MBD环境下复杂产品信息网络的演化机理研究

With the application of MBD in the product development, the granularity of the traditional product data management extends from the part model or drawing level to the product feature information level. Meanwhile, with the continuous extension of complex product development stages and the accumulation of product date, the data and information of product have also changed from the traditional tree structure into an intricacy and dynamic complex product information networks with vertexes, links and topological structures. Then the evolution of complex product data comes into the complex product information networks evolution. Facing with the problem of complex product data evolution from design stage to manufacturing stage, the evolution mechanisms of complex product information networks are studied in this project based on complex networks and system dynamics methodologies. The modeling framework F-B-S-F-I for complex product information networks is proposed with fusion application of multiple modeling methods, and the complex product information networks map is built. The network topology mapping rules and link weight dynamics evolution model are studied for the evolution mechanisms of complex product information networks. The software tools to support the complex product information evolution will be developed, applied and verified in the typical complex aerospace products. And the study will provide a theoretical basis and technical support for the lager and complex product data evolution management.

MBD技术在产品研制中的应用，使得传统产品数据管理的粒度从零件模型或者零件图纸的层面延伸到了产品特征信息的层面。同时，随着复杂产品研制阶段的不断延伸和数据的不断积累，产品定义的数据和信息也从传统的树形结构转变为具有复杂性、动态性且包含点、线、拓扑的复杂网络结构，从而形成了复杂产品的信息网络；复杂产品数据的演化转变为复杂产品信息网络的演化。本申请是面向复杂产品设计到工艺制造阶段的数据演化实际难题，基于复杂网络和系统动力学方法研究复杂产品信息网络的演化机理。本项目融合应用多种建模方法形成基于F-B-S-F-I的复杂产品信息网络建模框架，构建大型复杂产品信息网络图；通过研究网络拓扑结构演化映射规则和边权演化动力学模型，实现复杂产品信息网络演化机理的分析研究；开发相应的演化重构器软件工具，并在航空航天典型复杂产品中进行应用验证、评价，为大型复杂产品设计到制造数据转化管理提供理论基础和技术支撑。

复杂产品信息量巨大，信息种类繁多，信息结构复杂，不同阶段之间的信息迭代重构演化要耗费大量的时间和人力。建立产品信息网络模型有助于对其演化机理和重构转化的研究，从而优化产品信息迭代过程。而在所有阶段中，产品设计阶段到工艺阶段的过程所要耗费的时间和人力最多，阶段间演化机理的研究价值高。装配序列规划是产品信息从设计阶段向工艺阶段演化的典型问题。针对以上问题，本项目开展基于复杂网络的产品信息网络建模研究及装配序列规划方法研究，形成了包括产品信息网络建模、基于规则的设计构型到工艺构型演化机理、子装配体划分等研究成果，实现了部分产品信息从设计阶段到工艺阶段的演化。本文主要研究内容如下：.1）在分析复杂产品设计、工艺阶段的信息类型和结构后，提出了层次化的产品信息框架模型，并针对设计、工艺阶段的信息特点，以某复杂产品零部件为对象，基于复杂网络理论分别建立了设计和工艺的信息网络模型。.2）分析了从设计构型到制造构型演化的形式化过程，论述了构型演化机理的本质和内涵；运用离散数学集合和关系理论，给出了演化运算符定义；分析并形成了设计构型到主制造商构型、供应商构型的结构、属性、工艺活动的演化机理、映射规则和配置规则，并给出了各层级演化算法及其流程，为复杂的构型演化提供了理论依据。.3）提出了基于复杂网络社团划分算法中凝聚算法的子装配体划分方法，对产品设计信息模型中零件层的网络结构进行了划分，实现了复杂产品子装配体的获取。.4）初步开发了原型系统，实现了复杂产品从产品设计信息到装配工艺划分的转化功能，并选取某复杂产品模型及其中的子装配体进行了应用验证。