基于仿生的产品协同创新设计方法的研究

发布时间：2020-03-24 04:21

【摘要】：产品设计是一种基于知识和常识来解决需求的过程,创新设计是提高竞争力的有力手段,仿生设计为产品创新设计提供了一条新的有效途径,如何获取有效生物知识并将其转换成产品方案成为设计的核心。同时,产品创新设计,不仅取决于某一学科领域的经验、知识和方法,而且依赖于多个学科领域之间的协同,处理好多学科的复杂耦合关系也是至关重要。针对这些问题,主要研究产品技术系统与生物系统的建模方法、多生物原理多层次的协同集成创新、基于博弈的多学科柔性设计决策等内容。首先,研究基于多层次的产品技术模型和生物模型,以有效表达产品信息和生物信息。在对市场需求和工程问题进行分析时,需对其分析整理,建立一种简洁且能说明产品内部关系的模型。同样,对生物系统,要对得到的生物信息进行整合和抽象,存储于生物本体数据库中,并依据分析的结果,提取有关信息向产品技术系统进行转换,获取产品技术系统的改进方案。然后,研究两个系统之间的多层次协同映射的机制和方法,以及多生物原理的协同集成创新,实现多生物原型到产品技术多层次的转换。面对复杂的工程问题,单一的生物原理不能很好的解决工程冲突,多个生物原理的协同集成创新提供新的思路。充分考虑多生物的协同效应,充分考系统各层次之间的交互,通过协同中间件模型实现多生物多层次的协同集成创新,为解决工程冲突提供多个思路,增加产品技术系统方案的创新性和多样性。接着,研究集成博弈论和柔性的产品多学科设计决策。综合考虑各学科间的信息交互,采用混合博弈对各学科系统的耦合进行分析和建模。提出利用经验公式的基于博弈论的参数化设计方法,而针对没有解析公式的复杂产品设计,提出数值仿真分析的设计决策。提出基于概率论的柔性设计模型,用范围解代替单点解对设计解进行柔性表达。最后,结合前面的内容,给出基于仿生的产品协同创新设计的方法,并以汽车盘式制动器设计及优化进行说明。
【图文】：

行为结构,功能原理,映射关系

福州大学硕士学位论文可以选择不同的行为和运动规律；实现相同的行为或运动规律，可式的物理载体和机构。例如，要实现齿轮加工的功能需求，可以选成原理、注塑成型原理、压力成型原理等；实现仿形原理的行为削运动、进给运动、分度运动等。实现范成原理的行为运动规律不同的方案：采用齿条插刀与轮坯的范成运动、齿条刀具上下往具的进给运动等，这样得到的是插齿运动方案；采用滚刀与轮坯削运动和范成运动合为一体）、滚刀沿轮坯轴线方向的移动，得方案。究竟选用哪些物理载体，需要综合考虑机构的动力特性、械效率、外形尺寸等因素。由此可见，各个层次间可能存在着一对多对一、多对多的关系。抽象各层次的映射单元列举如图２－２。逡逑

生物系统,建模

￣｜逡逑图２－３技术功能－原理对应关系逡逑２．邋２生物系统的建模分析逡逑２．邋２．邋１生物数据库的建立逡逑生物体是一个复杂的生命系统。生物通过两个或两个以上不同部分的协同作逡逑用有效地实现其自身的功能，生物的这种耦合或协同现象，，是自然选择赋予的生逡逑存能力每一种生物都有最合适自己的生存环境，特定的生物结构与功能，逡逑使其总是适合于在独特的环境条件下生存和发展。许多生物具有独特的功能结构，逡逑它们以完美的耦合形式存在于自然界中［６９］。生物复杂的耦合关系造就了独特的生逡逑物，弄清楚这些耦合关系，就能够明白生物成型的机理，产品的设计就可以有借逡逑鉴之处。逡逑类似产品技术系统建模，提出功能一策略一动作一结构逡逑（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ－Ｔａｃｔｉｃｓ－Ａｃｔｉｏｎ－Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＦＴＡＳ）的生物系统模型如图邋２－４，模型中包逡逑含生物系统的功能、策略、动作、结构以及它们之间的关系。逡逑外界环境、ｐ功能库＾｜逦策略库（动作库ｇ结构库ｊ逡逑１／逦功能逦原理逦动作逦结构逡逑备—Ｉ邋—逦‘逦—邋Ｉ邋］逡逑＜子功能ｊ邋Ｉ子原理ｊ邋ｋ子动作ｊ逦子结构＾逡逑＾ｃｚ＿逦逡逑图２－４生物系统ＦＴＡＳ建模逡逑同一生物体存在一种或多种功能，通过耦元的耦合和协同形成一定的功能基逡逑础。生物功能
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB472

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