基于TRIZ理论和功能分析的产品创新设计

阐述了产品功能分析法、TRIZ理论的最终理想解和物场分析方法,建立了基于TRIZ理论和功能分析的产品创新设计流程.该流程将产品的创新设计分为产品功能分析、抽象理想解,构建系统物场模型和解决问题功能模型几个阶段,指导设计人员从产品的功能出发,快速实现产品的创新设计.并以液压缸往复密封为例,说明该流程的有效性.     

机械电子学产品系统设计原理与方法

机械电子学的设计原理与方法有产品系统设计、信息流程设计和建立统一物理模型分析设计。本文着重研究机械电子学产品系统设计原理与方法,提出该设计原理有4点:(1)产品系统功能分析;(2)实现各功能模块的作用,选择可能实施的方案;(3)多种方案的综合评价与优化设计;(4)产品系统实体设计分析。     

核电厂功能要求分析的方法和应用探索

核电厂功能要求分析是电厂工艺系统设计、控制功能配置、主控室画面设计等的基础,也是人因工程评审和主控室设计的重要要素或内容。压水堆重大专项CAP1400核电厂在设计时开展了较为系统的安全功能要求分析和功能分配。在此基础上,根据NUREG-0711的最新要求,本文以CAP1400核电厂为模型,探索并建立了一种核电厂(发电)功能要求分析的流程和方法,并基于功能分析的结果,开展了冷却剂压力控制的控制功能配置和显示画面设计。最后,构想了系统性开展核电厂性能、功能、需求分解的意义和方式。     

复杂工程系统下基于模型的公理化设计方法

将改善后的公理化设计方法与基于模型的系统设计结合,提出了一种面向复杂工程系统的基于模型的公理化设计方法(Axiomatic model based systems design,A-MBSD)。用例、活动和交互等系统行为作为连接系统功能和结构的桥梁被引入公理化设计中,形成新的行为域,从而整个设计过程能够被需求-功能-行为-结构之间的映射有效地表示。在A-MBSD中,一方面设计师可以利用设计域之间的"Z"字形映射描述系统设计从抽象到具体的演变;另一方面,设计师可以通过独立公理判断系统设计的耦合性,在设计早期发现设计参数之间的冲突。为了保证系统建模的统一性,使用Sys ML的扩展机制stereotypes将公理设计的核心概念定制到一般的系统设计过程中,形成A-MBSD建模profile。通过一个森林火灾卫星监控系统的设计证明了行为域的引入提高了设计矩阵的可靠性、基于模型的技术保证系统模型的统一性,并使设计师理解功能耦合的原因。     

液压系统方案设计的能量特征状态模型

提出液压系统方案设计的能量特征状态模型。以定性矢量的形式描述液压系统的能量特征,将一个完整的液压系统分解为若干个单动作子系统进行设计;将液压元件与其在系统回路中的使用方式相结合定义两类基本变换单元作为新的系统设计功能选择单元,并以功能分析为基础构建两类基本变换单元的定性矩阵表达;建立单动作子系统方案设计模型,将单动作子系统方案设计问题转化为模型空间内的矩阵分解与匹配。通过具体设计实例验证该方法的可行性与有效性。     

基于本体的公理化系统设计语义建模与推理规则

使得计算机理解系统设计的语义并完成自动推理是实现智能制造和基于模型的系统工程的两个重要特征,但现有系统建模语言对语义表达和自动推理的支持有限.第一,为了满足复杂产品系统建模的语义表达要求,在前期工作—基于模型的公理化系统设计(Axiomatic model-based systems engineering,A-MBSD)的基础上,构建对应的本体模型 A-MBSD Ontology;通过网络本体语言(Web ontology language 2,OWL2),明确定义系统设计的语义及其之间的关系.第二,为了满足系统建模的推理要求,使用语义网规则语言(Semantic web rule language,SWRL)对设计公理和规则进行定义,支持功能耦合性的判断和最优设计方案的选择.最后,以卫星太阳翼的系统设计为例,证明所构建的本体模型能够明确表达系统设计语义,相应的规则可以自动推理出设计参数所影响的功能需求、功能需求之间的耦合等,避免在试验阶段才发现耦合问题而导致的设计返工,提高系统设计的效率.     

