機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)方案集成設(shè)計(jì)理論與方法.pdf

1、產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵在于創(chuàng)新性產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵又在于方案設(shè)計(jì)，因此研究計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)理論與方法已成為現(xiàn)今設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的必然。然而，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)一方案設(shè)計(jì)(包括原理運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì))所遇到的困難以及方案設(shè)計(jì)的結(jié)果難以與下游細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)融合阻礙了計(jì)算機(jī)集成技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。 本論文是在國家自然科學(xué)基金(No.50075012，50275016)和遼寧省教育廳科研項(xiàng)目(No.20060719)的資助下，結(jié)合工程設(shè)計(jì)

2、實(shí)際，以機(jī)械系統(tǒng)為研究對象，圍繞產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)集成展開了一系列深入細(xì)致的研究，提出了一些新的思想、理論、模型和方法。本文重點(diǎn)進(jìn)行了以下幾方面的研究： (1)提出表達(dá)產(chǎn)品整個(gè)生命期內(nèi)設(shè)計(jì)需求的統(tǒng)一模型，從運(yùn)動(dòng)變換的角度定義了機(jī)械運(yùn)動(dòng)基本變換單元，建立了狀態(tài)方程來描述基本變換單元輸入、輸出特征矢量及狀態(tài)變換矩陣之間的相互關(guān)系，歸納總結(jié)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)基本變換單元的知識庫，建立基于狀態(tài)空間理論的運(yùn)動(dòng)方案的求解技術(shù)。針對原理

3、運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)階段解的語義表達(dá)難以向結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)傳遞完整設(shè)計(jì)知識和進(jìn)一步完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)求解的困難，又提出了基本變換單元的符號表達(dá)方法，制定了基本變換單元間符號運(yùn)算規(guī)則，簡化了設(shè)計(jì)方案解的表達(dá)，同時(shí)避免了符號方案解的疏漏，為下一階段設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，獲得了符合工程實(shí)際的原理運(yùn)動(dòng)符號方案可行解集。 (2)分析了計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段對產(chǎn)品信息模型的要求，提出并建立了集功能與結(jié)構(gòu)于一身的抽象表達(dá)--強(qiáng)連接集合元，并將它們作為結(jié)

4、構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品建模的基本單元，借此實(shí)現(xiàn)自頂向下、逐步求精的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念與求解模式。 (3)在詳細(xì)分析原理運(yùn)動(dòng)方案解的組成結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，首次提出用運(yùn)動(dòng)副的結(jié)構(gòu)方案來描述機(jī)械系統(tǒng)的骨架結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)方法，將運(yùn)動(dòng)副用與其形神相似的軸系來表達(dá)，建立了軸系的結(jié)構(gòu)方程，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)的通用數(shù)學(xué)表達(dá)。 (4)探討了運(yùn)動(dòng)副軸系結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)的有關(guān)理論和方法。針對運(yùn)動(dòng)副軸系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，定義了表達(dá)運(yùn)動(dòng)副軸系抽象功能結(jié)構(gòu)的強(qiáng)連接集合元的符號

5、，建立了運(yùn)動(dòng)副軸系的強(qiáng)連接集合元符號布置運(yùn)算方法；為了使運(yùn)動(dòng)副軸系的結(jié)構(gòu)方案顯式化，提出了強(qiáng)連接集合元的裝配單元--強(qiáng)連接零件集概念，定義了強(qiáng)連接零件集自身和其組成元件的符號，以及組成元件間裝配關(guān)系的表達(dá)方法，并制定了運(yùn)動(dòng)副軸系的裝配結(jié)構(gòu)布置方案的運(yùn)算規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了各種運(yùn)動(dòng)副軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。 (5)建立了基本變換單元及機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)知識庫以及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的狀態(tài)方程，獲得機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)表達(dá)，制定了相應(yīng)結(jié)構(gòu)方案的

6、運(yùn)算規(guī)則，通過該方程傳遞函數(shù)變化完成了機(jī)械系統(tǒng)抽象符號和裝配符號結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)；提出了結(jié)構(gòu)方案表達(dá)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)--二維雙向鏈表，完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)過程中布置信息的傳遞，實(shí)現(xiàn)了定、變速機(jī)械系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)多方案設(shè)計(jì)。 (6)將面向?qū)ο蠹夹g(shù)用于產(chǎn)品強(qiáng)連接集合元和強(qiáng)連接零件集的表示，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)各個(gè)階段信息互通和不斷充實(shí)完善的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了向下游細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)提供豐富充足的設(shè)計(jì)信息的目標(biāo)，為解決CAx數(shù)據(jù)孤島探索了一條新路。該方法對于解決方案設(shè)計(jì)與細(xì)