基于效應建模的概念設計自動化關鍵技術研究.pdf

1、為了解決概念設計自動化進程中結構表達、結構構思和設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)代設計理論與設計方法、概念設計以及TRIZ(俄語“發(fā)明問題解決理論”的英文縮寫)的研究現(xiàn)狀、相關領域的研究成果和發(fā)展趨勢，以功能表面分解重構設計自動化理論為基礎，借鑒TRIZ的科學效應工具思想，深入研究建立了科學效應模型，并以此為基礎研究開發(fā)了實現(xiàn)概念設計自動化的關鍵技術。本文的研究有助于概念設計自動化理論的發(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)品知識和結構數(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上，針對概念設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-結構”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：針對概念設計自動化提出了容器模式并設計了其編碼規(guī)則，指

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

4、容器原理處理為可操作效應，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構建的其他效應模式，并為加速設計進程開發(fā)了生成后續(xù)鏈、生成控制鏈和生成效應模式鏈的功能。這樣，借助效應模式庫，利用效應表面構建產(chǎn)品初始原型，遵循分解重構原理、三流合一思想，通過具有效應鏈接關系的效應模式的效應表面之間的耦合，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)流傳遞的效應鏈原理解和概念零件。從而根據(jù)成功的設計結果，實現(xiàn)由設計

5、者約束的、自頂向下的、直接而高效的設計過程，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。從而以效應表面為映射媒介實現(xiàn)了功能到結構的快速穩(wěn)定映射。 提出并實現(xiàn)了在生長型概念結構設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計重構過程中，把效應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，從而在通過效應鏈接設計產(chǎn)品方案的同時生成結構和能量鏈，通過設置控制能量流傳遞的主參數(shù)和控制參數(shù)，借助效應表面集成的定量參數(shù)數(shù)據(jù)并通過效應公式主要輸出參數(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)、結構更新。 在上述理論和關鍵技術的基礎上，采用面向對象技術在MechanicalDesktop幾何建模平臺上，以ObjectARX、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計軟件系統(tǒng)——ES-DARFAD。從而實現(xiàn)了研究成果和CAD軟件的結合、形象化的設計過程和友好的人機界面，并為向詳細設計階段過渡和信息傳遞打下了基礎。 最后，以太陽