王 磊，孟昭鵬，劉繼紅，林 茂,4+，容 錦，邵宏宇，陳永亮，孫 輝

(1.天津大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300350；2.天津大學(xué) 軟件工程學(xué)院，天津 300350；3.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動化學(xué)院，北京 100191；4.海南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，海南 海口 570228；5.中國鐵建重工集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410100)

0 引言

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在興起，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等為代表的新一代信息技術(shù)加速與工業(yè)技術(shù)相融合，催生智能制造、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造等新的制造模式，并在制造企業(yè)中應(yīng)用實踐。同樣，新一代信息技術(shù)也正深刻影響著設(shè)計模式、技術(shù)和工具環(huán)境。

上世紀(jì)八九十年代提出的公理化設(shè)計(Axiomatic Design)[1]、發(fā)明問題解決(TRIZ)[2]等引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。2004年，顧佩華教授[3]首次提出全新的設(shè)計理念——可適應(yīng)設(shè)計方法，2013年又提出“開放式架構(gòu)產(chǎn)品”概念[4]。互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)影響著設(shè)計理論和設(shè)計模式。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計[5]、眾包設(shè)計[6]以及數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計[7]先后被提出，一些國外研究機(jī)構(gòu)開始關(guān)注數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計。美國密西根大學(xué)提出一種基于信息物理系統(tǒng)的、能夠適應(yīng)個性化需求的產(chǎn)品設(shè)計框架與方法[8]；日本內(nèi)閣主導(dǎo)的戰(zhàn)略性創(chuàng)新計劃“革新設(shè)計制造技術(shù)”(2014～2018)中支持了用戶感性數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計項目[9]；美國機(jī)械工程師學(xué)會機(jī)械設(shè)計雜志2017年出版專輯《Data-Driven Design》[10]。以上研究和項目共同提到數(shù)據(jù)能夠創(chuàng)造價值、能夠改變設(shè)計。

但是，目前的相關(guān)研究側(cè)重于市場用戶需求的獲取、挖掘和利用，制造企業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也只是各取各用。例如，制造數(shù)據(jù)多用于生產(chǎn)決策、設(shè)備診斷等環(huán)節(jié)。雖然有的企業(yè)已經(jīng)意識到全生命周期(市場、生產(chǎn)、運維等)的數(shù)據(jù)能夠用于設(shè)計優(yōu)化，但是這方面的研究和實踐非常不足。因此，如何打通從產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)到設(shè)計全過程的路線，如何充分挖掘和發(fā)揮已積累的和持續(xù)增加的數(shù)據(jù)的價值，如何充分應(yīng)用當(dāng)前最新的最有效的設(shè)計方法和工具，已成為推動企業(yè)充分利用研發(fā)設(shè)計資源創(chuàng)造價值，進(jìn)而提升產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)能力和競爭力的關(guān)鍵問題。

隨著復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)[11]、自適應(yīng)控制理論[12]等研究的進(jìn)一步發(fā)展，自適應(yīng)概念在多學(xué)科體系中體現(xiàn)出的需求(環(huán)境)驅(qū)動、數(shù)據(jù)反饋、自適應(yīng)決策等特點，為解決上述問題提供了新的視角[13]。因此，將自適應(yīng)理念融入現(xiàn)代復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計，不斷實踐數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計模式和技術(shù)是一種可行的有益探索。智能制造不斷深入推進(jìn)，設(shè)計創(chuàng)新成為更多企業(yè)主要的價值創(chuàng)造環(huán)節(jié)，新的設(shè)計模式和新的設(shè)計工具系統(tǒng)環(huán)境將有更廣闊的應(yīng)用前景，特別是數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計模式將成為制造企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展非常重要的可選擇途徑。

1 產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計概念及內(nèi)涵

產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計是一種以設(shè)計過程多域動態(tài)關(guān)聯(lián)和產(chǎn)品全周期數(shù)據(jù)反饋為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品設(shè)計過程模型為核心，以“自主感知—智能決策—高效執(zhí)行”閉環(huán)迭代機(jī)制為特點，以在線交互協(xié)同設(shè)計工具為支撐，及時感知產(chǎn)品需求變化和性能變化，進(jìn)行產(chǎn)品迭代優(yōu)化和過程動態(tài)配置，具有產(chǎn)品與過程的動態(tài)智能適應(yīng)性的設(shè)計模式。

傳統(tǒng)設(shè)計以經(jīng)驗、試湊、靜態(tài)、定性分析、手工勞動為特征，導(dǎo)致設(shè)計周期長、設(shè)計質(zhì)量差、設(shè)計費用高、產(chǎn)品缺乏競爭力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出一系列新興理論、方法和手段?，F(xiàn)代設(shè)計以用戶需求為驅(qū)動，以計算機(jī)等新一代信息技術(shù)為工具，以研制出具有工效實用性、系統(tǒng)可靠性、運行穩(wěn)定性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的產(chǎn)品為目標(biāo)，展現(xiàn)出了創(chuàng)新性、動態(tài)性、最優(yōu)化、智能化、數(shù)字化等特點。產(chǎn)品設(shè)計方法理論間互作基礎(chǔ)、互相嵌套、互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計理論體系。產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計正是以現(xiàn)代設(shè)計理論體系中的DFX(design for X)、數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計、可適應(yīng)設(shè)計、公理化設(shè)計等多種典型設(shè)計理論為基礎(chǔ)，衍生、發(fā)展而來的。其中，DFX是指面向產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)的設(shè)計，X可以代表產(chǎn)品生命周期或其中某一環(huán)節(jié)，如裝配、加工、使用、維修、回收、報廢等，也可以代表產(chǎn)品競爭力或決定產(chǎn)品競爭力的因素，如質(zhì)量、成本、時間等。DFX搜集產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)的設(shè)計信息，進(jìn)而形成可滿足特定屬性的設(shè)計技術(shù)系統(tǒng)。這些環(huán)節(jié)信息內(nèi)容是必不可少的，應(yīng)根據(jù)設(shè)計師的需求量身定制。其強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計不應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品屬性修改生產(chǎn)系統(tǒng)，而是必須圍繞生產(chǎn)系統(tǒng)對產(chǎn)品進(jìn)行修改。然而，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法是一個順序式的開發(fā)過程，每一階段都依賴于前一階段的完成，設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)、信息流向單一，容易導(dǎo)致在設(shè)計后期甚至在制造階段的設(shè)計變更，使得產(chǎn)品的開發(fā)周期長、成本高，且質(zhì)量無法保證。

在新一代信息技術(shù)的支持下，打通產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，通過動態(tài)的、融合的數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計已成為可能，數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計應(yīng)運而生，并取得了長足發(fā)展。有關(guān)數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計的研究從不同的數(shù)據(jù)來源(如在線評論、專利運行數(shù)據(jù)等)、設(shè)計階段(方案設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、方案評估等)及研究目標(biāo)(方案優(yōu)化、設(shè)計流程和系統(tǒng)方法構(gòu)建)等視角展開。數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計的核心是根據(jù)不同設(shè)計階段數(shù)據(jù)的特點，有針對性地開展全生命周期各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的提取、處理及融合工作，并融入到產(chǎn)品設(shè)計過程中，協(xié)助研發(fā)工程師完成設(shè)計目標(biāo)。

產(chǎn)品可適應(yīng)設(shè)計理論的研究則不再注重生命周期的數(shù)據(jù)反饋與數(shù)據(jù)融合，而是以產(chǎn)品“可適應(yīng)”為核心理念，強(qiáng)調(diào)設(shè)計出可以適應(yīng)需求并滿足需求的產(chǎn)品。產(chǎn)品可適應(yīng)設(shè)計的目的是為了延長產(chǎn)品(物理產(chǎn)品)或產(chǎn)品設(shè)計(數(shù)字產(chǎn)品)的使用周期，使得生產(chǎn)型企業(yè)能夠在允許的質(zhì)量和成本限制下，通過調(diào)整已有產(chǎn)品或設(shè)計來快速地開發(fā)出新的面向客戶需求的產(chǎn)品。一方面，在明確產(chǎn)品適應(yīng)功能需求集合的時候，設(shè)計人員能夠設(shè)計出滿足需求的產(chǎn)品；另一方面，為了滿足一些不可預(yù)測的需要和改變，產(chǎn)品可以設(shè)計成具備擴(kuò)展性良好的接口的柔性架構(gòu)，從而使產(chǎn)品具有一般可適應(yīng)性?？蛇m應(yīng)設(shè)計框架中關(guān)于產(chǎn)品可適應(yīng)與設(shè)計可適應(yīng)的相關(guān)研究，為以客戶多樣性設(shè)計需求為驅(qū)動的產(chǎn)品設(shè)計提供了一種新的思路。

