机械对称的概念、作用及其应用知识获取的研究

发布时间：2020-11-07 08:04

　　 对称广泛存在于机械系统中,小至标准件,大至整机系统,具体如几何结构,抽象如功能原理,都有对称的存在。深入系统的研究机械对称,可以指导对称在机械系统中的科学应用,更好的实现机械系统的功能、提高机械系统的性能、满足机械系统的设计约束,提高机械系统的技术性、经济性和社会性,有助于产品创新设计,提高产品的市场竞争力。在综合分析了各领域对称的研究历史和研究现状后,本文针对当前机械对称研究存在的问题,对机械对称的概念、作用及其应用知识获取进行了研究。主要研究内容及成果体现在以下四个方面： 一.机械对称概念体系的建立 在研究了跨学科领域对称和机械对称的存在后,提出了机械对称的概念和层次结构体系。总结和扩展了对称在生物学和物理学中的概念体系,建立了生物对称和物理对称的本体论框架,提出了适用于一般系统的对称本体框架。在此基础上结合对大量机械对称实例的研究,对比研究了对称在机械工程科学中的存在体系,提出了按结构对称、原理对称和功能对称分类的机械对称本体体系。对各种机械对称进行定义并阐明了其在机械中的存在和作用原理。探讨了机械结构对称、原理对称及功能对称在改进和创新产品中的应用方法。揭示了对称在自然和工程系统中的存在模式具有层次结构性、相关性、多体性、多元性、多维性和组合性等共性特征。 二.机械结构对称知识发现方法和比较模式映射关联规则挖掘算法的研究 大量的对称实例中存在着规律性的对称设计知识,将知识发现的方法应用到对称实例的知识挖掘中,采用计算机辅助方法挖掘出深层次的设计知识是促进对称在机械设计中正确应用的基础。提出了基于实例的机械结构对称设计知识发现进程和方法,建立了结构对称设计基础知识库,建立了结构对称实例模型和结构对称设计知识模板。基于机械对称实例库属性数量较大而事务数量不大的特征,建立了基于事务属性合并和比较模式映射关联规则挖掘算法。与经典算法的对比分析表明,该算法对属性数量较大的中小型数据具有较高的求解效率,尤其在求解低支持度频繁模式时效果明显较好。运用机械结构对称知识发现方法和比较模式映射关联规则挖掘算法从对称实例中挖掘出关联知识,对关联知识加以提炼可得到具有普适性的结构对称应用知识。 三.结构对称在机械设计中的应用知识的建立 为指导对称在机械设计过程中的科学、系统的应用,在应用机械结构对称知识发现方法从大量对称实例中挖掘出关联知识的基础上,对关联知识进行整理、总结和提炼,提出了若干机械结构对称的应用知识。建立了设计需求、通用设计原理以及结构对称三者之间的双向关联知识。建立了结构对称在实现功能需求及性能需求中的若干应用知识。恰当的应用机械结构对称应用知识有助于更好地实现机械系统的设计需求,有助于提高机械系统的技术性、经济性和社会性,同时提高设计效率,实现能快速响应需求的产品创新。 四.计算机辅助机械对称实例知识挖掘系统的实现和应用 在上述理论的基础上,研制了机械对称实例知识挖掘系统,构建了由基础知识管理、对称实例管理和对称知识挖掘等模块组成的软件框架体系,将系统应用于机械结构对称实例的知识发现中,挖掘出了大量机械结构对称关联知识。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH122
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
    1.1 课题提出
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 跨学科领域对称研究现状
        1.2.1 生物对称研究现状
        1.2.2 物理对称研究现状
        1.2.3 晶体对称研究现状
    1.3 机械对称研究现状
        1.3.1 机械对称发展史
        1.3.2 机械对称的系统性研究
        1.3.3 机械对称在机械系统中的应用研究
    1.4 概念设计研究现状
        1.4.1 概念设计的推理模型
        1.4.2 概念设计知识表示
    1.5 工程知识发现研究现状
        1.5.1 知识发现的一般进程
        1.5.2 关联规则挖掘
    1.6 研究内容
        1.6.1 存在问题和不足
        1.6.2 研究重点
    1.7 论文体系结构
2 机械对称概念体系
    2.1 引言
    2.2 自然科学中对称的本体表达
        2.2.1 生物对称的本体表达
        2.2.2 物理对称的本体表达
    2.3 一般对称的本体论
    2.4 机械对称的本体表达
        2.4.1 机械对称概念集
        2.4.2 机械对称概念属性集
        2.4.3 机械对称实例集
        2.4.4 机械对称实例属性集
        2.4.5 机械对称的关系集
        2.4.6 机械对称的应用策略和方法
    2.5 对称的本体论特征
    2.6 小结
3 基于实例的机械结构对称知识发现方法
    3.1 引言
    3.2 基于实例的结构对称设计知识发现进程
    3.3 机械结构对称基础知识库和实例数据库的建立
        3.3.1 机械结构对称基础知识库
        3.3.2 机械结构对称实例库
    3.4 机械结构对称设计知识模板的建立
    3.5 比较模式映射关联规则挖掘算法
        3.5.1 生成布尔矩阵
        3.5.2 事务合并和属性合并
        3.5.3 生成比较模式树
        3.5.4 频繁模式提取及分解
        3.5.5 对比试验及分析
    3.6 应用实例
    3.7 小结
4 结构对称在机械设计中的应用知识
    4.1 引言
    4.2 机械结构对称实例库
    4.3 机械结构对称关联知识
        4.3.1 结构对称类型与设计需求关联知识
        4.3.2 结构对称类型与通用设计原理关联知识
        4.3.3 通用设计原理与设计需求关联知识
    4.4 结构对称的应用知识
        4.4.1 结构对称的空间特性及运动特性
        4.4.2 结构对称在实现功能需求中的应用知识
        4.4.3 结构对称在实现性能需求中的应用知识
    4.5 应用实例
    4.6 小结
5 机械对称实例知识挖掘系统
    5.1 引言
    5.2 系统的开发环境和总体框架
        5.2.1 系统开发环境
        5.2.2 系统总体框架
    5.3 系统功能实现
        5.3.1 基础知识管理
        5.3.2 结构对称实例管理
        5.3.3 结构对称知识挖掘
        5.3.4 系统管理
    5.4 小结
6 总结与展望
    6.1 本文研究成果
    6.2 研究展望
参考文献
作者简介

【参考文献】

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本文编号：2873673