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。     

可变功能机械基于APD网络模型的变更传播过程分析

变更设计是实现可变功能机械再设计的1个重要方法。为研究可变功能机械再设计中变更传播的过程,提出变更传播路径和变更风险分析的方法。从可变功能机械产品概念设计角度出发,建立可变功能机械产品开发(Adapt-function mechanical Product Development,APD)网络模型,根据传播类型提出传播链和传播网的概念,描述变更在APD网络中的传播路径。通过分析节点之间的依赖程度和节点对变更传播的吸收能力,可以确定变更传播在APD网络中的可能路径,并基于此进行变更风险值的计算,预测不同变更设计方案给产品带来的风险,供设计人员在可变功能机械变更设计中选择合理的设计方案。最后,以可变功能电动剃须刀的变更设计为例,验证该变更传播过程分析方法的可行性。     

机电产品基于共享构件识别和接口求解的可变 功能再设计*

设计开发具有可变功能的机电产品有着重要的实用价值。目前针对这类产品的设计方法研究还相对较少。在分析机电产品行为过程特性的基础上,将行为过程划分为基础行为过程和目的行为过程,指出基础行为过程的相似性是机电产品面向可变功能再设计的前提,相似程度越高,进行可变功能再设计的可行性也就越高。由产品的相同或相似基础行为过程映射得到相应结构体,提出了一种量化结构相似性的方法。通过筛选最大相似性构件,可以识别共享构件,并确定所要设计开发的目标产品。认为共享构件与非共享构件之间的接口问题是再设计的一个核心问题,提出了接口求解的两个准则及两类求解方法。最后,通过基于电动碎冰机与电动切菜机的可变功能再设计的案例,验证了上述方法的可行性。     

基于行为链的机械产品可变功能再设计方法及应用

以具有可变功能为设计目标,对单一功能机械进行可变功能的再设计,具有重要的实用价值。行为或行为过程作为实现产品功能的必要途径,对再设计具有重要的指导作用。通过分析典型的具有可变功能的机械产品的行为过程,引入行为链概念,总结了可变功能机械行为链的相似特性,提出了一种基于行为链的机械产品可变功能再设计方法,将机械产品的再设计映射为行为链的再设计,为可变功能再设计提供了一个简单可行的方法。最后,用实例阐述了上述再设计方法的可行性。     

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。     

基于耦合强度设计结构矩阵的复杂产品配置模型优化及应用

针对复杂产品内部结构耦合性强、配置设计求解效率和准确性低的问题,提出基于耦合强度设计结构矩阵的复杂产品配置模型优化技术。定义了产品配置结构体,基于结构体之间的父子逻辑关系和约束关系,对配置模型进行耦合分析,并对结构体间的耦合关系进行量化。通过映射得到配置模型耦合强度设计结构矩阵,对其进行分解变换并给出的聚合强度指数函数进行判定,得到结构体聚合集。采用基于净供给度解耦算法撕裂聚合集,重组配置结构体,优化配置模型。该技术在高档数控机床配置设计中得到了应用与验证,提高了数控机床的配置效率与准确性。     

可变功能机械产品功能设计及功能转换过程研究*

针对可变功能机械产品相关设计方法研究中的不足,提出可变功能机械产品的功能设计方法与步骤,并对功能相似性进行探讨。可变功能机械产品实现功能转换时需要进行零件的拆卸、装配,因此有必要对其开展拆卸-装配序列的研究。将可变功能机械产品的结构构件分为共享件与非共享件,明确拆卸-装配序列规划对象为非共享件。根据可变功能机械产品实现各可变功能所需的零件列表,建立功能零件关系表。用集合干涉矩阵(Aggregated interference matrix, AIM)表示非共享零件在各自拆卸或装配方向的干涉情况,并提出包围盒与投影相结合的方法进行干涉检查,在此基础上生成AIM。然后根据生成的AIM建立目标函数,应用遗传算法对拆卸-装配序列进行优化。最后,利用Matlab编写相应的程序,以某可变功能微耕机为例对提出的方法进行验证。     