公理化設(shè)計理論的研究注重設(shè)計過程的創(chuàng)新性，同時減少設(shè)計方案搜索、生成的隨意性。其目的是在設(shè)計的循壞迭代過程中，應(yīng)用設(shè)計過程框架和設(shè)計公理確定最佳設(shè)計方案。其基本內(nèi)容包括域的定義、域之間的映射、獨立公理和信息公理、層級分解，以及若干定理和推論。隨著現(xiàn)代設(shè)計理論的發(fā)展，公理化設(shè)計理論也得到了進(jìn)一步補(bǔ)充，如公理化設(shè)計與穩(wěn)健設(shè)計、并行工程、優(yōu)化設(shè)計、質(zhì)量功能配置、創(chuàng)新設(shè)計等多種設(shè)計方法的融合。在目前的相關(guān)研究中，基于公理化設(shè)計框架的設(shè)計方法集成已成為一個研究熱點，對企業(yè)加快設(shè)計過程、提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、降低成本具有較高的實際應(yīng)用價值。

綜合上述現(xiàn)代設(shè)計理論，可將其內(nèi)涵通過產(chǎn)品、數(shù)據(jù)、設(shè)計方法和設(shè)計過程4個維度體現(xiàn)。產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計是多種現(xiàn)代設(shè)計理論的融合，在4個維度中包括產(chǎn)品自適應(yīng)、數(shù)據(jù)與知識組織自適應(yīng)、設(shè)計求解方法自適應(yīng)、設(shè)計流程自適應(yīng)的基本要素，與其他設(shè)計理論的對比如表1所示，表中“—”表示該設(shè)計理論中不重點強(qiáng)調(diào)該維度的要素。

表1 產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計內(nèi)涵與其他設(shè)計理論對比

產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計內(nèi)涵中包含的4個要素的特點各有不同，其中產(chǎn)品自適應(yīng)要素是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的目標(biāo)要素，數(shù)據(jù)與知識組織自適應(yīng)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的技術(shù)要素，求解方法自適應(yīng)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的方法要素，而設(shè)計過程自適應(yīng)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的核心。

(1)產(chǎn)品自適應(yīng)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的目標(biāo) 產(chǎn)品自適應(yīng)要素是以產(chǎn)品為核心，體現(xiàn)產(chǎn)品通過修改設(shè)計使其適應(yīng)新的需求或適應(yīng)新的環(huán)境。產(chǎn)品維度的自適應(yīng)特點主要體現(xiàn)在可靠性、穩(wěn)健性、模塊化3個方面。其中可靠性體現(xiàn)產(chǎn)品對內(nèi)部變化需求的適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在特定的環(huán)境中，在一定的時間內(nèi)、一定的條件下無故障地執(zhí)行指定功能的能力或可能性;產(chǎn)品的穩(wěn)健性則體現(xiàn)了產(chǎn)品對外部不可控變化的適應(yīng)性，產(chǎn)品的穩(wěn)健性被定義為產(chǎn)品的“質(zhì)量”對制造和操作條件的變化不敏感的程度[14]，而產(chǎn)品質(zhì)量是對客戶而言重要的產(chǎn)品屬性;產(chǎn)品模塊化是產(chǎn)品對用戶個性化或產(chǎn)品進(jìn)化的適應(yīng)性的重要體現(xiàn)，模塊化一般指使用模塊的概念對產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃和組織，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場不同需求，此外模塊化是提高產(chǎn)品可擴(kuò)展性、可配置性，進(jìn)而實現(xiàn)產(chǎn)品自適應(yīng)變換的一種重要途徑，也是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的關(guān)鍵特征之一。

(2)數(shù)據(jù)與知識的自適應(yīng)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的技術(shù)要素 數(shù)據(jù)與知識自適應(yīng)是實現(xiàn)設(shè)計求解方法自適應(yīng)、設(shè)計過程組織自適應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)。其自適應(yīng)特征體現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下3個方面：①在產(chǎn)品全業(yè)務(wù)鏈中生產(chǎn)制造大數(shù)據(jù)的完整性和標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)的完整性是指全面獲取產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息，以完整的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)作為設(shè)計的支撐，是保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果科學(xué)性的基礎(chǔ)，進(jìn)而保證基于數(shù)據(jù)的智能設(shè)計的準(zhǔn)確性;②數(shù)據(jù)處理方法對多源數(shù)據(jù)的適應(yīng)性,面對標(biāo)準(zhǔn)化后的多源數(shù)據(jù)，常用的數(shù)據(jù)處理方法有數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)聚類、數(shù)據(jù)預(yù)測、知識挖掘等，其中數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)聚類、數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)的實現(xiàn)途徑和方式有很多，要根據(jù)產(chǎn)品不同、數(shù)據(jù)種類和特點不同，采取恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，才能獲得更精準(zhǔn)、更科學(xué)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)計知識的科學(xué)獲取;③全生命周期的數(shù)據(jù)與設(shè)計知識更新、推送的動態(tài)性,設(shè)計過程不是靜態(tài)的，而是動態(tài)的，在這個過程中，信息反饋必須重復(fù)，直到信息內(nèi)容達(dá)到可以得到最佳解決方案的水平[15]。因此，通過數(shù)據(jù)的采集、分析和學(xué)習(xí)過程，不斷提高設(shè)計過程信息水平，從而有助于尋找解決方案。實現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)知識的動態(tài)更新，是保證下一代產(chǎn)品汲取上一代產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，修復(fù)產(chǎn)品缺陷，提升產(chǎn)品質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。

(3)產(chǎn)品設(shè)計求解方法自適應(yīng)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的方法要素 產(chǎn)品種類多、需求多樣，設(shè)計過程中需要應(yīng)用不同的設(shè)計求解方法，適應(yīng)不同的產(chǎn)品、不同的設(shè)計需求以及復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)。其自適應(yīng)特征主要體現(xiàn)在以下3個方面：①產(chǎn)品設(shè)計與求解方法融合的多粒度：設(shè)計的求解方法一般是面向產(chǎn)品不同粒度的設(shè)計信息，例如，功能求解方法面向產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)信息，結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法、性能參數(shù)優(yōu)化方法則面向產(chǎn)品的三維信息以及參數(shù)信息等。為實現(xiàn)求解方法的自適應(yīng)，需構(gòu)建多粒度設(shè)計信息與設(shè)計求解方法匹配體系，選擇出最優(yōu)的設(shè)計求解方法，實現(xiàn)設(shè)計信息的優(yōu)化與修正。②設(shè)計任務(wù)與求解方法融合的多層次：不同階段的產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)，應(yīng)用的設(shè)計求解方法不同。例如，在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，主要任務(wù)包括創(chuàng)新設(shè)計的探索與分析、功能求解等；在產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計階段，需要開展三維建模、參數(shù)優(yōu)化與分析等。產(chǎn)品生命周期中多層次設(shè)計任務(wù)下求解方法的融合與集成管理，仍然是提高設(shè)計智能化的重要研究內(nèi)容。③企業(yè)需求與求解方法融合的多模式：多模式是指企業(yè)中產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計求解方法的智能化、自動化與人機(jī)交互多種模式的交叉融合。設(shè)計求解方法并不能一味追求智能化。產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計求解方法的應(yīng)用不僅需要綜合企業(yè)的設(shè)計環(huán)境，還需考慮設(shè)計師對產(chǎn)品的設(shè)計分析水平，以及不同設(shè)計環(huán)節(jié)的特點，多模式交融特點的設(shè)計求解方法是企業(yè)當(dāng)前技術(shù)與科技背景下，解決產(chǎn)品設(shè)計問題、滿足產(chǎn)品設(shè)計需求的最佳手段。

