基于功能-结构模型的玉米大豆间作不同行向辐射分布研究

【目的】构建不同种植模式和行向的玉米大豆间作功能-结构模型,为解析玉米大豆间作系统的产量优势、生长发育规律及种植模式和行向对光截获、光分配和辐射利用效率的影响提供有力支持。【方法】基于不同种植模式的玉米大豆间作田间试验,解析种植行向如南北行向、东西行向、传统行向(梨树当地长期使用的种植行向,即南偏西40o)对作物生物量、产量和形态结构的影响,构建玉米大豆间作功能-结构模型,模拟不同种植模式和行向下作物群体生长发育和结构变化,量化种植行向对间作系统光截获量和辐射利用效率的影响,并探索玉米大豆间作高光截获量的最佳种植行向。【结果】玉米大豆间作系统的籽粒土地当量比(landequivalentratio,LER)南北行向最高(1.20±0.07),东西行向最低(1.16±0.09)。构建的模型较好地模拟了不同种植方式和种植行向下玉米和大豆的生长发育,与田间实测值相比,玉米株高、单株叶面积和冠层光截获系数的均方根误差(RMSE)分别为0.09—0.14 m、0.04—0.08 m^(2)·plant(-1)和0.07—0.12,大豆株高、单株叶面积和冠层光截获系数的RMSE分别为0.07—0.09 m、0.02—0.04 m^(2)·plant^(-1)和0.09—0.10。传统行向间作系统的累积光截获量最高,为(758.48±1.00)MJ·m^(-2),南北行向和东西行向的辐射利用效率比传统行向分别降低了7.18%、10.57%。【结论】间作种植可以提高玉米生物量和产量,降低大豆生物量和产量。玉米大豆间作种植模式中,种植行向对作物生长有显著影响,矮秆大豆通过改变叶片大小、节间长度和叶柄倾角规避高秆玉米的遮荫影响,以增加受光量和辐射利用效率,最终提高产量。种植行向对群体累积光截获影响较大,间作系统的辐射利用效率与累积光截获量均表现为传统行向>南北行向>东西行向。本研究有助于田间布局优化,为解释不同种植行向玉米大豆间作的光截获和光分配提供了数据支持。

基于功能-原理-行为-结构的产品模块化设计方法

把机械产品的迭代设计分解拓扑模型与模块化设计方法相结合,提出了基于功能-原理-行为-结构的机械产品模块化设计方法。主要讨论了基于功能-原理-行为-结构的产品迭代设计分解原理;分析了设计分解过程中功能→原理行为→结构→功能的演进的纵向迭代过程;探讨了产品设计分解的横向动态建模方法;产品迭代设计分解过程引入模块化方法,建立了基于功能-原理-行为-结构的复杂机械系统模块化设计基本方法。

基于功能-行为-结构的产品概念模块设计研究

为更好地实现产品的模块化设计,在基于功能-行为-结构的产品概念设计过程中引入模块划分技术,提出了一种基于功能-行为-结构的产品概念模块设计方法和过程模型;分析了根据产品的总体技术目标特征,进行产品功能、行为、概念结构求解与功能分解的迭代过程的产品概念设计分解方法。为描述概念产品,将黑箱法和IDEF0功能描述方法相结合,建立了产品功能-概念结构模型。在此基础上,建立了产品概念要素(功能、行为、概念结构、接口)的相关关系分析方法,进而采用模糊聚类算法进行产品概念要素聚合,以实现产品概念模块的划分。该方法应用于堆垛机货叉机构的概念设计过程,实现了货叉机构的概念模块的设计。

基于功能-原理-结构的产品模块划分方法

分析了功能-原理-结构的产品设计过程模型,研究了基于功能、原理、结构的零部件之间的相关性及量化方法。在结构相关性的研究中,提出了基于装配关系的零部件之间结构相关性及量化方法;构建了功能、原理、结构子相关矩阵,将子相关矩阵加权和生成综合相关矩阵;依据综合相关矩阵,以平均关联度为阈值,给出基于聚类分析的产品模块划分方法和步骤,实现基于功能-原理-结构的产品模块的划分。最后以减速箱为例,验证该模块划分方法的有效性。

意象驱动基于功能-行为-结构的产品造型设计研究

为建立产品功能和结构与产品造型之间的有效连接,引入功能-行为-结构(Function-Behavior-Structure,FBS)模型分析产品要素组成,以意象为约束驱动产品功能到造型的转化。建立基于FBS的产品意象造型递进式映射策略,以功能和结构相似度为约束选择产品造型模块,利用逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)从功能、结构与产品意象三方面实现对产品造型模块的选择排序,从而有助于实现产品功能模块布局与用户对造型意象感知的合理结合。最后,以煤矿钻机的意象造型设计为例验证了方法的有效性。

