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面向设计主体的产品开发过程仿真系统设计及开发

作 者: 张硕
导 师: 杨育;张晓冬
学 校: 重庆大学
专 业: 工业工程
关键词: 产品开发 设计主体 建模仿真 系统开发 封装
分类号: TB472
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 25次
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内容摘要


在现代企业中,产品开发是关系到产品竞争力的关键环节。现代产品的复杂程度日益提高,新产品开发模式也日益增多并得到广泛应用。在这个大背景下,通过有效地规划产品开发过程来提高产品竞争力已经成为学术界和企业界采用的主要方法。与其它工作流程不同的是,产品开发过程是典型的知识工作过程,设计主体及设计组织在其中发挥着不容忽视的重要作用。然而,当前已有的产品开发过程建模与仿真研究,一般将设计主体作为普通技术资源,以任务为中心建立过程模型,设计主体与资源的差异性、设计主体自身的主动性、自治性、协同性等重要特征难以在模型和仿真过程中体现出来,从而难以对产品开发过程中设计人员的行为以及对应的组织策略进行分析及优化。为此,针对产品开发过程的特点,本文充分考虑了设计主体在过程中的主动作用、自治行为及协作行为,并在此基础上深入研究了面向设计主体的产品开发过程建模方法及仿真技术,设计并开发了面向设计主体的产品开发过程仿真系统。全文的研究内容主要包括以下几个部分:首先,根据产品开发过程的特点,基于CAS(Complex Adaptive System)理论和多主体系统MAS(Multi-agent System)的建模原理,提出了面向设计主体的产品开发过程建模方法,建立了以设计主体为核心的集成仿真模型,该模型由5个分模型构成:设计主体分模型、设计任务分模型、设计资源分模型以及产品信息分模型在内的产品开发过程集成模型。该模型打破了传统以任务为中心的建模方式,将产品开发过程描述为设计主体在设计资源和产品信息的约束下不断改变任务的状态,直至任务完成的过程。该集成模型考虑了产品开发过程中设计主体的重要作用,充分体现了设计主体在过程中的重要特征:主动性、自治性和协同性,为仿真系统设计与开发奠定了基础。其次,基于所建立的产品开发过程仿真模型,设计了面向设计主体的产品开发过程仿真系统的仿真流程和功能框架,并介绍了系统的图形化仿真建模功能。系统的仿真流程分为5个阶段:参数的初始化设置、任务箱筛选、任务选择、任务执行,以及仿真结果输出;系统的功能框架则细分为4个层次:用户层、模型层、运行层和数据处理层;图形化仿真建模功能则是对功能框架中模型层的详细描述,也是仿真流程中参数初始化阶段的功能实现。再次,基于上述的仿真流程和系统的功能框架,对面向设计主体的产品开发过程仿真系统进行了技术的实现。采用Visual C++开发了面向设计主体的产品开发过程仿真系统A-PDPS(Agent-oriented Product Development Process Simulation System)。该系统把集成模型中的设计主体和环境对象进行了类的封装;其中,通过在仿真过程中调用大量的主体行为函数来实现设计人员在产品开发过程中的主动作用,从而体现设计人员在产品开发过程中的主动性、自治性和协同性;另外,对系统的图形化仿真建模和仿真结果输出的函数调用机理进行了描述。通过对某一具体的产品设计项目进行建模与仿真,验证了该仿真系统的正确性和有效性,验证实验结果表明:该仿真系统能有效支持对产品开发过程的仿真预测和过程规划,并能描述人在产品开发过程中的自治性、主动性和协同性,为产品开发过程组织行为优化提供了更科学的依据。最后,对产品开发过程中设计主体协作性和自治性,以及组织性能影响因素进行了仿真研究,并对仿真系统中面向设计主体的产品开发过程的复杂性进行了验证。对仿真系统中是否体现了设计主体的协同性和自治性进行了仿真实验设计及分析,并对不同组织结构对产品开发过程周期的影响进行了仿真实验设计及分析。仿真结果表明,面向设计主体的产品开发过程的建模与仿真方法能够充分体现设计主体的主动性、自治性与协同性,可为产品开发过程的预测优化以及组织策略的优化提供一条有效的途径。

全文目录


中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 论文的研究背景和意义  10
  1.2 国内外研究现状综述  10-14
    1.2.1 产品开发过程建模的研究  11-12
    1.2.2 产品开发过程仿真的研究  12-13
    1.2.3 国内外研究现状总结  13-14
  1.3 论文的课题来源和研究内容  14-15
    1.3.1 课题来源  14
    1.3.2 论文的研究目的  14-15
    1.3.3 论文主要研究内容及章节安排  15
  1.4 本章小结  15-16
2 面向设计主体的产品开发过程仿真模型  16-28
  2.1 面向设计主体的产品开发过程集成仿真模型  16-17
  2.2 设计主体模型  17-24
    2.2.1 设计主体的行为过程与行为层次  17-19
    2.2.2 设计主体行为协议  19-22
    2.2.3 多主体组织分模型  22-24
  2.3 环境对象  24-26
    2.3.1 任务分模型  24-25
    2.3.2 产品信息模型  25-26
    2.3.3 设计资源模型  26
  2.4 本章小结  26-28
3 面向设计主体的产品开发过程仿真系统功能设计  28-40
  3.1 仿真的实现原理与仿真流程  28-30
  3.2 仿真系统的功能设计  30-34
    3.2.1 用户层功能  31
    3.2.2 模型层功能  31
    3.2.3 运行层功能  31-32
    3.2.4 数据处理层功能  32-34
  3.3 图形化建模  34-39
  3.4 本章小结  39-40
4 面向设计主体的产品开发过程仿真系统的技术实现  40-58
  4.1 类的封装  40-44
    4.1.1 设计主体封装  40-41
    4.1.2 仲裁主体封装  41-42
    4.1.3 设计任务封装  42-43
    4.1.4 产品信息封装  43
    4.1.5 设计资源封装  43-44
  4.2 设计主体行为函数调用  44-49
    4.2.1 设计主体任务排序过程的行为函数调用  44-45
    4.2.2 设计主体选择任务过程的行为函数调用  45-47
    4.2.3 设计主体执行任务过程的行为函数调用  47-49
  4.3 图形化仿真建模界面的函数调用  49-52
    4.3.1 OnLButtonDblClk( )函数  49-51
    4.3.2 Serialize( )函数  51-52
  4.4 结果输出  52-53
  4.5 仿真模型正确性及有效性验证  53-56
  4.6 本章小结  56-58
5 面向设计主体的组织策略仿真及优化案例研究  58-72
  5.1 实验设计方案  58-63
    5.1.1 实验初始数据  58-60
    5.1.2 实验设计思路  60-63
  5.2 对比实验A、B、C 的数据处理  63-66
    5.2.1 对比实验A 的数据处理  63-64
    5.2.2 对比实验B 的数据处理  64-65
    5.2.3 对比实验C 的数据处理  65-66
    5.2.4 对比实验A、B 的综合对比  66
  5.3 实验结果分析  66-67
  5.4 对比实验D 的数据处理与分析  67-70
    5.4.1 对比实验D 的数据处理  67-69
    5.4.2 对比实验D 的实验结果分析  69-70
  5.5 本章小结  70-72
6 论文总结与展望  72-74
  6.1 论文总结  72
  6.2 研究展望  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-80
附录  80
  A. 攻读硕士学位期间发表及完成的论文目录  80
  B. 攻读硕士学位期间从事的主要科研项目  80

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工业通用技术与设备 > 工业设计 > 产品设计
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