(4)設(shè)計過程自適應(yīng)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的核心 產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程根據(jù)企業(yè)特點和產(chǎn)品特點的不同而出現(xiàn)組織方式的差異，例如以設(shè)計部門的劃分，以設(shè)計的特定階段、領(lǐng)域或產(chǎn)品開發(fā)過程的階段。設(shè)計過程是一個分層次、分階段，由全局到局部，逐層循環(huán)，逐步迭代逼近，逐漸完善，最后達(dá)到設(shè)計要求的過程。產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計中過程的特點主要體現(xiàn)在：①設(shè)計過程的層次性與階段性：設(shè)計過程的層次性主要體現(xiàn)在基本設(shè)計階段，存在不同領(lǐng)域設(shè)計任務(wù)以及設(shè)計流程的進(jìn)一步分解，每個設(shè)計子任務(wù)下又包含新的設(shè)計流程，新的設(shè)計流程又分為新的階段。產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計通過對設(shè)計過程維度的研究，擬定具有普遍適用性的產(chǎn)品設(shè)計流程程序。②需求驅(qū)動設(shè)計流程的動態(tài)組織：不同屬性的產(chǎn)品設(shè)計需求會作用在產(chǎn)品設(shè)計過程的不同階段，依據(jù)設(shè)計需求的屬性實現(xiàn)設(shè)計需求到設(shè)計流程的快速映射是提高需求響應(yīng)速度和設(shè)計效率的重要保障；產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計通過需求的決策實現(xiàn)需求向設(shè)計過程與設(shè)計任務(wù)的動態(tài)映射，同時通過設(shè)計步驟、流程的動態(tài)組織，實現(xiàn)最優(yōu)的設(shè)計流程方案，進(jìn)而執(zhí)行產(chǎn)品的設(shè)計工作，步驟的順序不能被認(rèn)為是死板的，這種靈活性符合設(shè)計需求特點以及實際的設(shè)計經(jīng)驗。③設(shè)計任務(wù)的協(xié)同性：設(shè)計任務(wù)的協(xié)同來源于并行設(shè)計理念，是指產(chǎn)品及其設(shè)計的相關(guān)過程進(jìn)行并行化、一體化的工作模式。這種工作模式一開始便考慮產(chǎn)品設(shè)計過程的全部階段及其子階段，并考慮了子任務(wù)中的質(zhì)量、成本、進(jìn)度以及用戶需求等要素。使產(chǎn)品設(shè)計過程任務(wù)合理分配，實現(xiàn)設(shè)計資源的節(jié)約、設(shè)計周期的縮短，以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升等目標(biāo)。

2 產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計原理

2.1 產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程模型

產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的原理可以通過多層次閉環(huán)迭代的產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程模型進(jìn)行表達(dá)和描述，如圖1所示，該模型闡明了產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計機(jī)理，是產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計的模型基礎(chǔ)，也是提出數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計模式和集成技術(shù)平臺的關(guān)鍵依據(jù)。模型以復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)、自適應(yīng)控制方法為參照基礎(chǔ)，以產(chǎn)品全周期數(shù)據(jù)知識集成為驅(qū)動力，構(gòu)建“自主感知—智能決策—高效執(zhí)行”自適應(yīng)設(shè)計機(jī)制，進(jìn)而建立數(shù)據(jù)反饋閉環(huán)—設(shè)計迭代閉環(huán)—產(chǎn)品演化閉環(huán)協(xié)同的多層次閉環(huán)的自適應(yīng)設(shè)計過程模型結(jié)構(gòu)，用來指導(dǎo)數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計模式的研究和集成技術(shù)平臺的架構(gòu)設(shè)計與開發(fā)。

在產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程模型中，設(shè)計迭代閉環(huán)是指面向產(chǎn)品設(shè)計過程，形成需求分析—設(shè)計決策—設(shè)計執(zhí)行—設(shè)計評估—需求反饋產(chǎn)品設(shè)計閉環(huán)管理。自主感知設(shè)計趨勢、設(shè)計資源、設(shè)計環(huán)境的變化，智能決策，優(yōu)化設(shè)計組織流程和設(shè)計資源，形成穩(wěn)定、快速的迭代設(shè)計組織管控方式。以智能化設(shè)計方法與工具(包括參數(shù)系列化/產(chǎn)品族工具、方案可配置工具、產(chǎn)品進(jìn)化創(chuàng)新與科學(xué)效應(yīng)工具等)支撐產(chǎn)品個性化、多樣性研發(fā)；以可配置模塊化知識庫、案例庫、流程庫、設(shè)計組織實踐庫支撐設(shè)計過程穩(wěn)定性、快速迭代；以面向全產(chǎn)品設(shè)計過程的感知工具/技術(shù)、決策工具/技術(shù)、設(shè)計工具/技術(shù)、反饋工具/技術(shù)支持，建立產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計動態(tài)演化閉環(huán)。數(shù)據(jù)反饋閉環(huán)是指，面向產(chǎn)品全生命周期，特別是產(chǎn)品運維階段，形成數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)管控—數(shù)據(jù)利用—數(shù)據(jù)優(yōu)化的全設(shè)計數(shù)據(jù)閉環(huán)管理。建立數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋產(chǎn)品形成過程數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、設(shè)計過程數(shù)據(jù)、設(shè)計環(huán)境數(shù)據(jù)；以智能化數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)為支撐，包括產(chǎn)品知識圖譜構(gòu)建、數(shù)字孿生主動數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)修復(fù)技術(shù)、知識進(jìn)化、數(shù)據(jù)迭代規(guī)律等。產(chǎn)品演化閉環(huán)是指以產(chǎn)品變型升級、適應(yīng)升級、原創(chuàng)升級為基本表現(xiàn)形式的為虛、實產(chǎn)品進(jìn)化的閉環(huán)。產(chǎn)品閉環(huán)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計響應(yīng)時變設(shè)計需求的設(shè)計結(jié)果，產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程完成一個的周期，虛實產(chǎn)品模型進(jìn)化一次。每一次的產(chǎn)品進(jìn)化都必須以數(shù)據(jù)閉環(huán)和設(shè)計閉環(huán)為基礎(chǔ)，因此產(chǎn)品演化閉環(huán)是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程模型的核心閉環(huán)，也是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計成果的表現(xiàn)形式。

綜合產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程模型的多層次閉環(huán)結(jié)構(gòu)及其核心內(nèi)容，凝練產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計表現(xiàn)出來的3個顯著特征：自適應(yīng)設(shè)計過程“感知—決策—執(zhí)行”的多層級閉環(huán)反饋，產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)驅(qū)動，設(shè)計過程在線協(xié)同、即時交互。

(1)多層級閉環(huán)反饋特點體現(xiàn)自適應(yīng)設(shè)計過程“感知—決策—執(zhí)行”的閉環(huán)迭代。在產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程主模型中按照不同顏色箭頭方向及圓圈可以清晰顯示出多級閉環(huán)的特征，即數(shù)據(jù)迭代閉環(huán)、設(shè)計迭代閉環(huán)和產(chǎn)品迭代閉環(huán)。同時，多層級閉環(huán)反饋也是自適應(yīng)設(shè)計方法的一個重要研究內(nèi)容，該特征通過設(shè)計過程的產(chǎn)品模型和過程模型的自適應(yīng)變化來體現(xiàn)自適應(yīng)設(shè)計方法能夠適應(yīng)外部因素的變化。

(2)數(shù)據(jù)驅(qū)動特點體現(xiàn)自適應(yīng)設(shè)計過程的多個設(shè)計環(huán)節(jié)都依靠數(shù)據(jù)來分析處理，用戶的需求決策、產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)決策、設(shè)計創(chuàng)新決策等都依靠數(shù)據(jù)來驅(qū)動定制的工具輔助決策。決策后產(chǎn)生的新數(shù)據(jù)會反饋回上一設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗，并評價前后設(shè)計環(huán)節(jié)的合理性和正確性，使得不同設(shè)計環(huán)節(jié)具有相互適應(yīng)性，同時也通過數(shù)據(jù)的變化來調(diào)控設(shè)計環(huán)節(jié)中不同設(shè)計任務(wù)的進(jìn)度及優(yōu)化。

