机械系统功能行为合成与创新

功能作用原理创成能力不足是制约功能综合法获得新颖创新性概念设计方案的关键。针对机械系统行为特征,以基础行为片段集表达常用复杂机械系统的运动行为,给出了一种基于粒度、商结构和商属性等价关系的商空间论域合成功能综合方法。不同等价划分原则,得到不同功能构型方案。为使合成的子功能满足时间有序性与空间连续性要求,对粒度等价划分方案分别进行时序等价关系划分与空间等价关系划分,基于商结构合成方法,得到两商空间的合成空间,使获得的功能方案能够在时间与空间上连续有序地实现设计功能,为结构层创成新颖优化的机械系统结构方案,提供优化的功能构型。     

基于多粒度共进化功能能推理的机械运动方案设计新方法

提出了基于多粒度共进化功能推理的机械运动方案设计方法.首先分析了共进化功能推理模型和多粒度设计模型的特点,并结合二者的优点构造了一种多粒度的共进化功能推理模型;然后将该推理模型应用于机械运动方案设计,提出了一种面向机械运动方案设计的共进化功能推理方法,该方法采用分类功能来描述机构单元及机械系统的运动特征信息,将机构单元和机械系统都采用运动功能变换函数进行抽象表达,通过功能推理来生成机械运动变换单元的串联组合方案;随即给出了相应的功能推理算法流程,通过与已有算法的比较详细分析了该算法的特性,并讨论说明了该算法所具有的效率高、可精确描述运动功能变换特性等优点;最后通过电线进给机构运动方案设计实例验证了该方法的有效性.     

FBS模型中行为与结构创新的商空间表达与实现

提出一种能够支持专利技术再创新的方法,对于提升我国机电产品的快速创新开发能力具有重要的现实意义.考虑基本结构的多功能属性,用粒度更细的基本操作表达功能-行为-结构(Function-behavior-structure, FBS)模型的功能元和基本结构的行为,以商空间理论作为数学工具,建立创新增强型FBS功能分解与结构匹配的商空间模型.功能层的保序划分或分层递阶划分实现了行为层创新;基于等价关系的结构层划分实现了结构层创新.实例表明,通过结构层和功能层的创新、匹配,能够用较少的简单基本结构的组合匹配原设计问题的总功能.因此,该方法可以有效地支持专利技术的再创新设计.     

基于运动行为贴近度和属性传播的机构串联方法的研究

在机构运动行为的表示法基础上，定义了基于运动行为“贴近 度”的概念。根据“贴近度”得到与设计要求接近的设计方案，然后通过运动行为属性传播方案，将设计要求的行为知识分解，得到基于串联式组合的多个运动行为表示，再分别匹配机构。通过该方法，当本体行为知识不被完全满足时，可以利用计算机自动推出串了关式机构组合的方案，使该方案完全满足本体行为要求。     

缝纫机弯针空间复合运动的空间机构创新设计

双重环缝缝纫机以双自由度多杆空间机构实现弯针空间复合进给运动,由于包含有多个球面副带来了制造工艺复杂及磨损大等问题。通过分析弯针空间复合进给工艺动作的运动特征,提出了两种基于空间RCCC机构弯针空间复合进给运动新方案,把双自由度的弯针空间复合进给运动转化为不含球面副的空间RCCC机构的近似函数综合问题,采用空间机构自适应综合方法进行求解,得到了空间RCCC机构的尺度,能够在狭小空间内实现双重环缝缝纫机弯针空间复合进给运动要求。     

计算机能够识别的机构组合模型

为实现计算机辅助机构组合，针对机构组合模式、组合相容性和组合方法进行了研究和探讨，构建出一种计算机能够识别机构组合模型。根据欲通过机构组合获取机构解功能元的具体要求，将机构组合模型分为基于“最小粒度功能元”和基于“非最小粒度功能元”的机构组合模式，两种组合模式均已程序化，并成功地应用于机械自动化组合软件系统研制中，实现了机构间的自动化动态重组。为实现机械运动方案智能CAD奠定了良好基础。     

多车型联运整车物流配送优化模型及算法研究

根据现代承运车的多层多排的结构特点,通过细化承运车配载空间,建立以单层、单排为粒度的可配载逻辑。依据目标函数和各项约束条件,特别是考虑物流能力约束,建立多承运车型联运的整车物流配送优化模型。基于分支定界算法的波动分析,给出了基于改进分支定界的新启发式配载优化算法。并对订单客户目的地进行聚类分析形成中心客户方向的单元群,考虑实际装载运输能力约束,利用改进Dijkstra路径算法,获得客户单元群内部节点线路优化方案,最后给出了应用实例验证算法的有效性。     

