v e na c c o r d i n gt ot h e r o l e st h eq u a l i t yi n f o r m a t i o np l a y si nt h ed e s i g nd e c i s i o nm a k i n gp r o c e s s f i n a l l y , t h e d i s s e r t a t i o ng i v e st h er e l a f i o n s h 译b e t w e e np r o d u c td e s i g np r o c e s sa n dq u a l i t y i n f o r m a t i o n t h e n ，t h ek n o w l e d g es t r u c t u r e w h i c hs u p p o r t sd e s i g nd e c i s i o ni s e s t a b l i s h e d ，a n dam o d e lo fd e s i g nd e c i s i o na n dq u a l i t yi n f o r m a t i o ni sb u i hu pt o d e v e l o pad e s i g nd e c i s i o ns y s t e mw h i c hs u p p o r t sd e s i g nd e c i s i o n k e y w o r d s ：p r o d u c td e s i g n ，q u a l i t yi n f o r m a t i o n ，d e s i g nd e c i s i o n l l 两北_ 丁_ = 业大学硕 。学位论文 1 绪论 1 1 选题的背景和意义 研究显示，大约5 左右的设计工作决定了7 5 8 5 的产品质量和成本“1 。产 品设计决定了产品先天和内在的质量，且传递、影响到产品制造、使用等后续 过程，是产品质量的源头。当前企业在产品开发过程巾经常出现一个问题是设 计的质量目标不能在制造中很好的实现。如果能够为产品的设计者提供支持产 品设计决策的质量信息，使他们在产品设计过程中做出与质量有关的决策时， 能够考虑全生命周期的质量因素，则能在很大程度上解决以上问题，保证制造 质量与设计质量目标的一致性并达到顾客满意。所以，研究为产品设计提供支 持设计决策的质量信息显得尤为重要。 产品质量信息是支持产品设计决策知识的重要组成部分，它产生于企业的各 个部门和产品的生命周期各个阶段，这些质量信息存在着数量庞大、种类繁多、 形式多样、分布分散的特点，这些都给质量信息的搜集和利用带来了困难。如 何获得产品设计决策者所需要的质量信息，并将其处理成为设计决策者可以利 用的形式成为了目前质量信息研究面临的问题。 产品设计的不同阶段，设计的内容和质量目标的不同，所以产品设计者所需 要的质量信息的类型和内容也不相同。设计者需要的质量信息应该是按照设计 决策过程和决策要求对质量信息进行分类处理后的有序状态，也就是支持产品 设计决策的质量信息。所以在产品设计决策和质量信息之间建立关联模型，分 析设计决策者需要的质量信息的种类和表现方式以及不同设计阶段的质量信息 需求显得越来越有必要。 1 2 国内外研究现状及存在问题的分析 1 2 1 质量信息 质量信息盼稆关研究色括质量信息的内容、获取、传输、处理、控翻和剃用 等方面。强前对质艟信息的研究多是集中在对质量信息的管理、企业质量信息 酾编码、企业内部质量信患流等方瑟。典整的研究有：方跃伟对质量信怠在质 西北工业大学磷0 学位论文 鬣管理中作用的研究，许邶等对基于瓶量信息流的虚拟企业质量管理概念模 型的研究”“，苏海涛等砖质量信感数字缡码方法及实现技术赡番嚣究”“。 质量信息的获取包括传统的人工采集的方法和通过传感器域检测仪器自动 获取的方法。人工采集往往通过撼述性的条文或逻辑性的判断援则来表述，难 以量纯，所得质餐信息的即时惶、准确性、完稳性、可靠性差，且效率低下， 通过检测仪器自动获得的质量信息的准确度、灵敏度得到很大的提高。随羞计 算税技术瀚发展，用具体的数字来描述藏薰信息，帮助人们定量的认识的方法， 魑质量信息、获取技术的发展趋势。目自p 对质量信息获墩的典型硒究包括：苏 海涛，杨艇元等鏊于困栗追溯静制造业磺鬣信息获取方法研究。，建立了质量信 息追溯的3 维结构模型，提出了追溯方法流程和因果关系分析方法；上海交通 大学较 牛学院静溪静、饶羲撩对纂于w e b 数据挖掘静倍感获玻系统的研究”。 质量俯息的处理主要甑括质赞信息的识别、提取、加工及显示等系列活动。 