(3)在線協(xié)同、即時交互特點體現(xiàn)自適應(yīng)設(shè)計充分利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和工具，應(yīng)對各種復(fù)雜產(chǎn)品的多任務(wù)設(shè)計，同時設(shè)計人員可利用各種在線操作工具進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同辦公，對產(chǎn)品設(shè)計全過程進(jìn)行有效管控，設(shè)計任務(wù)之間能夠自適應(yīng)，使得企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊、人與人之間的協(xié)作更加高效，及時有效地解決設(shè)計過程中的矛盾和沖突。

2.2 產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計運作邏輯

基于產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程模型，結(jié)合工程實際驗證分析自適應(yīng)設(shè)計運作邏輯，形成自適應(yīng)設(shè)計的運作邏輯視圖，如圖2所示。

自適應(yīng)設(shè)計系統(tǒng)分為全生命周期數(shù)據(jù)支持、數(shù)據(jù)分析與決策、需求分析、產(chǎn)品適應(yīng)性智能設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計適應(yīng)性評價、產(chǎn)品設(shè)計項目與流程自適應(yīng)組織6個部分，各部分之間存在數(shù)據(jù)、設(shè)計知識、設(shè)計需求的信息傳遞與交互關(guān)系。自適應(yīng)設(shè)計運作邏輯視圖中，各部分的主要功能及實施方法總結(jié)如下：

(1)生命周期數(shù)據(jù)支持 在產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計系統(tǒng)的全生命周期數(shù)據(jù)感知模塊中，可實現(xiàn)海量制造大數(shù)據(jù)治理、多源異構(gòu)制造大數(shù)據(jù)融合修復(fù)，以及多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一表達(dá)等基本功能。其通過對產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、仿真數(shù)據(jù)庫、試驗數(shù)據(jù)庫、運維數(shù)據(jù)庫等產(chǎn)品多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)抽取與冗余清除、增量式真值發(fā)現(xiàn)和面向語義、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、描述等多維度沖突消解等方法，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表示、高效組織方法和以實體為中心的元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化表達(dá)方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的規(guī)范組織。

(2)數(shù)據(jù)分析與決策 在全生命周期數(shù)據(jù)感知基礎(chǔ)上，實現(xiàn)全類型制造大數(shù)據(jù)分析與可視化以及基于大數(shù)據(jù)挖掘的設(shè)計知識發(fā)現(xiàn)。其通過多決策分類器和特征重要度排序方法，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)樣本屬性和資源的智能關(guān)聯(lián)及數(shù)據(jù)層、特征層以及模式層多源數(shù)據(jù)融合；并通過抽樣加速可視化和多分辨率層次壓縮等多種高效數(shù)據(jù)處理算法，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)可視化。同時，集成學(xué)習(xí)的特征選擇和深度置信網(wǎng)絡(luò)；實現(xiàn)多模態(tài)多應(yīng)用的自適應(yīng)設(shè)計主題模型構(gòu)建方法，并建立覆蓋產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測、參數(shù)優(yōu)化、風(fēng)險評價以缺陷分析等主題模型，實現(xiàn)設(shè)計知識的獲取。

(3)需求分析 產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計系統(tǒng)的需求分析主要包括基于全生命周期數(shù)據(jù)的設(shè)計需求發(fā)現(xiàn)、需求管理以及需求鏈的生成與管理。在需求獲取功能中，基于圖網(wǎng)模型建立動態(tài)產(chǎn)品需求圖譜表征理論，實現(xiàn)需求的合理表征，并基于語義聚類和共指消解技術(shù)，建立需求關(guān)鍵詞、需求關(guān)系和屬性抽取和信息融合模型，實現(xiàn)多源異構(gòu)產(chǎn)品需求數(shù)據(jù)獲取與集成。產(chǎn)品設(shè)計需求圖譜關(guān)系復(fù)雜、矛盾沖突以及不確定性等問題，基于節(jié)點相似度等實體匹配方法、密度—峰值法等實體聚類算法，實現(xiàn)動態(tài)產(chǎn)品需求圖譜優(yōu)化。通過圖譜反向推測算法和關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，形成非完備設(shè)計需求精確識別。同時，通過技術(shù)進(jìn)化理論、數(shù)據(jù)挖掘算法等，構(gòu)建全生命周期設(shè)計需求向產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)映射。

(4)產(chǎn)品適應(yīng)性智能設(shè)計技術(shù) 該模塊可實現(xiàn)多源需求感知的產(chǎn)品全生命周期設(shè)計分析、產(chǎn)品性能多目標(biāo)參數(shù)設(shè)計優(yōu)化、產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)方案自適應(yīng)設(shè)計、設(shè)計產(chǎn)品原理創(chuàng)新設(shè)計探索的基本功能。通過對制造過程數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生的產(chǎn)品制造/裝配性進(jìn)行分析，可實現(xiàn)產(chǎn)品維護(hù)性分析；同時，構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期權(quán)衡評價模型，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期綜合設(shè)計分析技術(shù)；還可實現(xiàn)多源需求感知的產(chǎn)品全生命周期設(shè)計分析；模塊中包含產(chǎn)品失效模式與效應(yīng)分析、故障預(yù)測子模塊，可實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的故障診斷和預(yù)測；為實現(xiàn)參數(shù)設(shè)計優(yōu)化，模塊通過對設(shè)計變量與性能關(guān)聯(lián)強(qiáng)度計算和基于敏感度和信息熵的關(guān)聯(lián)類型識別，建立產(chǎn)品性能多目標(biāo)參數(shù)設(shè)計優(yōu)化模型，并通過智能算法實現(xiàn)了多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化模型等求解；最后，模塊可實現(xiàn)基于公理化設(shè)計和發(fā)明問題解決理論的產(chǎn)品原理方案設(shè)計以及研究基于信息公理和物場分析的產(chǎn)品原理方案評價，支持產(chǎn)品原理方案的優(yōu)選。

(5)產(chǎn)品設(shè)計適應(yīng)性評價 通過構(gòu)建產(chǎn)品模型成熟度指標(biāo)體系以及產(chǎn)品各域數(shù)字孿生模型和總體數(shù)字孿生模型成熟度評價，解決產(chǎn)品優(yōu)化決策的問題。同時綜合考慮功能、性能、結(jié)構(gòu)、制造、運維的產(chǎn)品適應(yīng)性評價量化指標(biāo)體系，可實現(xiàn)對產(chǎn)品關(guān)于全生命周期多樣化需求及其變化的適應(yīng)性的定量描述。此外，該功能模塊中，通過產(chǎn)品參數(shù)、配置/架構(gòu)、原理方案3個層次的適應(yīng)性指標(biāo)合成評價方法，滿足產(chǎn)品多樣化動態(tài)需求。具體包括產(chǎn)品參數(shù)適應(yīng)性評價方法、產(chǎn)品配置/架構(gòu)適應(yīng)性評價方法、產(chǎn)品原理方案適應(yīng)性評價方法。最后，通過模糊集、灰色關(guān)聯(lián)分析，以及面向自適應(yīng)設(shè)計過程的指標(biāo)動態(tài)配置、數(shù)據(jù)自動清洗、可變權(quán)重分析等方法，最終實現(xiàn)產(chǎn)品適應(yīng)性評價。

