本书以针对制造企业数据/知识与设计业务融用不足、产品动态需求适应性差、协同响应设计周期长等现实问题, 围绕数据驱动的产品自适应在线设计模式和架构、制造企业全周期数据处理与知识管理、产品自适应在线交互协同设计等 3 个关键技术问题, 以“数据驱动的产品自适应设计”模式创新应用为主线, 阐明数据涌现和多源需求条件下的产品自适应设计动态演化机理, 研究并陈述了基于设计约束网络的产品自适应设计决策、产品性能多目标参数设计优化、全域异构跨尺度大数据分析融合等关键技术, 建立包括异构数据处理、知识管理、自适应设计、在线交互设计在内的产品自适应在线设计集成技术方法体系, 产品自适应在线交互设计平台, 面向工程机械、特种设备、航天装备三家企业, 开展应用, 提升企业对产品全生命周期动态需求的设计响应能力。
随着新一轮科技革命和产业变革的兴起，以互联网、大数据、云计算等为代表的新一代信息技术加速与工业技术融合，催生了智能制造、网络协同制造等新的制造模式，并在制造企业落地。同时，新一代信息技术也深刻影响着设计模式、技术和工具环境。首先，网络协同设计、众包设计及数据驱动设计先后被提出，尤其是数据驱动设计得到了国内外研究机构的关注。其次，CAD、CAE、CAM等工业研发设计软件和管理软件与云计算、大数据等新技术的结合成为新的热点，软件在架构和应用层面都不断演变。最后，“创新是引领发展的第一动力”。随着智能制造不断深入推进，设计创新成为更多企业主要的价值创造环节，新的设计模式和新的设计工具环境将有更广阔的应用前景，特别是数据驱动的产品自适应设计模式将成为制造企业创新发展非常重要的可选择途径。
本书在分析国内外产品设计理论体系的研究现状，和企业设计平台存在的相关问题基础上，以构建数据驱动的产品自适应设计平台为目标，厘清了产品自适应设计的概念；阐述了产品自适应设计的内涵，并结合企业实际设计情景，探索并构建了产品自适应设计模式及运作逻辑；提出了多源异构数据融合的产品设计知识自适应组织方法，通过多源异构数据融合技术、知识挖掘与管理技术，为产品自适应设计提供数据和知识基础；提出了需求驱动的产品自适应决策技术，论述了设计方案的生成、决策与评估；提出了产品自适应设计的智能设计与优化方法，提供了产品创新设计、概念设计、详细设计、全生命周期设计与分析的多个设计环节的智能设计和分析方法，是对已有设计方法与体系的有益补充；设计并研发了产品自适应设计的支撑环境，为产品自适应设计的实现提供了技术基础。本书共7章内容，介绍了产品自适应设计的相关概念，提出了产品自适应设计的理论体系，阐述了产品自适应、数据与知识自适应、设计求解方法自适应、设计过程自适应的内涵，并详细论述了数据融合、需求决策、智能设计等支撑产品自适应设计实现的方法和技术，可供相关研究者及产品设计领域的从业人员参考。
本书得到国家重点研发计划项目“产品自适应在线设计技术平台研发”（2018
YFB1701700）的支持，是该项目研发应用成果的汇聚，是该项目研发实践团队的群体智慧结晶。希望本书能够“抛砖引玉”，进一步激发和汇聚产品现代设计理论方法领域研究学者与创新实践企业的群体智慧，促进制造业“互联网”研发体系的创新发展。受研究领域、写作时间和作者专业水平所限，相关研究工作还有待继续深入，书中错误和纰漏在所难免，在此恳请读者不吝赐教，以激励和帮助我们继续深入探索产品自适应设计理论研究与实践。
作者
2022年4月于天津大学北洋园
前言
致谢
第1章 绪论1
1.1 产品自适应设计的基本概念2
1.1.1 产品自适应设计的产生2
1.1.2 产品自适应设计的概念5
1.2 产品自适应设计的发展及研究意义7
1.2.1 产品自适应设计的发展7
1.2.2 产品自适应设计的研究意义12
第2章 产品自适应设计的原理14
2.1 产品自适应设计的内涵14
2.1.1 产品自适应15
2.1.2 数据与知识自适应16
2.1.3 设计求解方法自适应18
2.1.4 设计过程自适应20
2.2 产品自适应设计运作逻辑模型22
2.3 产品自适应设计的技术体系25
2.3.1 大数据感知与分析技术25
2.3.2 产品设计方案的生成与评价方法27
2.3.3 设计方案求解与优化方法28
2.3.4 设计过程的协同管控技术30
第3章 多源异构数据融合的产品设计知识自适应组织方法33
3.1 全业务链多源异构数据融合技术33