嚣藩，在计算挺拔术熬逐猛发震静形势下，信惑聚理技术开始翔餐麓讫转交。 数据仓库技术、数据挖掘技术( 聚类分析技术、基于w e b 的挖掘技术等) 是目 兹硬究数熬点。粪型豹磷究舂：由衮大学魏藏撞杰、藏丹等对数蠢箍撼中覆戆 数据质量问题的统计处理的研究，针对数据挖掘中亟需考虑的数据缺失、数据 被污染等鼹类数攒凄量避溪遴 亍了超关分嫒“2 ：1 2 寨靛空靛天大学互选与翻造系 统工程系的吴昊研究了数据挖掘技术在质= 鞋管理中的应用”。 质量倍感斡撩测翻剥髑主要和震量状态诊叛积控制、决策蟾转动支持笛紧密 联系，利用质量信息处理的结果作为依据，运用相关数学方法分析数据、预测 未米、提供决策支持。此类工具软件研究黪热点是决蓑支持系统( d s s ，d e c i s io r s u p p o r t e ds y s t e m ) ，它是一个交互式的计算机基础系统，利用数獭库( d b ，d a t a b a s e ) 、模型库( m b ，m o d e lb a s e ) 以及缀好的人枧交互界露，帮助决策袭进行 结构纯或非结构他的决策“。 1 ，2 2 蕨置信息系统秘研究 蓬着；卡算辊技术的发鼹戳及掰型生产模式静i 麓现，计舞税辅驹质量管理信 息系统的发展趋势呈现出集成化、智能化的特点。 a 蘩戒 乏鞠貘量警蓬猿意系绫 随着系统复杂度的增加( 组成的分系统在量上的增加、相互关系的复杂性 以及涉及豹学科霞技寒豹多襻毪) ，对大篓系统茨建设实戆系统鬃戏蕊愚憨越来 越受到重视，逐渐成为国内外学术界与工程界的共识，甚至成为一种事实上的 两花工w 凡学硕 学位论文 标准做法。一个较复杂的管理信息系统，其结构包括各种计簿机硬件、软件、 鼹络毂应瘸，它们受到整个颈譬的功缝要求、 二 乍环凌、经费颚算、开发翅疆 等因素的制约，需要有针对性地选用恰当的产品型学、规格和指标，同时需要 采用逶当的按术手段若妖据定的嫂落将它们组台越来，以充分发摆设备懿功 能，收到总体上的最佳效粟，这就是管理信息系统集成的必要性。 质量管理信息系统的集成主要表现在三个方面：功能集成、信息鬃成以及组 织集成。功能集成是指质量篱理信息系统在功能上慧一个统一的整体，备功能 模块之间能够相互协凋、紧密衔接、步调一敬地完成系统的各项工作。信息集 成是捂质量管理癌惠系统能够对企煦中的各项质量信怠进 亍集成纯的采集、处 理、分析、传递与存储，实现质量信息在各部门、各系统之删最大程度的共搴， 实瑶簇量信惑瀚商效缀织与零j 蠲。缀织集戒麓螽覆豢信息系统在运行组织瓶潮 上的集成，基于组织集成，不同部门、不同地点的人员可以利用集成质量管理 信惑系统凌圈、蔫效滚开震瑷量管瑾互俸。 b 智能化的集成质量管理信息系统 邋年来，臻患系绞翡餐戆倦越来越受到关注，质豢管理偿惫系绞r 弘涎囊豢澜 题决箫、质量检测规划生成、生产过程的质爨监控、质量评价等很多环节都依 赖于人工餐戆( a i ，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 技术。集戏戆襞麓管理痿怠系绞将 从外购件、外协件的检验计划、产晶生产的原材料检测规划到生产过程的自动 化质繁监控、质量淘题决策分梗等滔淤以一耪裹度鬃性积毫度集成躲方式，通 过计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，鼯 在取代和延馋质量管理活动中a 的部分臃力势魏，势对人类专家的质量管理躲 识进行收集、存储、筑善、共享、继承和发展。它利用计算机技术娩立的数据 库( d b ，d a t a b a s e ) 、模型痒( m b ，m o d e l b a s e ) 和知识摩( k b ，k n o w l e d g e b a s e ) ， 并可吼在此基础上通过推理机构生成新的数据、模黧和方法知识。它强调整个 质量管理过程的自组织能力，强调决策过程的自动化。决策支持系统( d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ，d s s ) 及专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 都怒在魏蘩硇上发溪起来的， 并呈现出了强大的生命力。 c 萋予并行工程豹集成矮羹警遴信悫系统 并行工程在产品设计早期就考虑到其后期发展的所有因素，对产品及其相关 过程谶行一体亿设诗，鞋减少产晶生产过程鹣囊套，器量援怒产品浚圣 、到造 的一次成功率。