(6)產(chǎn)品設(shè)計項目與流程自適應(yīng)組織 多主體在線交互協(xié)同設(shè)計流程建模、在線交互協(xié)同設(shè)計過程感知、在線交互協(xié)同設(shè)計過程決策、在線設(shè)計沖突與消解等是該模塊具備的基本功能。設(shè)計流程建模主要面向設(shè)計過程多主體、多模式、多層次、多階段、多因素控制的特點，根據(jù)應(yīng)用場景設(shè)定分支、判斷，融合、調(diào)用仿真、故障分析等組件，根據(jù)實際應(yīng)用場景綁定實體、屬性以及各種條件關(guān)系，實現(xiàn)設(shè)計過程的建模與仿真。設(shè)計過程感知則通過設(shè)計過程知識語義建模需求分析、設(shè)計過程知識可重用性優(yōu)化、封裝可配置知識組件等方法和技術(shù)，揭示和表達(dá)設(shè)計需求與設(shè)計流程及其內(nèi)部單元之間的映射關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)基于知識流的設(shè)計過程知識語義建模。此外，通過組織內(nèi)、組織外設(shè)計領(lǐng)域知識獲取技術(shù)，實現(xiàn)研究對象設(shè)計領(lǐng)域的知識獲取與感知。通過基于模糊理論的評價向量矩陣模糊變換策略的多層次、多目標(biāo)方案模糊綜合評價模型和相關(guān)算法，實現(xiàn)設(shè)計多過程活動執(zhí)行方案評價。最后，通過設(shè)計過程的沖突檢測、約束消解技術(shù)，事例和規(guī)則消解技術(shù)，協(xié)商消解技術(shù)，以及轉(zhuǎn)換沖突消解策略方法，實現(xiàn)設(shè)計過程中項目與流程組織的自適應(yīng)。

3 產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

為體現(xiàn)產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計中自適應(yīng)設(shè)計過程“感知—決策—執(zhí)行”的多層級閉環(huán)反饋，產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)驅(qū)動，設(shè)計過程在線協(xié)同、即時交互的3大典型特征，圍繞數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)、自適應(yīng)設(shè)計決策技術(shù)、協(xié)同設(shè)計與過程管控技術(shù)3項關(guān)鍵技術(shù)，展開相關(guān)基礎(chǔ)理論分析和技術(shù)實現(xiàn)分析，作為研發(fā)產(chǎn)品自適應(yīng)在線交互設(shè)計技術(shù)平臺的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動

數(shù)據(jù)驅(qū)動包括數(shù)據(jù)驅(qū)動控制和數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測、決策兩部分。數(shù)據(jù)驅(qū)動控制一般是指數(shù)據(jù)到控制器設(shè)計的控制理論和方法；數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測、決策指利用受控系統(tǒng)(產(chǎn)品)的在線和離線數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)(產(chǎn)品)的基于數(shù)據(jù)的預(yù)報、評價、調(diào)度、監(jiān)控、診斷、決策和優(yōu)化等各種期望功能[16]。數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計的核心在于數(shù)據(jù)，其基本原理是將數(shù)據(jù)挖掘方法的流程應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計過程，使產(chǎn)品設(shè)計完全依賴于數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，避免經(jīng)驗性、不確定性的決策引起產(chǎn)品設(shè)計的失敗。

本文基于產(chǎn)品公理化設(shè)計的基本概念論述[17-18]，遵循設(shè)計過程的劃分方式，分為需求域、功能域、物理域、過程域，同時將數(shù)據(jù)驅(qū)動原理融入設(shè)計過程中。產(chǎn)品設(shè)計的起點是需求，新需求的產(chǎn)生是產(chǎn)品設(shè)計的根本驅(qū)動力，因此尋找有價值的新需求數(shù)據(jù)并進(jìn)行量化，是驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵，于是由新需求數(shù)據(jù)構(gòu)建出基于公理化設(shè)計的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計過程原理模型，如圖3所示。

模型的頂層和底層分別是數(shù)據(jù)層和知識庫，用來支持中間部分的產(chǎn)品設(shè)計過程。數(shù)據(jù)層里的新需求可用符號ΔNR表示，包括新功能需求、新性能需求、新結(jié)構(gòu)需求、新經(jīng)濟(jì)需求、新可靠性需求、新維修性需求和待增加的新類型需求。模型表達(dá)了數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計從一個域到另一個域的映射，新需求數(shù)據(jù)和知識庫依次驅(qū)動需求域CR、功能域FR、物理域DP和過程域PV的分析。常用方法是建立兩個域數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)矩陣[19-21]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類、特征的生成與轉(zhuǎn)換[22]，另需要采用恰當(dāng)?shù)乃惴╗23]，經(jīng)過多目標(biāo)多任務(wù)及多步驟的操作過程實現(xiàn)映射。當(dāng)某一個域中出現(xiàn)變量參數(shù)間沖突或矛盾時，返回上一個域進(jìn)行變更設(shè)計[24]。變更設(shè)計的過程是自適應(yīng)設(shè)計過程的重要研究內(nèi)容，形成多層級反饋閉環(huán)的特征，充分體現(xiàn)自適應(yīng)設(shè)計的特點。數(shù)據(jù)驅(qū)動方法在自適應(yīng)設(shè)計模式里體現(xiàn)在數(shù)據(jù)分析與決策、需求分析、產(chǎn)品自適應(yīng)智能設(shè)計技術(shù)、設(shè)計過程組織與管控、設(shè)計方案評價模塊，貫穿整個自適應(yīng)設(shè)計過程。

數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)在產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計集成技術(shù)平臺上的實施，是由數(shù)據(jù)資源層來驅(qū)動業(yè)務(wù)服務(wù)層，業(yè)務(wù)服務(wù)層里的各技術(shù)工具群對產(chǎn)品設(shè)計過程的相關(guān)業(yè)務(wù)展開數(shù)據(jù)驅(qū)動、實時交互、在線管控、閉環(huán)管理，最終得到產(chǎn)品最優(yōu)設(shè)計方案或產(chǎn)品數(shù)字模型，其技術(shù)體系如圖4所示。

數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)主要在業(yè)務(wù)服務(wù)層實施，業(yè)務(wù)包含自適應(yīng)設(shè)計過程中分解和產(chǎn)生的任務(wù)、協(xié)同管控的任務(wù)等。業(yè)務(wù)服務(wù)層由數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)工具群、知識管理工具群、自適應(yīng)在線交互設(shè)計服務(wù)技術(shù)群、自適應(yīng)設(shè)計求解技術(shù)群、在線協(xié)同設(shè)計服務(wù)技術(shù)群5個技術(shù)群組成。每個群里都包含業(yè)務(wù)和相應(yīng)的技術(shù)工具，如工具有需求識別工具、數(shù)據(jù)融合工具、數(shù)據(jù)挖掘工具等。群里的業(yè)務(wù)之間是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動與反饋的相互作用，群與群之間是一種支持和調(diào)用的關(guān)系。技術(shù)工具群是依據(jù)業(yè)務(wù)需要研發(fā)出的專門技術(shù)工具，且工具的精準(zhǔn)度和良好運行可以極大地提升產(chǎn)品設(shè)計過程的效率和設(shè)計質(zhì)量，因此探索數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)是自適應(yīng)設(shè)計方法中重要且基礎(chǔ)的一環(huán)，能夠較好地解決企業(yè)的數(shù)據(jù)/知識與設(shè)計業(yè)務(wù)融用不足問題。隨著研究團(tuán)隊對數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的深入研究，后續(xù)還會研發(fā)出更多實用的工具。

3.2 自適應(yīng)設(shè)計決策

產(chǎn)品設(shè)計過程由一系列復(fù)雜和創(chuàng)造性的活動組成，一般難以完全預(yù)定義設(shè)計過程的所有活動，可見設(shè)計過程的分析必須是動態(tài)、可修改的。同時，設(shè)計過程中存在多個設(shè)計階段和設(shè)計重要節(jié)點需要做出正確設(shè)計決策。

依據(jù)自適應(yīng)系統(tǒng)控制原理[25]，獲取系統(tǒng)(研究對象)的輸入輸出及相關(guān)狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息，對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和性能指標(biāo)進(jìn)行計算識別，然后根據(jù)識別結(jié)果與系統(tǒng)指標(biāo)的要求進(jìn)行比較，確定相應(yīng)的控制策略，最后依據(jù)控制策略采用修正工具對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)或狀態(tài)進(jìn)行修正或調(diào)節(jié)。由此原理，自適應(yīng)設(shè)計控制策略是依據(jù)活動的結(jié)果或指標(biāo)要求，與預(yù)設(shè)的指標(biāo)參數(shù)(比如閾值)進(jìn)行比較，對前一個活動相關(guān)參數(shù)或狀態(tài)進(jìn)行修正或調(diào)整，以求后續(xù)相關(guān)設(shè)計活動達(dá)到最佳的效果。

