本書以針對制造企業數據/知識與設計業務融用不足、產品動態需求適應性差、協同響應設計周期長等現實問題, 圍繞數據驅動的產品自適應在線設計模式和架構、制造企業全周期數據處理與知識管理、產品自適應在線交互協同設計等 3 個關鍵技術問題, 以“數據驅動的產品自適應設計”模式創新應用為主線, 闡明數據涌現和多源需求條件下的產品自適應設計動態演化機理, 研究并陳述了基于設計約束網絡的產品自適應設計決策、產品性能多目標參數設計優化、全域異構跨尺度大數據分析融合等關鍵技術, 建立包括異構數據處理、知識管理、自適應設計、在線交互設計在內的產品自適應在線設計集成技術方法體系, 產品自適應在線交互設計平臺, 面向工程機械、特種設備、航天裝備三家企業, 開展應用, 提升企業對產品全生命周期動態需求的設計響應能力。
隨著新一輪科技革命和產業變革的興起，以互聯網、大數據、云計算等為代表的新一代信息技術加速與工業技術融合，催生了智能制造、網絡協同制造等新的制造模式，并在制造企業落地。同時，新一代信息技術也深刻影響著設計模式、技術和工具環境。首先，網絡協同設計、眾包設計及數據驅動設計先后被提出，尤其是數據驅動設計得到了國內外研究機構的關注。其次，CAD、CAE、CAM等工業研發設計軟件和管理軟件與云計算、大數據等新技術的結合成為新的熱點，軟件在架構和應用層面都不斷演變。最后，“創新是引領發展的第一動力”。隨著智能制造不斷深入推進，設計創新成為更多企業主要的價值創造環節，新的設計模式和新的設計工具環境將有更廣闊的應用前景，特別是數據驅動的產品自適應設計模式將成為制造企業創新發展非常重要的可選擇途徑。
本書在分析國內外產品設計理論體系的研究現狀，和企業設計平臺存在的相關問題基礎上，以構建數據驅動的產品自適應設計平臺為目標，厘清了產品自適應設計的概念；闡述了產品自適應設計的內涵，并結合企業實際設計情景，探索并構建了產品自適應設計模式及運作邏輯；提出了多源異構數據融合的產品設計知識自適應組織方法，通過多源異構數據融合技術、知識挖掘與管理技術，為產品自適應設計提供數據和知識基礎；提出了需求驅動的產品自適應決策技術，論述了設計方案的生成、決策與評估；提出了產品自適應設計的智能設計與優化方法，提供了產品創新設計、概念設計、詳細設計、全生命周期設計與分析的多個設計環節的智能設計和分析方法，是對已有設計方法與體系的有益補充；設計并研發了產品自適應設計的支撐環境，為產品自適應設計的實現提供了技術基礎。本書共7章內容，介紹了產品自適應設計的相關概念，提出了產品自適應設計的理論體系，闡述了產品自適應、數據與知識自適應、設計求解方法自適應、設計過程自適應的內涵，并詳細論述了數據融合、需求決策、智能設計等支撐產品自適應設計實現的方法和技術，可供相關研究者及產品設計領域的從業人員參考。
本書得到國家重點研發計劃項目“產品自適應在線設計技術平臺研發”（2018
YFB1701700）的支持，是該項目研發應用成果的匯聚，是該項目研發實踐團隊的群體智慧結晶。希望本書能夠“拋磚引玉”，進一步激發和匯聚產品現代設計理論方法領域研究學者與創新實踐企業的群體智慧，促進制造業“互聯網”研發體系的創新發展。受研究領域、寫作時間和作者專業水平所限，相關研究工作還有待繼續深入，書中錯誤和紕漏在所難免，在此懇請讀者不吝賜教，以激勵和幫助我們繼續深入探索產品自適應設計理論研究與實踐。
作者
2022年4月于天津大學北洋園
前言
致謝
第1章 緒論1
1.1 產品自適應設計的基本概念2
1.1.1 產品自適應設計的產生2
1.1.2 產品自適應設計的概念5
1.2 產品自適應設計的發展及研究意義7
1.2.1 產品自適應設計的發展7
1.2.2 產品自適應設計的研究意義12
第2章 產品自適應設計的原理14
2.1 產品自適應設計的內涵14
2.1.1 產品自適應15
2.1.2 數據與知識自適應16
2.1.3 設計求解方法自適應18
2.1.4 設計過程自適應20
2.2 產品自適應設計運作邏輯模型22
2.3 產品自適應設計的技術體系25
2.3.1 大數據感知與分析技術25
2.3.2 產品設計方案的生成與評價方法27
2.3.3 設計方案求解與優化方法28
2.3.4 設計過程的協同管控技術30
第3章 多源異構數據融合的產品設計知識自適應組織方法33
3.1 全業務鏈多源異構數據融合技術33
