含約束復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)空間布局及工業(yè)美學(xué)研究.pdf_第1頁
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1、產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化是未來企業(yè)在快速多變的市場(chǎng)中取得生存的關(guān)鍵。為此,本課題組提出了基于三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論體系,并已基本完成了機(jī)械系統(tǒng)符號(hào)方案的自動(dòng)生成、符號(hào)方案的自動(dòng)識(shí)別、各種基本機(jī)構(gòu)庫的建立等工作。基于前期工作,本文對(duì)快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論體系的后續(xù)模塊,即與符號(hào)方案對(duì)應(yīng)的含約束復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)化空間布局設(shè)計(jì)和自動(dòng)化虛擬裝配設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。此外對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論體系中的美學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究,提出了一種產(chǎn)品外

2、形美學(xué)設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容如下:(1)本文給出了一種適合復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的空間布局表達(dá)方法,該方法包括基本機(jī)構(gòu)的連接關(guān)系表達(dá)和基本機(jī)構(gòu)的空間位置表達(dá)。首先分析了基本機(jī)構(gòu)的各種組合方式,提出了適合于機(jī)械系統(tǒng)空間布局的3種基本機(jī)構(gòu)連接關(guān)系,并給出了對(duì)應(yīng)的三種布局模型。根據(jù)基本機(jī)構(gòu)輸入輸出軸的特點(diǎn),建立了一種適合各種基本機(jī)構(gòu)的長方體布局模型,實(shí)現(xiàn)基本機(jī)構(gòu)空間位置描述。在此基礎(chǔ)上,研究了各種類型基本機(jī)構(gòu)布局空間的確定方法,并編制程序?qū)崿F(xiàn)了

3、布局參數(shù)的自動(dòng)生成。(2)基于前期符號(hào)識(shí)別結(jié)果,研究了含約束的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)化空間布局優(yōu)化算法。根據(jù)含約束復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的特點(diǎn),建立了適合于空間布局優(yōu)化的數(shù)學(xué)符號(hào)模型。采用自適應(yīng)遺傳算法,將機(jī)械系統(tǒng)中各基本機(jī)構(gòu)的布局干涉情況、連接關(guān)系以及輸入輸出軸方向和夾角約束等作為構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)的重要組成部分,利用十進(jìn)制編碼中的整數(shù)編碼方法對(duì)各基本機(jī)構(gòu)編碼生成初始種群,通過選擇、交叉、變異等操作,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的空間布局優(yōu)化。(3

4、)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)及SolidWorks二次開發(fā)技術(shù),基于“后臺(tái)預(yù)置”裝配方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)上述符號(hào)方案布局優(yōu)化結(jié)果的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)化虛擬裝配。通過讀取布局優(yōu)化模塊存儲(chǔ)的各基本機(jī)構(gòu)相對(duì)布局系統(tǒng)全局坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣,并依據(jù)基本機(jī)構(gòu)布局模型的第一構(gòu)件坐標(biāo)系與基本機(jī)構(gòu)三維實(shí)體模型坐標(biāo)系的差異,對(duì)其坐標(biāo)變換矩陣進(jìn)行適當(dāng)修正后,采用“后臺(tái)預(yù)置”裝配技術(shù)將組成復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的各基本機(jī)構(gòu)“預(yù)置”到特定的布局空間,從而實(shí)現(xiàn)三維虛擬樣機(jī)的自

5、動(dòng)化生成。(4)提出了一種基于美學(xué)特征的參數(shù)化產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)方法。該方法運(yùn)用形態(tài)控制參數(shù)表達(dá)產(chǎn)品的形態(tài)要素,通過改變形態(tài)控制參數(shù),實(shí)現(xiàn)形態(tài)要素的放大、縮小、變形及組合,從而可獲得不同外觀創(chuàng)意設(shè)計(jì)效果的產(chǎn)品外形。文中以工業(yè)縫紉機(jī)外形設(shè)計(jì)為例,基于UG平臺(tái)及其二次開發(fā)技術(shù)UG/OPEN API,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)縫紉機(jī)的外形美學(xué)設(shè)計(jì),證明了該方法的可行性。(5)提出了一種含外形容器約束的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)化空間布局方法。該方法將布局容器區(qū)

6、分為凸面體和凹面體兩種類型。針對(duì)布局容器的凹凸性,給出了兩種不同的干涉檢驗(yàn)方法。文中采用自適應(yīng)遺傳算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的空間布局優(yōu)化,初始種群可隨機(jī)產(chǎn)生也可通過人機(jī)交互方式產(chǎn)生,人機(jī)交互方式用來控制機(jī)構(gòu)組合中起始機(jī)構(gòu)在全局坐標(biāo)系中的擺放位置及姿態(tài),從而可盡快生成初始種群?;诓季謨?yōu)化結(jié)果,采用“后臺(tái)預(yù)置”裝配技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)機(jī)械系統(tǒng)在布局容器內(nèi)的自動(dòng)虛擬裝配。本文的主要特色及創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)將布局設(shè)計(jì)引入到基于三維設(shè)計(jì)平臺(tái)

7、的產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論體系當(dāng)中,并基于前期工作,實(shí)現(xiàn)了含約束復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的自動(dòng)化空間布局,從而使得由基本機(jī)構(gòu)組成的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)既可滿足產(chǎn)品的工業(yè)美學(xué)設(shè)計(jì)要求,又可滿足產(chǎn)品的壽命和可靠性要求。(2)完成了基于三維設(shè)計(jì)平臺(tái)快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論體系中虛擬樣機(jī)的自動(dòng)生成模塊。從而使得在三維虛擬樣機(jī)的層面上,從眾多的創(chuàng)成設(shè)計(jì)方案中快速遴選出最具有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)方案成為可能。(3)提出了基于美學(xué)特征的產(chǎn)品參數(shù)化外型設(shè)計(jì)方法。該方法將美學(xué)形態(tài)

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