可变性设计动态响应与更改传播原理研究及应用

In order to solve the difficulties in the knock-on effects of change propagation, the principles of change propagation and dynamic response orienting Design for Changeability(DfC) is presented. It includes the construction of the multidimensional changeable relative models, modeling of design change, path evolution and dynamic response of change propagation, and changeable quantitative analysis of decoupling reflection and evaluation. The changeable-relative-model of structure-dimensionality would be constructed based on the relationship between strong-tie of high-clustering low-coupling and weak-tie of low-clustering high-coupling. And the changeable relative model would be constructed after the evolution if it had joined the assembly sequence and productive resources constraints with lifecycle-dimensional factor. Define change basis and combination mode, and achieve the modeling of design change. Change propagation path evolution is accomplished with the difinition of constraint-set and balance resolution of constrain comuting. The changeable relative model is the carrier that research for the character of dynamic response and path evolution progress such as asynchronous concurrent mode and loops causing iteration and incremental feedback of the change propagation. Evolution of the knock-on effect of change will be actualized by decoupling reflection to change the quantitative-analysis and the evaluation index. Based on research of the principles in change propagation, a path of changeability design will be constructed on the basis of changing the measurement of model structure and polymerization reuse. Structures of changed models can be abstracted and distinguished from changeable relative models. If the measurement of model structure is changed, its changeability also can be merged into the changeability of system in order to realize the design changeability on system framework level. The prototype systems for DfC are developed and applied at high-end CNC machine tools.

针对设计更改传播的连锁反应问题，提出可变性设计动态响应与更改传播的基本原理，包括多维度的更改关联模型构建、设计更改的本体建模、更改传播的路径演化与动态响应、更改定量分析与评价指标的解耦映射等：依据结构上高聚低耦的强连接与低聚高耦的弱连接关系，构建结构维度更改关联模型；引入生命周期维度的装配序列与制造资源约束，构建进化后的多维度更改关联模型；定义更改基型与组合方式，实现设计更改本体建模，通过约束集合定义与约束满足实现进行传播路径演化；研究更改尺度变化与传播过程（异步并发、环路迭代、增量式反馈）动态响应特性；更改定量分析与评价指标进行解耦映射实现效应评估。在此基础上，建立更改模体结构识别与聚合重用的可变性设计方法：从更改关联模型中识别提取更改模体结构，通过更改模体结构的聚合重用，将模体结构可变性归并进系统可变性，实现系统架构层面的可变性设计。开发原型系统，结合高档数控机床产品进行应用验证。

作用于特定零部件的设计更改通常会引发系统中其他零部件上的更改，这种更改连锁反应称为更改传播的“雪崩”或“滚雪球”效应，可能导致不可预计的后果，因此有必要对设计更改问题进行研究。提出可变性设计动态响应与更改传播的基本原理，包括多维度的更改关联模型构建、设计更改的本体建模、更改传播的路径演化与动态响应、更改定量分析与评价指标的解耦映射等。.构建了多维度的设计更改关联模型。将具有直接连接关系的结构定义为强连接结构，用装配关节图（AJG）来表示其连接关系。将设计更改传播过程中关联紧密、却在直观表现上没有直接物理连接关系或虽直接连接但却具有易被忽略的隐含功能的结构称为弱连接结构。在功能-结构映射模型基础上，通过弱连接约束元对弱连接结构进行形式化表达，连接约束元得到弱连接关系图（WtRG）。.基于Petri网对复杂系统及其设计更改进行动态响应分析。定义了设计更改的基型与组合方式，实现设计更改的本体建模，在此基础上分析了设计更改的动态响应特性，将更改效应检测同网络的动态表达相结合，利用Petri网完整可达图的构造分析设计更改的动态响应，通过多级抽象化简可达图，递归实现设计更改效应的检测。.在多维度设计更改关联模型及设计更改本体模型基础上实现了设计更改的传播路径演化。设计更改在直接连接结构上的传播以AJG为介质，在弱连接结构上的传播以WtRG为介质。传播过程是对传播介质中各种约束元集合进行约束满足分析、综合、评价和决策并反复迭代的过程。.提出基于群聚参数指标耦合网络分析的设计更改方案评价方法。构建设计更改方案指标参数重要度求解模型，应用决策试验与评价实验室方法计算群聚参数指标耦合度及因果关系，得到设计参数指标重要度。针对模糊语言向精确数值转换的离散性、定量设计参数指标的非线性评价问题，运用排序组织法，赋予评价指标不同偏好函数，设置双阈值获取偏好信息，通过计算备选方案的出流、入流、净流进行排序，获得设计更改方案的评价。.为实现快速可变性设计，提出了一种基于本体与过程关联的设计更改方法。以支持可变性快速响应设计的本体为基础，对设计更改活动进行过程式的表达，分布的设计进程间按状态进行协同，提高产品系统层面的设计更改响应能力。.