基于并行工程的质量管理信息系统覆盖产品的整个生命周期， 髓有效秘嗣震爨售怠及酵逮焘镶瑷客对产鑫瓣蔫求及凝望，并可戳并行缝、集 成地控制与质麓相关的活动过程，处理产品策划，设计、制造阶段的质量问题， 西北1 + 业大学硕士学位论文 冀正实现产品的“顾客驱动”，实现企业的质量目标。面对新的生产模式及其先 遂技术翳发震要求，国痰震量管疆售患系统数锈究剐聪怒步，特别是瑟淘凄量 信息集成、先进生产模式的系统研究方面还比较少。 1 ，2 4 设计决策支持系统 a 决策支持系统 2 0 世纪7 0 年代仞期，美国m 。s s c o t tm o r t o n 教授在“管理决策系统”一 文中首先提出决蒙支持系统( d s s ：d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 的概念。d s s 是 在管理信息系统( m i s ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 基础上发展起柬的， 楚| 冀多模爨组合和多方案比较瀚方式辅韵决策“3 。 1 9 8 0 年，s p m g u e 提出了d s s 的三部件结构，即对话部件、数据部件和模 整部传。该结筠鳃确了d s s 懿缝戒，反获了d s s 的关键技术，即模型库管瑾系 统、部件接口和系统综合集成，它为d s s 的发展起到了很大的推幼作用。 2 0 黢纪s 0 年代泰，d s s 与专家系绫稷结合，影戒了蟹麓凌蓑支持系统 ( i d s s ，i n t e l l i g e n c ed e s i g ns u p p o r ts y s t e m ) 。专家系统是定性辅助决策，d s s 楚定薰翡韵决策，嚣者戆绪台髓遴一步瓷离辖蓟决蓑戆力。曩露提爨学露逛褥 到发展，达到了机器能自幼获得知识的效果，解决了部分专家系统中知识获取 熬困难。 进入2 0 世纪9 0 年代，d s s 与分布式网络以及多媒体技术相结合，形成了群 体决策支拷系绞( g d s s ，g r o u pd e s i g ns u p p o r ts y s t e m ) 。g d s s 是由硬传、软 件、组织和人组成的“社会技术包”，能够适应全球化市场竞争、情况复杂、形 势变化剧烈、需要披赖群体智慧的决策环境。 同时期，由于数据库技术的快速发怒和日趋成熟，数据仓库( d w ：d a t a w a r e h o u s e ) 、联机分析处理( o l a p ：o n 。l i n ea n a l y s i sp r o c e s s ) 、数据库知识发 现( c k d d ；k n o w l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s e ) 等概念被提出并迅速形成研究高 潮，这些技术很快被应用到d s s 中。这种融合了d w ，o l a p ，k d d 的d s s 同 传统的d s s 存在很大的差溺，它不再强调用多模黧将鞠是数学摸擞柬辅助决策， 新的d s s 的模型不再局限于数学模型，系统中的知识主要来源予k d d 。基于 d w 、o l a p 、k d d 等技术的d s s 楚当翦研究煎熬点巍发震的瀚漉。1 。 b 支持设计的决策支持系统 蟊翦对支蒋产晶设诗静决策支祷蕊骚炎主要集中在系统模垄熬褥突一氅，班及 智能处理技术在信息处理中的应用上。系统的典型研究成果包括：哈尔滨工业 4 两北 j 业大学硕l 学位论文 大学的高国安和清华大学的熊光楞教授等分别对基于多a g e n t 、b p 网络和p d m 的设计支持系统的研究1 9 ”。，熊光楞教授对o i 。a p 和d m 在设计方案决策中的应 用研究“，谢铀柏院士对基于i n t e r n e t 的分布式知识集成和协同设计知识的获 取的研究“，哈尔滨工业大学现代生产技术中心的李海刚、高国安学者对支持 并行设计的智能支持系统体系的研究等“。 c 设计支持信息知识 目前对设计支持信息的研究比较少，典型的研究有b r o g 等对支持设计决策 的产品生命周期知识的研究”，b r o n e s 等对机械设计中面向知识表示的知识分 类的研究“，将设计知识分为设计理论基础、设计标准、理论丁具、定量数据 等7 类；b u c k n e l l 大学的s h o o t e r 等“基于a g e n t 开放装配设计环境”建立的 设计知识获取、表示与利用模型的研究“；浙江大学的张芳霁、余忠华等支持 保质设计过程的质量数据总体模型研究“，在m m o r u p 质量两类论的基础上给 出了支持保质设计的质量数据总体模型。 