可变功能机械系统相似性及概念设计方法研究

摘要

一般的机械系统通常只具有一个或多个固定的功能，但这种系统在某些特定的情况下不能满足应用需要，如占地面积有限，资源有限以及要求使系统升级方便的情况。本文研究的可变功能机械系统是指一种通过改变系统中结构的连接或组成的方式进而获得新功能的特定的机械系统。系统的可变是基于某些固件不变的基础上的，也就是说改变局部构件获得的新系统和之前的系统之间必定存在一定的相似性。鉴于此，本论文对可变功能机械系统间的相似性问题，对机械系统功能、行为和结构在时间和空间上的联系，相似性的表达形式以及相似度量模型等问题进行了研究，并针对相似性的影响因素进行了分析，对接口的概念设计问题进行了探讨。
　　首先，论文以FBS模型为理论基础，论述了功能树模型的功能分解过程，明确了功能关系，行为过程中的逻辑关系、时序关系等，根据功能、行为和结构的映射基于一定的推理知识进行设计求解。
　　其次，基于并行 FBS模型建立了系统概念设计模型框架，与相似理论结合，定义了功能序结构和行为序结构，并对两者的组成关系进行了分析，得出了用于机械系统概念设计的相似表达模型，阐述了模型构建的具体步骤。以实例说明了模型的构建符合设计认知过程，对相似性进行了可靠的描述，并实现了对各设计层相似度的衡量，验证了方法的可行性。
　　然后，在上述工作的基础上，进一步应用领域本体理论对概念相似度的计算进行了研究，对属性相似度的计算方法和关系相似度的计算方法给予分析，并得出结合属性和关系的概念相似度计算方法。
　　最后，分析了系统相似度的影响因素，明确了系统耦合性因素及共享构件的连接对系统相似及可变功能再设计的影响。对共享构件的连接方式进行了总结，并提出了针对功能连接表达的必要性。为了研究接口在机械系统中的组成及其表达形式，提出了接口功能元的概念，列举了接口功能元的九种类别包括连接、分离、放大、缩小、轴线转换、运动方式转换等，并分析了功能转换的几种情况。在此基础上构建设计过程框架，最后以实例验证了方法的实用性。

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1 绪论

1.1课题研究背景、目的及意义

1.2国内外关于可变功能机械系统相近方向的研究现状

1.3概念设计内涵

1.4本文主要研究内容及篇章结构

2 基于FBS的并行设计模型构建

2.1 FBS设计模型

2.2功能分析与知识表达

2.3行为分析及知识表达

2.4映射求解

2.5并行设计模型

2.6本章小结

3 可变功能机械系统相似性表达与分析

3.1经典相似理论及其应用

3.2可变功能机械系统相似性表达

3.3相似性的衡量

3.4实例分析

3.5本章小结

4 基于领域本体的知识表达及概念相似度评价

4.1领域本体的涵义

4.2机械系统行为知识本体构建

4.3可变功能机械系统概念相似性评价

4.4本章小结

5 系统相似度影响要素及接口分析

5.1影响系统相似度的要素

5.2接口要素分析

5.3本章小结

6 可变功能机械系统接口概念设计

6.1接口功能元种类及组合变型

6.2接口的信息表达

6.3接口概念设计模型及步骤

6.4实例分析

6.5本章小结

7 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

在学研究成果

致谢