面向工业设计的机构编码设计与求解方法

针对设计人员给出的机构设计黑箱问题,提出了一种基于运动机构编码的机构快速求解方法。将机构表达为有向网络模型,以矩阵方式存储,并在此基础上建立机构案例库。基于平面CAD软件开发了原型系统,可根据输入和输出条件,从库中搜索机构单元并组合得到若干解决方案,画出机构简图,供设计人员评价、选择和改进。典型设计任务应用测试表明:该方法可搜索或组合出有效的机构设计方案,降低了对设计人员机构设计能力的要求,并提高了设计效率。     

服务环境下多粒度制造资源自适应组织与发现

为了加强区域协同制造,实现面向服务的制造,提出一种基于地理分区与制造资源分类树的多粒度制造资源自适应组织与发现机制。构建了基于业务流程的多粒度制造资源和多粒度制造服务模型作为协同资源存储的基础,讨论了制造资源分类树和多粒度制造资源的组织结构,进而给出了多粒度制造资源组织的自适应机制,包括多粒度制造资源的动态加入和退出以及资源的维护、负载感知的资源节点的分裂与合并,并设计了基于分类检索与三阶段匹配的多粒度制造资源发现算法。经算法性能比较,基于制造资源分类树的分类检索算法比同类算法有较快的搜索性能,粗粒度服务比单粒度服务组合具有更快的资源发现性能。通过仿真实验,验证了模型及其相关算法的有效性。     

传递空间最大化的球面5R并联机构尺度优化

以2自由度球面5R并联机构为研究对象,应用教学优化(Teaching-learning-based optimization,TLBO)算法求解机构尺度优化设计问题。首先,采用坐标变换法推导机构位置反解方程,再以传动角为机构运动或力传递性能评价指标,进而给出球面5R并联机构的优质传递工作空间(Good transmission workspace,GTW)定义和数值计算方法。以最大化GTW面积为目标,建立机构尺度参数约束优化模型,并用TLBO算法求解该问题。结果表明,文中给出的优化模型和算法是可行有效的。     

基于功能分解的机构概念设计

以胶印机递补纸机构为例，讨论了基于功能分解的机构概念设计方法，包括基于功能分解确定特征子机构；特征子机构间的运动协调；特征子机构建模与运动分析等，用这种方法设计出的整体机构能够满足功能要求。     

多对称机械系统的功能设计研究*

多对称在机械系统中普遍存在,而且对系统满足设计需求起着重要的作用。系统分析国际、国内机械设计学发展的思路,阐明机械概念设计与详细设计,功能设计与原理设计,需求对称性、功能对称性、原理对称性与结构对称性的内涵,认为功能结构是功能设计的结果,功能结构体现了系统解的原理和结构布局。提出多对称机械系统的分类体系。通过对一千多个机械实例的分析,探索各种多对称在功能结构中的存在方式和在机械中的效用,发现多对称机械系统的功能结构主要由功能并联分解和组合,功能串联分解和组合,功能交叉串并联,功能并联复合,功能循环,功能选择和决策等基本模式组成。进而获取机械系统功能-载体配置原理与多对称类型之间的关联性知识和应用多对称性进行系统功能设计的规律性知识。最后利用上述知识发明一个具有多对称特征的海浪发电装置,并给出其功能结构。     

基于公理设计的机械传动系统概念设计方法

以公理设计框架为指导,根据运动特征集对功能需求和设计参数进行形式化描述,从而划分基本功能需求块和设计参数块.在此基础上提出一种机械传动系统概念设计方法.该方法根据功能域向物理域映射过程的描述,首先产生功能分解规则进行功能分解,并搜索出各个子功能解.在组合子功能解的过程中,通过建立组合解搜索问题的数学模型,引入蚁群系统算法来处理该组合优化问题,从而有效加快搜索过程和处理可能存在的组合爆炸.结合捻线机往复导纱系统设计实例,对该方法及其有效性进行了说明和验证.     