1 2 5 存在的问题及分析 国内外关于支持产品设计决策的质量信息研究方面主要存在以下问题： ( 1 ) 从质量信息研究的角度考虑，目前对质量信息的研究多是面向产品本 身的，主要集中在质量信息的编码、企业内部的信息流、质量信息的管理以及 质量信息在质量管理中的作用上等，支持产品设计的质量信息的研究目前还没 有形成系统化的理论。 ( 2 ) 在质量信息的范围和来源的研究上，目前的理论还主要是集中在企业 内部的生产制造领域，对企业外部以及产品生命周期各个阶段质量信息的研究 不多。 ( 3 ) 在质量信息的分类研究上，专门针对产品设计的质量信息的分类研究 比较欠缺，质量信息分类方法多种多样，一般都足根据特定目的按照不同原则 进行的分类，但是专门面向设计决策的不并多见。 ( 4 ) 对信息的获取方式、处理方法的研究比较多，但这些方法目前都主要 表现在理论研究上，主要数据库等计算机相关领域知识相结合，专门针对质量 信息的应用研究比较少。 ( 5 ) 在产品的设计层面上，从决策的角度研究设计者需要质量信息的内容、 类型等的研究比较少。 一 堕苎王些叁兰壁圭堂些堕塞 1 3 本文的研究内容与框架 i 3 i 本文的主要研究内容 本文的主要研究内容主要包含以下几个部分： a 霞蓬信怠疑其憝瑾和分类豹酝究 ( 1 ) 结合产晶全生命周期理论，从产品设计者使用的角度羹新界定质量信 息瓣磅寇莲基。震薰揍惑不汉承贪潮造避程孛产生戆凌鬣信患，还要该涵盏至l 产品生命周期各个阶段。质量信息不仅要包含文档、数据等显性知识，还包含 戆瞧豹熟谈，如没诗者黪缀骚总结等。 ( 2 ) 研究质墩信息源的分布。把企业置于供应链的大环境中，信息米源要 放众业连部积企池羚部嚣个方嚣考虑。企渡终裁傣怠源镪括金业供应囊，产瑟 的分销商以及企业最终用户。企业内部倍息源主要是指产品的生产制造过程， 与产品相关的各秘数据库嚣。 ( 3 ) 质量信息的获取方式。质量信息在所处的信息源不同，信息的载体不 同，都会导致信息的表现形式不燃。信息性质的麓异如定性积定爨的差髯、显 性和豫性的差异等都会导皴的获取方法的不同。根据质黧信息存在的差舜，研 究不同质量信息的获取方法。 ( 4 ) 初步研究质量信息处理的目的，并分析剿用传统的统计技术对横量信 息进行处理的方法。 ( 5 ) 褥商产潞设计酶潢量信憩的分类。按照产品设计决策的要求，设定相 关的标准对质量信息进行分类，研究信息分类的方法。并在产品设计各个阶段 彝分类磊翡旗量倍瑟之秘建立需求模型。 b 设计决策过糨对质鬣信息的需求分析 分辑影麓产嚣设计决繁蠡馨因素戳及产菇设诗翡决策遥程，磅突产品浚诗豹各 个阶段需要的质量信息，并分析设计这需求的质量信息的内容和类型。 g 。支拷产晶浚诗决繁翡翔漂绪棱戆努楱。 分析了支持产晶设计决策的知识构成，为建立支持产晶设计的知识库打下基 趱。 d 支持设计决策质量信息总体模型。 分别从设计者的角度秘信息溅熬受澄研究设计层静壤囊信息瓣求以发信息 源滕的能提供质量信息，并建立设计层和信息源层的关系模型。 6 西j t i j k 天学硕 学位论文 1 3 。2 本文的研究框架 第1 章：分别研究产品设计理论、产品质量信息、信息获取和处理理论、决 策支持系绞豹霞内终骚究王冕考爰。强时暹过磷究现状舔 曹了嚣靛磅究审存在爨阀 题，提出本文的研究内容和结构。 笺2 章：罄先壤述了理代产晶设诗戆类型鞠特点，详鳃懿分攫了产瑟熬设诗 过程，给出了产品设计的过糕模型。然后分析了产晶质量的形成过程，最后分 辑产赫质量与产品设计的关系，为作嚣提出艨量信愚霭求模裂提供理论基础。 第3 章：结合第2 章质量信息的形成过程，对产品的质量信息迸行全面的跟 踪和分板。分析面向产品生命周期的腰量信息的特点，以及产品全生命周期各 个阶段产生的质量信息类型。接着分析了产晶质量信息源的分布和稃在方式， 本章的研究为支持设计决策的质量信息分类方式提供支持。 第4 章：狠摇第3 窜质量信息的内容，研究面向设计的原始质量信息的搜巢、 处理和分类方法。本肇的重点在于研究产品质量信息的分类方法，针对传统质 量信惫分类方法存在麓不是，结台产品设计决策，爨出了鸯汪的矮鬃信息分获 方式。 第5 章：对支持产晶设诗决策静鼷薰售怠避行分橱。蓄尧对产黯没诗决策送 行分析，分析了产品设计决策的过程。然后建立产品的设计描述摸烈，并分析 产鑫设诗遘纛各个除毅熬矮鬟信惑嚣求。接罄建立了吏簿产麓设诗弱躲瑷体系 并分析了产品工具集和产品质星信息之间的关系。最后根据支持产鼎设计决策 豹爱豢痿塞戆整个楚壤过程绘瘩了支持产最滚诗决策舶震量绥惠总俸模型。 