機械產(chǎn)品概念設(shè)計建模及求解策略的研究.pdf

1、概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計活動中關(guān)鍵的一步，愈來愈受到廣泛的重視。由于傳統(tǒng)建模技術(shù)主要集中于物理建模和幾何表示方面，致使產(chǎn)品概念設(shè)計階段缺乏有力的技術(shù)支持。本文圍繞著過程建模、產(chǎn)品描述等這些概念設(shè)計中的關(guān)鍵問題，對概念設(shè)計方案生成模型及求解策略、概念設(shè)計產(chǎn)品描述模型以及定性空間構(gòu)型設(shè)計等方面進行了深入研究，其目的在于得到產(chǎn)品的設(shè)計方案，為后續(xù)設(shè)計階段提供有效的設(shè)計信息。主要研究工作和結(jié)論體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）針對產(chǎn)品概念設(shè)計階段所

2、要處理的主要對象——功能，闡述了用于產(chǎn)品功能建模的標準功能基（SFB），并對設(shè)計過程中可能采取的映射策略進行了分類。將定性空間構(gòu)型設(shè)計納入概念設(shè)計的范疇，從概念設(shè)計過程模型、概念設(shè)計產(chǎn)品描述模型及計算機輔助概念設(shè)計三個層次構(gòu)建了產(chǎn)品概念設(shè)計體系結(jié)構(gòu)，并對產(chǎn)品概念設(shè)計各組成模型的研究內(nèi)容進行了界定。其中概念設(shè)計過程模型由概念設(shè)計說明映射模型、概念設(shè)計方案生成模型、概念設(shè)計方案評價模型及定性空間構(gòu)型生成模型構(gòu)成。概念設(shè)計產(chǎn)品描述模型包括產(chǎn)品

3、需求模型、功能結(jié)構(gòu)模型、行為結(jié)構(gòu)模型、結(jié)構(gòu)方案模型以及定性構(gòu)型模型。所建立的概念設(shè)計體系結(jié)構(gòu)為方案（結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)型方案）生成及后續(xù)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 （2）建立了基于SFB的機械產(chǎn)品概念設(shè)計方案生成模型，該模型將功能層分為元功能層和功能對象層，將結(jié)構(gòu)層分為結(jié)構(gòu)組件層和結(jié)構(gòu)關(guān)系層，提出采用多層次 的映射策略完成從功能到結(jié)構(gòu)的求解策略。給出了運動功能轉(zhuǎn)換傳遞元（FTU）的概念，定義了FTU所包含的內(nèi)容；利用編碼技術(shù)對FTU的行為特征、

4、輸入/輸出行為關(guān)系及結(jié)構(gòu)關(guān)系進行編碼，建立了功能轉(zhuǎn)換傳遞元用于運動方案求解的知識庫。針對機械運動子功能的求解，提出了基于設(shè)計說明和問題解重定義的混合推理方法，為避免方案組合爆炸，提出了行為相似度測量的控制策略。為了在功能求解過程提高計算機搜索效率，對設(shè)計特征庫聚類問題進行了討論，建立了設(shè)計特征編碼系統(tǒng)，并運用FCM聚類算法對設(shè)計特征聚類。 （3）在概念設(shè)計產(chǎn)品模型中，原型構(gòu)件由一定的符號所表示并彼此相互連接而完成一定功能，將組成

5、概念設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計特征分為兩大類：原型構(gòu)件和原型接合，對原型接合設(shè)計特征中實體接合和非實體接合分別進行了定義和分類。建立了概念設(shè)計產(chǎn)品基于原型構(gòu)件-原型接合的層次P/T(Place/Transition)模型和帶能量流動的P/T模型，利用能量流動P/T模型來對概念設(shè)計產(chǎn)品工作狀況進行模擬，以確保功能實現(xiàn)。概念設(shè)計產(chǎn)品模型不僅是對概念設(shè)計方案關(guān)于功能、行為、結(jié)構(gòu)等的描述，也需要對方案中所蘊含的設(shè)計知識、關(guān)系等進行表達。通過構(gòu)造概念設(shè)計產(chǎn)品

6、設(shè)計信息表示的關(guān)系網(wǎng)，建立了概念設(shè)計產(chǎn)品便于計算機表示的數(shù)學(xué)描述，用于產(chǎn)品約束滿足確認以及設(shè)計信息的存儲、管理。 （4）在機械產(chǎn)品的設(shè)計中，空間構(gòu)型是其一個重要的屬性。提出了運用定性矢量與螺旋表示相結(jié)合的方法來解決復(fù)雜機械系統(tǒng)在三維空間中的構(gòu)型設(shè)計問題。在定性空間構(gòu)型設(shè)計階段，應(yīng)用抽象的圖形式來表示每個功能轉(zhuǎn)換傳遞元，給出每個單元的輸入輸出旋量表示和空間構(gòu)型特征，對機械系統(tǒng)的空間行為及特征進行抽象表達，通過定性推理和計算得到滿足