基于可拓本体的复杂产品方案设计可拓集成框架研究

为了有效提升大型复杂产品方案设计结构配置的设计效率和质量,对大型复杂产品方案可拓集成设计进行了研究。对大型复杂产品方案可拓设计过程中的可拓本体概念模型、可拓本体库构建框架、方案设计可拓需求模式、方案设计可拓配置模式和方案设计可拓再设计模式进行了分析,提出了一种基于可拓本体概念的复杂产品快速设计可拓模式框架;通过将应用层、应用工具层以及环境支撑软件层相融合,建立了基于可拓设计模式的型号飞机产品快速设计可拓集成平台体系结构。研究结果表明:该可拓集成设计平台体系结构的建立,能够实现多层次、多属性、创造性、复杂性等特点的复杂产品方案设计的结构可拓配置,从而为复杂产品快速设计的顺利实施提供理论和工程应用支持。     

可拓设计理论方法综述与展望

为了针对产品创新设计中的矛盾问题寻求最佳设计方案,提出一种可拓设计理论方法,该方法集理论、实践、科学、哲学和方法论为一体,具有设计目标清晰、冲突消解过程有序、方案输出结果满意等特点。通过分析比较发明问题解决理论、基于规则/实例推理、约束松弛、协商、回溯、可拓设计等常用于产品创新设计过程中的冲突问题消解方法,论述了可拓设计方法最大的特色在于模型化、形式化、定性与定量相结合,是一种智能化处理设计对象、设计系统的现代设计方法;系统介绍了可拓学和可拓设计的形成及相互关系、可拓设计的研究方法和设计原理,对可拓设计各步骤环节的研究现状进行了综述,论述了目前存在的不足及今后的发展方向与思路;阐述了可拓设计方法及其计算机实现的策略生成系统,对几种典型的可拓设计软件系统做了简要介绍;最后对全文进行总结,展望了今后的研究目标及需要解决的研究难点。     

面向可拓知识集成的创新设计系统研究

在分析现有概念设计系统的基础之上，提出了面向可拓知识集成的创新设计系统框架，详细分析了系统的主要模块可拓知识表示模块、遗传方案求解模块、方案评价模块及其中所用到的关键技术。最后针对正在开发的减速器创新设计系统，说明了系统知识库数据库的建立方法、原则等，以及进化算法中染色体编码和适应值度函数的建立方法。以此验证所提系统结构的可行性与有效性。     

基于可拓流模型和第三创造法的产品创新设计研究

结合可拓流模型和可拓创新方法中的第三创造法,研究了一种集成两种方法进行产品创新设计的一般步骤与流程.通过确定产品技术系统中的流,建立可拓流模型,识别有益流或有缺陷流;运用第三创造法对有缺陷流模型进行改进,获得改善产品缺陷的多种设计创意;利用该方法解决某熔融沉积式3D打印机的缺陷问题,生成多种设计创意,并通过优度评价方法...     

基于知识的大规模定制产品可拓配置设计

针对现有产品配置设计方法中对客户性能需求研究的不足,提出了基于知识的大规模定制产品可拓配置设计理论与方法.通过分析产品设计过程中的信息处理,明确了基于知识的设计系统开发思路,应用物元理论与可拓学方法,对大规模定制的典型机械产品进行基于数据库的可拓分类知识挖掘,建立满足产品个性需求性能的可拓配置变换规则、关联函数及与之对应的产品可拓配置集等,并将其有效地应用到单体液压支柱的个性化配置设计中.应用实例表明:该方法不仅能快速满足大规模定制设计的个性化要求,而且能为计算机参与解决配置设计矛盾问题提供一种可行的途径.     

