機械系統(tǒng)運動與結構方案集成設計理論與方法.pdf

1、產(chǎn)品競爭力的關鍵在于創(chuàng)新性產(chǎn)品設計，而產(chǎn)品設計的關鍵又在于方案設計，因此研究計算機輔助方案設計理論與方法已成為現(xiàn)今設計技術發(fā)展的必然。然而，作為產(chǎn)品設計的重要環(huán)節(jié)一方案設計(包括原理運動方案設計與結構方案設計)所遇到的困難以及方案設計的結果難以與下游細節(jié)設計融合阻礙了計算機集成技術的實現(xiàn)。 本論文是在國家自然科學基金(No.50075012，50275016)和遼寧省教育廳科研項目(No.20060719)的資助下，結合工程設計

2、實際，以機械系統(tǒng)為研究對象，圍繞產(chǎn)品的運動方案設計和結構方案設計集成展開了一系列深入細致的研究，提出了一些新的思想、理論、模型和方法。本文重點進行了以下幾方面的研究： (1)提出表達產(chǎn)品整個生命期內設計需求的統(tǒng)一模型，從運動變換的角度定義了機械運動基本變換單元，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系，歸納總結了機械運動基本變換單元的知識庫，建立基于狀態(tài)空間理論的運動方案的求解技術。針對原理

3、運動方案設計階段解的語義表達難以向結構方案設計傳遞完整設計知識和進一步完成結構方案設計計算機求解的困難，又提出了基本變換單元的符號表達方法，制定了基本變換單元間符號運算規(guī)則，簡化了設計方案解的表達，同時避免了符號方案解的疏漏，為下一階段設計奠定了基礎，獲得了符合工程實際的原理運動符號方案可行解集。 (2)分析了計算機輔助結構方案設計階段對產(chǎn)品信息模型的要求，提出并建立了集功能與結構于一身的抽象表達--強連接集合元，并將它們作為結

4、構方案設計階段產(chǎn)品建模的基本單元，借此實現(xiàn)自頂向下、逐步求精的產(chǎn)品設計理念與求解模式。 (3)在詳細分析原理運動方案解的組成結構基礎上，首次提出用運動副的結構方案來描述機械系統(tǒng)的骨架結構的方案設計方法，將運動副用與其形神相似的軸系來表達，建立了軸系的結構方程，實現(xiàn)了運動副結構的通用數(shù)學表達。 (4)探討了運動副軸系結構布置設計的有關理論和方法。針對運動副軸系的結構特點，定義了表達運動副軸系抽象功能結構的強連接集合元的符號

5、，建立了運動副軸系的強連接集合元符號布置運算方法；為了使運動副軸系的結構方案顯式化，提出了強連接集合元的裝配單元--強連接零件集概念，定義了強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系的表達方法，并制定了運動副軸系的裝配結構布置方案的運算規(guī)則，實現(xiàn)了各種運動副軸系的結構方案設計。 (5)建立了基本變換單元及機械系統(tǒng)結構方案設計知識庫以及結構方案設計的狀態(tài)方程，獲得機械系統(tǒng)結構方案設計的數(shù)學表達，制定了相應結構方案的

6、運算規(guī)則，通過該方程傳遞函數(shù)變化完成了機械系統(tǒng)抽象符號和裝配符號結構方案設計；提出了結構方案表達的數(shù)據(jù)結構--二維雙向鏈表，完成結構方案設計過程中布置信息的傳遞，實現(xiàn)了定、變速機械系統(tǒng)布置結構多方案設計。 (6)將面向對象技術用于產(chǎn)品強連接集合元和強連接零件集的表示，實現(xiàn)了產(chǎn)品設計各個階段信息互通和不斷充實完善的目標，實現(xiàn)了向下游細節(jié)設計提供豐富充足的設計信息的目標，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計與細