下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
产品自适应设计充分利用新一代信息技术，能根据时变的产品设计需求不停地进行快速的主动适应性设计。实现自适应设计的前提是全生命周期需求数据的实时反馈，以及随时、互动式的更新。所有设计从精准需求出发，设计过程和资源的组织要迅速、灵活地应对需求的变化。
以一般产品的设计过程为例，它是以顺序设计阶段为基础，分配设计任务和组织设计数据的过程。其中，产品设计过程划分为四个相互映射关联的阶段域，用户需求分析是产品设计开发的起点，用户需求的分解是产品协同设计过程的基础，然后映射到产品功能需求分解，以全生命周期数据作为支撑，依照需求分解和满足需求对任务执行分解、分配、调度及优化，从而形成协同设计的任务层次。产品设计过程中不同设计阶段、数据、任务流程、时序和层次存在的协同关系如图2-5所示。
与一般产品设计方法不同，产品自适应设计中设计过程、设计任务与设计数据之间的交互关系并不是固定的，而是以时变的设计需求为驱动，以设计过程自组织为核心，且具备“自主感知—智能决策—高效执行”闭环迭代典型特点。对图2-5进一步拓展，形成自适应设计的逻辑视图，并将自适应设计系统分为六个组成部分，如图2-6所示。
图2-5 产品设计过程协同关系图
图2-6 产品自适应设计逻辑视图
1）全生命周期数据支持。在产品自适应设计系统的全生命周期数据感知模块中，可实现海量制造大数据治理、多源异构制造大数据融合修复，以及多源异构数据统一表达三大基本功能。其通过对产品数据库、仿真数据库、实验数据库、运行使用数据库等产品多源异构大数据抽取与冗余清除、增量式真值发现，以及面向语义、结构、数据、描述等多维度冲突消解等方法，提高数据质量；基于非精确匹配规则的缺失数据填补和不确定规则与非一致业务数据的协同修复等方法，提高数据的可用性；通过多源异构数据的统一表示、高效组织方法和以实体为中心的元数据结构化表达方法，实现数据的规范组织。
2）数据分析与决策。在全生命周期数据感知基础上，可实现全类型制造大数据分析与可视化及基于大数据挖掘的设计知识发现。其通过多决策分类器和特征重要度排序方法，实现各类数据样本属性和资源的智能关联，以及数据层、特征层和模式层多源数据融合；通过抽样加速可视化和多分辨率层次压缩等多种高效数据处理算法，实现大数据可视化。同时，通过集成学习的特征选择和深度置信网络，以及多模态多应用的自适应设计主题模型构建方法，建立覆盖产品质量预测、参数优化、风险评价等主题模型，实现设计知识的发现。
3）需求工程。产品自适应设计系统的需求工程模块主要包括基于全生命周期数据的设计需求获取、设计需求的管理及需求链管理功能。在需求获取时，基于图网模型建立动态产品需求图谱表征理论，实现需求的合理表征，并基于语义聚类和共指消解技术，建立需求关键词、需求关系、属性抽取和信息融合模型，实现多源异构产品需求数据的获取与集成，进而实现基于知识图谱的设计需求管理。产品设计需求图谱存在关系复杂、矛盾冲突及不确定性等问题，基于节点相似度等实体匹配方法、密度-峰值法等实体聚类算法，实现动态产品需求图谱优化。通过图谱反向推测算法和关联规则挖掘算法，形成非完备设计需求精确识别，以及全生命周期设计需求向产品设计环节的精准映射，进而实现需求链的管理。
4）产品自适应智能设计技术。在产品自适应设计系统的产品自适应智能设计模块中，可实现多源需求感知的产品全生命周期设计分析、产品性能多目标参数设计优化、产品功能结构方案自适应设计、设计产品原理创新设计探索四大基本功能。通过对制造过程数据和数字孪生的产品制造/装配性分析，可实现产品维护性分析；同时，构建产品全生命周期权衡评价模型，利用产品全生命周期综合设计分析技术，实现多源需求感知的产品全生命周期设计分析；模块中包含产品潜在失效模式与效应分析、故障预测子模块，可实现基于数据的故障诊断与预测；为实现参数设计优化，模块通过对设计变量与性能关联强度计算和基于敏感度与信息熵的关联类型识别，建立产品性能多目标参数设计优化模型，并通过智能算法实现了多目标参数优化模型求解；最后，模块可实现基于公理化设计和发明问题解决理论的产品原理方案设计，以及研究基于信息公理和物场分析的产品原理方案评价，支持产品原理方案的优选。
5）设计方案适应性评价。通过构建产品模型成熟度指标体系及产品各域数字孪生模型和总体数字孪生模型成熟度评价，解决产品优化决策的问题。同时，综合考虑功能、性能、结构、制造、运维的产品适应性评价量化指标体系，可实现对产品关于全生命周期多样化需求及其变化的适应性的定量描述。此外，该功能模块中，提出产品参数和配置/架构适应性指标合成评价方法，可满足产品多样化动态需求。具体包括产品参数适应性评价方法、产品配置/架构适应性评价方法。最后，通过模糊集、灰色关联分析等方法，以及面向自适应设计过程的指标动态配置、数据自动清洗、可变权重，最终实现产品设计方案的适应性评价。
6）自适应设计项目管理。产品自适应设计系统的项目管理模块主要实现自适应设计过程管控，是产品自适应设计原理与产品实际设计过程有机结合的重要模块，是数据分析与决策、需求工程、产品自适应智能设计模块的集成实现，包括泛在环境下自适应设计产品建模、在线产品数字化定义、多主体可视化在线交互协同设计、在线交互协同设计过程管控四大基本功能。该模块以泛在环境下自由享用计算能力和信息资源为目标，基于云CAD技术实现产品建模，并基于模型的工程定义技术实现产品的数字化定义；同时实现基于三维模型可视化的在线交互协同设计和多主体参与的数据管理与同步，进而实现可视化的设计交互；在攻克协同规则与权限定义、实时通信、数据同步与冲突处理等技术难点基础上，实现多用户参与的建模指令协同、建模数据协同、多主体协同、协同历史可回溯、协同权限管理、协同版本管理，具备实时通信、增量数据、冲突消解、版本控制等能力，确保协同设计的数据准确性和响应速度。