机械产品执行行为的相似性评估及可变功能再设计应用

执行行为是产品作用于其作业对象或外在环境的一个或多个对外行为。对机械产品的执行行为进行相似性评估可以为产品的设计开发,特别是对基于现有产品的可变功能再设计提供有益支持。本文将执行行为分解为"动作+载体",对动作进行分类,根据动作属性比较其相似度;将载体分为静载体和动载体,通过比较载体属性进行相似度的计算。再根据相似要素建立相似元,利用层次分析法确定不同相似元对执行行为的权重,提出相似度的量化计算公式,为机械产品的可变功能再设计提供设计依据。最后以榨汁机、豆浆机及家用料理机为例,验证所提出方法的可行性。     

可变功能机械非均衡功能使用构件重要度分析

针对现有的可变功能机械产品在特定的消费群体中功能使用不均衡的现象,提出了功能使用度的概念和量化方法,总结了三种功能使用类型及特点.通过分析三种类型,提出功能利用率的概念和计算方法。在此基础上,结合可变功能机械功能与构件的关联矩阵,提出了一种在考虑功能使用度情况下的构件重要度的描述及其优化方法,最后通过对多功能组合钳的实例分析,证明了该方法的可行性。     

可变结构体机器人滚动步态参数优化

可变结构体机器人是一种基于张拉整体结构设计的新型移动机器人,由刚度较大的压杆和弹性较大的拉索构成,利用自身形变产生滚动。然而由于缺乏必要的参数分析,目前其结构设计多基于经验,滚动控制往往采用固定驱动参数,未考虑材料参数与驱动参数对机器人易滚动性、能耗、结构可靠性等特性的影响;而张拉整体结构内力耦合度高,传统动力学分析参数影响极其复杂。因此,为获得低能耗、易滚动且结构可靠的可变结构体机器人,将重力矩、临界驱动长度和驱动力作为性能参数,描述可变结构体机器人的上述三项性能。通过有限元法分析方法,建立驱动参数、材料参数与三项性能参数的关系。在此基础上,提出参数优化方案,指导参数选择。通过试验验证结果的正确性。     

基于修正赋权有向图功能结构的可变功能机械建模方法

以设计可变功能机械为目标,在分析机械产品功能结构的基础上,提出功能组合方式,定义功能链的形成以及功能结构聚合方法与规则。重新定义赋权有向图边向量,并引入可达矩阵,以辅助功能模块的划分。以豆浆机为例,生成了豆浆机的功能链,建立了整个功能结构模型,然后转换为赋权有向图模型,实现产品功能结构的计算机形式化。通过判断有向图中各个节点间的可达性,建立赋权有向图可达矩阵,为功能模块划分提供参考,说明了该方法的可行性。     

面向可变功能机械的模块划分方案复杂度分析

模块划分方案的复杂度直接影响可变功能机械产品模块化设计的质量,合理的模块划分方案是开展此类产品设计开发的基础。基于功能-行为-结构模型对产品各构件进行相关度分析,建立相关度矩阵,应用模糊聚类法得到多种模块划分方案。依据信息熵理论,以模块化产品设计中的装配复杂度和设计复杂度为评价目标,建立模块划分方案复杂度的数学评价模型。对不同模块划分方案的复杂度进行比较,得到较合理的模块划分方案,并以可变功能榨汁机为例验证了方法的可行性。     

基于活动定义的机械产品变型设计过程研究及其应用

为了在产品变型设计过程中有效重用各类零件资源,提出从设计活动的角度对机械产品变型设计过程进行建模,并给出了变型设计过程建模的框架结构。首先,基于大规模定制生产对零件的分类分析了不同类型零件的变型设计模式,并在零件结构参数层构建了零件之间的尺寸约束关系网络图;接着,给出了三元组的变型设计活动定义,以此为基础构建了变型设计活动的逻辑结构模型;然后,从活动和零件两个不同的层次,定义了机械产品变型设计过程的配置规则,由此可以派生出不同定制产品的变型设计过程,实现对不同类型零件资源的重用;最后,通过实例进行了验证。     

一种可转为帐篷的自行车人机尺寸分析与设计

通过对自行车设计需求的分析,提出了一种可转化为帐篷的自行车的设计方案,两种形式通过机械变形的方式相互转换,满足不同场合的功能需要,给户外骑行者带来了便利;根据人机工程学理论,对十字形转换结构的尺寸进行分析,对其合理性进行论证.结果表明,这种可转化为帐篷的自行车通过机械变形转化符合人机工程尺寸要求,该车体设计为人们的出行提供了便利.     

