基于效應(yīng)建模的概念設(shè)計自動化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、為了解決概念設(shè)計自動化進程中結(jié)構(gòu)表達、結(jié)構(gòu)構(gòu)思和設(shè)計過程描述等方面的問題，本文系統(tǒng)概述了國內(nèi)外現(xiàn)代設(shè)計理論與設(shè)計方法、概念設(shè)計以及TRIZ(俄語“發(fā)明問題解決理論”的英文縮寫)的研究現(xiàn)狀、相關(guān)領(lǐng)域的研究成果和發(fā)展趨勢，以功能表面分解重構(gòu)設(shè)計自動化理論為基礎(chǔ)，借鑒TRIZ的科學效應(yīng)工具思想，深入研究建立了科學效應(yīng)模型，并以此為基礎(chǔ)研究開發(fā)了實現(xiàn)概念設(shè)計自動化的關(guān)鍵技術(shù)。本文的研究有助于概念設(shè)計自動化理論的發(fā)展，對于提高人類對人造產(chǎn)品世界的

2、理解和掌握能力，以及自動處理產(chǎn)品知識和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)方面的能力，均具有重要的理論意義和深遠的經(jīng)濟價值。主要研究內(nèi)容和進展如下： 首先，在廣義定位原理的基礎(chǔ)上，針對概念設(shè)計中引入流體所面臨的定位和功能建模問題提出了容器原理，并將能量阻擋面補充到功能表面信息建模中；為解決“流體定位功能-結(jié)構(gòu)”映射提出了容器面的概念，與定位剛體的使定面不同，容器面具有定位流體、定性連續(xù)和面組密閉的特點：針對概念設(shè)計自動化提出了容器模式并設(shè)計了其編碼規(guī)則，指

3、出以流體為主要操作對象的產(chǎn)品的概念設(shè)計即支持功能傳遞的容器的設(shè)計。 為了更好地解決科學效應(yīng)到結(jié)構(gòu)的映射問題，進一步充實概念設(shè)計自動化理論，本文借鑒TRIz的科學效應(yīng)工具，提出了效應(yīng)表面的概念，并將之作為面向原理創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)成的概念設(shè)計建模手段，實現(xiàn)了“功能-效應(yīng)-效應(yīng)表面-結(jié)構(gòu)”的映射過程模型。針對設(shè)計自動化和科學原理、結(jié)構(gòu)實例的重用提出了實例效應(yīng)、效應(yīng)模式和效應(yīng)模式鏈的方法，并以效應(yīng)模式庫的方式進行管理和應(yīng)用。把廣義定位原理和

4、容器原理處理為可操作效應(yīng)，用定位表達其輸入和輸出。整合了已有的廣義定位模式、容器模式和以其為基礎(chǔ)構(gòu)建的其他效應(yīng)模式，并為加速設(shè)計進程開發(fā)了生成后續(xù)鏈、生成控制鏈和生成效應(yīng)模式鏈的功能。這樣，借助效應(yīng)模式庫，利用效應(yīng)表面構(gòu)建產(chǎn)品初始原型，遵循分解重構(gòu)原理、三流合一思想，通過具有效應(yīng)鏈接關(guān)系的效應(yīng)模式的效應(yīng)表面之間的耦合，以主要流的生成為主，采取同步鏈接推理方法來逐步生成實現(xiàn)流傳遞的效應(yīng)鏈原理解和概念零件。從而根據(jù)成功的設(shè)計結(jié)果，實現(xiàn)由設(shè)計

5、者約束的、自頂向下的、直接而高效的設(shè)計過程，使得產(chǎn)品初始原型細化、具體，并通過將殼體件編碼、殼體庫和實體庫分開處理進行殼體匹配，從而便于實現(xiàn)概念方案的實體映射。對設(shè)計方案的管理則采取方案樹和版本管理方法以解決版本查詢、版本回溯、版本存儲等問題，采取多人、多層次、多目標的模糊評價方法進行方案的選擇。從而以效應(yīng)表面為映射媒介實現(xiàn)了功能到結(jié)構(gòu)的快速穩(wěn)定映射。 提出并實現(xiàn)了在生長型概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段自動形成一個完整的系統(tǒng)模型并完成初步計算

6、的功能。重點對以能量流為主的產(chǎn)品的能量鏈的生成及其計算為例進行研究。在同步鏈接推理的設(shè)計重構(gòu)過程中，把效應(yīng)鏈接的能量流輸入和能量流輸出的前后銜接作為主要考慮對象，重點實現(xiàn)能量流的傳遞，按照三流合一思想對其他流進行重構(gòu)，從而在通過效應(yīng)鏈接設(shè)計產(chǎn)品方案的同時生成結(jié)構(gòu)和能量鏈，通過設(shè)置控制能量流傳遞的主參數(shù)和控制參數(shù)，借助效應(yīng)表面集成的定量參數(shù)數(shù)據(jù)并通過效應(yīng)公式主要輸出參數(shù)和輸入?yún)?shù)的前后銜接支持公式迭代計算，從而在設(shè)計初期就能獲得數(shù)據(jù)支持并

7、通過修改控制參數(shù)快速獲得數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)更新。 在上述理論和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)在MechanicalDesktop幾何建模平臺上，以O(shè)bjectARX、Access數(shù)據(jù)庫、VisualC++為主要編程手段和編程環(huán)境改進已有系統(tǒng)，開發(fā)了計算機輔助概念設(shè)計軟件系統(tǒng)——ES-DARFAD。從而實現(xiàn)了研究成果和CAD軟件的結(jié)合、形象化的設(shè)計過程和友好的人機界面，并為向詳細設(shè)計階段過渡和信息傳遞打下了基礎(chǔ)。 最后，以太陽