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第六章 机构创新设计的智能化方法第一节 机构创新设计自动化的必要性 机构设计主要解决的问题：机构的构型综合和尺度综合。 构型综合——设计机构的造型，它包括机构的选型和构型 尺度综合——将机构构型综合的方案转化为具体的结构设计。 数综合——连杆机构的构型综合，指把一定数量的构件和运动副进行排列搭配，组成机构的过程。 目前在机构构型设计中，数综合比组合创新法应用更为广泛。 富有创造性的机构综合问题主要有两类： 1)按给定的复杂设计任务，设计能够满足设计要求的机构及其尺度； 2)按给定的机构运动方式选择不同的基本机构配置及组合。 机构的构型综合是基于概念设计的创造性设计，即根据设计任务，按可行性考虑各种可能的方案，且针对几个主要约束来选择一种或几种设计方案作为进一步的详细设计。 在实际机构的创造性设计中，不仅对机构的位置、轨迹、速度、加速度有要求，而且对机构的运动空间、结构工艺性、结构复杂程度和力学特性等也有严格的要求。 对于具有复杂机构运动规律要求的机构创新设计问题，单凭人工专家来选择出各方面性能都较佳的设计方案，是非常困难的。必须实现机构创新设计全过程的自动化，即实现原理方案生成、方案筛选、尺度综合的自动化。 创造性的概念设计可视为在大的设计空间内基于知识的有哪些信誉好的足球投注网站，一旦设计知识被表示且作为知识与规则分别写入知识库与规则库，拥有大量知识的智能系统可对大的设计解空间进行系统化地有哪些信誉好的足球投注网站、求优。因此，智能专家系统特别适用于概念设计中的选型设计问题。 第二节 机构创新设计的智能化方法 机构创新设计智能化方法的流程如右图，主要包括设计任务的分解、原始型的生成、多级方案筛选、型综合与尺度综合、型综合的尺度评价以及智能支持系统等环节。 每一个机构创新设计的环节，都应有与之相适应的计算机化方法。 一、定向发散的实现 候选机构型生成过程： 选择非同构基本运动链中的不同构件为机架或原动件，不同构件作为待综合机构运动规律的实现构件(如轨迹、位置运动规律要求等)； 改变运动副形式，以及将某构件转换为高副机构等方式，将基本运动链转化为候选机构实现选型过程的定向发散； 利用型综合多级筛选评价系统，删除那些不具备满足给定设计任务的非可行机构型，得到准可行机构型。 利用定向发散的正向推理策略，可解决按给定的复杂设计任务，设计能够满足设计要求的机构及其尺度的候选机构型方案的自动生成问题。 二、功能组合创新技法的实现 按给定的机构运动方式选择不同的基本机构配置及组合的创新设计属于功能组合创新技法问题。 根据设计任务提出的运动方式与功能，按系统组合法对其分解与组合，根据不同的运动方式分别选择不同的基本机构进行组合； 将机构的功能、工作性能等作为评价规则，从中筛选出满足给定设计任务的机构形式。 如果设计者也希望这一过程具有创新性设计的定向发散特征，可在上述基本机构组合之前，将它们用连杆机构等效，找到与之对应的所有非同构基本运动链，按定向发散的方法发散，而后对候选机构方案进行评价与筛选，得到最佳机构型。 三、型综合模型的计算机化 准可行机构型是指当无机构尺度、刚度、运动空间及寿命与复杂程度等要求时，能够完成给定的复杂设计任务的机构。 1.运动规律的自动生成 利用机构组成原理，推理机根据各构件与原动件、机架的连接关系，生成连接关系的表达式，并将待描述点、线或形状的运动规律用可供数学推理语言识别的符号表达式描述，并表示为具体的数学表达式，并形成子程序。在元系统的控制下，调用机构按杆组分析子程序与上述子程序连接，形成运动规律分析求解的完整子程序。 2.机构综合模型的自动建立 依据给定的设计任务，由人工专家确定待综合机构的优化目标函数，智能系统的推理机根据机构的杆件数与连接关系、运动副类型、机构的位置、运动空间、结构工艺性及优化目标等，确定出优化设计的变量、约束方程及优化目标函数表达式，从而建立基本的优化模型。在元系统的控制下，由优化前处理系统完成优化模型的标准化，并翻译成能与标准优化算法连接的目标函数文件，实现建模自动化。 四、多级方案筛选与评价 第三节 机构创新设计智能化方法实例 成型鼓机构创新设计的智能化方法 一、成型鼓机构的特性与设计要求 1.常见成型鼓机构构型 轮胎成型鼓是轮胎成型的重要模具，其运动规律要求非常复杂。 结构特点： 1)由若干对具有特定内径D1和外径D0的一定形状的瓦环和平面复杂多杆机构组成， 2)成型鼓在叠合状态时，瓦环收缩到内径小于D1的圆筒体内，成型后的轮胎坯可以卸下。 3)在展开状态下，若干对瓦环形成一个无间隙的、具有较大抗回缩能力的、内径为D1、外径为D0的刚性圆筒，轮胎坯在此状态下成型