通常自適應(yīng)控制中需要一個控制器，確定一個或多個合理的過程指標(biāo)值，稱為閾值。此處，閾值是指設(shè)計過程中產(chǎn)品模型指標(biāo)與設(shè)計參數(shù)或過程變量參數(shù)的關(guān)聯(lián)程度[26]，閾值有相關(guān)度、相似度、依賴度、達(dá)成度等。例如確定不同產(chǎn)品的指標(biāo)與設(shè)計參數(shù)的相關(guān)程度或產(chǎn)品指標(biāo)與設(shè)計參數(shù)的依賴關(guān)系程度，通過分析依賴度判定影響不同產(chǎn)品指標(biāo)任務(wù)中的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)，對關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整，為產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型構(gòu)建和適應(yīng)性方向提供依據(jù)?；陂撝悼刂破鞯摹靶枨蟆δ堋弊赃m應(yīng)設(shè)計分析，如圖5所示。

自適應(yīng)機(jī)制是根據(jù)期望的閾值范圍來對循環(huán)任務(wù)節(jié)點的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整，同時借助一定的資源和工具使得設(shè)計過程中所有任務(wù)合理順利進(jìn)行。任務(wù)之間的自適應(yīng)是研發(fā)人員借助計算機(jī)平臺開發(fā)的工具使得任務(wù)之間反復(fù)循環(huán)迭代來實現(xiàn)，任務(wù)之間的矛盾或沖突的解決通過最終的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型或設(shè)計方案的相關(guān)評價指標(biāo)進(jìn)行判定[27-28]，其中，產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)方案里功能單元與結(jié)構(gòu)單元之間的自適應(yīng)匹配是自適應(yīng)設(shè)計研究的一個重點內(nèi)容。此外，產(chǎn)品適應(yīng)性動態(tài)評價方法及指標(biāo)為產(chǎn)品設(shè)計方案的決策提供支持。該評價方法利用搜集的需求與設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析、依賴性分析與適應(yīng)性設(shè)計，利用評價指標(biāo)的相似度、相關(guān)度、依賴度、達(dá)成度指標(biāo)對產(chǎn)品方案可適應(yīng)性進(jìn)行評價，體現(xiàn)了產(chǎn)品方案對需求指標(biāo)的適應(yīng)性[29]。

產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計決策是設(shè)計過程迭代閉環(huán)的重要環(huán)節(jié)，既是連接數(shù)據(jù)知識與具體設(shè)計任務(wù)的橋梁，也是決定實施產(chǎn)品創(chuàng)新方式在自適應(yīng)設(shè)計中參數(shù)層、配置層及原理層決策的扳道機(jī)。

參數(shù)層決策是通過構(gòu)建產(chǎn)品適應(yīng)性的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型，進(jìn)行基于智能算法的產(chǎn)品性能適應(yīng)性高效求解，實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)層優(yōu)化；配置層決策是通過采用產(chǎn)品功能模塊的創(chuàng)建/消除、組合/分解以及變異/進(jìn)化等方法，實現(xiàn)產(chǎn)品方案配置層優(yōu)化；原理層決策是通過多領(lǐng)域統(tǒng)一建模方法，實現(xiàn)設(shè)計原理層決策的探索。如圖6所示，在產(chǎn)品設(shè)計變更傳播路徑的自適應(yīng)決策演變下，可以演化出參數(shù)層決策、配置層決策和原理層決策3個方向的自適應(yīng)設(shè)計。該技術(shù)通過研發(fā)出設(shè)計變更傳播決策工具、產(chǎn)品性能多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化工具、產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)方案自適應(yīng)評價工具、產(chǎn)品原理創(chuàng)新探索工具等來實現(xiàn)，能夠從3個層次較好地解決產(chǎn)品設(shè)計適應(yīng)性差問題。

設(shè)計的最小顆粒度是設(shè)計參數(shù)，任何的功能、行為、結(jié)構(gòu)、工藝等變更都要歸于參數(shù)的修改，對參數(shù)變化的預(yù)測與管理是設(shè)計變更的核心，因此設(shè)計變量與功能參數(shù)、性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)等之間關(guān)系的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度、相似度、依賴度作為復(fù)雜產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程進(jìn)行決策的重要閾值，在后面設(shè)計階段的產(chǎn)品方案適應(yīng)性評價或設(shè)計變更決策過程中需要使用這些閾值作為評判值。當(dāng)功能需求變化引起產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變動的問題，通過建立功能結(jié)構(gòu)單元自適應(yīng)劃分優(yōu)化模型，揭示功能需求變化引起的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的變動程度，實現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)功能結(jié)構(gòu)單元劃分方案；另外，當(dāng)功能結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不確定、冗余的問題時，建立基于模糊數(shù)學(xué)的關(guān)聯(lián)相似度計算模型，構(gòu)建不確定功能需求信息轉(zhuǎn)換映射機(jī)制，實現(xiàn)功能域到結(jié)構(gòu)域的模糊自適應(yīng)匹配；當(dāng)產(chǎn)品方案適應(yīng)性評價不合理時，返回上一級分析任務(wù)，修改閾值，重新進(jìn)行適應(yīng)性分析，開展產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計目標(biāo)設(shè)定，利用公理化設(shè)計理論與TRIZ理論對產(chǎn)品進(jìn)行需求功能原理分析及評價確定最佳方案。

產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計決策技術(shù)實施的關(guān)鍵點是要決定設(shè)計迭代方向和范圍，建立設(shè)計變更傳播機(jī)制及評價指標(biāo)體系，提出產(chǎn)品設(shè)計變更路徑方案優(yōu)選方法，提高設(shè)計變更響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性是產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的一個優(yōu)勢。

3.3 協(xié)同控制

根據(jù)協(xié)同原理所述[30-32]，系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)由系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)的協(xié)同作用決定，協(xié)同得好，系統(tǒng)的整體性功能就好。若將產(chǎn)品設(shè)計過程看作一個系統(tǒng)，則設(shè)計過程的不同階段、不同層次的設(shè)計任務(wù)可看作是子系統(tǒng)，此外，人、組織、環(huán)境等也可以看作是設(shè)計過程里的子系統(tǒng)[33]。以產(chǎn)品設(shè)計過程中各子系統(tǒng)發(fā)生的協(xié)同問題作為研究對象，通過研發(fā)的協(xié)同技術(shù)和協(xié)同機(jī)制使得各子系統(tǒng)相互協(xié)作，消解沖突，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計效率高、質(zhì)量好、周期短的目標(biāo)。

用戶需求分析是產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的起點，用戶需求的分解是產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程的基礎(chǔ)，任務(wù)來自需求的分解，然后映射到產(chǎn)品功能需求分解，以全生命周期數(shù)據(jù)為支撐，依照需求分解和滿足需求對任務(wù)執(zhí)行分解、分配、調(diào)度及優(yōu)化，從而形成協(xié)同設(shè)計的任務(wù)層次。由此構(gòu)建圖7來展示自適應(yīng)設(shè)計過程中不同設(shè)計階段、數(shù)據(jù)、任務(wù)之間的流程、時序和層次存在的協(xié)同關(guān)系。

模型中過程維分用戶域、功能域、物理域和過程域，分別對應(yīng)CR、FR、DP和PV；數(shù)據(jù)維上的環(huán)境數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、需求數(shù)據(jù)、功能數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等，是支持CR→FR→DP→PV的分析過程；任務(wù)維上對應(yīng)的是設(shè)計階段，包括需求任務(wù)書、概念設(shè)計方案、產(chǎn)品功能模塊、制造裝配。從需求任務(wù)書階段中的一個總需求分解多個(圖中顯示3個)需求，多個不同需求分別或共同驅(qū)動概念設(shè)計方案中的多個分析任務(wù)，多個不同的分析任務(wù)對應(yīng)生成多個不同的產(chǎn)品功能模塊，不同的產(chǎn)品功能模塊對應(yīng)不同零部件的裝配仿真任務(wù)。任務(wù)維與過程維的對應(yīng)關(guān)系在圖中是“需求任務(wù)書—用戶域”、“概念設(shè)計方案—功能域”、“產(chǎn)品功能模塊—物理域”、“制造裝配—過程域”。任務(wù)維與數(shù)據(jù)維的對應(yīng)關(guān)系是各個設(shè)計階段中的分任務(wù)對應(yīng)所需的各類數(shù)據(jù)支持，另外顯示不同階段的任務(wù)存在反饋，意指兩任務(wù)之間數(shù)據(jù)知識的自適應(yīng)。

