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机械产品的可拓模块化设计方法研究与应用

梁伟勇  
【摘要】:模块化设计作为机械产品开发与创新设计的重要设计方法之一,由于其设计周期短,并且能够快速响应市场需求的特点深受企业的重视。可拓学以形式化的模型研究事物的拓展性,主要用于解决事物间的矛盾问题,这为模块化设计提供了一种形式化的知识描述方式和模型化的处理矛盾问题的方法。本文引入了公理化设计理论和可拓学理论,对机械产品的模块化设计过程中各种信息的基元建模、模块划分、模块配置过程进行了研究,并用实例进行了验证。首先,针对机械产品的模块化设计过程中各种设计信息在知识表示方面不足,引入了可拓学的基元理论,将基元理论与传统的知识表示方法相结合,对机械产品模块化设计信息的可拓知识表示进行了研究。其次,通过对现有的模块划分方法进行了研究,论文给出了基于公理化设计与谱系聚类的模块划分方法,该方法先应用公理化设计对机械产品进行自顶向下的层次性分解,通过“Z”字型映射,得到其结构模块,然后基于分解得到的层次模型,从功能、结构、接口等方面对子模块进行相关性分析,并采用谱系聚类方法对子模块进行自底向上的聚类,实现了对产品的层次性模块划分。文中还针对模块化设计过程中模块检索和模块修改等方面的不足,研究了现有模块检索方法和模块修改技术,提出了一种基于改进可拓距的相似度计算方法,将已有的模块实例重用到新的产品开发中;同时还针对产品设计过程中存在着功能需求与设计结构之间的矛盾,引入了可拓学的矛盾不相容问题的求解模型,给出了可拓模块修改的相容度函数,用来判断设计目标与设计条件之间是否相容,并建立了一种基于相似模块重用的机械产品的可拓模块配置模型。最后在上述理论研究的基础上,建立了水轮机模块化设计系统的体系结构,分析了系统的主要功能模块和运行流程,完成了水轮机模块化设计系统的界面开发,并给出了系统的运行实例。


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