基于功能构造的复杂产品进化设计基因模型

针对现阶段进化设计方法在设计理论上的不足,探索对进化设计模式以及进化设计系统进行完整描述和统一表达,给出了一种面向功能需求适应性设计模式的框架结构。以设计产品的功能构造为核心,利用功能矩阵将其需求进行数字化和形式化描述,对功能基因进行统一表达,通过模型协议规范复杂产品进化设计的相应过程,建立起进化设计的基因模型,并实现对织布机开口机构的设计。     

CAD中的逻辑结构造型方法研究

本文将逻辑结构单元作为设计过程中产品各组成环节的抽象,进而提出了逻辑结构造型的形式化表示方法,重点探讨了产品功能的形式化描述、产品结构的抽象化表达、逻辑结构模型的组织方式及逻辑结构造型的一般算法等主要技术。所提出的方法为产品功能设计到结构设计的有效集成提供了基础。     

概念设计过程中产品功能的广义定位表达

针对传统功能表达方式存在的不足,基于广义定位理论和功能表面提出了概念设计过程中功能的广义定位表达方式。把产品功能定义为对被操作对象的广义变趋矢量的限制作用;并根据限制的广义变趋矢量数目的多少来量化产品功能;而功能表面几何特性的存在使得功能有了直观的形式化表达方式。该表达方式避免了传统表达方式存在的歧义性,便于计算机辅助概念设计过程中对功能进行存储、检索与处理,也可以形式化表达概念设计结果。提出基于该功能表达方式的概念设计模型,在功能与结构之间增加了功能表面这一环节,该模型使得功能结构间直接映射存在的解不确定性和病态性等问题得以解决,并可以与后续的详细结构设计实现无缝链接。     

基于TRIZ和基因进化理论的产品功能原理创新

针对传统的功能定义对产品功能作用原理描述的局限性,提出一种基于特征的产品功能表达通用模型.通过对产品功能原理设计和生物基因进化方面类比结果的相似性分析,引入产品功能特征基因概念模型.阐述了产品功能特征的基因变异机理,包括重组、定位诱变、自发突变、转录及翻译等知识,揭示出产品功能特征基因模型在功能原理设计中的重要作用.最后,构建一种基于TRIZ与基因进化理论的产品集成创新设计过程模型,并以智能割草机器人调高机构装置为例对该模型进行了验证,获得了理想的产品功能原理设计创新方案.     

多学科设计优化对象建模理论与技术

在全面分析多学科设计优化对象建模需求的基础上,提出以产品的关联信息为基础,分析不同关系下产品行为视图,构建关联模型、基本模型、性能模型、功能模型、简化模型、分析模型和优化模型,建立了基于关系的多视图产品全模型（WPMPBMV）,并给出了模型的形式化表达和相应的建模算法。最后结合某机翼的气动和结构多学科设计优化问题,建立相应全模型。     

基于产品基因与物理表达的变型设计

为提供产品功能原理层的变形设计方法,结合产品基因相关概念与物理学中物理信息的表达与推理过程,提出物理单位描述的产品基因表达方法,推导了基于物理推理的产品技术系统构建过程,形成了基于产品基因与物理表达的变型设计模型。最后,借助电加热水设备的变型设计,得到新产品家用中药熬制器的设计过程,验证了所提方法的实用性与可行性。     

形象化设计技术与基于功能表面的产品模型

提出形象化设计方法 ,构筑基于功能表面的产品模型 ,可实现人脑思维即时地用计算机直观表达 ,并同时实现设计过程中的动态建模 ,也可随时从计算机屏幕上点取零件或表面实体进行产品结构的修改设计。     

面向生长型设计的制造信息模型

针对生长型设计过程对功能表面分解粒度控制的需求,应用功能模式的几何特性表达了产品的几何结构信息,并以其为载体集成了产品制造过程信息,建立了基于功能表面的产品制造信息模型。利用信息熵理论对该模型信息进行了量化,将概念产品制造信息熵的最小值作为功能表面分解粒度的控制指标,来决定是否终止概念产品生长,并通过具体产品的设计验证了该模型的正确性。     

基于功能表面的产品基因建模方法研究

产品基因模型是产品基因理论研究的主要内容,它是对产品基因的一种描述方式,反映产品基因的构成及各种产品信息之间的关系.产品基因作为产品中所包含信息的集合,信息的抽象性使产品基因缺乏实际的可操作性,所以需要建立一个能够准确对产品信息进行描述,又可以进行实际操作、应用的产品基因模型.文章对产品基因的概念、特点及构成等进行了研究,利用功能表面作为组成产品基因的碱基,建立了面向产品生命周期的产品基因模型,同时提出了基于产品信息标准化和重构的产品基因提取方法.基于功能表面的产品基因模型使产品基因具有了技术的可行性和方法上的可操作性,有利于产品基因工程的开展和实施.     

基于三维模型的产品模块化配置方法

针对产品配置模型和配置求解过程在三维信息表达和同步可视化展现上的需求,将三维建模与设计技术引入到产品配置中,提出一种基于三维模型的产品模块化配置方法。分析了基于三维模型的产品配置工作原理,给出了综合产品模型、多层级三维骨架模型和产品三维配置模型的定义与形式化表达,并以此为基础构建了详细的产品配置流程,开发了计算机辅助的基于三维模型的产品模块化配置原型系统,采用单立柱有轨巷道堆垛机对配置方法进行了验证。     

Genetic model for conceptual design of mechanical products based on functional surface

Computer-aided conceptual design (CACD) aims to increase efficiency and quality of design work but with little essential progress due to the gap between abstract concept and detailed structure. In order to tackle the problem concerned with conceptual design process and automation, this paper introduces the concept of functional surface as the information carrier to link together product function and structure and describes a product genetic model to represent and organize product information. Functional surface is used to formalize the product gene, a varied-length coding scheme for functional surface and product gene is proposed, and the design process model for conceptual design is established based on product gene. Finally, a prototype system for CACD is introduced to demonstrate how a product can be designed based on the proposed model.     