在論述產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計的內(nèi)涵與特征時可知設(shè)計過程需要進(jìn)行協(xié)同與管控。協(xié)同意味著多主體(設(shè)計人員、管理人員、制造人員等)交互協(xié)同設(shè)計中建模指令協(xié)同、建模數(shù)據(jù)協(xié)同、協(xié)同歷史可回溯、協(xié)同權(quán)限管理、協(xié)同版本管理等關(guān)鍵內(nèi)容；管控意味著對設(shè)計過程進(jìn)行分配任務(wù)、授權(quán)、消除沖突等管理。對復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程而言，存在需求、設(shè)計、制造、維護(hù)等多主體交互協(xié)同設(shè)計的需求。同時，產(chǎn)品在研發(fā)過程中也存在過程不確定性、人員交互頻繁、業(yè)務(wù)、權(quán)限復(fù)雜、響應(yīng)慢等問題，需要對設(shè)計過程中的多過程、多主體、多流程、多知識進(jìn)行及時合理的調(diào)度和控制，使得設(shè)計任務(wù)滿足自適應(yīng)，因此需要突破多主體交互協(xié)同設(shè)計技術(shù)和過程管控技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程的多元設(shè)計知識融合、多主體協(xié)同、流暢交互設(shè)計及設(shè)計任務(wù)的精準(zhǔn)管控，為企業(yè)提供相適應(yīng)的設(shè)計與管理服務(wù)，顯著提升產(chǎn)品研發(fā)的效率和質(zhì)量。結(jié)合協(xié)同設(shè)計環(huán)境、協(xié)同規(guī)則與權(quán)限的定義[34]，從協(xié)同設(shè)計流程、協(xié)同設(shè)計過程決策、協(xié)同設(shè)計過程感知、設(shè)計沖突與消解4個方面的技術(shù)構(gòu)建來支撐多主體交互協(xié)同設(shè)計過程的調(diào)度與控制，如圖8所示。

本文在協(xié)同設(shè)計工具研發(fā)中調(diào)研實時通信架構(gòu)，搭建WebSocket的方案以及數(shù)據(jù)傳輸驗證，滿足實時數(shù)據(jù)通信的要求，也研發(fā)出三維模型輕量化瀏覽工具、在線三維智能搜索工具、在線協(xié)同設(shè)計評審工具等，形成網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計工具集，并集成到產(chǎn)品自適應(yīng)在線交互設(shè)計平臺。同時研究基于Windows/Andriod/iOS等平臺的跨平臺部署和協(xié)同技術(shù)，支持多用戶共享同一顯示場景，并能進(jìn)行相互操作，支持多用戶語音和視頻交流。在設(shè)計過程管控中分析不同設(shè)計過程之間的內(nèi)容關(guān)聯(lián)性、邏輯約束性和進(jìn)度可調(diào)性，利用啟發(fā)式智能計算技術(shù)，研究多過程活動執(zhí)行方案綜合評判決策方法，實現(xiàn)活動執(zhí)行過程多方案遞階優(yōu)化決策機(jī)制，進(jìn)而研發(fā)出沖突消解管理及管控工具。

4 設(shè)計案例：螺旋輸送機(jī)

螺旋輸送機(jī)是土壓平衡盾構(gòu)的重要組成部件，如圖9所示，其主要由螺旋軸、筒體、驅(qū)動裝置、閘門等機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)組成結(jié)構(gòu)的不同，可以將螺旋輸送機(jī)分為不同種類，例如，根據(jù)其葉片形式不同，可將其分為帶式和軸式；根據(jù)驅(qū)動方式不同，可將其分為中心驅(qū)動式和周邊驅(qū)動式。但不同種類的螺旋輸送機(jī)均具備“排”(輸送渣土)、“塞”(通過螺旋機(jī)內(nèi)形成的土塞作用，建立土倉內(nèi)的壓力)、“調(diào)”(調(diào)整排渣速度，實現(xiàn)土倉的動態(tài)土壓平衡)三大基本功能。

由于隧道類型不同、地質(zhì)條件不同，設(shè)計者需針對不同的工況需求開發(fā)出不同型號的螺旋輸送機(jī)，為了提高產(chǎn)品設(shè)計的適應(yīng)性，現(xiàn)以中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司的螺旋輸送機(jī)產(chǎn)品設(shè)計為例，進(jìn)行產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計技術(shù)的實現(xiàn)。

傳統(tǒng)螺旋輸送機(jī)設(shè)計流程如圖10所示，雖然企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用了設(shè)計過程管理軟件和部分?jǐn)?shù)字化設(shè)計工具，但是主要設(shè)計過程仍為人工設(shè)計、計算和校核，各部門數(shù)據(jù)分散、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，設(shè)計過程管理松散，設(shè)計效率有很大提升空間。

結(jié)合螺旋輸送機(jī)一般傳統(tǒng)的設(shè)計流程[35]，參考產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計模式圖，構(gòu)建該產(chǎn)品的自適應(yīng)設(shè)計過程，具體設(shè)計模式如圖11所示。

模式圖結(jié)構(gòu)主體為一個數(shù)據(jù)支撐(驅(qū)動)基座和7個設(shè)計階段層；左側(cè)為自適應(yīng)評價、自適應(yīng)決策、在線交互協(xié)同設(shè)計管控和設(shè)計知識/模型智能推送功能模塊；右側(cè)為支持7個設(shè)計階段層運行的定制工具模塊及產(chǎn)品模型成熟度自適應(yīng)評價模塊。7個設(shè)計階段層的空間位置差異表達(dá)了產(chǎn)品設(shè)計過程中不同設(shè)計階段層能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的協(xié)同性及反饋，從而提升設(shè)計效率，也顯示出螺旋輸送機(jī)設(shè)計的主要流程及設(shè)計階段層里主要設(shè)計任務(wù)的次序。數(shù)據(jù)支撐(驅(qū)動)基座表示采集存儲了大量螺旋輸送機(jī)產(chǎn)品在不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)里的多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，如工程地質(zhì)數(shù)據(jù)、招標(biāo)文件、制造數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)、運維服務(wù)數(shù)據(jù)、用戶特殊需求等，為驅(qū)動7個產(chǎn)品設(shè)計階段層運行提供數(shù)據(jù)及知識服務(wù)。

結(jié)合國家重點研發(fā)計劃網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造和智能工廠專項產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計技術(shù)平臺研發(fā)項目的研究成果，通過產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計平臺實現(xiàn)上述螺旋輸送機(jī)的自適應(yīng)設(shè)計。產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺的基本架構(gòu)如圖12所示。

產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺的功能，需要綜合多個產(chǎn)品設(shè)計工具的子功能集成實現(xiàn)?，F(xiàn)對產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺中，設(shè)計知識需求挖掘工具、自適應(yīng)在線設(shè)計過程建模工具、產(chǎn)品功制造性裝配性分析工具、基于設(shè)計約束網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計決策工具等具備典型特征的工具進(jìn)行功能和效果介紹。

(1)設(shè)計知識需求挖掘工具與設(shè)計知識建模工具，該工具具備基于大數(shù)據(jù)的設(shè)計需求挖掘功能，知識平臺的核心工具之一。通過設(shè)計任務(wù)書、招標(biāo)文件等多種設(shè)計輸入文件的導(dǎo)入，實現(xiàn)需求的挖掘提取，以及條目化的設(shè)計需求管理，如圖13所示。如招標(biāo)文件中的客戶、產(chǎn)品類別、交貨日期、工程條件、工程難點等設(shè)計需求信息。與此同時，提取出的設(shè)計知識可以構(gòu)建為設(shè)計知識圖譜的形式，實現(xiàn)設(shè)計知識的格式化管理和基于節(jié)點的知識推理。