3.1.1 企業多源異構數據融合的研究現狀及技術框架33
3.1.2 多技術集成的全業務鏈多源異構數據預處理方法37
3.1.3 多源異構數據的融合方法40
3.1.4 面向全類型制造大數據的自定義建模43
3.2 復雜設計知識網絡構建與動態維護51
3.2.1 復雜設計知識網絡構建需求與目標分析51
3.2.2 復雜設計知識網絡構建方法52
3.2.3 復雜設計知識網絡模型評價58
3.2.4 復雜設計知識網絡動態維護59
3.2.5 復雜設計知識網絡構建實例62
3.3 全業務鏈多源異構數據融合與知識管理67
3.3.1 全業務鏈多源異構數據采集與處理67
3.3.2 設計知識抽取與表示層構建70
3.3.3 多源異構數據資源與產品設計知識的存儲及檢索77
3.3.4 產品設計知識空間設計與需求發現78
第4章 設計需求驅動的產品自適應決策技術81
4.1 復雜產品自適應設計信息組織81
4.1.1 產品設計過程中的設計信息組織形式概述81
4.1.2 產品設計信息的組織結構83
4.1.3 產品設計信息的組織方法84
4.2 面向變更需求的產品設計變更的可執行性評估89
4.2.1 產品設計變更特征分析89
4.2.2 面向設計需求的產品適應性分析91
4.2.3 產品設計變更的可執行性評估流程95
4.3 設計需求驅動的產品設計方案決策97
4.3.1 產品設計變更影響傳播模式97
4.3.2 產品設計變更影響傳播中的沖突識別和消解策略103
4.3.3 產品設計參數變更方案的代價計算107
4.3.4 最低代價驅動的產品設計參數變更方案決策111
4.3.5 產品設計方案決策實例115
4.4 產品適應性動態評價方法121
4.4.1 產品參數適應性動態評價121
4.4.2 產品配置適應性動態評價131
4.4.3 產品方案適應性動態評價139
第5章 智能設計與優化141
5.1 產品原理創新設計探索141
5.1.1 基于集成化設計理論的概念方案創新設計141
5.1.2 基于統一建模的功能樣機構建與優化方法145
5.2 產品功能結構方案自適應設計151
5.2.1 產品功能結構單元自適應劃分方法151
5.2.2 產品功能結構約束模糊自適應匹配157
5.2.3 產品遞歸化動態功能結構配置求解162
5.3 產品性能多目標參數優化設計170
5.3.1 產品設計變量與性能關聯強度計算170
5.3.2 產品性能多目標參數優化求解算法179
5.3.3 產品性能多目標參數波動穩健優化183
5.4 產品全生命周期設計分析192
5.4.1 制造性和裝配性設計分析192
5.4.2 產品維護性分析197
5.4.3 全生命周期成本分析207
第6章 自適應設計支撐環境215
6.1 自適應設計產品建模216
6.1.1 在線三維產品參數化建模216
6.1.2 在線三維產品裝配設計218
6.2 在線產品數字化定義220
6.2.1 基于模型的數字化定義220
6.2.2 數字孿生定義226
6.3 基于情境導航的自適應在線設計知識推送技術230
6.3.1 多維度設計情境模型構建方法231
6.3.2 基于用戶使用習慣的情境模型更新機制234
6.3.3 基于復雜設計知識網絡的知識匹配方法238
6.3.4 面向產品自適應在線設計的知識推送機制241
6.4 在線交互協同設計過程管控245
6.4.1 多主體在線協同設計模式245
6.4.2 在線交互協同設計過程感知248
6.4.3 基于共識度的協同設計知識沖突消解多目標優化方法研究255
6.5 產品自適應在線交互設計平臺264
6.5.1 工作空間264
6.5.2 資源空間265
6.5.3 可視化瀏覽265
6.5.4 三維模型智能搜索266
6.5.5 BOM管理268
6.5.6 項目管理269
6.5.7 在線建模269
6.5.8 流程審批管理270
6.5.9 業務建模272
第7章 產品自適應在線設計技術平臺應用277
7.1 賦能工具277
7.2 平臺架構327
7.2.1 基于微服務的平臺架構總體設計327
7.2.2 平臺服務層詳細設計329
7.2.3 平臺接口設計規范332
7.3 應用效果分析
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