不确定条件下耦合设计内部迭代模型及其求解方法的研究

Complexity of product design and development is shown mainly as coupling complexity. Iteration and coupling are the main characteristics of complex product design and development. The coupling complexity of product design and development is a frontier interdisciplinary field between engineering design science and complexity science, which is in the constant research and exploration. This project, from the perspective of the complexity of product coupling, will focus on the theory and method of decoupling of complex product design and development to implement multi-faceted research, which mainly includes establishing decoupling collection solution model based on resource constraints, coupling collection mixed iteration model based on statistical method, and designing iteration model based on feedback control theory under uncertain conditions by means of integrating theories and methods of axiomatic design, genetic algorithm and control theory. Meanwhile taking the important mechanical and electrical equipment, gantry crane, in project construction as the object of engineering application, the applied research will be carried on to solve the coupled problem in luffing system design. The achievements of the study can not only contribute to promote the interdisciplinary integrating research of a variety of advanced theories and methods, reveal the inherent law of design and development of complex product, expand the application fields of the existing theories and methods, enrich and develop decoupling theory and technology of coupling design of complex mechanical and electrical product, but also provide scientific guidance for the design and development of complex mechanical and electrical product in practical engineering.

产品设计与开发的复杂性主要表现为耦合复杂性，迭代和耦合是复杂产品设计与开发的主要特征。产品设计与开发的耦合复杂性是工程设计科学与复杂性科学交叉的前沿领域课题，正处在不断的研究和探索之中。本项目从产品耦合复杂性的视角出发，围绕面向复杂产品设计与开发的解耦理论与方法进行多方位的研究，主要包括：融合公理设计、遗传算法以及控制理论等理论与方法，研究建立基于资源约束的耦合集求解模型、不确定条件下基于统计方法的耦合集混合迭代模型与基于反馈控制理论的设计迭代模型，并以工程建设中所需的重要机电设备-门座起重机为工程应用对象，进行研究成果的应用研究，解决其变幅系统设计中的耦合问题。研究成果不仅有助于推动多种先进理论与方法的交叉融合研究，揭示复杂产品设计与开发的内在规律，扩展现有理论与方法的应用领域，丰富和发展复杂机电产品耦合设计解耦理论和技术，并能为工程实际中复杂机电产品的设计与开发提供科学指导。

产品开发中的设计耦合是工程设计中亟待解决的关键问题。本项目围绕产品开发中任务规划与资源配置优化问题，对耦合设计内部迭代模型及其求解理论方法等进行了多方位的研究。.主要研究内容包括：产品开发资源优化配置策略，产品开发中耦合设计任务分阶段迭代模型，不确定条件下产品设计耦合迭代模型，设计人员学习与交流能力对产品设计活动的影响，产品开发中耦合设计任务规划策略。研究取得了预期重要结果。.1) 提出了具有资源最优化配置特性的耦合集求解模型、基于权重法的产品开发资源优化分配策略、基于AHP的耦合设计任务集资源分配权重确定方法，为产品开发中资源优化配置提供了一种解决方案。.2) 提出了基于动态规划法和遗传算法的二阶段迭代模型、单输入多输出耦合任务二阶段迭代模型、基于设计结构矩阵及Markov Chain方法的任务分布策略、多阶段混合迭代模型，为产品开发人员合理选择任务执行方式提供了一定的理论参考。.3) 提出了在任务工期不确定条件下基于二阶段迭代的具有资源最优配置特性的耦合集求解模型与基于模糊理论的并行耦合设计任务模糊工期模型，构建了考虑信息不确定性的串行迭代时间模型，为优化任务工期分布提供了一定的理论指导依据。.4) 提出了下游设计活动启动时刻与信息交流次数、上游设计活动执行时间和信息交流次数、上下游活动间信息交流绩效收益的数学模型，为企业根据计划进度做出较为合理的产品开发预算、降低开发成本提供了一定的理论参考。.5) 提出了基于多阶段工作转移矩阵的串行耦合设计任务分配策略、考虑学习效应的并行耦合设计任务分配多目标优化方法、基于聚类分析的大容量耦合设计任务规划方法、基于改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II）和模糊优选法的产品开发任务调度多目标优化方法，为优化复杂产品开发中耦合设计任务规划提供了一种解决方案。.在本项目资助下，项目组成员已发表论文35篇（其中SCI/EI收录10篇），完成学术专著1部；培养硕士研究生12名（其中已毕业7名）。项目达到了预期目标。