可变功能机械设计变更及变更传播过程研究

摘要

可变功能机械系统是指在原有功能原理的基础上，通过更换系统构件或调整构件的连接方式来实现不同功能的机械系统，其目的是为实现产品功能上的创新。这类机械系统的设计一般是通过对现有机械产品进行合理变更获得，使其在保持原主要结构的基础上实现功能的变更，是一种基于设计变更的再设计。
　　为研究可变功能机械设计变更过程和相关设计方法，本文开展了两个方面的研究。首先，从概念设计的角度出发，开展了机械系统的功能-结构变更映射研究。在基于“功能-行为-结构”(FBS)映射模型的基础上，提出了“功能-结构”设计变更映射模型。通过功能抽象化方法，分析了机械产品功能之间的关联性，并将功能关联性映射到产品结构中。将产品结构分解为变更结构体和共享结构体，通过两者的组合实现产品功能的变更。以专利“一种农用工具”描述了功能和结构的变更映射关系，阐述了这种设计方法的可行性和意义。
　　以此为基础，进一步研究产品设计变更的执行过程。根据工程设计学中产品开发的一般化过程，基于组合式设计法，结合可变功能机械设计变更的特点，建立了可变功能机械的设计变更流程图，将设计变更过程划分为五个阶段，对每个阶段做了详细的分析，以及提出设计变更执行表。然后，以 CA6140车床数控改造为案例，通过构建其设计变更执行表，实现了预期的数控改造，验证了机械产品的可变功能设计变更在该映射模型上的可行性。
　　其次，开展了机械系统功能-结构变更传播过程的研究。分析变更结构体在结构层次和功能层次上的作用关系，得出结构体之间的三种变更约束规则：构成关系、双向约束和功能性约束。再以变更结构体为传播分析单元，得出结构体之间的三种变更传播特性，为隶属、邻接和耦合特性。建立了结构体变更影响矩阵，通过对矩阵中数值大小的分析，可用来描述结构体之间变更传播的可能性。
　　基于这一研究结果，进一步归纳总结了变更结构体的几种传播行为，将其划分为基本传播行为单元和典型变更传播行为。通过对结构体变更传播树模型的分解获得可行的变更传播路线。在此基础上建立了结构体变更传播矩阵，其数值的大小作为选择最优变更传播路线的一种依据。最后以普通车床数控改造过程中进给机构为例，分析其变更传播过程，用传播行为过程图描述了具体零部件之间的变更传播，获得了最佳变更路线，说明了变更传播分析方法的可行性。

目录

1 绪论

1.1研究的背景、目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

1.4 研究的技术路线

2 基于功能-结构模型的可变功能机械设计变更

2.1 功能-结构设计变更模型

2.2 可变功能机械设计变更的功能关联性研究

2.3 面向可变功能的结构体组合式设计过程分析

2.4 案例研究

2.5 本章小结

3 基于组合式设计的设计变更操作流程

3.1 工程设计中的一般设计过程

3.2 可变功能机械设计变更流程图

3.3 设计变更操作过程分析

3.4 案例研究

3.5 本章小结

4 变更传播约束分析

4.1 结构层次上的约束传播

4.2 功能性的约束传播

4.3 结构体变更传播特性关系

4.4 结构体变更影响矩阵

4.5 本章总结

5 变更传播行为过程分析

5.1 基于功能-结构的传播行为模型

5.2 传播行为过程分析

5.3 变更传播路线的选择

5.4 变更传播矩阵

5.5 案例研究

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在 校 研 究 成 果

致谢