CAD中的功构映射研究

在回顾从线框模型、实体模型到特征模型发展历程的基础上指出，ＣＡＤ系统要高效率地发挥作用，必须能支持产品的概念设计、初步设计。据此，本文首先应用面向对象的思想，以模具设计为例，建立了产品面向结构的功能模型，然后以此功能模型为基础，讨论了功能与特征、功能与零件间的映射关系，并提出了描述结构设计初期产品各组成成份之间相互关系的形式化方法——位置ＣＳＧ树。以上述分析为基础，利用现有的特征造型技术和实体造型技术或调用面向专业领域的零件数据库、图形库就可以高效率地完成产品的详细设计。

基于自动机的可配置产品功构映射过程研究

针对现有可配置产品功能结构域映射实现方法的局限性,给出了面向配置设计的产品功构模型知识表达。根据模型层次节点功构单元间结构特征,提出了基于半环赋权自动机的单约束线结构产品功构模型功能结构域映射实现方法;按照"析取-合取"策略,运用自动机析取、同效、去冗余性等方法将多约束树型产品功构模型析取为若干相对独立的线结构产品功构模型,按单约束线结构产品功构模型映射方法求解,将所有解运用"合取"方法,实现了多约束树型产品功构模型功构映射。最后,通过在液压机配置设计功能结构映射中的应用,表明了上述方法的有效性。

基于功构映射的拆卸设备设计方法

针对拆卸对象和拆卸过程对拆卸设备设计的特殊要求,提出了基于功构映射的拆卸设备设计方法。将拆卸设备的概念设计过程定义为需求域、功能域、行为性能域和结构域之间的映射过程和求解过程,利用面向对象技术构建了拆卸设备设计的需求信息集合;运用功能分解和功能表面集成规则构造了功能集合和行为性能集合;定义了拆卸设备设计过程的需求-功能映射模型和功能-结构映射模型。通过需求信息的层级提取、映射和参数化,生成了用于拆卸设备结构重构的基本约束矩阵,用于指导拆卸设备的创新设计。通过键盘拆卸设备的设计,验证了所提方法的有效性和实用性。

基于CBR的产品功构单元模型研究

针对CBR技术在复杂产品设计中的不足之处,探讨了将CBR技术和产品概念设计过程的功构映射过程相结合的方法,对其在应用中的几个关键问题进行了研究。提出了基于CBR的产品功构单元模型的实例的表示方式,给出了功构单元模型的结构形式,研究了实例库的组织方式,分析了功构单元模型在CBR推理流程中的运用,对CBR技术在复杂产品中的应用具有重要的指导意义。

面向复杂结构零件的逆向测量规划技术

提出了一种复杂结构零件的逆向测量规划技术。基于功能-结构的层次映射,研究了复杂结构零件的元特征解耦机理,提取基本测量单元。构建包含精度特性、特征复杂度等元特征属性的信息模型及包含测量精度等的测量方法信息模型。建立元特征和测量方法匹配评价影响因素集,研究特征属性的关系模型。在此基础上,通过定性评价和模糊定量评价两个步骤得到匹配优度量化值,实现了测量方法的定量化最优选择。然后,对分散的元特征进行组合,优化整个测量过程。最后,采用此方法对汽车发动机气缸盖进行了快速逆向测量,并重构了计算机辅助设计模型。实验结果表明,该方法可以提高复杂结构零件的逆向设计效率与质量。

基于FFCS的汽车焊装夹具快速重构系统设计

针对汽车车身焊装夹具开发时可大量借鉴以往夹具结构方案的特点,在分析现有设计方法不足的基础上,开发了基于功能-特征-约束-结构(FFCS)映射关系的汽车焊装夹具快速重构系统。构建了汽车焊装夹具重构系统的体系结构,建立了汽车焊装夹具的功能-结构层次模型;构建了以设计资源库、装配关系库及重构算法库等为主体的焊装夹具工程数据库,并建立了以表格参数关联驱动的夹具零件族。给出了汽车车身焊装夹具快速重构的FFCS映射模型,阐述了汽车焊装夹具快速重构系统的工作流程。以某车型左前门外板总成组焊夹具为例,验证了该系统的有效性。

