基于可拓理论的复式布料系统概念设计研究

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1、华中科技大学博士学位论文基于可拓理论的复式布料系统概念设计研究姓名：张国全申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：钟毅芳;张卫国20030101)'578967摘要全篇论文从概念设计创新与智能的角度，运用可拓理论，以复式布料系统为研究对象，通过对可拓学的拓展，从用可拓概念依存图表达设计任务书的功能信息，功能推理与组件建库和调用策略，概念设计全过程的公式化的可拓表达以及功能设计信息模型的可拓实现等几个方面来深入研究其概念设计的理论和方法。文章首先简介了可拓理论与方法，在此基础上，分析了可拓学在机械产品概念设计应用中的不足，

2、针对概念设计的特性，从发散与评估角度拓展了可拓工程方法。提出了舍有时间参数的改进型菱形思维模型与量域空间相等的发散终止准则，拓展了思维过程是在时间因素的驱动下，呈锥形弹簧式螺旋上升，体现了求解问题的顺序性、反复性和迭代性。另外也提出了物元空间的相容性验证及离散空间关联函数的建立策略，保证了概念解的安全与可靠。机械产品概念设计是根据任务书的要求产生设计概念，它的目的是为设计系统寻找一个或一组满足设计任务书要求的原理解，它的过程是将抽象的功能转化为具体结构。如何从用自然语言叙述的任务书中理性地消除条件与要求的歧义与冗余抽象生成给定产

3、品功能，本文从计算机可识别的角度，提出了将可拓学和用节点表达概念、弧描述概念之间关系的概念依存图理论相结合(可拓概念依存图理论)的方法来表达产品任务书中的要求与条件；对用自然语言表达的产品任务书中定性与定量元素进行识别：查找遗失的信息：组合单个元素进入全局的概念依存图中。以期架设一条从产品任务书向功能映射的理性桥梁，为复式布料系统概念设计后续阶段的研究(概念解的生成)提供客观、具体的功能信息。根据机械产品概念设计的特点，从思维方式着手，利用改进型菱形思维方法，提出了概念设计的功能推理模型(功能向结构映射模型)。本模型从系统功能定

4、义入手，采用重新定义问题和部分解的方法，将最初问题可拓分解成按照功能定义的部分问题，并对部分问题进行发散构思，产生部分问题的局部解，以此形成的部分问题空间与组件解空间进行耦合(收敛)，寻找满足布料功能需求的最初问题解；还创建了复式布料系统功能分层策略，利用简单数字编码技术，提出了组件建库和调用机理。还从公式化的角度，提出了从产品任务书中提取功能信息到获得产品功能概念解的整个概念设计过程公式化表达方法；利用可拓集合理论，深入分析了过程模型中的各个要素(功能、行为、结构与环境约束)及其关系；提出了在产品任务书中析取功能信息，建立了功

5、能分解准则，利用优化算法创建行为关系树与获得实现产品功能概念解公式化表达方法；最后提出了机械产品智能化概念设计功能设计信息模型，创立了功能特征元分解与终止准则，并根据功能特征最低位的子功能物元，建立了实现功能特征的动作用事元来表达的准则，与选取事元的施动对象作为研究本体，抽取说明施动对象动作的特征元，并对实现其动作进行能量转化，实现行为动作向结构的映射方法，并指出了消除布料系统结构解相互干涉的准则。对于上述理论研究成果，本文均用实例进行了分析论证，说明了研究成功的正确性。另外，针对复式布料系统的各种功能，对实现这些功能所需的方法

6、或结构进行表达与描述。关键词：概念设计可拓学机械产品复式布料系统I匆垒了、未经￡”罄舾同意ABSTRACTThewholepaperisbasedonExtenicstostudytheconceptualdesignoftheMulti—fillingmaterialsystemfromtheviewpointofinnovationandintelligence．BymeansoftheextensionofExtenics，thetheoriesandmethodsofthesystem’Sconceptualdesign

7、studiedincludefunctioninformationofdesignspecificationexpressedwithextensiveconceptdependencydiagram，themechanismoffunctionreasoning，thestrategiesofcomponentbasebuiltandcomponentscalled，theextensivedescriptionformulizingthewholeprocessofconceptualdesignaswellastheext

8、ensiveimplementationofthemodeloffunctiondesigninformation，etc．Firstly，theextensivetheoryandmethodareintroducedinbrief，andtheshortag