(2)產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計流程建模工具包含設(shè)計流程建模模板庫，具備產(chǎn)品設(shè)計過程自適應(yīng)組織建模、基于當(dāng)前設(shè)計環(huán)節(jié)的設(shè)計任務(wù)激活功能，是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程自適應(yīng)的關(guān)鍵工具，如圖14所示。設(shè)計需求產(chǎn)生后，在設(shè)計執(zhí)行前，可根據(jù)需求特征自適應(yīng)組織設(shè)計流程，同時可以構(gòu)建設(shè)計流程要素間的設(shè)計文件交互關(guān)系。設(shè)計流程模型構(gòu)建后，隨著設(shè)計的推進(jìn)，其可以根據(jù)當(dāng)前設(shè)計任務(wù)，匹配下一步流程，并輸出當(dāng)前設(shè)計任務(wù)的設(shè)計結(jié)果文件，如圖15所示。

(3)平臺可依據(jù)工作流調(diào)用，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制造性裝配性分析工具。該工具具備對設(shè)計完成的三維模型結(jié)構(gòu)性能評估的功能，如圖16所示，能夠輔助設(shè)計工程師在產(chǎn)品研發(fā)階段就考慮設(shè)計的可制造性和可裝配性問題，利用工藝知識規(guī)則對產(chǎn)品的可制造性以及可裝配性進(jìn)行分析和檢查并輸出評價修改建議，從而提前發(fā)現(xiàn)問題，避免后期制造階段不必要的更改，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

(4)設(shè)計屬性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建模及自適應(yīng)決策工具，該工具具備產(chǎn)品功能—結(jié)構(gòu)—參數(shù)設(shè)計信息的可視化建模功能，以及基于變更需求的參數(shù)變更方案自適應(yīng)決策功能，如圖17所示。通過對產(chǎn)品設(shè)計知識的提取，將產(chǎn)品的功能信息、結(jié)構(gòu)信息、參數(shù)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)建模，通過模型的可視化可明確參數(shù)信息變更后影響的產(chǎn)品功能、產(chǎn)品零部件；同時，該模塊可實現(xiàn)參數(shù)變更需求下，基于參數(shù)公式、參數(shù)約束的參數(shù)值自動化計算，結(jié)合參數(shù)變更方案代價計算方法，實現(xiàn)最優(yōu)變更方案智能決策。

產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺，面向產(chǎn)品設(shè)計過程，實現(xiàn)了設(shè)計工具與設(shè)計階段的高度融合和適配，為螺旋輸送機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計提供了底層方法與技術(shù)支撐，保證了設(shè)計方法的先進(jìn)性、設(shè)計過程的動態(tài)適應(yīng)性，進(jìn)而實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計的閉環(huán)。產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺的數(shù)據(jù)知識子平臺中，面向產(chǎn)品全生命周期，融合了數(shù)據(jù)分析工具、知識精準(zhǔn)識別工具、知識動態(tài)推送工具等，形成數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)管控—數(shù)據(jù)利用—數(shù)據(jù)優(yōu)化的全設(shè)計數(shù)據(jù)閉環(huán)管理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)閉環(huán)。同時，產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺，通過對中鐵建工程端的用戶需求分析，融合設(shè)計閉環(huán)及數(shù)據(jù)閉環(huán)中的先進(jìn)方法與技術(shù)，支持螺旋輸送機(jī)升級換代，實現(xiàn)了產(chǎn)品演化迭代閉環(huán)。

具體而言，通過產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺的研發(fā)，傳統(tǒng)常規(guī)設(shè)計階段中，地質(zhì)文件、招標(biāo)文件、客戶需求書等設(shè)計輸入文件，可通過產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計大數(shù)據(jù)分析工具，實現(xiàn)設(shè)計需求的自動提取，進(jìn)而形成設(shè)計輸入表的形式，代替人工對設(shè)計需求文件的翻閱和整理工作，節(jié)省了大量設(shè)計時間。傳統(tǒng)的方案設(shè)計階段中，需根據(jù)功能需求，確定功能結(jié)構(gòu)，進(jìn)而結(jié)合設(shè)計原理，進(jìn)行手動的設(shè)計結(jié)構(gòu)方案匹配，而以方案配置工具為基礎(chǔ)，通過智能匹配算法實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計方案的智能匹配與推送。在傳統(tǒng)的方案評審和設(shè)計評審階段，企業(yè)需組織行業(yè)專家和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行方案評估、設(shè)計評審，而產(chǎn)品適應(yīng)性評價工具，則通過產(chǎn)品設(shè)計方案相似度、達(dá)成度、依賴度和相關(guān)度等指標(biāo)對設(shè)計方案進(jìn)行全面評價，進(jìn)而減少設(shè)計師靠經(jīng)驗判斷帶來的局限性，提高設(shè)計方案的科學(xué)性。傳統(tǒng)的在產(chǎn)品三維設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計師的模型構(gòu)建基于C/S應(yīng)用軟件，協(xié)同響應(yīng)效率低、跨平臺適應(yīng)性差等問題，通過產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺中云CAD平臺，可實現(xiàn)實時在線三維設(shè)計交互，提高設(shè)計信息交互效率，進(jìn)而提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期。

當(dāng)前設(shè)計平臺中收集并存儲了螺旋輸送機(jī)設(shè)計、制造、應(yīng)用等過程的數(shù)據(jù)和知識庫數(shù)據(jù)量約3.3 TB，知識條目1 500條以上；工程應(yīng)用知識庫數(shù)量約0.76 TB，知識條目970條以上；全系列圖紙知識庫數(shù)量約0.5 TB，知識條目2 330條以上；零部件模型庫數(shù)據(jù)量約0.94 TB，知識條目1 530條以上，實現(xiàn)了基于全生命周期數(shù)據(jù)支持的產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計。結(jié)合基于產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計平臺的螺旋輸送機(jī)產(chǎn)品設(shè)計效果及后期機(jī)器的工作情況，面對新需求數(shù)據(jù)形成設(shè)計任務(wù)開始到新產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計方案的完成共計花費約112天，相比同款舊產(chǎn)品的設(shè)計完成時間135天，設(shè)計效率提升約20%，對于企業(yè)節(jié)約設(shè)計成本，提高企業(yè)競爭力具有重要意義。

5 結(jié)束語

本文提出了全周期數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計模式，建立了多層次閉環(huán)反饋產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計過程模型。在此基礎(chǔ)上，分析了自適應(yīng)設(shè)計的要素與特征，構(gòu)建了自適應(yīng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)體系，并開發(fā)了產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計技術(shù)平臺。以螺旋輸送機(jī)為對象，對理論成果進(jìn)行了應(yīng)用驗證。自適應(yīng)在線設(shè)計模式與系統(tǒng)架構(gòu)在新理論、新技術(shù)上的創(chuàng)新，為解決制造業(yè)數(shù)據(jù)涌現(xiàn)、產(chǎn)品個性化和性能波動需求提供了新的設(shè)計范式，初步形成從理念到理論到技術(shù)/方法再到工具支撐的產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計技術(shù)體系。未來將進(jìn)一步探索自適應(yīng)設(shè)計過程方法及關(guān)鍵技術(shù)中存在的難點問題，并完善自適應(yīng)設(shè)計方法中數(shù)據(jù)融合分析與決策流程的相關(guān)運用工具，為產(chǎn)品自適應(yīng)設(shè)計模式的進(jìn)一步完善和關(guān)鍵技術(shù)的落地應(yīng)用提供理論參考和實踐的依據(jù)。

致謝

本文是在國家重點研發(fā)計劃項目“產(chǎn)品自適應(yīng)在線設(shè)計技術(shù)平臺研發(fā)”(2018YFB1701701)的申報書及近期研究工作基礎(chǔ)上總結(jié)完成的。除本文所列作者外，天津大學(xué)顧佩華、華中科技大學(xué)王峻峰、北京航空航天大學(xué)魏巍、浙江大學(xué)高一聰、中國海洋大學(xué)宮會麗、汕頭大學(xué)張健、五邑大學(xué)康獻(xiàn)民都參與了相關(guān)研究工作，為本文提供了很多幫助，在此一并表示感謝。