为实现面向订单设计类复杂机电产品的核心平台规划,提出柔性产品平台的模块化再设计集成方法。在分析柔性平台模块类别和映射机理的基础上,建立柔性平台设计的软件支持系统。使用类组件的几何拓扑、物料流、能量流和信息流的流转分析,构建平台设计结构矩阵;采用改进的最小化凸函数算法实现设计结构矩阵的二维空间变换,并引入模糊C均值聚类算法进行聚类运算,快速获得聚类设计结构矩阵;通过聚类中心组件决定模块的属性,避免了综合决策的复杂运算。通过液压支架平台的模块化再设计证明了运算方法的高效性和鲁棒性。

针对系统中存在的设计过程复杂性导致功能需求无法实现的问题,通过分析系统中设计过程复杂性产生的原因,并将其转化为附加效应链,消除系统的附加效应来减小系统的设计过程复杂性。在效应定义的基础上,给出了理想效应和附加效应的定义;分析了设计过程复杂性与附加效应的关系,将表达设计参数和功能需求之间的设计矩阵A扩展为广义设计矩阵A_s,A_s不但表达了设计参数之间的关系,还可以表达超系统对系统的影响;通过功能需求—广义设计矩阵—附加效应之间的关系,建立了基于附加效应的设计过程复杂性分析过程模型。通过一个工程实例验证了该设计过程的科学性。

全局敏感度分析(GSA)是一种在整个设计空间中考虑输入参数的不确定性对输出响应不确定性的影响的敏感度分析方法,且能反映出各参数间的相互作用.复杂机电系统包含大量参数且结构复杂,通过引入全局敏感度分析可以确定各参数对系统输出特性影响大小,从而有助于理解系统响应规律,缩短设计周期.由于全局敏感度分析需基于大量仿真计算,为解决计算成本问题,提出一种基于最优代理模型的全局敏感度分析方法,通过对比选取最优代理模型替代仿真实验完成全局敏感度分析.以某隧道掘进机(TBM)刀盘驱动系统为例,以关键节点振动响应及动态啮合力为系统动力学特性评价指标,考虑外部条件、材料系数、啮合参数和联接参数等输入参数变化,得到全局敏感度分析结果,为隧道掘进机刀盘驱动系统的进一步设计优化提供指导,并最终验证了该方法的合理性.