支持方案设计和技术设计的产品模型研究

基于表达设计意图和支持产品设计全过程的思想,分析方案设计和技术设计过程及产品信息的形成过程,提出支持产品方案设计和技术设计的产品模型。给出了产品组成结构、装配关系和结构设计3类产品信息的模型,其中结构设计信息包括装配特征、工艺特征和结构特征。列举并分析实现装配关系的装配特征实例,研究装配关系与装配特征间的功构映射,提出依据工程实际建立装配关系与装配特征间的稳定映射,实现产品设计知识的显示表达。最后用实例说明产品信息的传递和生成过程,验证该模型的有效性。

产品方案设计约束模型及其演化博弈算法求解

针对产品方案设计这一有约束的系统求解问题,通过分析产品方案设计在概念与特性上与约束满足问题(CSP)的相似性,将方案求解问题映射到CSP中来表示方案设计,对应CSP中的变量、变量的域和约束集建立产品方案设计CSP模型.采用演化博弈算法求解CSP模型,将方案设计求解问题的搜索空间映射为博弈的策略组合空间,将评价函数映射为博弈的效用函数.通过主体的顺序最优反应达到均衡状态,并不断对均衡状态施加扰动再重新恢复均衡,从而搜寻到更优的均衡状态,最终达到对应于全局最优解的Pareto最优均衡状态.以透平膨胀机的方案设计为例验证了所提理论和方法的可行性和有效性.

Logical-Structure Modeling for Conceptual Design

Based on the definition of a logic structure feature to relate logically functional requirements to geometric representation independent upon detailed geometric representation, this paper presents an idea of logical structure modeling for computer aided conceptual design and makes attempt to establish a representation formalism of logic structure modeling. The definition and representation of logical structure feature are given and an assembly module definition for supporting top down conceptual design is also proposed. The proposed scheme contributes to several aspects of conceptual design research, especially to provide elementarily a formal methodology for computer aided conceptual design system development and operation.

基于Petri网的废旧产品拆卸设备设计

为了设计产品特定零部件的拆卸设备,针对废旧产品在拆卸、回收过程中的拆卸需求,提出基于Petri网构建功-构映射模型的方法.将功-构映射进行扩展,加入需求与行为分析,构造出需求-功能映射的概念设计和功能-行为-结构映射的结构设计;对需求域、功能域和行为域进行分解,根据得到的功能表面利用TRIZ理论进行创新设计,重构出对应的结构模型;运用三角模糊数对不同创新方案进行对比评价,选出最优设计方案,实现拆卸设备从需求到功能再到结构的映射.选取废旧自行车把手作为拆卸对象,根据扩展后的映射模型选出设计方案,设计出车把拆卸设备的结构模型.

模拟人脑工作机制的机械产品概念设计行为原理启发求解方法

机械产品概念设计是现代设计理论研究的热点问题,其核心是功构映射,即根据既定的功能需求,以行为效应作为中间载体,求解满足设计约束的原理构件组合。以概念设计的功构映射理论作为基础,利用设计师大脑认知过程的神经机制作为依据,提出模拟人脑工作机制的机械产品概念设计行为原理启发求解方法。分析前额叶-海马体神经回路中设计经验知识的记忆启发机制,并以此为基础构建行为效应重构的记忆启发强化学习模型,利用多巴胺调控的Q学习在状态转移概率和设计环境回报函数未知的情况下实现行为效应的重构认知传递。同时,分析小脑模块化神经结构的反射调控作用,构建以全连接多层感知机和循环神经网络为模块的约束满足神经网络,形成复杂设计约束下的操作性条件反射判断设计空间中的约束可解性,为原理构件的组合求解提供设计依据。以电梯曳引系统的概念设计为例验证所提出方法的有效性和可行性。