机械执行系统概念设计方法及其系统实现技术的研究

摘要

机械系统概念设计是设计过程中的最关键阶段。这一阶段所做出的决策对产品的功能、性能、成本以及开发周期有着很大的影响。执行系统作为机械系统的功能输出单元，其设计又是机械系统设计中的关键。因此对执行系统在概念设计阶段的研究非常重要。近年来，国内外专家对这方面做了大量的研究，但目前的研究还存在很多有待解决的问题，计算机辅助执行系统概念设计还远没有得以真正应用。
　　鉴于此，本论文对机械执行系统概念设计方法和软件系统实现技术进行了探讨及实用性研究。
　　首先，论文以FBS模型为理论基础，结合对概念设计过程的认知和理解，将FBS模型扩展为“功能-工艺方法-工艺动作-运动行为-执行机构（FTPBM）”模型。依据此模型，对执行系统概念设计的求解过程和各模型层相互之间的映射策略做了分析。接着对FTPBM模型中涉及到的工艺动作和运动行为及其表达方法做了深入的研究，并对执行系统运动协调设计方法进行了探讨以及通过具体的实例分析来说明该方法的可行性。
　　其次，基于FTPBM模型建立了概念设计系统的框架结构，并展开对软件系统实现的若干关键技术性问题进行了研究。其内容包括两方面：一方面，对执行系统的概念设计知识表示以及知识库构建进行了研究。主要对运动转换功能知识、映射求解知识和机构知识做了详细的描述和编码。在此基础上，建立了功能分解知识库、运动转换功能知识库、映射求解知识库、机构知识库和机构方案评价知识库；另一方面，对系统模块进行了研究及实现。主要对知识维护与管理模块的操作流程和机构方案选型与组合机构构型的推理实现算法流程分别进行了设计。
　　然后，在上述工作的基础上，借助于编程语言工具开发了执行系统概念设计系统软件，该软件支持以人机交互的方式实现功能的分解、能够实现对机构知识的查询、添加、修改、删除等基本操作，以及根据知识库中现有的基本机构推理出满足设计要求的组合机构。
　　最后，运用执行系统概念设计方法以及结合系统软件对粉末压片机的执行系统概念方案设计进行了验证。其结果表明研究提出的方法及该软件系统有助于提高开发人员的设计效率，缩短产品的开发周期，具有较强的实用价值。

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1 绪论

1.1课题的研究背景及目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要工作

2 执行系统概念设计过程建模

2.1执行系统概述

2.2执行系统概念设计要求分析

2.3执行系统的功能分析

2.4执行系统概念设计过程模型探讨

2.5执行系统概念设计求解过程

2.6 FTPBM模型映射策略分析

2.7 FTPBM模型层分析

2.8执行系统功能映射设计求解

2.9本章小结

3 概念设计系统总体框架

3.1系统开发环境

3.2系统实现的功能

3.3系统模块结构

3.4概念设计系统体系结构

3.5本章小结

4 执行系统的概念设计知识表示及其知识库构建

4.1知识概述

4.2基于数据库的知识库设计

4.3执行机构的概念设计知识表示

4.4系统知识库构建

4.5本章小结

5 系统模块设计及软件实现

5.1知识维护与管理模块

5.2系统推理模块

5.3软件系统的实现

5.4本章小结

6 应用实例研究

6.1压片机概述

6.2压片机的概念方案设计求解流程

6.3压片机的功能与分析

6.4机构方案求解

6.5执行系统方案构思

6.6执行系统方案评价

6.7运动协调设计

6.8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