基于PLC的液晶玻璃基板自动下料控制系统的研究

在对自动下料系统功能分析的基础上,研究采用PLC结合传感器检测技术、伺服系统和气动系统设计的基于PLC的液晶玻璃基板自动下料控制系统。实际生产表明:该控制系统可实现双工位自动下料,具有良好的稳定性,并且可以自适应多种型号的液晶玻璃基板自动下料。     

融合功能倒推与裁剪法的系统创新设计方法*

裁剪法是产品改进创新的重要方法,而功能分析是实施裁剪的基础。对于复杂机械系统,功能分析常常面临组件层级难以确定的问题,依赖设计者个人理解和经验判断,操作上存在较大的主观性,不同设计者分析过程和结果往往差异较大。为提高功能分析客观可操作性,基于逆向工程思维,提出了由系统目标向系统内部组件逐步遍历的功能倒推分析法。该方法专注于接触界面,从系统主要功能的目标对象开始,通过相互作用分析倒推功能载体,逐层循环迭代倒推直至遍历所有组件。进一步,结合功能倒推分析法与裁剪法,运用TRIZ问题求解工具,建立系统重构创新设计过程模型。最后,以钢轨铣磨车磨装置为例进行系统重构创新设计,验证了功能倒推分析法和系统重构创新设计方法的实用性和有效性。     

用例驱动的工程图文档管理系统研究

围绕开发一个工程图文档管理系统的整个过程,利用统一建模语言(UML)建立模型,利用一系列视图描述了从功能分析、系统设计,到物理模型设计的整个过程,将复杂的工程图文档管理系统用简单明了的可视化图形表示出来,给整个工程图文档管理系统的开发提供了有利的条件.     

模块化水下机器人控制系统设计

为了提高水下机器人控制系统设计的工作效率,提出了一种基于模块化思想的控制系统设计方法.模块化是指在对一定范围内的不同产品进行功能分析和分解的基础上,划分并设计生产出一系列通用模块或标准模块.把控制系统的硬件部分和软件部分按功能分解成一系列标准模块,将标准模块按照实际需要的设计结构进行组合,即可实现水下机器人控制系统的设计.采用这种模块化方法实现了水下机器人控制系统设计上的简单化,功能上的灵活化.     

基于Harmony SE的装甲车辆信息系统分层模型设计方法

新一代装甲车辆信息系统复杂导致设计难度提升,运用Harmony SE系统工程方法可有效指导设计。结合装甲车辆信息系统特性,对Harmony SE系统工程方法论进行适应性修改,提出了基于Harmony SE的装甲车辆信息系统分层模型设计方法。该种方法使用层进式流程,设计装甲车辆信息系统层次模型,并通过模型仿真进行逐层验证。该种方法能够解决直接应用Harmony SE系统工程方法进行装甲车辆信息系统设计过程中出现的问题,提高系统设计的效率。     

大规模定制下超声波焊接系统的设计

根据超声波焊接系统的结构特点,应用大规模定制的理论,提出了一种适用于超声波焊接系统设计的大规模定制模型,讨论了其中各模块的功能,制定了基于该模型的系统设计流程图.结合一个工厂所需的超声波焊接系统的设计实例,探讨了该定制模式的应用.     

产品服务系统共生设计理论与方法

针对具有多主体、产品与服务共生特征的产品服务系统设计困难问题,首次将共生理念引入产品服务系统设计,突破传统设计理论的单边串行为多边并行设计模式,提出产品服务系统共生设计理论与方法。为保证异质异构产品服务建模的多样性和一体化,基于超网络提出产品服务系统共生建模方法,并建立共生特征和共生吸引模型,以驱动设计要素的跨层转化。采用意图—模型—参数的协同架构确定共生设计参数域,通过统筹共生关系和竞争地位来构建多样化设计博弈模型,均衡产品服务系统的共生设计。提出产品服务系统生长动力学,建立产品服务系统性能生长估计模型,以保障产品服务系统使用结果的可靠性。通过数控机床产品服务系统的初步应用,验证了所提方法的可行性和有效性。     

