模糊不确定环境下机械产品性能正向设计理论、方法及其应用研究

In order to realize and improve product performance, the systematic theory about performance top-down design for mechanical product in the fuzzy and uncertain environment is proposed by deeply exploring the rule of performance forward evolution. The preference perception and correction approaches are proposed to acquire the accurate performance intention of mechanical product. The constraint propagation approach based on membership is proposed to realize the optimal adaptation between function and structure of mechanical product. The fuzzy correlation decoupling approach is used to realize the equilibrium calculation process of assembly framework of mechanical product. The credible statistic inference approach is proposed to predict performance parameter robustly. An integrated algorithm framework is built including intention fusion calculation, heuristic mapping, matrix clustering and confidence interval estimation. Furthermore, a prototype system software performance top-down design is developed. The proposed theory and approach will provide theoretical basis to the cognitive process of performance top-down design in the fuzzy and uncertain environment, and it will offer technical support to the solution process of performance top-down design in the fuzzy and uncertain environment, and it also will give the method foundation to improve product performance for mechanical product design in the fuzzy and uncertain environment. It is helpful to improve the theory and method of performance design of mechanical product.

在深入研究机械产品模糊不确定环境下性能正向演化规律的基础上，以实现并提高产品的性能为核心，较为系统地提出了模糊不确定环境下性能正向设计理论与方法。通过偏好感知修正实现机械产品的性能意图精确表达，通过约束隶属传递实现机械产品的功能结构最优适配，通过模糊关联解耦实现机械产品的装配骨架均衡求解，通过可信统计推断实现机械产品的性能参数稳健预测，建立机械产品意图融合计算、启发推理映射、矩阵聚类规划和可信区间估计一整套算法，开发模糊不确定环境下机械产品性能正向设计原型系统软件。为模糊不确定环境下机械产品性能正向设计认知过程提供理论基础，为模糊不确定环境下机械产品性能正向设计求解过程提供技术支撑，为模糊不确定条件下机械产品设计过程中的性能增强提供方法支持，有助于丰富和完善机械产品性能设计的理论和体系。

针对机械产品性能正向设计过程中性能描述模糊性、功能映射不确定性、骨架配合耦合性、性能机理非线性的特点，在深入研究机械产品性能正向演化规律的基础上，本项目系统地提出了模糊不确定环境下机械产品性能正向设计理论和方法，为机械产品全生命周期的性能设计提供精确设计依据、最优设计匹配、柔性设计方案以及稳健设计结果。以实现并提高机械产品的性能为核心，提出并实现了基于偏好感知修正的机械产品性能意图表达方法、基于约束隶属传递的机械产品功能结构适配方法、基于模糊关联解耦的机械产品装配骨架求解方法以及基于可信统计推断的机械产品性能参数预测方法。通过建立需求偏好和服役过程双重叠加影响下全局性能意图双向等价映射模型，实现模糊不确定环境下性能意图重要度的非线性融合辨识及准确度量；通过构建约束信息一致性转化规则，建立模糊相似度匹配的功能结构启发式搜索以及约束水平支配的功能结构相容性适配，实现性能约束驱动下功能域到结构域的跨域推理映射；建立在非完备经验信息下装配骨架单元多尺度语义规划准则的精确量化模型，通过矩阵聚类变换的装配骨架定性解耦规划，实现在装配骨架单元性能约束下面向服役工况的多目标性能测度适应性计算；通过建立数据驱动的隐式性能响应稳健预测模型，得到区间估算的性能参数可信统计推断，实现多重不确定影响下性能参数的可靠验证。同时建立了模糊不确定条件下机械产品意图融合计算、启发推理映射、矩阵聚类规划和可信区间估计一整套算法，开发了机械产品性能正向设计原型系统软件。项目在国内外机械工程领域学术期刊发表高水平论文21篇，其中，SCI收录论文14篇，EI收录论文7篇；国际学术会议分会场报告3次；授权国家发明专利2项、软件著作权2项，获得省级科学技术进步奖2项。