融合功能-行为-结构理论与概念-知识理论的电动工具产品可变功能再设计方法

为辅助设计人员对具有可变功能的电动工具产品进行设计开发,在对多种电动工具产品进行分析的基础上提出了融合功能-行为-结构理论与概念-知识理论的电动工具产品可变功能再设计方法。这一方法通过概念-知识理论指导功能-行为-结构映射过程,对实现相同行为的不同执行机构加以组合,最终实现电动工具的可变功能。基于这一方法开发了辅助设计软件,通过对固定功能电钻进行可变功能再设计实例,验证了这一方法的可行性。

基于DFAD-FBS的自适应前臂骨折外固定护具设计

目的 针对前臂骨折外固定护具实时贴合性差的问题,进行自适应前臂骨折外固定护具产品设计研究。方法 将自适应设计方法(DFAD)与功能-行为-结构模型(FBS)相结合,构建自适应前臂骨折外固定护具设计方法,并基于形状记忆聚合物的仿生设计研究,进行自适应前臂骨折外固定护具产品设计。结果 基于DFAD-FBS设计方法对前臂骨折外固定护具进行分析,将仿生蜂窝结构的形状记忆聚合物应用于自适应前臂骨折外固定护具产品设计,并通过有限元分析和贴合度试验验证了产品设计的可行性。结论 DFAD-FBS设计方法为解决前臂骨折外固定护具的实时贴合问题提供了新的方向,并验证了形状记忆聚合物用于解决前臂骨折外固定护具贴合性的可行性,对产品的适应性设计问题提供了有意义的参考。

本体在产品知识S-B-F表达模型中的应用研究

设计了基于本体的产品知识结构-行为-功能表达模型。根据本体构建原则和方法,结合语义Web的建模语言OWL,论述了模型中流和行为/功能本体的构建,并以齿轮泵为例进行描述。最后给出了应用分析,证明了本体技术在产品知识建模中的实用性。

功能—运动行为—结构的概念设计模型及运动行为的多层表示

在机械运动系统概念设计中 ,引入运动行为层 ,给出了功能—运动行为—结构的设计模型。运动行为知识的多层表示使概念设计在多层次上产生新解 ,并使功能→运动行为→结构的推理过程实用化 ,最后给出了简单和复杂运动行为知识多层表示的示例。

基于功能—行为—结构情景设计的未预见发现构造模型驱动产品创新

分析描述性设计和情景设计的两种方法。未预见发现(Unexpected discovery,UXD)是一种驱动产品创新的科学认知设计过程。在情景类比设计过程中,通过寻找UXD来实现产品创新设计。建立功能—行为—结构(Function-behaviour-structure,FBS)模型和UXD分析模块,将情景设计与所建立的设计模块有机地结合在一起,实现产品的创新。介绍情景设计与非情景设计对FBS和UXD的影响。水龙头与房门的情景类比实例,验证了情景设计用于产品创新是行之有效的。

概念设计中的F-B-S-E模型和作用流方法

在机械运动系统概念设计中 ,引入工作环境的概念 ,给出了功能—行为—结构—工作环境的功能设计信息模型 ,通过输入输出作用流表达运动行为。与目前普遍使用的输入输出对象方法 (“三流”———物料、能量和信息流 )相比 ,此方法不仅更适合于概念设计 ,而且具有重要意义。基于以上策略 ,通过分析设计、工作环境、设计的部件、属性及其属性表达以及约束等等之间相关的“作用流”

基于FBS模型的小型机械产品可变功能再设计

以机械系统可变功能再设计为研究目标,在简要论述可变功能产品相关设计要求的基础上,提出了一种支持小型机械产品可变功能再设计的系统框架,将FBS设计过程模型应用于可变功能再设计中,并基于FBS模型进行了再设计过程构建及特点分析。在提出行为链的基础上,分析了典型可变功能机械行为链的相似特性,指出再设计的关键是行为结构变型与创新。最后,以市场上微耕机设计为实例,分析提出了基于FBS模型的再设计过程。分析结果表明,基于FBS模型的再设计方法在小型机械产品再设计中能较好实现功能再设计,为机械产品面向可变功能再设计的理论研究奠定了一定的基础。

采用状态空间模型的产品设计行为预测

为在设计阶段预测产品运行中可能出现的问题,根据状态空间模型在系统预测方面的优势,结合扩展的功能-行为-结构模型在设计分析方面的优势,将原理知识、结构信息和状态变量包括在方程之内,建立了从设计过程到状态空间的映射模型.系统行为预测的关键步骤包括获取结构信息、约束信息和确定状态变量,以及初值、确定输入信息和计算方法在内的使用状态空间模型,并通过某型号发动机的活塞运动学和摩擦学行为预测实例,验证了映射模型的有效性.实验结果表明,所建立的模型能够准确地预测活塞的运动学和摩擦学行为,可作为优化系统结构和获取系统设计理由知识的有效设计工具.