可重构机器人设计理论与研究

可重构机器人系统主要是由标准模块构成,模块和模块之间通过接口进行互联和通信,根据不同的实际需求,各个模块可以实现快速组合成不同的构形,故可以实现可重构,可以很好的满足工业化发展的现状,节约成本,高产高效,有效的提升企业的竞争力。本文对可重构机器人的设计理论进行了相关研究和讨论,从构形设计理论出发,以构形设计问题为主要对象,覆盖了涉及的各方面重要内容,构建了模型,对系统进行了优化设计,证明了构形设计方法的正确性和有效性。     

爬壁机器人底盘结构全向移动自主控制设计

爬壁机器人全向移动时,由于平稳性因子较低,难以保障机器人在移动过程中的平稳性,且无法有效地控制机器人.针对目前存在的平稳性差和控制精度低的问题,提出爬壁机器人底盘结构全向移动自主控制设计方法,以爬壁机器人为例,研究全向移动机器人的底盘结构控制,在变换坐标系的基础上构建爬壁机器人的运动学模型;根据运动学模型为全向移动机器人的自主控制提供相关信息,提高控制的精准度.利用卡尔曼滤波器对爬壁机器人的姿态进行解算,对爬壁机器人运动的平稳性进行考虑,利用PID控制算法实现爬壁机器人底盘结构全向移动的自主控制.实验结果表明,所提方法控制的机器人平稳性好、控制精准度高.     

基于可拓原理的AS-RIII移动式机器人自适应控制方法研究

利用自适应控制善于处理时不变和慢时变问题以及可拓控制善于处理时变和突变问题的特点,将自适应控制与可拓控制两者结合起来,提出了用可拓自适应控制方法来研究移动机器人。构建了移动机器人可拓自适应控制动力学模型,设计了自适应控制器,并对其进行了初步实验研究。结果表明,采用可拓自适应方法对移动机器人进行控制,相比传统的自适应控制更具有环境适应性。     

基于可拓学的刨床刨刀往复运动机构设计

基于可拓学的可拓策略生成方法,提出了机械运动方案设计中,机构选型的确定方法。建立问题的可拓模型和核模型,通过拓展分析、可拓变换,生成解决矛盾问题的多种策略,并建立评价标准,对生成的各策略进行优度评价。以实现刨床刨刀往复运动机构的选型过程为例证明该方法的有效性。     

基于可拓原理的AS-RⅢ移动式机器人自适应控制方法研究

利用自适应控制善于处理时不变和慢时变问题以及可拓控制善于处理时变和突变问题的特点,将自适应控制与可拓控制两者结合起来,提出了用可拓自适应控制方法来研究移动机器人.构建了移动机器人可拓自适应控制动力学模型,设计了自适应控制器,并对其进行了初步实验研究.结果表明,采用可拓自适应方法对移动机器人进行控制,相比传统的自适应控制更具有环境适应性.     

物场分析的可拓方法研究

针对物场分析功能建模的局限性、抽象性和标准解使用的模糊性问题,提出一种基于物场分析与可拓学的概念创新设计模型。结合黑箱模型和组件分析法建立产品功能模型,获得不足之处。基于对应关系建立事元物场模型,结合标准解和可拓变换进行创新求解,采用可拓优度评价法实现方案优选。以自行车鞍座为实例,验证概念创新设计模型的正确性。     

可重构模块化机器人构形设计

提出了一种基于遗传算法可重构机器人的设计方法，使用结构构形图表达可重构机器人的构形，设计了一套遗传操作算子。根据提出的设计方法设计了一个三自由度的机器人构形。     

可拓能量元驱动的机电产品节能设计

由于用户对产品需求的转变,将可拓能量元作为驱动整个机电产品节能设计过程的有效工具,利用可拓学并结合产品节能设计给出了可拓能量元的定义,将产品物元特征划分为功能特征元和性能特征元两类。针对全生命周期各阶段产品物元模型分别进行形式化表述,构建了以能量元为基础的产品物元模型。提出了基于共轭视图的能量元三维识别模型。以蝶阀产品方案设计为例,说明该方法在实际机电产品设计中的应用,证明了该方法的正确性、有效性与实用性。     