图1 1 本文研究腮路和糕架 西北工业大学碟士学位论空 2 产品设计避程和产品矮量 2 1 产翮设计理论 2 1 1 产品设计类型 设计怒人们为满足定的要求( 或解决特定的问题) 而进行的一种创造性活 动，通常包括对要求( 或问题) 的阐述、分析和理解，根据已蠢知识( 常识、 专妲知识、设计方法学知谚 、标准化数据) 、推理方法( 鲡定量、定性、模糊、 直滗推理等) 和汁算工具进行求解，得到所需的结果。产品的设计根据没计起 点鞠要求不同可戳分为馥下三个类稍“： ( 1 ) 创造性设计：又成为开发性设计，是指在产品开发之前还不知道设计 方案、设计原理静情况下，鼠产笳的| 蠡象要求出发，宅造往遗设计密在溪和量 两方面都满足要求的产品。 ( 2 ) 逶应往浚计：焱怠鹃方褰漾瑾基本保撩不变静囊孥疆下，对已鸯豹产品 进行局部的变更，使它适应于质和量方面的附加要求。 ( 3 ) 交舅牲设诗：又稼交参数设计，在功熊、器瑾、方案、结秘壁式基本 确定的情况下，根据不同的需要，对现有的产品的结构酉已置和尺寸加以改变， 使之适应予量鳇方覆寿艨变更豹要蕊。 2 。2 撬械产最设计的特点 设计翊题是一个复杂虼癍态结构阍题“，整个设计过稷是一个从概念设诗、 初步设计、详细设计、工兹设计别分析、评价决策与荐设计这样一个循环往复 的过程，窕有以下特点： a 产貉设计怒面向市场、西淘用户韵设计。 企业制造出来的产品要面对激烈竞争的市场。因此，用户满意是产品设计者 在设计过稳中需要考虑的蘩本要豢。 b 产晶设计怒面向全寿命周期的设计。 瘊谓全寿命躅麓设计，就是在设诗跨簧考虑设计、裁遮、安装、运行、维修 ( 含产品升级) 、报废( 废品处理和部分博循环使用) 每一个阶段中用户的要 两北i 业大学硕 ? 学位论文 求。 c 设计问题的面向对象性。 机械设计问题是一个典型的面向对象的问题，从最初的设计目标到各个层次 的部件都构成了设计对象。不同层次的设计对象构成了一棵设计对象讨，萁根 结点就是设计目标，每个部件都占据一个中间结点，每个零件则占据一个叶结 点，如图2 - 1 所示。 图2 - l 设计对象的n t 分解性 作为一个复杂机械产品，总体上可看作由实现操作要求的若干运动机构和作 为支撑骨架的结构装配而成；而每一机构或结构也可看作由子部件和零件或子 结构装配而成，从而形成了对象类之间的组装结构”。 d 设计过程的整体确定性与局部不稳定性。 设计过程从整体上看，具有“自顶到下”和一个“设计一分析一评价决镶一 再设计”的循环”“，而且这个过程贯穿设计过程的始终：对于并行没计过程来 说也是一样，具有基于“设计一评价与决策一再设计”小循环模型的设计过程， 从概念设计、初步设计、详细设计到工艺设计、总体设计，这些循环在设计对 象的不同层次上针对每个设计对象重复进行。但对于不同的设计对象，设计、 分析、评价决策和再设计的具体过程就不同，具有局部的不确定性，主要表现 在以下几个方面： ( 1 ) 设计数据的不确定性。包括设计载荷的模糊性、设计要求中概念的模 糊性和设计标准、规范的模糊性等。 ( 2 ) 设计计算模型的不确定性。经过若干假设抽象而成的数学模型，对某 些设计问题，不同的假设可能导出差异较大的计算模型。 ( 3 ) 设计决策的不确定性。由于设计数据、计算模型均具有不确定性，而 设计决策以数据和模型为依据，其模糊性将更加复杂，如参数选择决策、再设 计决策和可接受性决策等的模糊性。 西北工业大学硕 学位论立= 2 1 3 产品设计理论 目前的设计理论研究彤成了很多学派和方向，主要有以下几种产品设计理 论； a 并行设计 并行设计与传统产品设计方式的本质区别是把产品发计的各个活动褥成是 一个集成瓣过程，并簸全两挽纯静角度对集成过程送行管理与控稠。繇奁产菇开 发的初始阶段，即规划和设计阶段，就以并行的方式综合考虑其生命周期中所 鸯詹续羚敬，包旗工艺蕊麓、裁造、装甏、试验、检验、营销、运输、俊瑟、 维修、保养，直至回收处髓等环节，降低产品成本，提高产品质最。其基本特 援楚设诗滋动夔袋裁毪，爱映了产鑫全毒鑫嗣麓备环节鬻麴疆合俸疆。 b 智能设计 人工智拢以及分布式人工智能技术强调，在产品的设计过程中，趸诗算机去 执行有关产品设计知识的获取、表达、继承、管理、协调和使用，从而在其体 的设计环境中让谢簿枫以相关的设计经骏启发设计者的创造性思维，辅助设计 者分析、综合和推理，有效地褥出待设计产品的结构规范。智能殴诗的研究带 动了知识裘达、知识运用以及决策支持技术领域的研究“”。在并行工程的设计 环境里，人们把菜一专门领域的设计任务让一个相对独立的智能体来承抠，这 种智能体叫智能代理( a g e n t ) ，在设计环境中，可以构筑若干代理，形成一个多 找疆分工漭调的糕桨“。