结构定性建模理论及其在机械产品类比设计中的应用研究

摘要

针对概念设计中产品结构的定性特性，提出了面向概念设计的产品结构定性建模理论。通过对实体零件的联结面、功能面和零件结构构形的抽象并将其符号化，建立了零件符号模型；通过将实体零件上功能表面的类型、相对位置、朝向以及面与面之间拓扑关系抽象成定性符号集合，建立了符号零件的定性模型；利用零件的符号模型进行装配建模，建立了符号装配模型；通过对符号装配模型中零部件之间空间位置关系的定性描述，建立了面向概念设计的产品装配结构定性模型。并进一步运用功能－行为－结构－形状模型，提出了一种基于结构相似的机械产品类比设计方法。　　论文的主要工作包括：　　第一章综述了定性空间推理的研究现状和产品结构模型的相关研究。　　第二章提出以形体符号来表示零件的结构，讨论了形体符号的定义、分类、性质、操作、描述、定量和定性拼合运算，提出了基于形体符号的零件符号造型过程和零件符号化的方法。　　第三章提出了支持概念设计并能指导和控制零件形状设计的符号零件结构定性模型，讨论了定性空间推理代数方法的基本原理，定性几何约束的定义、标注和局部相容性推理方法。　　第四章提出以零件的符号模型来进行装配建模，讨论了符号装配关系、定性几何约束、定性几何约束图、约束相容性维护。　　第五章提出以符号零件的结构模型来划分零件设计资源，讨论了符号零件结构相似度的定义和计算方法，提出了结构图匹配和结构图相似的相似结构符号零件查找机理，提出了基于结构相似的零件类比设计方法。　　第六章运用功能－行为－结构－形状模型，提出了一种基于结构相似的组件类比设计方法，讨论了组件装配结构相似度的定义和计算方法，提出了相似结构组件的查找机理。　　第七章应用基于结构相似的机械产品类比设计方法构造了产品结构设计分层建模原型系统，介绍了原型系统的结构和主要功能模块。　　第八章总结了本文主要研究内容和成果，并给出了今后的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

本章摘要

1.1课题背景

1.1.1从定形、定量到定性建模

1.1.2从被动、自动到主动设计

1.2面向概念设计的产品结构建模技术的研究现状分析

1.2.1概念设计中的产品结构

1.2.2产品结构建模技术的研究现状

1.2.3机械产品结构设计的内涵和性质

1.2.4概念设计中产品结构定性建模的必然性

1.3定性空间推理的研究现状

1.3.1定性推理概论

1.3.2定性空间推理的发展历程

1.3.3定性空间推理的基本问题

1.3.4定性空间推理的基本方法

1.4概念设计产品结构定性模型的基本要素、系统构成和作用

1.4.1定性模型的基本要素

1.4.2定性模型的系统构成

1.4.3定性模型的特点和作用

1.5基于结构相似的机械产品类比设计方法的基本原理

1.5.1功能-行为-结构-形状模型

1.5.2类比设计的原理和类型

1.5.3结构设计分层建模方法

1.6本文的研究背景和组织思路

1.6.1研究背景

1.6.2组织思路

第二章概念设计中零件结构的符号表示与造型

本章摘要

2.1引言

2.2形体符号

2.2.1形体符号的定义与分类

2.2.2形体符号的性质与操作

2.2.3形体符号的描述

2.3概念设计中零件结构的符号造型

2.3.1形体符号的定量拼合运算

2.3.2形体符号的定性拼合运算

2.3.3符号模型的建立

2.3.4符号零件的构造图和局部构造树

2.4概念设计中零件结构的符号表示

2.4.1零件符号化的一般过程

2.4.2符号零件的结构图

2.4.3零件符号化的基本形式和准则

2.4.4典型结构零件的符号表示实例

2.5本章小结

第三章概念设计中零件结构的定性模型

本章摘要

3.1引言

3.2定性空间推理代数方法的基本原理

3.2.1区间关系和概念领域

3.2.2复合运算

3.3符号零件结构的定性模型

3.3.1定性几何约束

3.3.2定性几何约束图

3.3.3符号结构约束的标注准则和顺序

3.3.4符号零件结构的定性模型

3.4符号零件结构的约束局部相容性维护

3.4.1基本复合运算

3.4.2约束局部相容性推理算法

3.4.3约束局部相容性推理实例

3.5本章小结

第四章概念设计中产品装配结构的定性模型

本章摘要

4.1引言

4.2符号装配模型

4.2.1符号装配图

4.2.2符号装配关系

4.2.3符号装配关系模型

4.3概念设计中产品装配结构的定性模型

4.3.1定性几何约束

4.3.2定性几何约束图

4.3.3概念设计中产品装配结构定性模型的建立

4.4约束的转换与推理

4.4.1约束的转换

4.4.2基本复合运算

4.4.3约束局部相容性推理

4.5本章小结

第五章基于结构相似的零件类比设计方法

本章摘要

5.1引言

5.2符号零件结构的相似度

5.2.1相似度的定义

5.2.2相似度的计算

5.3结构图匹配的相似结构符号零件查找机理

5.3.1结构图为树的相似结构符号零件查找机理

5.3.2结构图中存在环的相似结构符号零件查找机理

5.3.3顶点再划分问题

5.4结构图相似的相似结构符号零件查找机理

5.4.1相似结构图的检索

5.4.2相似定性几何约束图的查找

5.4.3实例

5.5零件类比设计方法

5.5.1符号零件库信息模型

5.5.2特征零件库信息模型

5.5.3零件类比设计模型

5.5.4实例

5.6本章小结

第六章基于结构相似的组件类比设计方法

本章摘要

6.1引言

6.2组件装配结构的相似度

6.2.1相似度的定义

6.2.2相似度的计算

6.3相似结构组件的查找机理

6.3.1符号装配连接图匹配的相似结构组件查找机理

6.3.2符号装配连接图相似的相似结构组件查找机理

6.3.3实例

6.4组件类比设计方法

6.4.1组件类比设计的基本模式

6.4.2组件库信息模型

6.4.3组件类比设计模型

6.5组件类比设计实例

6.5.1按组件族类比设计

6.5.2按组件实例类比设计

6.6本章小结

第七章产品结构设计分层建模原型系统的实现

本章摘要

7.1引言

7.2系统的体系结构

7.3系统的主要功能模块

7.3.1符号造型模块

7.3.2符号装配设计模块

7.3.3定性建模与推理模块

7.3.4类比设计模块

7.3.5设计库管理模块

7.4本章小结

第八章总结与展望

本章摘要

8.1全文总结

8.2今后工作展望

参考文献

附录一攻读博士学位期间发表(录用)的学术论文

附录二攻读博士学位期间参加的科研项目

致谢