基于功能的机电产品概念设计方法研究与应用
发布时间：2020-07-17 10:13
【摘要】： 产品的创新是企业创新的基本任务,产品的概念设计则体现了产品创新的最重要最大的价值部分。而在产品设计过程中,创新性表现最为集中和突出的阶段是产品的概念设计阶段。很重要一点,功能作为概念设计的关键,贯穿于整个概念设计过程的始终。 概念设计过程的实质就是一个产品的功能定义、功能分解、功能组合、功能结构的实现并进行方案优化的过程。产品的功能设计是概念设计中极为重要的一环,是对产品的功能行为进行描述和表达,在产品设计和分析中具有重要的作用。在功能和结构之间通过行为约束建立映射关系,对概念设计中的功能结构的实现具有重要的意义,是对功能需求的行为解实现过程的详尽描述。 论文首先对概念设计的概念、内容、特点以及功能建模等相关理论进行探讨研究,首先就FBS的两种解释,选择了大多数人常用的功能行为结构的方法作为建立映射模型的基础,着重在分析其中功能和行为分解的基础上,在对应的映射约束下,完成了从功能到结构的算法研究。在此基础上着重分析功能—行为—结构这一设计求解的映射过程,提出了通用的机电产品概念设计阶段的设计过程模型。 论文阐述了机电产品的概念设计阶段机构的功能表示方法、运动规律及原理设计等问题,并且以描述输入运动输出运动的转换作为机构概念设计阶段机构功能的主要表示方法,结合之前提出的通用的概念设计过程模型,给出了机构概念设计阶段的设计过程。 其次,对运动转换功能元知识、运动功能映射知识和机构知识进行了描述和编码。在此基础上,建立了产品总功能模型库、功能元知识库、功能映射知识库和机构知识库框架模型,并对各个已经建立的部分知识库进行相应的管理研究。然后设计了机电产品概念设计系统的一种可行的评价模块。最后,以潜行式市政管道疏通器的概念设计为例来说明所开发的机电产品概念设计系统的使用。研究工作对实现机电产品概念设计的自动化和智能化,缩短产品开发周期、提高设计效率和质量,具有重要的理论意义和实用价值。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH122
【图文】：
图2.3功能黑箱(4)输入输出状态转换法。根据输入和输出之间产品的状态和状态改变来描述功能的一种方法。例一机构的功能描述为:将直线运动的输入转换为旋转运动的输出状态，就类表示方法。产品的功能总是与一定状态相应的状态改变有关，通过状态法，可以更精确地对功能建模。例如:在研究机械手的功能时，可立即获放和抓取的状态。从释放状态到抓取状态的改变是“抓取”，相反的状态改“释放”。(5)由符号功能模型组成的形式语言。产品功能被分解成关联关系，该关系可以和标准零部件的功能实现映射，是应用范围有限，目前仅能处理标准机械零部件。其中第一种动名词结构方法使用比较普遍，因为它较符合人们的思维习惯，可表示没有输入输出的情况。但是从计算机辅助设计过程的角度来看，这
要求的设计特征时，则该单元停止分解。通过功能分解建立功能模型有助于获得对产品的更好的理解。将分功能有意义地、相容地联结成为总功能，就引出了所谓的功能结构，如图2一4所示。‘‘..贾‘:.......图2一4功能结构图功能结构的建立是概念设计的初级阶段，从设计问题的提出到功能结构的建立是设计者的思维由发散趋向于收敛、由理性化变为感性化的过程。它是在设计空间内对不完全确定设计问题或相当模糊设计要求的一种较为简洁和明确的表示，它以图框形式简单地表示系统间输入与输出量的相互关系，是概念设计的关键环节。另外，为实现某个系统的功能，其子系统的功能要相互协调才能产生期望的总系统行为，因此子功能之间不仅有着层次关系，还存在着时序关系、因果关系、与关系、输入输出匹配等逻辑关系。为了表达子功能之间的逻辑关系，最简单的方法是采用标示的方法书写或者利用约定的图示方法在图中标示出来。子功能之间的这些逻辑关系可以综合为三种基本的结构形式[24]:(l)串联结构，即顺序结构，反映了子功能之间的时序关系或者因果关系之类的顺序关系。如图2一5所示。Fl、FZ、F3为子功能(或者是一组子功能)，完
