基于粒度计算面向产品创新设计的方法、技术及应用研究

Product development is a dynamic design process that the granularity and description of the problem space and solution space are evolving continuously. In order to improve the product's overall performance and vitality, it is necessary to implement innovative design thinking throughout the entire dynamic product development process. This project intends to use high-speed motorized spindle innovation design as a breakthrough point, to carry out the research of product innovation design method and technology based on granular computing. The research contents include: (1) Research of multi-domain coupled system analysis and modeling methods oriented to innovation design; (2) Research of the evolutionary mechanism of product innovation design based on granular computing; (3) Design solution evaluation based on multi-granularity product design information; (4) Innovation design framework for mechanical products based on granular computing. Then the research results will be applied on the independent innovation design process of hign-speed motorized spindle, to establish the domestic high-speed drive test platform, so as to implement theoretical research to practical use. Therefore, the project has both high scientific significance and good application value.

产品设计过程是问题空间和解空间的粒度和描述方式都不断进化的动态过程，为了提高产品的综合性能和生命力，有必要将创新设计的思想贯穿于整个产品设计的动态过程之中。为此，本项目拟以亟待解决的高速电主轴自主创新设计问题入手，开展基于粒度计算面向产品创新设计的方法和技术研究。具体研究内容包括：（1）面向创新设计的多域耦合系统分析和建模方法研究；（2）基于粒度计算的产品创新设计过程演化机制研究；（3）基于多粒度产品设计决策信息的设计方案综合评价；（4）提出基于粒度计算的机械产品创新设计框架。并将研究成果应用到高速电主轴的设计过程中，进行电主轴的自主创新设计和试制，完善国内高速驱动实验系统平台，将理论研究成果推向实用化。因此，本项目的研究既具有重要的科学意义，又具有充分的应用价值。

项目组从多域耦合复杂产品的设计方法入手，围绕粒度计算工具在机械产品创新设计过程中处理多域耦合知识，进行面向创新设计的多域耦合系统分析，高速电主轴的国产化创新设计等相关问题及其应用进展进行了资料查阅、文献整理和系统分析，在此基础上展开具体研究工作，取得了如下成果：1）面向创新设计的多域耦合系统分析和建模方法研究，主要围绕电主轴的国产化设计，提出了基于粒度计算和公理设计的高速电主轴电机控制解耦优化设计；2）基于粒度计算的产品创新设计过程演化机制和基于多粒度决策信息的综合评价方法研究，主要基于公理设计和粒度计算进行高速电主轴结构优化设计；3）高速电主轴主要零件的加工工艺研究和高速轴承研究；4）在上述工作的基础上，进行高速电主轴的自主创新设计和试制。围绕上述工作，项目组成员共发表论文10篇，其中3篇SCI检索期刊，1篇EI检索期刊，4篇会议（其中2篇EI检索会议），1篇核心期刊，1篇本校学报，投稿在审稿2篇（1篇SCI期刊，1篇核心期刊）；完成高速大功率紧凑型电主轴的设计，并加工出2台样机，第2台样机参加“第十六届中国国际工业博览会”，并获得高校展区“一等奖”；在第2台样机的基础上进行结构优化和改进，试制出第3台样机，参加了“2015年中国（上海）国际技术进出口交易会”。已授权专利3项，已提交正在申请过程中的专利1项（2016.11月提交）。希望具体的成果对开发新型的机械产品将提供良好的借鉴。具体成果见下面的“成果列表”和“研究工作主要进展和所取得的成果”。