面向产品设计的全局—局部协同优化模型与方法分析

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1、第一章绪论1．1本文研究的背景和意义建国五十多年来，我国的工业得到了迅速的发展，许多产品达到了较高水平，在国际市场上已经具有了一定的竞争能力。加入WTO以来，中国已经成为世界各厂商在全球范围内寻求低成本的加工中心和研发设计中心的首选地之一，这就意味着中国本土的企业将成为世界制造网络的重要参与者，也就意昧着这些企业在组织、流程、技术上实现与其他制造企业的对接，而这种对接能力已经成为制造企业获得竞争优势的前提条件。中国新的全球制造中心已经日益明显，然而局限也是同样明显的：l从国情分析当前我国制造企业存在的五大问题是【l】：(1)质量不稳定、产品水平低，

2、主要产品中达当代世界先进水平的不到5％；(2)生产集中度低、分散重复严重；(3)科技基础薄弱，自主开发能力差；(4)企业装备陈旧，生产工艺落后，精密、高效、数控设备不足5％；(5)企业管理薄弱，由于企业没有现代化管理的概念，从而在市场经济新形势下处处被动。由此可见，目前我国多数制造企业不景气的原因是多方面的，既有制造加工设备等基础薄弱等“硬件”问题，又有企业管理者的经营思想等“软件”的不足。随着制造技术、管理技术、信息技术等的迅速发展，以及中国的入世，这些问题显得更加突出。2从国际环境分析我国已经正式加入WTO，这将对我国目前自成体系的经济格局产生

3、巨大的冲击。例如：我国制造业将与国外同行业同台竞技，没有竞争优势的企业将不可避免的被淘汰。当前，中国制造企业在经济基础、企业设备以及员工素质等方面，都与国外存在着较大差距。唯有目前就站在与国外企业相同的高度上来制定企业发展战略等，才有可能在全球性的市场竞争环境中立于不败之地。由于大规模定制生产模式是21世纪最为重要的生产模式[21，因此我国制造企业必须现在就逐步有意识的向大规模定制生产过渡，以提高企业的市场竞争力。从目前的发展趋势看，2l世纪的市场竞争将会愈来愈激烈，而且市场竞争将是国际化的、动态化的和多元化的。当前，我国正在进行宏伟的社会主义现代

4、第一章绪论化建设，国民经济各部门迫切需要质量好、效率高、消耗低、价格便宜的先进机电产品。而产品设计是决定产品性能、质量、水平和经济效益的重要环节。产品是复杂而又统一的整体，而设计是试制产品的第一个环节。设计过程包括调研、收集资料、方案论证、计算分析、结构设计和工艺设计等。设计质量的好坏，直接影响到产品的性能、成本和竞争能力。传统的设计方法是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、类比等方法进行设计。现代设计方法是以电子计算机为手段，运用工程设计和协同设计的新理论和新方法，使计算结果达到最优化

5、，使设计过程实现高效化和自动化。中国企业要改变仅凭劳动力成本低而获取优势的历史局面，就要从自身出发加强自主研究，设计出具有独立知识产权的产品，才能在国际竞争中占据一席之地。在当前国际环境下，大规模定制下的产品族设计和现代协同优化设计方法是企业提高企业本身竞争力以及拓展市场的有效手段。本文比较系统深入研究了大规模定制下的产品设计中全局一局部协同优化模型与方法，并联合实际情况，用实例论证了这种方法的实用性和有效性。1．2本文理论的研究发展概况1．2．1大批量定制及产品族设计大批量生产方式在我国当前制造业中非常普遍，它是建立在如图卜1所示的动态循环之上的

6、。其中最关键的几个因素是【3】：统一的市场、．稳定的需求、长的产品生命周期和长的产品开发周期，这些因素中的任何一个发生变化都将直接影响到这个动态循环即大批量生产的顺利进行。大量生产／过程＼新产品▲I长的产品开发周期低成本、一致的质量、标丁产品单一产品市场～。＼长的产品稳定的、生命周期卜需求图1-1大批量生产的动态循环图产品开发流程是指从产品需求分析到产品最终定型的全过程，包括产品的设计、测试、制造和装配过程。传统的产品开发流程采用顺序工程的方法，该方法第一章绪论在设计过程中不能及早考虑制造过程及质量保证等问题，造成设计出的产品不可加工、不可装配、不

7、能完全满足用户需求，使产品开放过程形成设计、制造、试验、修改设计的大循环，不仅延长了产品开发时间，增加了成本，而且用户的需求也不能很好地保证。80年代末，美国国防分析研究所提出了并行工程CE(ConcurrentEngineering)的思想，并在其所发表的R-338报告中对并行工程进行了定义：并行工程是对产品及其相关工程(包括制造过程和支持过程)进行并行的集成设计的一种系统化的工作模式，这种工作模式使产品开发人员从一开始就考虑到从概念设计到产品报废的产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户要求，以减少设计过程中不必要的返工，力争产品设

8、计开放一次成功。串、并行产品开发过程对比如图1．2所示【4】。大批量定制的设计对象不是单一的产品，而是产品族，需要在产品的