模型驱动的复杂产品系统设计建模综述

复杂产品系统的功能复杂性与设计分布性大大增加,基于文件的系统工程已越来越不能满足复杂产品系统设计时建模的要求,模型驱动的系统设计建模方法正成为学术界和工业界关注的重点。由于该问题本身的难度,模型驱动的复杂产品系统设计建模仍然存在许多不足与问题。从模型驱动的角度出发,对面向复杂产品系统设计的建模语言进行了分析;对现有的四种模型驱动的复杂产品系统建模方法进行了较为全面的分析与评述。对模型驱动的复杂产品系统设计建模存在的不足与问题进行了分析与讨论,并探索给出其可能的发展方向。     

无线遥控爬壁机器人系统研究

为满足爬壁机器人在侦察环境下工作要求,设计了新型无线侦察爬壁机器人系统.根据无线侦察爬壁机器人的特殊要求,进行了总体功能分析和机械系统设计,在此基础上通过现代计算流体力学方法(CFD)设计了高效率低噪音的离心风机;同时开发了机器人的无线控制系统;试验表明了无线爬壁机器人设计的有效性..     

集成电路成型与分离系统

设计了一种集成电路成型与分离系统,分析了系统设计的各个关键环节,该系统基于FPGA、ARM及计算机多核控制,重点介绍了工作台运动轨迹控制模型的设计、基于ARM的LED显示屏设计、语音模块设计、伺服电机的控制以及利用以太网通信等等。实验结果表明系统有噪声小、速度高、精度高、可靠性高等优点,具有较高的应用与推广价值。     

矿用柴油机单轨吊机车液压驱动系统设计与仿真

为满足现代煤矿企业对单轨吊工作能力的要求,该文对单轨吊机车液压驱动系统进行原理分析和设计。建立基于AMESim的仿真模型,验证液压系统是否满足机车不同工况下的各项技术要求。结果表明,该液压系统满足机车的工作要求,系统设计合理可行,为其他液压系统设计提供了一种参考。     

基于生物原型的产品创新设计

通过生物系统与产品技术系统分析,找出两系统之间内在的功能联系.借助于关键词检索基于功能基术语的生物知识库,获取相应的生物实例,通过相似度计算获得生物原型.利用生物耦合理论、功能分析系统技术(Function Analysis System Technique,FAST)和功能基术语进行生物功能建模,结合类比推理、混合类比策略及作用特性相似性原理,实现由生物系统向产品技术系统的转化.同时,根据设计任务及需求,建立产品功能原理模型并进行求解,获得合理的设计方案.最后,以空气集水装置为实例,验证所建立的基于生物原型的系统化仿生创新设计过程模型具有通用性和可行性.     

基于创新设计理论/功能分析的机械产品功能原理创新设计

为了实现机械产品功能原理的创新，提出了一种将创新设计理论与功能分析方法相结合的功能原理求解过程模型。在该模型中，功能分析主要包括总功能抽象、总功能原理解的确定以及功能分解等。总功能原理解的确定是功能正确分解的前提。为了给功能分解提供可以遵循的模式，提出了基于工艺功能分析的方法，引入了输入约束功能的概念，并给出了功能分解的5个详细步骤。为了给原理求解提供有力的工具支持，将创新设计理论中的物场分析、效应知识库以及冲突解决原理等嵌入到了总功能和分功能原理求解过程中，使得创新设计理论的优势在模型中得以有效发挥。应用这一模型，实现了颜料灌装机的创新设计。     

基于PLC的机械高精度调平系统设计

因为传统系统调平时间过长,所以设计了基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的机械高精度调平系统。该系统的硬件设计利用旋转编码器方法检测电动机速度,软件设计基于PLC构建机械高精度调平模型,计算支撑腿在模型中的倾斜角度,改变最高受力点位置控制调平流程,从而完成系统设计。实验结果表明,设计系统的调平时间比传统系统减少了67.1 s,能够提升机械高精度调平速度。