廣義執(zhí)行機構概念設計中的計算機輔助分析方法與技術研究.pdf

1、概念設計是設計的初期階段,同時又是設計中最重要且最具有創(chuàng)新意義的階段。據(jù)統(tǒng)計只占成本5％左右的概念設計階段決定了產(chǎn)品成本的85％,產(chǎn)品設計質量的70％以上。另一方面,隨著現(xiàn)代機械的發(fā)展,機構不僅僅是具有確定運動的構件系統(tǒng),且構件也不再僅僅是剛性桿件,而是具有更廣泛意義上的廣義機構。廣義機構是實現(xiàn)可控制運動或不可控制運動的驅動元件和由剛性、非剛性構件組成的運動鏈兩者的集成體。由于機電一體化產(chǎn)品的本質最終是完成運動與執(zhí)行功能的機器,所以廣義

2、執(zhí)行機構是機電一體化產(chǎn)品的核心部分,對廣義執(zhí)行機構概念設計理論及實現(xiàn)方法的研究具有十分重要的理論意義和潛在應用價值。
　　 產(chǎn)品功能貫穿設計過程的始終,任何階段的設計活動都應該圍繞這個主題進行。本文從計算機輔助分析的角度,通過建立描述性的概念設計過程模型,旨在對其中若干關鍵內(nèi)容計算機輔助技術的研究,為廣義執(zhí)行機構概念設計的實現(xiàn)提供計算機技術支持。根據(jù)以上研究思路,本論文主要進行了以下幾方面的研究:
　　 1.研究了計算機

3、輔助廣義執(zhí)行機構的概念設計過程模型。采用分層細化的方法描述了不同階段設計人員的工作任務,以及計算機輔助實現(xiàn)的技術支持,建立了計算機輔助廣義執(zhí)行機構的概念設計過程模型。對該過程模型的特點、相關研究的方法以及有關的支撐技術進行了詳細闡述,為概念設計研究提供了設計方法和指導。
　　 2.首次提出了一種用戶對產(chǎn)品功能需求的定性及定量分析方法。將產(chǎn)品功能需求分為基本功能、規(guī)范功能和興趣功能三類,在定性分析方面,運用模糊聚類分析方法對散亂的

4、需求信息進行合并歸類；在定量分析方面,采用由AHP法、熵值法和均方差法組成的主客觀綜合賦權法分析不同功能需求指標重要度的權重,并利用回歸分析、灰理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡建立的組合預測模型預測功能需求重要度的變化。以上提出的集成化方法為分析和預測產(chǎn)品功能需求重要度提供了決策手段與方法。
　　 3.研究了計算機輔助功能表達方法。為了便于設計者在功能求解之前對功能表達信息進行交換,提出基于XML和RDF的廣義執(zhí)行機構功能表達方法,該方法將功

5、能信息分為數(shù)據(jù)和語義兩個部分,通過定義這兩部分模型的數(shù)據(jù)結構,采用XML實現(xiàn)對產(chǎn)品功能的數(shù)據(jù)化表達,采用RDF實現(xiàn)對產(chǎn)品功能的語義化表達；并引入功能基來描述功能語義中的動詞和名詞。同時,采用Hirst-St-Oneg語義相似度計算方法,將其他功能分類方法中的詞語轉換為同義的功能基詞匯。
　　 4.研究了廣義執(zhí)行機構的知識庫建模方法。提出了基于知識庫的廣義執(zhí)行機構功能求解框架,以分類和編碼方式對廣義執(zhí)行機構對象進行了知識描述,在此

6、基礎上,采用關系數(shù)據(jù)庫構建了功能元知識庫,功能映射知識庫和機構知識庫的結構模型,通過將復雜數(shù)據(jù)分解到幾個簡單的表中,并建立表與表之間的關系,以檢索另一個表中的關系記錄中的數(shù)據(jù)。最后,設計了推理機的混合推理流程,并對其進行了說明和討論。
　　 5.創(chuàng)建了廣義執(zhí)行機構對象的仿真模型庫。建立了基于Matlab軟件Simulink及SimMechanics工具箱的輔助廣義執(zhí)行機構方案仿真分析驗證的仿真模型庫,該模型庫具有節(jié)省模型搭建時間

7、、符合規(guī)范和容易識別的特點。與從底層的基本元件模塊建模相比,該模型庫的優(yōu)點在于采用了面向對象的參數(shù)化封裝方法,提高了仿真模型的建模效率。
　　 最后,在剖析現(xiàn)有概念設計軟件的基礎上,吸取了它們在知識庫檢索技術、用戶域到功能域的映射技術和知識分層存儲技術上的可取之處,確定了廣義執(zhí)行機構概念設計方案生成的內(nèi)容,選擇和討論了各種軟件工具的適用性,給出了軟件模塊集成的關鍵技術和實現(xiàn)方法,最終初步構建了廣義執(zhí)行機構功能設計軟件平臺FDPG