可变功能机械功能设计及功能转换过程研究

摘要

可变功能机械产品相对于一般同类型的机械产品有比较明显的优势，如适用范围广、结构紧凑、功能可拓展，因此进行可变功能机械产品创新设计，或者对一般的机械产品进行可变功能设计，均具有较为重要的研究价值。目前相关工作还较少。本文从两个方面开展研究，其一是对机械产品的功能模块划分、功能结构相似性进行了分析探讨，以辅助实现可变功能设计机械产品的设计开发；其二是对可变功能产品的拆卸与装配顺序进行了研究，为实现可变功能机械产品的高效功能转换提供参考。具体包括：
　　首先，对功能、功能分类及功能分解进行了介绍，并将功能分为分支功能、导向功能、连接功能、控制大小功能、转换功能、供应功能、信号功能、支持功能等八大类。然后介绍了功能链的创建及组合方法，并结合有向图，将建立的功能结构模型转换为赋权有向图，得到功能结构模块的可达性矩阵，通过可达性矩阵得到各链的可达性，从而判断功能模块的组成。通过实例验证了所提出的方法。
　　其次，通过综合已有的概念设计方法，结合可变功能的性质，给出了一种适用于可变功能机械的功能设计方法。通过产品的功能结构、功能模块分析比较，发现不同产品在不同程度上都具有一定的相似性，并进而给出了功能相似性的定义。借助层次分析法的思想建立了功能相似度评价模型，用来评价产品的相似性程度。以电风扇与吹风机为例来验证上述方法，最终得到的综合评价结果验证了功能相似性定量描述的可行性，并且以两产品各对应功能模块的相似度为可变功能产品的设计开发提供了一定的设计判断与决策依据。
　　最后，为了更加快速、高效地实现可变功能机械各功能之间的转换，对该转换过程中涉及的零件拆卸-装配序列进行了研究。通过子拆卸体识别来降低生成拆卸序列的复杂性，用零部件支撑矩阵以确保拆卸稳定性。提出基于多方向路径判断方法的改进干涉矩阵和基于包围盒-投影干涉检测生成的集合干涉矩阵。然后，基于改进干涉矩阵，通过信息搜索、矩阵简化方法获取拆卸序列；基于集合干涉矩阵，借助遗传算法获取优化拆卸序列。两种方法均用实例验证了可行性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容及组织结构

1.4 本章小结

2 可变功能机械产品功能及功能模块分析

2.1 功能及功能结构分析

2.2 功能链及组合

2.3 修正赋权有向图

2.4 可变功能机械功能模型分析

2.5 本章小结

3 面向可变功能的功能模块化设计

3.1 可变功能机械的功能设计过程

3.2 功能模块相似性分析模型建立

3.3 实例研究

3.4 本章总结

4 机械产品拆卸-装配过程研究

4.1 拆卸模块识别

4.2 拆卸稳定性

4.3 拆卸序列生成

4.4 实例研究

4.5 本章总结

5 基于拆卸-装配的可变功能机械功能转换过程研究

5.1 可变功能机械功能转换过程建模

5.2 功能转换过程规划

5.3 可变功能机械功能转换实例分析

5.4 结论

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