廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)輔助分析方法與技術(shù)研究.pdf

1、概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的初期階段,同時(shí)又是設(shè)計(jì)中最重要且最具有創(chuàng)新意義的階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)只占成本5％左右的概念設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品成本的85％,產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的70％以上。另一方面,隨著現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展,機(jī)構(gòu)不僅僅是具有確定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng),且構(gòu)件也不再僅僅是剛性桿件,而是具有更廣泛意義上的廣義機(jī)構(gòu)。廣義機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)可控制運(yùn)動(dòng)或不可控制運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件和由剛性、非剛性構(gòu)件組成的運(yùn)動(dòng)鏈兩者的集成體。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品的本質(zhì)最終是完成運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行功能的機(jī)器,所以廣義

2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的核心部分,對廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)理論及實(shí)現(xiàn)方法的研究具有十分重要的理論意義和潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　 產(chǎn)品功能貫穿設(shè)計(jì)過程的始終,任何階段的設(shè)計(jì)活動(dòng)都應(yīng)該圍繞這個(gè)主題進(jìn)行。本文從計(jì)算機(jī)輔助分析的角度,通過建立描述性的概念設(shè)計(jì)過程模型,旨在對其中若干關(guān)鍵內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的研究,為廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供計(jì)算機(jī)技術(shù)支持。根據(jù)以上研究思路,本論文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究:
　　 1.研究了計(jì)算機(jī)

3、輔助廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)過程模型。采用分層細(xì)化的方法描述了不同階段設(shè)計(jì)人員的工作任務(wù),以及計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)的技術(shù)支持,建立了計(jì)算機(jī)輔助廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)過程模型。對該過程模型的特點(diǎn)、相關(guān)研究的方法以及有關(guān)的支撐技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,為概念設(shè)計(jì)研究提供了設(shè)計(jì)方法和指導(dǎo)。
　　 2.首次提出了一種用戶對產(chǎn)品功能需求的定性及定量分析方法。將產(chǎn)品功能需求分為基本功能、規(guī)范功能和興趣功能三類,在定性分析方面,運(yùn)用模糊聚類分析方法對散亂的

4、需求信息進(jìn)行合并歸類；在定量分析方面,采用由AHP法、熵值法和均方差法組成的主客觀綜合賦權(quán)法分析不同功能需求指標(biāo)重要度的權(quán)重,并利用回歸分析、灰理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的組合預(yù)測模型預(yù)測功能需求重要度的變化。以上提出的集成化方法為分析和預(yù)測產(chǎn)品功能需求重要度提供了決策手段與方法。
　　 3.研究了計(jì)算機(jī)輔助功能表達(dá)方法。為了便于設(shè)計(jì)者在功能求解之前對功能表達(dá)信息進(jìn)行交換,提出基于XML和RDF的廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能表達(dá)方法,該方法將功

5、能信息分為數(shù)據(jù)和語義兩個(gè)部分,通過定義這兩部分模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),采用XML實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品功能的數(shù)據(jù)化表達(dá),采用RDF實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品功能的語義化表達(dá)；并引入功能基來描述功能語義中的動(dòng)詞和名詞。同時(shí),采用Hirst-St-Oneg語義相似度計(jì)算方法,將其他功能分類方法中的詞語轉(zhuǎn)換為同義的功能基詞匯。
　　 4.研究了廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的知識(shí)庫建模方法。提出了基于知識(shí)庫的廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能求解框架,以分類和編碼方式對廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)對象進(jìn)行了知識(shí)描述,在此

6、基礎(chǔ)上,采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫構(gòu)建了功能元知識(shí)庫,功能映射知識(shí)庫和機(jī)構(gòu)知識(shí)庫的結(jié)構(gòu)模型,通過將復(fù)雜數(shù)據(jù)分解到幾個(gè)簡單的表中,并建立表與表之間的關(guān)系,以檢索另一個(gè)表中的關(guān)系記錄中的數(shù)據(jù)。最后,設(shè)計(jì)了推理機(jī)的混合推理流程,并對其進(jìn)行了說明和討論。
　　 5.創(chuàng)建了廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)對象的仿真模型庫。建立了基于Matlab軟件Simulink及SimMechanics工具箱的輔助廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案仿真分析驗(yàn)證的仿真模型庫,該模型庫具有節(jié)省模型搭建時(shí)間

7、、符合規(guī)范和容易識(shí)別的特點(diǎn)。與從底層的基本元件模塊建模相比,該模型庫的優(yōu)點(diǎn)在于采用了面向?qū)ο蟮膮?shù)化封裝方法,提高了仿真模型的建模效率。
　　 最后,在剖析現(xiàn)有概念設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上,吸取了它們在知識(shí)庫檢索技術(shù)、用戶域到功能域的映射技術(shù)和知識(shí)分層存儲(chǔ)技術(shù)上的可取之處,確定了廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方案生成的內(nèi)容,選擇和討論了各種軟件工具的適用性,給出了軟件模塊集成的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法,最終初步構(gòu)建了廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)FDPG