【摘 要】
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随着用户需求日趋严苛,系统规模不断扩大,系统设计过程复杂性也随之提高。由于系统设计过程复杂性呈现非线性、强耦合性、时变特性和开放性等特征,设计者在设计阶段难以准确判断出总功能的功能实现概率,从而导致不良决策的产生,降低设计效率。根据设计过程复杂性理论（DCC,Design-Centric Complexity）,设计过程复杂性可以用功能的实现概率进行表征。利用设计过程复杂性评价系统总功能的功能实现
【基金项目】
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国家自然科学基金（51975181）；
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随着用户需求日趋严苛,系统规模不断扩大,系统设计过程复杂性也随之提高。由于系统设计过程复杂性呈现非线性、强耦合性、时变特性和开放性等特征,设计者在设计阶段难以准确判断出总功能的功能实现概率,从而导致不良决策的产生,降低设计效率。根据设计过程复杂性理论（DCC,Design-Centric Complexity）,设计过程复杂性可以用功能的实现概率进行表征。利用设计过程复杂性评价系统总功能的功能实现概率需要进行两部分工作:功能元的设计过程复杂性求取以及功能元间的设计过程复杂性合成。文章通过分析设计过程复杂性与功能、参数的映射关系,利用现有系统的数字孪生库对两者的演化机理进行研究。首先应用数字孪生库对系统功能进行参数层面的演化分析,研究基于参数演化的设计过程复杂性的表征方法,进而利用BP神经网络建立了求取功能元设计过程复杂性的设计过程复杂性表征模型;其次依据误差理论提出了设计过程复杂性合成范式,实现了功能元间的设计过程复杂性合成;最终围绕新系统的设计形成了基于数字孪生与DCC理论的参数演化过程模型。主要研究工作包括以下内容:1.设计过程复杂性表征模型。首先根据总功能的系统范围的影响关系进行功能元筛选;其次进行功能模型转换并对其元件进行功能层面的划分,进而利用不同元件在技术系统内的组成提取不同类别的物理量参数;最终根据数字孪生体对物理量参数进行特征转化,获得特征数据集,进而利用BP神经网络建立设计过程复杂性表征模型。2.系统设计过程复杂性合成范式。首先依据误差理论得出设计过程复杂性合成范式;其次利用设计矩阵以及皮尔逊公式计算得到耦合功能元之间的耦合系数,从而得到完整的设计过程复杂性合成范式。3.基于数字孪生与DCC理论的参数演化过程模型。首先利用TRIZ工具对现有产品的问题进行分析与解决,得到迭代方案集;其次对迭代方案集进行排序,并利用设计过程复杂性表征模型以及数字孪生模型求取功能元的设计过程复杂性;最终通过系统设计过程复杂性合成范式求出迭代方案的总功能的功能实现概率。4.散装中药抓药机的创新设计。在粉末状散装中药抓药机数字孪生体的基础上,应用基于数字孪生与DCC理论的参数演化过程模型得到了满足根茎状中药抓药需求的方案;最终根据根茎状散装中药抓药机的方案进行了样机开发,验证了所提设计方法及过程模型的有效性与可行性。
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