基于公理化設(shè)計(jì)理論的并行設(shè)計(jì)決策系統(tǒng)模型

基于公理化設(shè)計(jì)理論的并行設(shè)計(jì)決策系統(tǒng)模型

同時(shí)，設(shè)計(jì)過程反映在時(shí)間上，并表示多個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)的同時(shí)、橫向和交叉。企業(yè)實(shí)行并行運(yùn)營機(jī)制,可以減少設(shè)計(jì)過程的多次重復(fù),提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。并行設(shè)計(jì)的協(xié)同效應(yīng)使得各設(shè)計(jì)小組協(xié)同工作,共同高效完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問題。但由于并行設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和多變性,如何對(duì)眾多設(shè)計(jì)方案進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià),以決策出最優(yōu)方案,是目前并行設(shè)計(jì)中急需解決的關(guān)鍵問題。目前對(duì)并行設(shè)計(jì)決策的研究有咨詢法、層次分析法、模糊綜合評(píng)判法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理等,都是一種框架模型,只是著重方法的研究,并沒有涉及到具體的決策過程。公理化設(shè)計(jì)(axiomaticdesign,AD)為描述各種類型的設(shè)計(jì)問題及詳細(xì)的各層設(shè)計(jì)提供了一個(gè)框架,幫助設(shè)計(jì)者迅速了解系統(tǒng)內(nèi)部各層之間的關(guān)系和解決問題的方法,設(shè)計(jì)公理提供了引導(dǎo)設(shè)計(jì)者詳細(xì)考慮各層之間相互關(guān)系的設(shè)計(jì)過程,使設(shè)計(jì)者能在眾多的復(fù)雜問題中作出快速而明確的選擇。本文將AD理論提供的框架應(yīng)用到并行設(shè)計(jì)決策過程中,為計(jì)算機(jī)輔助并行設(shè)計(jì)決策過程軟件的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。1決策設(shè)計(jì)的過程根據(jù)AD理論將并行設(shè)計(jì)決策系統(tǒng)分為4個(gè)域,即用戶域、目標(biāo)域、策略域和評(píng)價(jià)域,其決策過程模型如圖1所示。產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)是一個(gè)較復(fù)雜的問題,各設(shè)計(jì)小組協(xié)同地對(duì)某一子問題提出當(dāng)前可行的解決方案,經(jīng)過評(píng)價(jià)決策系統(tǒng)確定出滿足功能要求和約束條件的最佳方案,再傳送到低一級(jí)小組進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此決策系統(tǒng)用戶域的主要參數(shù)是設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)目的和要求,如要求產(chǎn)品的成本最低、可制造性及可裝配性等。目標(biāo)域是根據(jù)用戶要求確定決策系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo),如并行設(shè)計(jì)中的DFx等。策略域是根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)而采取的相應(yīng)措施,得到評(píng)價(jià)決策的指標(biāo)體系。評(píng)價(jià)域是根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)制定相應(yīng)的評(píng)價(jià)規(guī)則,建立知識(shí)庫和模型庫,通過評(píng)價(jià)決策確定出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。決策設(shè)計(jì)的過程就是從用戶域到目標(biāo)域、從目標(biāo)域到?jīng)Q策域及從決策域到評(píng)價(jià)域之間的映射過程。通過Zigzagging分解,從系統(tǒng)頂層逐步分解到更詳細(xì)的底層,總目標(biāo)逐步分解成子目標(biāo),使評(píng)價(jià)指標(biāo)從抽象的難以評(píng)價(jià)的形式逐步變成具體的易于評(píng)價(jià)的形式,以便評(píng)價(jià)決策能夠?qū)崿F(xiàn)。目標(biāo)的獨(dú)立性和信息量最小是決策設(shè)計(jì)的兩條基本公理。決策設(shè)計(jì)公理是目標(biāo)和策略分解的依據(jù)。2并行設(shè)計(jì)中的ad方法面向制造的設(shè)計(jì)(designformanufacturing,DFM)是并行設(shè)計(jì)中的一種設(shè)計(jì)方法,現(xiàn)以面向制造的設(shè)計(jì)為例來說明并行設(shè)計(jì)決策過程的AD方法。2.1產(chǎn)品的可制造性對(duì)于面向制造設(shè)計(jì)總目標(biāo)的要求是:在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期內(nèi),要考慮產(chǎn)品的可制造性,即:G0=可制造性好。要滿足可制造性好的要求,必須采取的策略措施為:S0=提高可制造性。要提高產(chǎn)品的可制造性可以從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面考慮,即G0可分解為:G1=經(jīng)濟(jì)性好;G2=技術(shù)性能好。實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)目標(biāo)采取相應(yīng)的策略為:S1=提高經(jīng)濟(jì)性;S2=提高技術(shù)性能。