基于FMBS模型的計算機輔助概念設計方法研究.pdf

1、機械系統(tǒng)概念設計、創(chuàng)新設計等內容的研究已成為現(xiàn)代設計、先進制造與自動化技術領域的關鍵問題之一。概念設計階段是新產品開發(fā)過程中最能體現(xiàn)人類創(chuàng)造性的階段,它是詳細設計的前提,概念設計成為產品開發(fā)創(chuàng)新的核心環(huán)節(jié)。概念設計的目標是在一定的時間內拿出能夠滿足市場需要的具有創(chuàng)新性的產品方案。計算機輔助技術已經在工程設計的很多領域有了成功的應用,但是在概念設計階段計算機輔助技術的應用具有較大的難度,原因在于概念設計階段所涉及到的知識往往是不精確的、不

2、完整的。隨著計算機、人工智能技術相關技術的發(fā)展,使概念設計的過程的某些環(huán)節(jié)的計算機化成為可能。本文圍繞計算機輔助機械運動系統(tǒng)概念設計這一問題,從理論、實現(xiàn)方法和應用等方面展開相關研究。主要內容如下： 1.分析了機械運動系統(tǒng)概念設計的基本內容和過程模型,在此基礎上提出機械運動系統(tǒng)概念設計過程功能-工作機理-行為-結構(FMBS)模型,給出該模型實現(xiàn)的細化流程。在FMBS模型的基礎上,給出了實現(xiàn)計算機輔助機械運動系統(tǒng)概念設計系統(tǒng)的體

3、系結構。 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工作：實現(xiàn)功能分解,表達功能分解模型。功能分解操作的實現(xiàn)采用了閉包數(shù)學理論來描述。功能分解模型的表達采用了形式化描述方法,對功能分解模型中的各種關系(與或關系、分解映射關系、功能結構中功能關系)作了詳細的分析,并給出相應的數(shù)學表達方法。 3.研究了FMBS模型第二步工作：基于工作機理的行

4、為建模。主要內容包括：提出機械系統(tǒng)運動行為多屬性的編碼方法及機械系統(tǒng)運動行為空間表達法,運動行為空間可表達運動行為之間的關系；通過研究功能行為映射,提出采用工作機理作為聯(lián)系功能和行為空間的橋梁,實現(xiàn)功能到行為的映射；為提高概念設計創(chuàng)新性,研究了行為空間的重組創(chuàng)新方法,并給出了相應的實現(xiàn)算法。 4.研究了FMBS模型第三步工作：設計方案的生成。根據(jù)機械運動系統(tǒng)的特點,提出了機械運動系統(tǒng)形態(tài)學矩陣動態(tài)構造方法；根據(jù)形態(tài)學矩陣方法存在

5、的不足之處,提出了一種基于評價和多目標優(yōu)化的形態(tài)搜索方法,該方法在實現(xiàn)過程中考慮形態(tài)的性能等級和形態(tài)之間連接關系的等級,通過采用層次組合優(yōu)化理論、偏序關系理論、形態(tài)學分析理論等理論和遺傳算法等方法加以實現(xiàn)。 5.研究了FMBS模型第四步工作：設計方案的評價。以工程模糊集理論為基礎,建立模糊評價模型。對設計方案評價的指標體系進行了層次分析,以指標體系為依據(jù)劃分了若干個評價單元,將方案系統(tǒng)的整體評價問題轉換為一系列基本單元的評價和基

6、本評價單元的綜合問題。結合工程模糊集理論、模糊識別理論建立方案評價的模糊多級識別模型,通過模糊識別給出了概念設計方案對各個給定級別的相對隸屬度矩陣,以此作為方案排序的依據(jù)。 6.Microsoft Visual C++為平臺開發(fā)了軟件系統(tǒng),主要包括三個部分：系統(tǒng)模塊,知識庫、方案數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)模塊分為兩類：一類是系統(tǒng)驅動模塊,主要包括：功能模塊、工作機理模塊、行為模塊、結構模塊、方案組合模塊、系統(tǒng)評價模塊；另一類是知識和方案數(shù)據(jù)維