基于FMBS模型的計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、機(jī)械系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等內(nèi)容的研究已成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一。概念設(shè)計(jì)階段是新產(chǎn)品開發(fā)過程中最能體現(xiàn)人類創(chuàng)造性的階段,它是詳細(xì)設(shè)計(jì)的前提,概念設(shè)計(jì)成為產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新的核心環(huán)節(jié)。概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在一定的時(shí)間內(nèi)拿出能夠滿足市場(chǎng)需要的具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品方案。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)在工程設(shè)計(jì)的很多領(lǐng)域有了成功的應(yīng)用,但是在概念設(shè)計(jì)階段計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用具有較大的難度,原因在于概念設(shè)計(jì)階段所涉及到的知識(shí)往往是不精確的、不

2、完整的。隨著計(jì)算機(jī)、人工智能技術(shù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,使概念設(shè)計(jì)的過程的某些環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)化成為可能。本文圍繞計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)這一問題,從理論、實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用等方面展開相關(guān)研究。主要內(nèi)容如下： 1.分析了機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和過程模型,在此基礎(chǔ)上提出機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)過程功能-工作機(jī)理-行為-結(jié)構(gòu)(FMBS)模型,給出該模型實(shí)現(xiàn)的細(xì)化流程。在FMBS模型的基礎(chǔ)上,給出了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體

3、系結(jié)構(gòu)。 2.研究了FMBS模型第一步工作：功能建模。探討了功能的概念、分類、表達(dá)及功能分解的一般過程。提出建立功能分解模型主要完成兩項(xiàng)工作：實(shí)現(xiàn)功能分解,表達(dá)功能分解模型。功能分解操作的實(shí)現(xiàn)采用了閉包數(shù)學(xué)理論來描述。功能分解模型的表達(dá)采用了形式化描述方法,對(duì)功能分解模型中的各種關(guān)系(與或關(guān)系、分解映射關(guān)系、功能結(jié)構(gòu)中功能關(guān)系)作了詳細(xì)的分析,并給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)方法。 3.研究了FMBS模型第二步工作：基于工作機(jī)理的行

4、為建模。主要內(nèi)容包括：提出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)行為多屬性的編碼方法及機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)行為空間表達(dá)法,運(yùn)動(dòng)行為空間可表達(dá)運(yùn)動(dòng)行為之間的關(guān)系；通過研究功能行為映射,提出采用工作機(jī)理作為聯(lián)系功能和行為空間的橋梁,實(shí)現(xiàn)功能到行為的映射；為提高概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新性,研究了行為空間的重組創(chuàng)新方法,并給出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)算法。 4.研究了FMBS模型第三步工作：設(shè)計(jì)方案的生成。根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)形態(tài)學(xué)矩陣動(dòng)態(tài)構(gòu)造方法；根據(jù)形態(tài)學(xué)矩陣方法存在

5、的不足之處,提出了一種基于評(píng)價(jià)和多目標(biāo)優(yōu)化的形態(tài)搜索方法,該方法在實(shí)現(xiàn)過程中考慮形態(tài)的性能等級(jí)和形態(tài)之間連接關(guān)系的等級(jí),通過采用層次組合優(yōu)化理論、偏序關(guān)系理論、形態(tài)學(xué)分析理論等理論和遺傳算法等方法加以實(shí)現(xiàn)。 5.研究了FMBS模型第四步工作：設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)。以工程模糊集理論為基礎(chǔ),建立模糊評(píng)價(jià)模型。對(duì)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系進(jìn)行了層次分析,以指標(biāo)體系為依據(jù)劃分了若干個(gè)評(píng)價(jià)單元,將方案系統(tǒng)的整體評(píng)價(jià)問題轉(zhuǎn)換為一系列基本單元的評(píng)價(jià)和基

6、本評(píng)價(jià)單元的綜合問題。結(jié)合工程模糊集理論、模糊識(shí)別理論建立方案評(píng)價(jià)的模糊多級(jí)識(shí)別模型,通過模糊識(shí)別給出了概念設(shè)計(jì)方案對(duì)各個(gè)給定級(jí)別的相對(duì)隸屬度矩陣,以此作為方案排序的依據(jù)。 6.Microsoft Visual C++為平臺(tái)開發(fā)了軟件系統(tǒng),主要包括三個(gè)部分：系統(tǒng)模塊,知識(shí)庫(kù)、方案數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)模塊分為兩類：一類是系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊,主要包括：功能模塊、工作機(jī)理模塊、行為模塊、結(jié)構(gòu)模塊、方案組合模塊、系統(tǒng)評(píng)價(jià)模塊；另一類是知識(shí)和方案數(shù)據(jù)維