由于G1與S1及S2都有關(guān),而G2可由S2獨(dú)立完成,因此,此類設(shè)計(jì)為準(zhǔn)耦合型,設(shè)計(jì)矩陣M為三角形,其設(shè)計(jì)方程為[G1G2]=[X0XX]{S1S2}(1)[G1G2]=[XX0X]{S1S2}(1)以上只是粗略的策略,無法進(jìn)行評(píng)價(jià),還需進(jìn)一步分解。2.2二樓分解(1)s11和s12采取的相應(yīng)策略為:S11=降低成本;S12=縮短上市時(shí)間。G11可由S11和S12兩項(xiàng)措施來完成,而G12由S12獨(dú)立完成,因此,此設(shè)計(jì)也是一個(gè)準(zhǔn)耦合設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方程為[G11G12]=[X0XX]{S11S12}(2)[G11G12]=[XX0X]{S11S12}(2)(2)結(jié)構(gòu)與裝配工藝G21=滿足設(shè)計(jì)性能要求的程度高;G22=結(jié)構(gòu)工藝性好;G23=可加工性好;G24=可裝配性好;G25=標(biāo)準(zhǔn)化程度高。相對(duì)應(yīng)的策略如下:S21=選用適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)組合、合適的零部件,進(jìn)行優(yōu)化和可靠性設(shè)計(jì)及有限元分析;S22=簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),采用模塊化結(jié)構(gòu)、多功能復(fù)合結(jié)構(gòu)、對(duì)稱結(jié)構(gòu)、定位可靠和裝夾穩(wěn)定性結(jié)構(gòu),功能與結(jié)構(gòu)相匹配,采用易拆卸連接,減少緊固件數(shù)量;S23=滿足加工環(huán)境約束要求,材料與加工方法相匹配,材料與刀具相匹配,精度與功能相匹配,精度與加工方法相匹配,加工方法與批量相匹配;S24=采用模塊化結(jié)構(gòu)、多功能復(fù)合結(jié)構(gòu)、對(duì)稱結(jié)構(gòu)、自動(dòng)定心結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)與裝配相匹配,采用利于裝配的輔助結(jié)構(gòu);S25=采用標(biāo)準(zhǔn)的零部件結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)的尺寸、公差和工藝,產(chǎn)品系列化、通用化。以上各項(xiàng)措施都可獨(dú)立滿足相應(yīng)的目標(biāo)要求,這類設(shè)計(jì)屬于非耦合型設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)矩陣是對(duì)角型,即????????G21G22G23G24G25????????=????????X00000X00000X00000X00000X???????????????????????S21S22S23S24S25???????????????(3)[G21G22G23G24G25]=[X00000X00000X00000X00000X]{S21S22S23S24S25}(3)2.3第三層癱瘓(1)s113降低制造成本G111=產(chǎn)品研制成本低;G112=制造成本低;G113=銷售成本低;G114=使用成本低。采取的相應(yīng)策略為:S111=降低產(chǎn)品研制成本;S112=降低制造成本;S113=降低銷售成本;S114=降低使用成本。每一個(gè)目標(biāo)要求都可由相應(yīng)的措施單獨(dú)來實(shí)現(xiàn),故此設(shè)計(jì)也是一個(gè)非偶合型設(shè)計(jì),其設(shè)計(jì)方程為??????G111G112G113G114??????=??????X0000X0000X0000X?????????????????S111S112S113S114???????????(4)[G111G112G113G114]=[X0000X0000X0000X]{S111S112S113S114}(4)(2)制造時(shí)間的ss2采取的相應(yīng)策略是:S121=采用并行協(xié)同設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析;S122=縮短制造時(shí)間。此設(shè)計(jì)為非偶合型設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方程為[G121G122]=[X00X]{S121S122}(5)[G121G122]=[X00X]{S121S122}(5)2.4基于ad的非耦合設(shè)計(jì)決策過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)類似地將G111、G112、G113、G114和G122繼續(xù)分解和映射,得到相應(yīng)的策略措施及可制造性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并使所有的設(shè)計(jì)都轉(zhuǎn)化成非耦合型設(shè)計(jì),以滿足獨(dú)立性公理的要求。以上分解的過程,實(shí)際上是一個(gè)解耦的過程,使一個(gè)原來的耦合設(shè)計(jì)變成一個(gè)非耦合設(shè)計(jì),使目標(biāo)要求相互獨(dú)立,所需的評(píng)價(jià)指標(biāo)最少。目標(biāo)要求分解的全過程模塊連接結(jié)構(gòu)和信息流程見圖2、3。從策略域到評(píng)價(jià)域的映射方法類似,根據(jù)指標(biāo)的分解,在不同的設(shè)計(jì)階段、不同的層次采用不同的可制造性評(píng)價(jià)方法,進(jìn)行分階段評(píng)價(jià)。建立評(píng)價(jià)知識(shí)庫和算法模型,綜合考慮各指標(biāo)值的權(quán)重,選用適當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦M(jìn)行指標(biāo)綜合,對(duì)產(chǎn)品的總目標(biāo)作出評(píng)價(jià),