● 摘要
现代产品设计不仅仅满足于设计出符合用户需求的产品，而且也要设计出具有最佳系统性能的产品。工程产品的系统性能是产品在其工作环境中呈现出的各个方面性能的综合。当产品的结构和环境较为复杂时，尤其是当局部设计问题存在冲突时，对系统性能的追求也变得难以控制。 复杂工程系统开发的综合设计优化（SDO）方法，基于系统工程原理，结合并行工程和多学科优化设计的思想及使能技术，从全局的观点出发，优化设计过程和产品设计。以SDO方法学为指导，构建产品开发体系，建立综合设计优化平台（SDOF），支持复杂工程系统与产品的分布式协同开发，能提升企业的产品开发技术水平，增强企业核心竞争力，适应全球竞争的需要。 因此，本文以综合设计优化理论为研究背景，提出并研究了以工程产品的系统性能为重点，注重降低产品开发复杂性，强调局部设计协调关系的设计方向。 本文主要研究内容涉及以下几个方面： 分析了系统工程概念在工程产品设计中的应用。首先，从工程产品的系统要素和系统方面的特性着手，明确系统地分析、定义了产品设计过程机理，构建了过程组织模型、过程协同机制与要素，然后，定义了工程产品的综合设计优化过程模型。 围绕综合设计优化开发过程，对其实现和控制机制进行了研究。首先，为了实现系统化开发过程，建立了过程模型结构的逻辑层次，定义了其中的过程描述元素，并探讨了过程中的单元状态转换、执行路由、循环过程控制和数据管理方法。然后，以设计结构矩阵为过程建模方法，重点研究了由设计元活动构成的底层执行过程的建立和扩展方法，借助工程产品控制结构的支持，可以顺利完成产品全生命周期内以项目为主的过程协同。 开发了支持综合设计优化开发过程的原型系统。首先，建立了综合设计优化平台的需求和功能模型，从论述SDO的内涵出发，论述产品开发的体系。提供了有效保证设计过程建模、过程验证、过程控制的基本措施和机制。最后，说明了平台的过程管理部分配置结构和实现技术。 以航空发动机涡轮叶片设计为例，对SDO及平台架构进行了部分验证。通过对涡轮叶片气动设计问题的研究，以综合设计优化平台为基础，针对涡轮叶片的气动、强度和传热三个学科的局部设计问题建立了涡轮叶片气动设计过程，进而验证了本文提出的综合设计优化开发过程原型系统的有效性。