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原文传递基于定性仿真的车身概念装配工艺规划与设计决策研究

论文题名：	基于定性仿真的车身概念装配工艺规划与设计决策研究
关键词：	汽车设计;车身装配;装配偏差;计算机仿真
摘要：	因为装配偏差直接影响汽车产品的外观与功能，所以在汽车产品设计的各个阶段越来越多的专家与学者着手研究汽车制造过程中偏差的类型与偏差的累积，并进行相应的偏差分析与控制。概念设计具有信息不完备与参数不确定或者待定性的特点，并且设计域空间大、搜索范围广，常规的数值计算(CATS，VSA，3DCS等)已经无法对概念设计阶段尺寸偏差进行仿真分析计算。因为定量的问题思维方式与定量的分析工具已不能完全解决概念设计阶段的不确定性与不完备性，所以有必要利用有限信息进行推理的技术，使得在概念设计阶段提供大量可行方案进行权衡比较来改善设计的合理性与鲁棒性。因为产品的生产制造使用的许多问题本源都是发生在概念设计阶段，所以本文旨在探索定性仿真在车身概念装配设计阶段的应用，研究车身装配的定性公差分析可行性分析以及概念装配方案的定性多属性决策。论文主要的研究内容如下：本文首先通过多属性有向图与定性知识完成车身概念装配工艺建模。对装配特征的物理参数通过语义化、符号化和模糊化等方法进行了定性信息提取与表达，实现对信息不完备系统进行形式化描述，定性分析求得影响装配过程偏差的主要影响因素，建立定性装配模型进行定性推理来得出有效的结论。车身装配建模主要完成零件装配连接关系建模以及关键特征的联系，并将设计要素、目标变量进行逻辑表达；进一步研究了概念设计阶段的模块化装配设计，并在分析了装配约束分类的基础上实现装配约束建模。在车身装配过程中，良好的接头设计可以减小甚至消除零部件间的装配公差的传播，而且合理的接头配置方案有助于装配偏差的减小与装配过程的稳定性，因此论文详细分析了接头类型设计与接头配置，并介绍了多站点车身装配偏差传播模型。其次，着重构建了车身概念装配设计定性仿真机理，并创建了装配尺寸链的定性仿真函数。装配定性仿真系统的目标就是创建一组定性微分方程，定性仿真就是从由装配公差方程抽象的定性方程出发，预测装配过程中可能的行为。针对概念设计阶段的信息不完备性，论文运用装配工艺指数进行基件的判定，解决了装配顺序的约减；在给定的装配顺序下，对于指定的关键装配特征完成的公差链获取与生成，以及相应的零件参数和特征属性获取或者定性表达，利用以上信息描述功能特征与尺寸约束以及几何约束的定性映射关系，即描述反映装配过程偏差状态的装配函数显式或隐式表达，通过该定性数学表达式来进行装配公差分析。装配定性分析系统就是建立装配系统的数学逻辑模型或者定性模型以及两者模型相结合的基础上，通过计算机的仿真试验，对装配系统依据一定的准则，由一个装配状态转换到另一个状态进行描述与分析，并运用良好的接头搭配设计实现主动车身偏差补偿。论文建立了车身概念装配定性仿真流程，通过有限的己知参数和模糊知识进行层次性定性仿真来分析和预测偏差流。最后构建了装配概念设计的定性多属性决策模型。针对信息不完备性的特点，论文构建了集成装配顺序、接头配置与公差分配的概念装配设计优化模型，利用多属性定性分析准则来进行装配设计早期方案的甄选与评价。车身装配系统决策分析主要为了在众多的可行方案中选择出符合目标的方案，概念装配设计决策主要对设计方案进行多属性决策的定性评价，通过设计师人机交互方式或者系统自动对各属性的相对重要性的权重进行赋值，对生成方案集进行级别优先关系排序从而决策出最佳的装配系统配置方案。在上述研究基础上，构建了车身概念装配设计原型系统。因为车身结构最终装配的尺寸偏差不仅与制造质量和零件的接头类型有关，而且受装配顺序影响，因此整个车身概念装配设计过程需要逐步地合理地调整与优化组合装配顺序、接头配置与公差分配三个设计因素，使得满足装配关键产品尺寸的要求以及产品的最终装配质量要求。在车身装配概念设计阶段利用不完备信息进行定性仿真公差设计，论文构建了面向对象的定性车身装配公差设计的应用框架，为产品设计人员与工艺设计人员提供一个并行设计的实时交互环境。综上所述，本文完成基于多属性有向图的概念设计装配建模，将定性仿真引入到车身装配设计中，并对车身概念设计阶段装配偏差累积与传播进行研究。车身概念装配定性仿真函数的获取与表达，建立和完善车身概念装配设计的定性推理机制与定性控制策略以构造基于知识的车身装配设计系统原型系统。针对概念设计阶段的设计分析特点提出了基于定性推理的车身装配偏差分析与设计决策，将设计师的知识与工厂的实际经验转化为概念设计阶段的定性知识，运用知识推理进行车身装配过程求解与决策优化，因此提出基于知识的车身概念装配设计流程，实现在结构概念设计阶段进行产品装配质量的控制与预测，以寻找适宜的概念装配设计方案，从而提高装配设计方案的稳健性，并缩减产品设计开发周期。
作者：	李余兵
专业：	车辆工程
导师：	陈关龙;蔡文嘉
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文