输输入输出 出位位置要求 求图4一2功能元属性运动功能元的输出运动属性包括输入运动类型、输入运动速率特征、输入运动连续性和往复性。具体属性和输入运动行为属性是一样的。(3)功能元的输入输出位置关系属性运动功能元的输入输出位置关系属性包括输入输出运动方向和相应的方向正负的选择。①输入输出运动方向定为X、Y和Z向三个轴向。②输入输出方向的选择分为正负两个。4.3知识库的构建与管理4.3.1产品总功能模型库(l)产品功能模型库的构建产品的总功能是指待设计产品或系统总的输入输出关系。输入输出由能量流、物料流、信号流组成。表的构建如图4一3所示。其中:P一ame:产品名称P一Functinn:产品总功能名称In一Power:输入能量名图4一3产品功能模型表
本文编号：2759302
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH122
【图文】：
图2.3功能黑箱(4)输入输出状态转换法。根据输入和输出之间产品的状态和状态改变来描述功能的一种方法。例一机构的功能描述为:将直线运动的输入转换为旋转运动的输出状态，就类表示方法。产品的功能总是与一定状态相应的状态改变有关，通过状态法，可以更精确地对功能建模。例如:在研究机械手的功能时，可立即获放和抓取的状态。从释放状态到抓取状态的改变是“抓取”，相反的状态改“释放”。(5)由符号功能模型组成的形式语言。产品功能被分解成关联关系，该关系可以和标准零部件的功能实现映射，是应用范围有限，目前仅能处理标准机械零部件。其中第一种动名词结构方法使用比较普遍，因为它较符合人们的思维习惯，可表示没有输入输出的情况。但是从计算机辅助设计过程的角度来看，这
要求的设计特征时，则该单元停止分解。通过功能分解建立功能模型有助于获得对产品的更好的理解。将分功能有意义地、相容地联结成为总功能，就引出了所谓的功能结构，如图2一4所示。‘‘..贾‘:.......图2一4功能结构图功能结构的建立是概念设计的初级阶段，从设计问题的提出到功能结构的建立是设计者的思维由发散趋向于收敛、由理性化变为感性化的过程。它是在设计空间内对不完全确定设计问题或相当模糊设计要求的一种较为简洁和明确的表示，它以图框形式简单地表示系统间输入与输出量的相互关系，是概念设计的关键环节。另外，为实现某个系统的功能，其子系统的功能要相互协调才能产生期望的总系统行为，因此子功能之间不仅有着层次关系，还存在着时序关系、因果关系、与关系、输入输出匹配等逻辑关系。为了表达子功能之间的逻辑关系，最简单的方法是采用标示的方法书写或者利用约定的图示方法在图中标示出来。子功能之间的这些逻辑关系可以综合为三种基本的结构形式[24]:(l)串联结构，即顺序结构，反映了子功能之间的时序关系或者因果关系之类的顺序关系。如图2一5所示。Fl、FZ、F3为子功能(或者是一组子功能)，完
输输入输出 出位位置要求 求图4一2功能元属性运动功能元的输出运动属性包括输入运动类型、输入运动速率特征、输入运动连续性和往复性。具体属性和输入运动行为属性是一样的。(3)功能元的输入输出位置关系属性运动功能元的输入输出位置关系属性包括输入输出运动方向和相应的方向正负的选择。①输入输出运动方向定为X、Y和Z向三个轴向。②输入输出方向的选择分为正负两个。4.3知识库的构建与管理4.3.1产品总功能模型库(l)产品功能模型库的构建产品的总功能是指待设计产品或系统总的输入输出关系。输入输出由能量流、物料流、信号流组成。表的构建如图4一3所示。其中:P一ame:产品名称P一Functinn:产品总功能名称In一Power:输入能量名图4一3产品功能模型表
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 张占信;面向夹具设计过程的知识建模方法与应用[D];上海交通大学;2011年
本文编号：2759302
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