机械产品概念设计BFBS混合映射方法

为实现结构到功能的映射,提出一种行为-功能及行为-结构混合映射的方法.在定义行为模型、基本功能体和元功能的基础上,对行为、基本功能体和元功能进行详细分类,然后根据行为、功能和结构间七种基本映射类型,以行为作为中间过渡信息连接结构和功能,通过基本映射类型在行为、结构和功能间的反复混合映射,将产品结构与产晶功能紧密联系.最后由元功能对基本功能进行合并,根据合并过程所获得的功能组织结构,完成对产品各部分的理解,达到结构到功能映射的日的.通过在摩擦驱动装置分析中的应用,验证了该方法的有效性和实用性.     

基于实例库的机械产品协同设计知识推送研究

知识推送是提高机械产品协同设计中知识获取效率的重要方式。通过分析机械产品协同设计中的知识内容及知识特点,研究了面向知识推送的机械产品协同设计知识库的构建;提出了一种基于实例库的知识推送方法,其推送思路是以设计实例检索触发,通过产品实例与其他知识的映射进行知识的推送;提出了机械产品协同设计知识推送的体系结构,并分析了其层次结构;研究了知识推送的流程及实现过程。     

基于进化潜力分析的产品低碳创新设计

针对当前低碳产品创新设计难以在设计早期识别进化潜力空间的不足,提出一种应用潜力分析与发明问题解决理论的产品低碳创新设计方法。构建功能—结构—特征的碳排放递归解算模型,并对低碳设计特征表达进行了研究。分析低碳产品演化需求类型及表达方式,基于环境化质量功能配置和粗糙集进行需求映射,通过进化潜力值提取低碳进化设计特征,并将其与发明问题解决理论创新法则、进化路线及设计知识相关联,给出产品低碳设计的进化方向和策略,从而支持面向产品更新换代的低碳设计。通过洗碗机产品的设计案例验证了所提方法的可行性。     

具有迭代特征的复杂机械产品概念设计模型

针对机械产品概念设计的复杂性,提出一种基于迭代的功能－行为－机构－结构模型(FBMS)。从机械产品设计的特点出发,研究复杂机械系统的功能、行为、机构和结构之间的关系,揭示行为和机构在功能到结构转换过程中的桥梁作用,由此提出基于行为和机构的映射关系,进而结合设计过程的迭代特征建立基于迭代的FBMS模型。在综合考虑该模型中各要素特点的基础上,给出其形式化描述方法。通过对迭代设计过程中行为和机构作用特点的分析,给出迭代设计的具体步骤及相应的迭代算法流程。以一个具体机械产品设计为例,对FBMS模型的有效性进行验证,并对其整体特性进行分析。结果表明,该模型有助于机械产品概念设计阶段的机构组合创新,以及功能与结构之间的优化匹配。     

机械产品网络定制设计关键技术研究

提出用特征语言对产品族结构进行建模的原理和方法,并结合相应的产品族结构模型进行分析.在此基础上设计机械产品配置器,构造基于网络定制设计环境的整体框架,并阐述各组成部分的功能和实现方法.以冰箱的设计和制造为实例建立系统原型.     

机械产品基于装配语义的变形设计及其在 Pro-E 上的实现

产品建模技术是企业为赢得市场竞争而采取的不同战略的共性关键技术，它覆盖产品整个生命周期的信息。本文提出了装配语义的概念，并在仔细分析机械零部件间装配关系的基础上提出了机械产品装配语义体系，介绍了机械产品基于装配语义的产品建模系统及其变形设计在Ｐｒｏ－Ｅ上的实现。