非结构环境需求下的液压四足机器人设计

针对机器人在非结构环境需求下设计的主观性与不确定性问题,提出了模糊非解耦模型与功能-原理-行为-结构(function-principle-behavior-structure,FPBS)耦合的设计方法。通过建立模糊非解耦模型,根据置信水平值的不同,将需求按亲疏关系进行划分,以确保需求间的相互独立性,同时消解评价主观性,基于FPBS的设计方法将隐性知识显性化表达,实现自顶至下多层级的设计与自底至上的结构综合,设计出满足要求的机器人结构方案。以液压四足机器人为例,验证了方法的可行性,在多需求非结构环境下,为机器人设计提供更加科学有效的新思路。

基于FBS场景构建的产品预期失效分析方法

为降低产品因设计而发生失效的概率,提高产品失效预测的准确性,以场景构建理论为基础,通过构建功能-行为-结构(Function-Behavior-Structure,FBS)设计场景,开展产品预期失效分析方法的研究。首先根据功能-行为-结构映射提出逆映射并采用规范式表达构建产品设计过程成功场景,通过逆向提问获取失效场景,并根据功能、行为和结构三类失效表现形式挖掘失效场景形成原因,预测其失效模式;然后应用当前现实树和冲突解决图表确定失效根本原因及存在的冲突,并结合TRIZ工具提出解决策略;最后通过流体自动灌装鹤管的预期失效分析验证该方法的可行性。

基于FBS模型和TOPSIS法的手部康复产品设计

为解决现有手部康复训练产品结构复杂、便携性差及使用场景受限等问题,提出功能-行为-结构(Function-Behavior-Structure,FBS)模型和逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)相结合的产品创新设计方法。通过问卷和深度访谈获取用户手部康复需求,运用层次分析法确定用户需求权重;结合人手的生理结构和运动特性对产品进行功能—行为—结构的逐级映射,并对设计方案进行发散和整合;运用TOPSIS法对设计方案进行综合评价,筛选出最优方案,并对其进行可行性验证。以一种满足用户复杂康复需求的手部康复训练产品为例,验证了设计方法的可行性,为同类产品的创新设计提供新路径。

FBS模型与移情理论的共享定位设备设计

目的为了提高以人为本的设计过程中,用户因素对决策的影响度,提出优化FBS模型,以达到用户需求和设计模型的共鸣。方法区别于单纯以数据为导向的分析方法,通过理性的FBS模型确定设计研究的主要框架,并结合移情理念感知用户。由用户自身产生的行为和心理特征来引导实验,挖掘其潜在需求导入FBS模型框架进行设计,使设计过程达到理性因素和感性因素互补的有机结合。结果以共享儿童定位设备为例,结合共享设施涉及多类用户群体的特性进行设计实验,以易操作的方法挖掘新的设计点。流程包含完整的用户分析、产品设计和可用性评价过程,可用于提升设计效率。加深用户、产品、环境之间的联系。结论实验结果验证了改进后的方法可以更明确有效地提高用户体验,为设计需求分析方法研究提供思路。

产品模块可拓变型设计方法

为更好地支持产品多样化设计,提出了一种基于功构变换的产品模块可拓变型设计方法。针对产品模块变型设计需求,采用功能-行为-结构的迭代映射方法,建立存在模块的功构分解模型。通过数学模型中功构的可拓变换与分解,建立期望模块的功构分解模型,并采用功能流和功能模型IDEF0相结合的功能建模方法,建立期望模块的功能模型;基于功能模型的约束,通过结构单元的删除和聚合,进行模块功构要素可拓变换的传导变换分析,展开期望模块功构综合与结构设计,从而实现模块的变型设计。将该方法应用于堆垛机推拉机构的变型设计,双倍程推拉机构变型为三倍程推拉机构,验证了该方法的可行性和有效性。

产品模块重构设计方法

为更好地支持产品快速响应设计,提出了一种基于功能-原理-行为-结构(FPBS)的产品模块重构设计方法。针对期望模块的设计需求,采用FPBS的迭代映射方法建立了存在模块的FPBS设计分解模型;以此为基础,进行功能重构、原理构型、行为组合、结构重构,以建立期望模块的动态模型;进行了期望模块结构设计,从而实现产品模块的重构设计。将该方法应用于堆垛机推拉机构的重构设计,双倍程推拉机构变型为四倍程推拉机构,验证了该方法的可行性和有效性。

产品概念设计重用研究

在对设计重用的基本理论进行研究的基础上 ,建立了能够记录概念设计历史的基于功能 -行为 -结构框架的概念设计信息模型 ,实现了功能、行为和结构的形式化表示 ,并通过与 PDM模型集成 ,建立了多粒度层次的概念设计重用框架 ,使 PDM系统成为概念设计重用的系统平台 ,同时还研究了概念设计重用信息的检索方法。