3.1.1 企业多源异构数据融合的研究现状及技术框架33
3.1.2 多技术集成的全业务链多源异构数据预处理方法37
3.1.3 多源异构数据的融合方法40
3.1.4 面向全类型制造大数据的自定义建模43
3.2 复杂设计知识网络构建与动态维护51
3.2.1 复杂设计知识网络构建需求与目标分析51
3.2.2 复杂设计知识网络构建方法52
3.2.3 复杂设计知识网络模型评价58
3.2.4 复杂设计知识网络动态维护59
3.2.5 复杂设计知识网络构建实例62
3.3 全业务链多源异构数据融合与知识管理67
3.3.1 全业务链多源异构数据采集与处理67
3.3.2 设计知识抽取与表示层构建70
3.3.3 多源异构数据资源与产品设计知识的存储及检索77
3.3.4 产品设计知识空间设计与需求发现78
第4章 设计需求驱动的产品自适应决策技术81
4.1 复杂产品自适应设计信息组织81
4.1.1 产品设计过程中的设计信息组织形式概述81
4.1.2 产品设计信息的组织结构83
4.1.3 产品设计信息的组织方法84
4.2 面向变更需求的产品设计变更的可执行性评估89
4.2.1 产品设计变更特征分析89
4.2.2 面向设计需求的产品适应性分析91
4.2.3 产品设计变更的可执行性评估流程95
4.3 设计需求驱动的产品设计方案决策97
4.3.1 产品设计变更影响传播模式97
4.3.2 产品设计变更影响传播中的冲突识别和消解策略103
4.3.3 产品设计参数变更方案的代价计算107
4.3.4 最低代价驱动的产品设计参数变更方案决策111
4.3.5 产品设计方案决策实例115
4.4 产品适应性动态评价方法121
4.4.1 产品参数适应性动态评价121
4.4.2 产品配置适应性动态评价131
4.4.3 产品方案适应性动态评价139
第5章 智能设计与优化141
5.1 产品原理创新设计探索141
5.1.1 基于集成化设计理论的概念方案创新设计141
5.1.2 基于统一建模的功能样机构建与优化方法145
5.2 产品功能结构方案自适应设计151
5.2.1 产品功能结构单元自适应划分方法151
5.2.2 产品功能结构约束模糊自适应匹配157
5.2.3 产品递归化动态功能结构配置求解162
5.3 产品性能多目标参数优化设计170
5.3.1 产品设计变量与性能关联强度计算170
5.3.2 产品性能多目标参数优化求解算法179
5.3.3 产品性能多目标参数波动稳健优化183
5.4 产品全生命周期设计分析192
5.4.1 制造性和装配性设计分析192
5.4.2 产品维护性分析197
5.4.3 全生命周期成本分析207
第6章 自适应设计支撑环境215
6.1 自适应设计产品建模216
6.1.1 在线三维产品参数化建模216
6.1.2 在线三维产品装配设计218
6.2 在线产品数字化定义220
6.2.1 基于模型的数字化定义220
6.2.2 数字孪生定义226
6.3 基于情境导航的自适应在线设计知识推送技术230
6.3.1 多维度设计情境模型构建方法231
6.3.2 基于用户使用习惯的情境模型更新机制234
6.3.3 基于复杂设计知识网络的知识匹配方法238
6.3.4 面向产品自适应在线设计的知识推送机制241
6.4 在线交互协同设计过程管控245
6.4.1 多主体在线协同设计模式245
6.4.2 在线交互协同设计过程感知248
6.4.3 基于共识度的协同设计知识冲突消解多目标优化方法研究255
6.5 产品自适应在线交互设计平台264
6.5.1 工作空间264
6.5.2 资源空间265
6.5.3 可视化浏览265
6.5.4 三维模型智能搜索266
6.5.5 BOM管理268
6.5.6 项目管理269
6.5.7 在线建模269
6.5.8 流程审批管理270
6.5.9 业务建模272
第7章 产品自适应在线设计技术平台应用277
7.1 赋能工具277
7.2 平台架构327
7.2.1 基于微服务的平台架构总体设计327
7.2.2 平台服务层详细设计329
7.2.3 平台接口设计规范332
7.3 应用效果分析
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