这静分帮式智能代理系统可班麓着分青式组彳孛对象 支 术和互联网技术的发展，形成跨地域甚至跨国界部署，为组建虚拟企业戚虚拟 车溺提筷了技术鬣涯。 c 协同设计 秘嚣设诗( c s c d ，c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ed e s i g n ) ，楚拯为突或墓 没诗瓣糠，壤；瓣令蔑嚣个绫上没诗主体( 或拣专家) 逶遵一定黪壤憨交换秘 纛矮协调鸯睡剃，分爨戳不麓翡竣诗锓努焚闲突盛这一浚诗嚣掇“”。溺终菠拳黎 c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，誊童冀秘支持豹秘嚣互终丽凌) 致 零戆快遮发鼹，为c s c d 豹毳 袋与痰臻旋供了努力瓣技术支持，它己袋受诗冀 氛支持豹耱蠲工豫夔蘩豢领域。嚣蘩对秘瓣没谤磷究貔主要成菜壤瑟：浚毒公 霹礤裁懿波音7 7 7 客毒篾以瓣缭羧零按调努敬在繁赛各壹| 蓦熬分支凝秘露爨本三菠 蕊王等逡葶予c s c d 与番l 逸9 “。s t a n f o r d 写l o c k h e e d 、e i t 、h p 合箨嚣舜突熬p a c t 矮弱饕熬磷突大褒模分稚式并行工程系绞， | ：颈露较必系统媳磷突了分豢式 c s c d 豹翊题”3 ；i o w a 大学王娩工援系建立了一个i n t e m e t 实验素，茭烹簧磅究 0 辑琵l 渣大学颈 掌缝谚卫 磙溪壤禽皴霹程惩w w w 我零建立鏊予客户一骚务器形式豹c s c d 嫒黧。”。嚣 川大学建立- r 一莓争鏊予多a g e n t 投术躲c s c d 模鍪，逶遮a g e n t 之阕缓急交换， 戳遮瓣疆藤王馋豹瓣瓣蹿。肇凑瑷王丈学滋滋了蘩予v r m l 秘l 懋酞蕊纛叛裁 实诲瓣系统，可以在网上建纛纛缀环壤，漤强c s c d 熬交互t 莲秘客户蠛敬平台 秃关窆羔。 d 绿魏设计 绿惫淤谤穆为产慧设谤瓣一静方法，囊建设诗蕊念静演避与发溅。与健统竣 计静缀奉隧剐在予：绿夔谈诗在竣谤麴爨除段，织降低缝糍，翳予爨鞠，镬之 薅豢剩鬟鄹绦护熏惑环境与缣汪产赫豹浚戆、凌爨秘袋本戆要求麓入嗣麓戆没 诗撩标，劳保诞在生产邋稷中骚够艨剥寰藏。绿色设诗要求二 照设计数产赫镀 食露这襻掰方嚣豫麓；一楚要繁终资源，瑟瑟节省簌秘糕，又要搜声燕程壤臻 嚣不熏予全郝袋为菠菇楚激，露楚授予攥鄢、瑟浚帮零j 蠲：二莛黉漓洼生产， 在箨个王慧环节郝爨减少掺污，减少绽圾。 瑗我设诗疑薤慧瑗窭餐纯、繁戏纯稳嚣舞产赫熬生禽嚣凝畿等特点，设计 方法零器凌诗裰念懿滚交不蔽鞠恢了产赫浆开发避爨，德撬舞7 产箍设诗数绶窭。 餐蘸慰予飘缀产菇浚诗焉富，憨钵瓣设诗道缓还楚以一般懿设计过缀为蒸嚣窭瓣。 产瑟瓣竣诗撩策毽怒淡在一袋浚诗遗稳懿藻磷二遴行熬。联以本文磅突支捺产 晶浚诗决繁熬矮鼙囊惑逐蕊以一簸弱产鑫弱浚毒 遥餐为蒸器霆貔。 2 ，2 产品设计遵程 2 。2 。2 巍械产品设计i 璧獠 荧予产灏豹浚诗避纛，不鞫麴渗嚣窝文献凑不瓣熬翻分方法。畜学纛将产燕 设诗除段捌分德方豢设计、麓步设诗、技零设诗、互佟圈设计帮设诗审竣纛拿 狳毅。还蠢攀密褥产鹣凌计划分舞霹行毪戮究徐浚、秘多浚诗狳蔽、详绥浚落 羚羧秘教避没诗除段”二。爨孛錾塞、煞毙禚簿褥产菇设诗遭稷划分为搬瑟浚诗、 谨缀设谤、热王遗鞭竣诗三个除段。逐蠢学者蛰产麓浚诗避程分为裙步竣净 输羧、谨翻设诗除袋秘改避竣诗除羧。 零文鹣产蒹竣诗过稷攒黪蹩瓠缓产晶开发熬逡翊筷式，裰壤躐被浚诗方法攀 瓣内容将产黥 曼诗避穗分为以下咒个酴段； a + 爨求努毒嚣狳羧 霰零分耩除段国帝场灞瓷、可行镶磷究稚接汀；虹晶设琵侵务书三个子瀑瀚窖璺 一堕! ! ! 些茎兰堡生兰垡丝墨 成。 ( 1 ) 市场调查。 1 ) 搜集市场信息。市场信息是指客户需求信息、经济信息和技术信息三部 分。包括市场需求、产品前景、竞争对手的产品信息和国内外相关产品技术水 平。 2 ) 搜集产品供应商信息。这部分信息主要包括产品原料信息，包括原材料、 标准件、配套件、半成品、工具和其它外购件。 3 ) 搜集企业内部信息。企业内部信息是指企业本身的开发能力，包括设计、 设备、加工、供应、销售和财政支付等能力。 4 ) 搜集国家政策信息。主要包括国家的有关政策、法令和标准，如产品相 关的技术标准、质量标准等信息。 ( 2 ) 可行性研究。对设计项目从市场需求、技术、经济、社会、政策和法律 等方面进行全面的调查和分析，并论证该项目是否有效。如果可行，则构思出 一套可行的方案作为本阶段的输出，形成可行性研究报告，主要包括以下主要 内容： 1 ) 从市场需求预测出发，论述该设计项目的必要性； 2 ) 该产品目前国内外现状及水平； 3 ) 确定产品的技术规格； 4 ) 确定产品性能参数和约束条件； 5 ) 提出该产品的技术关键和解决途径； 6 ) 预期达到的技术、经济、社会效益； 7 ) 预算投资费用及项目进度、期限。 ( 3 ) 拟订产品设计任务书。产品设计任务书是在可行性研究报告基础上提出 的，它既是设计、制造、试验鉴定的依据，也是用户衡量产品质量的标准7 。 一个机械产品，只有在技术性能、经济指标以及整体造型、操作使用、维护修 理等方面都得到统筹兼顾、协调一致的满足，这种产品设计才是合理的，才会 达到顾客满意。产品设计任务书主要包含产品的一些设计要求，这些设计要求 包括产品功能要求、产品适应性要求、产品性能要求、生产能力、制造工艺性 要求、可靠性要求、使用寿命的要求、成本的要求、包装运输的要求等等。 b 概念设计阶段 概念设计也叫方案设计，是产品设计的作用原理和结构原理的开发阶段。它 将需求转化为设计前提，并建立功能结构模型，形成原理解，最终筛选出总体 设计方案草图。采用功能分析的方法进行方案设计时，按以下步骤进行工作： 两北工业 学颁 。学位论立 设计任务 求总功能 h黑箱法一 y 惑功能分解k 一功麓逐级分解 寻撬孑功戆鼹 剖壤性方法、鞋最 诅、调查分析法 原理解组合一彤态学矩阵 评价与决策卜叫各种评价方法 最佳原理方案 圈2 * 2 概念设计步骤 设计任务抽象化，确定总功能，抓往本质，寻找解决问题的多种方法；将总功 能分解为子功能直至功自元；寻找子功能( 功能元) 的解；原理解缎食，形成 多种原理设计方案；方案评价与决策。国2 - 2 表达了功能分析确定概念设计酌工 作步骤。 ( 1 ) 确定憨功能。功蘸是獭彖遗擒述机械产品输入量帮输穗薰之阊的困柴关 系，对具体产品来泌，功能趋指产品的效能、用途和作用。确定总功能首先骚 将设计闯题籀象亿，绉述设计的薪产品需要完成的任务，不设诗蜀其体酶解决 方法然后采用暗箱滋确定产品的输入输出转化关系，确定产品的功能特性， 并避步寻求其痣帮梳理帮撬秘，确定方案。 ( 2 ) 总功能的分解。将机电产品系统的总功能分解为许多子功能，子功能再 分磐瓷功能元( 最小攀袋) ，并碜定功麓结梅。予功戆窝功裁元之闫翡逶辑结合 关系魑功能结构，它袭示了各予功能( 功能元) 之间的关系、走向和顺序。 ( 3 ) 影藏簌理解；将子功熊藏功熊元熬愿濮魉缀合超寒，形戏多个实褒惹绞 总功能的原理解，即原理设计方案。 e 。拐步设幸 陵段 初步设计阶段主要是对概念设计阶段输出的多个原理设计方案进行优化，通 过对竣诗模型的分析选铎最优的参数健，最聪得到优化的初步设计方察。它包 括以下几个步骤：初步设计方案的具体化，对设计方案进行技术经济评价，形 成初步设计方案。 ( 1 ) 初步设计方案的具体化 西北丁业大学硕上学位论文 1 ) 给出整机、主要零部件草图，大体上确定土要零部件的几何尺寸、相对 位置和空间关系。使设计方案的轮廓逐渐清晰，为在重量、制造成本、运行状 态等许多方面进行比较提供必要条件。 2 ) 在简化的假设条件下，进行运动学、动力学以及强蛮等方面的计算，求 得运转性能、运行状态方面必要的参数，以便定量地反映技术系统的工作特征。 3 ) 进行模拟试验，验证物理原理的可行性，便于二对物理原理优劣进行比较。 4 ) 制作模型或在计算机中虚拟，进一步清楚设备的空间结构状态、强度状 态以及有关参数的变化规律。 5 ) 对技术系统在所用材料、制造工艺、成本、运行费用等各方面具体化、 定量化。 ( 2 ) 对设计方案进行技术经济评价。对设计方案进行技术经济评价，以便做 出最优的方案选择。 ( 3 ) 形成初步设计方案。综合以上的评价过程，选择最优的设计方案。 d 详细设计阶段 设计任务要求 丰功能载体初步详细设计 辅助功能载体初步详细设计 辅功能载体结构的相j 巨 影响及配合性 详细设计主辅功能载体结构 对设计进一步修改、完善 技术和经济评价 详细设计方案 否 图2 3 详细设计步骤 产品详细设计又叫产品结构设计或者技术设计，它的任务是将初步设计方案 结构化，确定机器各零部件的材料、形状、尺寸、加工和装配。它是一个从定 西北r 业走学硕 学托沧文 性到定量，从抽象到县体，从粗略到详细的过程”。如图2 - 3 。 ( 1 ) 奶步璃定主要功能栽体懿缳橡。主要功熊载体是撂承受主要功髓涎元 件( 即零件或部件) 。并对这烂零部结构形状初步确定，粗略确定其几何尺寸和 空闻健置。 ( 2 ) 初步确定辅助功能载体结构。辅助功能是撩支撑、密封、联结、防松 积冷却等，如遘轮轴的轴承、输入输出轴的密封、箱体和端盏等。辅助功熊载 体找出来后，就确定初步的缩掏形状。 ( 3 ) 检套主辅功能载体结构相互惑响及配合性，即：结构形状、几何尺寸 和空滴位黉怒否干涉，傈证各部分结构之蔺商合理瀚联系。 ( 4 ) 详细设计差辅功能牧体结构，确定两种结构的零部件几何尺寸、相互 位置等。 ( 5 ) 对设计进一步的完游。检查翻分析产品将蟹出现的故障，主要的薄弱 环蔫，迸一步修改设诗。 ( 6 ) 技术和经济评价。对设计方案进行技术和经济评价，最后确定详细设 诗方寨。 a 工艺设计阶段 王艺设诗楚对产菇滚诗方寨毂最嚣恕关，是连接产鑫竣谤+ 蠢产瑟制造瓣辏 梁。工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法、加工顺序、p 工 具、失其、豢具，诗葵甥巍条传，使得生产按设计鬟求避行，最终生产如台辏 的产晶零件。工艺设计的主要内容有：( 1 ) 选择加工方法和采用的机床、刀黩、 夹其爨具及其他工装没冬；( 2 ) 安排合理的互序顺序；( 3 ) 选择基准，确定加 工余麓和毛坯，计算工序尺寸和公麓；( 4 ) 选用合理的切削用量 ( 5 ) b t 算时 阅定额和加工成本；( 6 ) 编制包含上述所有资料的工艺文件产品工蕊设计的包 括以下几个过程：进行产品结构工艺性检查，设诗工艺方案，设计工艺路线， 设计工艺规稷，编制工艺定颧。 f 。总钵设计淤黢 总体设计是产品设计的中心环节，对机械产品的技术性能、经济指标和外观 造墅滋零亍蕊翻。总俸设计静内容包括： ( 1 ) 确定机器的总体参数。总体参数是凝明机器技术性能的主要指标，包 括税器往能参数和络擒参数嚣方蚕。遴遗；卡簿法，炎篦法，穗似没诗法等方法 确定机器的总体参数； ( 2 ) 主餐是确定嚣帮终、零 孛懿秘互嫂器帮联接方式，劳考虑安全搡穆， 整体造型等问题； 西北c 业大学确l 学位沦文 ( 3 ) 计算整体机的平衡和稳定； ( 4 ) 勘力源特性分援。确定动力源约转类，并敬特性分板； ( 5 ) 人一杌环境系统设计； ( 6 ) 溅属装鼗设训； ( 7 ) 机器造型设计。对机器外形、色彩等进行艺术设计； ( 8 ) 铡出机器总装配图、零伟施工图及编写全部设计文件。 2 2 ，3 产品并行设计过程 并行设计强调产品开发各环节之间实现最大程度的交叉、并行及协调，其中 毽摇产品豹可澍逡穗、可装配往、可靠瞧、生产戏本和可服务槛簿环节。并行 设计的实质就是把传统的“设计一评价一鞭设计”的大循环，转变为多次的“设 计评徐一番设计”懿夺籀琢，戮便尽霹能遗在浚计静早麓发鬓设诗存在靛翔 题”1 。产品并行设计是许多设计循环( 或回路) 和子设计循环的集合，并行设计 过程蓑是程多矮黪反续控麓下进撂翡。产麓著行设计是产晶鼗计葶羹过程设计翡 优化。它邋过增加子循环过程来减少大设计循环过程，从而缩短产品开发周期。 在每一个，l 、矮辱中，设 活动是鬏彦执行鼹，毽戆 搴上鬈蹙劳翁抟，帮徽溪上 串行，宏观上并行。因此，并行设计过程可形式化地表达为多个部件多个小循 环熬叠加”： c d 一( mc 。) i = t j ： 式中：c 旷并行设计；m c 一微循环；n 一产品设计过程大循环数；m 一产品 设计过程第i 令大 | 蓦丽中静夺疆环慧数；j 第j 令部转。 与串行设计相比，并行设计的主要特点在于它的并行性和集成性，其中集 成瞧包括产品售崽、功2 帮过程的集成。 = l ；l 图2 4 司。鼓看出，基予劳行的产品设 计过程中，综合应用多种设计工具，在计算机网络与通讯环境的支持下，以跨 部门蛇多学戮人员缀成集成产品开发团队携同工修，充分获取企救资源酝曩痿 息，而且不同设计阶段具有时间的藿叠性，即前一阶段还没有完成，后一阶段 已经开始工作，同时前后阶段及时进行信熙反馈私意见交流。由予不同阶段实 现并行性，不仅可以提高产品质量，同时也可以节省设计种问，降低开发成本。 无论是篾行设计过程还是串行设计过程，产鼎设计都怒按照从产品概念设 计褥到生产夯拜工的过程，产品的决策过程氇是设计一评价一再设计的过程。 灌嚣王渡夫学矮t 警证论文 ： 射功喙艄的嫂1 一。 糍客汝诗 艘瓤弛 知菇珐链、l p 3 | 一 f m e a l 。t 1 下 加工胡凌 。丢一。；l 。l 一。；、= 奁豫箍霭汁糍( e 辍p ，疆恿爱褥每秘鞫1 仔i 一二i ， 耀臻鸯涎谖玮麓 磐蠢暇务 黧2 砖莠嚣产菇开发越稷示意溪 2 。3 产品设诗在声晶袋羹彩成审的稼焉 产暴瓣澎戏这戆凌藏罴产瑟震爨豹彩残激程，产菇蔟羹熬产堡秘形成遘舔大 致霹戳分戒拿逮羧，瓣浚诗过程、涮逡避鼷、缆弼过程秘辕韵避耩，它稻之 藏瓣逻疆荚系激及傣爨爱镶鬣绕魏灏2 - 5 。 熬2 。5 产菇溪薰鹳澎戏及信息爱镄 产燕波诗羚羧怒产磊矮爨声拳耱澎残的起点。产蹒竣诗过程姆蠲户需求懿绩 惑转馥妓产菇