基于域结构模板的机械产品概念设计方案生成

在公理化设计（Axiomatic design）理论的基础上,研究了机械产品要领设计方案生成的几个关键技术。讨论了要领设计的顾客需求驱动问题,提出了一种解决策略;针对公理化设计理论的不足,提出了域结构模板的概念,对公理化设计进行了扩展,并在此基础上构造了概念空间和概念推理网络;通过约束推理从概念推理网络中提取出有效概念空间,并给出了有效概念空间的分解算法;基于概念图（Conceptual graphs）分析了方案中设计实体之间的功能联系。以高速链式平缝机为例对所述概念设计方案生成方法进行了验证。     

复杂轮系基本单元的运动特征状态数学建模

提出了复杂齿轮轮系运动分析的单元运动特征状态建模方法。通过研究复杂齿轮轮系构成规律,并分解其构成,定义了轮系基本单元;以齿轮原型机构为基础,利用机构拓扑特征构建了轮系基本单元构型图谱;构建了运动特征状态向量用以描述运动的类型和方向特征等属性,并利用状态方程建立了轮系基本单元的运动特征状态模型,为后续的轮系运动方案设计提供了理论基础。     

The establishment and reasoning of knowledge base system for mechanism kinematic schemes

As one of the key problems of computer-aided conceptual design (CACD) for mechanism kinematic schemes, the effective establishment and management of knowledge base systems of kinematic behaviours and mechanisms is still troubled by information redundancy and unreasonable structure at present. Retrieval efficiency and solving intelligence of knowledge base reasoning systems on the basis of the knowledge classification method mentioned above have many unsatisfactory factors. So in this paper, firstly, data standardization technology and combined classification methods have been applied to carry out the classification of kinematic behaviours and mechanisms in the mapping field between the kinematic behaviour level and the mechanism level of conceptual design. Also, the principle of computer coding and storing have been built to give a fast and broad selection of mechanisms that meets the requirements of basic motion characters. Then on the basis of what was mentioned above, the heuristic matching propagation principle (HMPP) of kinematic behaviours and its truth table serve as a guide to perform mechanism type selections. The knowledge base automatic reasoning system of mechanism kinematic schemes based on HMPP is developed. By means of depth first search strategy, the motion requirements are matched against objects in the knowledge base along the orientation of function unit-mechanism IDfunction unit IDkinematic behaviour ID(output/input)motion type coding/ continuity coding/linearity coding/directionality coding at four different levels of abstraction. Top-down design process in this paper conforms to the law of innovative thinking for designers. If a direct match in a higher level was not discovered, then the design course will be transformed into the match at a low level automatically. According to the truth table of HMPP, once non-zero elements in kinematic behaviour ID (1 or 2) appear in the matching process, they will propagate until the solving process is over, and become one of the coding of the feasible solutions. The heuristic nature of HMPP presents a top-down solving method to decompose the complex requirements into several simpler ones. Different from traditional solving methods, the method presented in our research work has two advantages. Firstly it is easier to be operated and realized with a computer. Secondly, it is a creative process by nature. Finally, an application is given to indicate its practicability and effectiveness.     

机电产品创新概念设计的功能分解方法解析

根据创新问题类型的不同,通过对多种功能分解方法特点的分析,总结出了面向全新产品设计的功能分解方法和面向已有产品改进创新的功能分解方法。提高了使用功能分解方法完成创新设计的效率和针对性,为下一步创新概念设计的研究工作奠定了良好的基础。     

机械运动方案知识库的对偶矢量表达及型综合

简要介绍了机械运动系统方案设计知识库的结构和螺旋理论及对偶矢量表达。提出了知识库基本元素的对偶矢量建模方法。通过输入运动旋量和输出运动旋量表达机构的运动行为要求和设计需求。在运动方案的型综合中，需要进行两项工作：一是将各备选机构坐标转换为机器的通用坐标；二是将各备选机构的轴线首末端空间方位按组合的先后顺序对齐。为此给出了基于对偶矢量表示的坐标变换和线性变换公式。最后列举了一个实例验证螺旋理论在概念设计中的可行性和意义。     

基于集合原理的产品概念设计过程建模

概念设计是产品实现过程的关键一步,有效的产品概念设计可以提高质量、减少成本及缩短上市时间,从而可以较准确地满足客户要求,如何实现产品概念设计过程建模,是工程设计领域研究的热点问题。首先,概述概念设计问题的特性,采用集合原理对产品、产品环境及产品结构等进行了表示,并对产品设计中的原型零件、原型组件及联接器等进行了形式化描述。其次建立两类概念设计问题的设计过程模型,通过分析产品设计过程,实现产品概念设计的过程定制。最后结合专用塑盒封切机输送机构设计说明该方法的应用。