机械产品概念结构生长型设计力学综合技术研究-机械制造及其自动化专业论文.docx

山东大学博士学位论文机械产品概念结构生长型设计力学综合技术研究 山东大学博士学位论文 机械产品概念结构生长型设计力学综合技术研究 摘 要 本文全面调研了国内外概念设计研究的现状，深入探讨了机械产品概念创 新设计研究中所存在的问题。然后，研制了类似生物生长机制的产品概念结构 生长型创新设计理论和实现技术，并开发了一套具有真正设计能力的生长型设 计系统。 ， f在理论研究上，通过深入理解生物体构造机理及生长过程，找出了产品结 构与生物体构造类似之处，确定了产品结构中类似于生物细胞的结构单元，称 之为细胞结构，并给出了细胞结构的特征定义，在具体的细胞结构中又确定了 直接影响着细胞结构特性的类似于基因的结构元素，称之为基因元素，也给出 了它的特征定义。以产品结构与生物进化过程上的相似点，作为产品结构模拟 生长型机理进行设计的贴合点，形成了系统的概念结构生长型设计理论，并指 出生长型设计对实现产品创新设计的重要作用文 通过对产品概念生长型设计过程的综合分析，发现了在概念结构生长过程 中同时存在着功率要求的流动，并据此提出功率流的概念，论述了以功率流为 已知条件进行产品结构的力学状况计算的可行性与必要性，并构思了力学性能 综合对产品结构生长的控制作用。 通过深入发掘生物体生长过程特性，发现生长过程中的每个零件也存在着 结构类型的生长进化。充分借鉴面向对象的技术，论述了零件概念结构按类进 化的可行性，并构思了零件结构类体系的思想。 (在技术研究上，建立了细胞执行机构功能目录，可实现由功能要求对细胞 执行机构的匹配。在执行机构匹配的问题上，考虑了对应多个执行机构时，相 应机构之间的运动协调性。论述了当产品存在多个执行动作时，为减少传动路 线个数并降低产品设计成本。应考虑传动路线的综合问题，同时提出路线的综 合应以一定的规则表达来完成。提出了细胞传动结构的分解问题，并指出细胞 结构的分解应以该结构的运动形式以及所适合的驱动机构形式为依据而进行。 根据细胞传动机构的选择背景，将这一问题分为单端约束下的匹配与双端约束 下的匹配两种，并指出单端约束下的传动机构匹配与执行机构匹配的类似性， 针对双端约束下的匹配建立相应的功能目录。为适应产品设计过程中存在的再 摘要设计问题与方案设计，建立了基于功能表面的产品结构数据模型。 摘要 设计问题与方案设计，建立了基于功能表面的产品结构数据模型。 建立产品传动结构力学、运动学计算模型，给出了相应的计算公式，并基 于力学、运动学的计算构筑了产品概念结构实时的力学综合评价与生长控制体 系，将结构生长的每一步都控制在力学性能综合之下。(评价指标中包括产品结 构对原动机的匹配度，该指标的引入可保证优化生长后的产品结构直接具有好 的原动机工作性能，并为此建立了基于功率特性的原动机功能目录。一} 建立了零件结构进化过程的类体系，不仅可实现对生长过程中的零件概念 结构类型的标记，而且可提供当前结构进一步生长方向选择上的决策。l针对进 化过程中具体的结构形式，给出了零件概念结构生长方向选择的规则。 在概念零件向实体零件的转化上，采用基于实例的技术，以概念零件在产 品所起功能的广义定位模式和使定模式对其进行表达，并采用基于遗传算法的 分层检索方式对实例库进行匹配，可实现零件概念结构实体化的优选。卜 最后，阐述了本文所开发的机械产品概念结构生长型设计系统的运行环境 和特点，并运用该系统完成了一个设计实例，＼验证了本文理论与技术系统的正 确性和有效性。本文工作对提高我国企业产品的自主开发能力具有重要的指导 意义，对开发适合我国国情的生长型创新设计系统具有重要的实用价值力 X关键字：概念设计，生长型，创新设计；功能表面，力学综食／ lI 山东大学博士学位论文RESEARCH 山东大学博士学位论文 RESEARCH OF MECHANICAL PRODUCT CONCEPTUAL STRUCTURE GROⅥ1H-DESIGN MECHANICS SYNTHESIS TECHNOLOGY Abstract nle paper studies the actuality of national and international conceptive design research，and discusses the existent problem of the study of the conceptive and innovative design ofmechanical product．And then develops growth innovate design theory and application technology of product concept structure，which is similar to