一种自主移动运输机器人的设计与验证

在机器人搬运场景中,经常会出现货物实际姿态与预期不一致的情况,这时往往需要人工协作进行调整,工作效率和节拍因此受到影响。为解决以上问题,设计了一种自主移动运输机器人,可全向移动且具有新型摩擦轮-夹爪复合式取物结构及货物姿态调整结构,其控制系统采用同步定位与建图(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)等技术。通过pitch轴和yaw轴货物姿态调整实验确定了关键工作参数的最优值。最后进行了自主导航实验,结果表明该机器人在室内环境可实现自主导航。     

基于可拓理论的模块化设计方法研究

针对模块化设计理论难以工程实现的问题,提出了基于物元模型及可拓方法的产品可拓模块化设计方法。该方法首先在物元模型的基础上,结合模块自身特点,建立了模块物元与模块族物元,以有序三元组的形式规范化地保存了历史模块和模块族数据,并研究了模块物元的可拓性及其变换。然后运用可拓方法对模块物元进行变换与操作,既实现了对模块划分、模块检索与匹配,以及模块综合等模块化设计过程的形式化描述,又为模块化设计提供了新的思维方法。最后,给出了可拓模块化设计方法在导弹产品开发中的应用实例。     

可拓知识表示在水轮机选型设计中的应用

水轮机结构复杂,传统知识表示不能满足选型设计的需要,为此提出了一种基于可拓模型的知识表示(简称可拓知识表示)方法.首先给出了该表示方法的定义、语法规范和存储结构;论述了在该方法基础上的推理算法及问题求解过程,包括可拓图构建、物元拓展推理及条件可拓集合的生成;最后将该方法应用于尼尔基水电站的水轮机选型设计中.由于可拓知识表示扩充了传统方法的表示内容,采用该方法可以得到比采用传统知识库系统更合理的推理结果.     

基于构型组合的空间探测机器人移动机构设计

提出基于构型组合和构型创新的空间探测机器人移动机构设计方法.该方法将轮式空间探测机器人视为由轮系、悬架和车体三类子构型组合而成的多体系统.提出同构组合和异构组合两类设计模式,将空间探测机器人移动机构的创新设计归结为子构型获取和子构型组合,并对两类设计模式进行理论分析,建立计算模型.分析国内外经典空间探测机器人移动机构构型,设计两种轮系构型和两种悬架构型,通过构型提取和构型创新得到4种轮系构型、5种悬架构型和5种车体构型.以四轮、六轮和八轮空间探测机器人为研究对象,采用基于构型组合的设计方法,通过同构组合得到70种新型同构组合空间探测机器人移动机构,通过异构组合得到165种新型异构组合空间探测机器人移动机构.     

基于可拓逻辑的产品族可配置规划研究

为更好地处理产品族可配置规划大量带有矛盾前提的知识,通过顾客需求获取、可拓变换和可拓聚类等方法来解决配置需求动态增加、配置阈值确定和冲突消解等三个问题,提出了基于可拓逻辑的产品族可配置规划模型.首先通过共轭分析法得到需求基元,建立需求与产品族结构特征之间的映射关系,利用町拓规则推理,从定性角度得到能够满足顾客需求的一系列产品.然后在需求基元图中,应用变换矩阵对需求基元加以变换,由顾客根据变换结果再次输出需求基元,与最初需求基元计算相容度,利用改进的遗传算法动态取得配置阈值来判断变换的可行性.最后,利用可拓聚类和聚类图理论实现产品族内部的稳定模块和可变模块的划分.该方法已应用于冰箱原型系统设计.     

可拓学中优度评价方法在变型设计中的应用研究

大批量定制是一种面向21世纪制造业的重要生产模式,其核心在于通过各种产品的变型设计等方式,以便有效地解决大批量生产的低成本、短交货期与定制生产的高成本、长生产周期的统一问题。本文论述了可拓学中优度评价方法,并以变型设计为例,说明了该评价方法在变型设计决策过程中的应用。