基于产品基因的概念设计

提出了一种基于特征的、通用的功能表达模型。通过对生物基因工程与产品原理方案设计的系统类比,引出产品原理方案设计中的信息遗传基础“产品基因”的概念,提出了“产品基因”的“转录”、“翻译”、“复制”以及“逆转录”机理,揭示了产品基因在功能设计与原理方案设计之间的桥梁作用。建立了基于产品基因遗传和重组的概念设计框架,并以一种新型硬币分离装置的原理方案设计为例进行验证。结果表明,该框架显然有助于产品概念设计阶段的原理创新。     

基于产品基因进化的结构设计自动化

基因是人类研究自然界遗传和进化的重要依据 ,在现代机械设计中 ,将基因工程思想用于产品结构设计 ,从未知产品根本需求和实现功能出发 ,在广义定位原理和基于功能表面分解重构技术基础上 ,形成“产品基因”这一全新设计理念 ,进而以此为依据提出基于产品基因型进化思想的产品建模方法 ,并用实例验证这一方法的优越性。     

基于产品基因分解重构的生长型设计

将基因工程思想用于产品的进化设计过程，通过对产品基因的多级分解提出了产品组成单元的进化策略。在给出基于功能约束的产品基因分解数学模型的基础上，将装配复杂度及制造复杂度作为有效的控制约束引入其中，得出了产品基因的最优划分策略，在此基础上提出了基因重构方法。用滚子夹具设计实例验证了设计方法的有效性。     

基于产品生态学的概念设计研究

为提高产品的创新性,提出了一种基于产品生态学的概念设计框架.研究了生物工程和产品概念设计之间的相似性,在分析了产品基因、产品细胞、产品器官、产品生物体、产品种群和产品群落模型的基础上,提出了产品生态学模型,构建了相应的概念设计过程模型,并以纺织装备产业的产品创新为例进行说明.     

机械产品杂交集成设计及产品基因库的构建

在前人研究的基础上提出基于生物基因工程的机械产品杂交集成设计方法,探索建立零件和产品级的基因编码方法,克服了以往编码系统存在的如形状统计和零件分类方面的不足.该编码方法基于产品功能模式对产品信息进行了描述,以此为基础进一步提出建立机械产品基因库和目的基因检索的方法,通过借鉴已有的生物基因重组理论,机械产品的杂交集成设计方法可实现创新机械产品的快速设计,对于个性化需求的机械产品设计具有一定的借鉴.     

基于广义装配原理的产品生长型设计

通过研究生物生长与产品设计之间的相似性,提出了基于广义装配原理的生长型设计过程,研究了广义装配原理的三个理论构成。首先,在产品生长阶段,为实现生长过程中的自然选择,提出了以复杂度理论为控制因素的设计推理策略;其次,提出了功能公差设计理论,通过加工成本以及基于多因素的模糊质量损失成本体现广义装配成本,在确保产品功能的同时,以较低的装配与制造成本为公差的分配策略;在产品进化阶段,为保证产品良好的装配性能,采用了虚实结合设计技术。将以装配质量因素为核心的产品复杂度、精度以及制造、装配成本等众多设计因素并行集成于生长型设计过程中,实现了以全生命周期装配质量保障为核心的产品生长型设计。     

基于功能表面的概念设计产品模型研究

为解决功能向结构映射存在的多解性、不确定性等问题，引入功能表面作为功能到结构映射的媒介。在描述功能表面和产品功能模型的基础上，构建了一种机械产品概念设计产品模型（功能-功能表面-结构），实现了功能到结构的稳定映射关系。该模型可用于开发计算机辅助设计工具来支持机械产品概念设计过程，实例验证了该产品模型的有效性。     

Tolerance evolutionary model and algorithm in product growth design

To guarantee the successful transformation from product functional requirement to geometry constraints and finally to dimension constraints between components in a product, an evolutionary tolerance design strategy is proposed on the basis of automation technology in product structure design. In the first part of this paper, the theory of the growth design and the process of tolerance evolutionary design are introduced. Following the evolution of product structure, product tolerance grows from its initial state, defined by accuracy requirements, to its final state, defined as dimension tolerance and geometric tolerance. In this growing process, the basic units in the product growth design, known as functional surfaces and their nominal features, are used as evolutionary carriers. With the help of these basic units, the method for the construction of a two-layer correlation network is proposed. In the second part, the tolerance assertions to assist tolerance evolutionary design are given, based on which the basic process for an evolutionary design of dimensions chain and geometric tolerance are presented. In order to optimize the allocation of the dimension tolerance, a mathematical model is developed in which a correlated sensitivity function between the cost and the tolerance is created. In the model, the design cost, the manufacturing cost, the usage cost, and the depreciation cost of the product are used as constraints to the tolerance allocation. Considering these costs, a multifactor cost function to express quality loss of the product is developed and is applied into the model. The minimum cost is used as the objective function, and the depreciation cost in the objective function is expressed by the discount rate—terminology in economics. The aim was to achieve a final and ideal balance around assembly, manufacturing, and usage through the control of product precision. In the last part, the successful usage of the proposed tolerance evolutionary strategy in the incremental growth product design is demonstrated through a design example.