CN102436528A - 复杂装备方案重用再生设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂装备方案重用再生设计方法。根据复杂装备方案设计要求，对复杂装备功能信息、设计知识、设计约束、尺寸、空间关系、结构布局构建产品设计方案关联模型；建立功能方案树与/或关系元素按规则实现方案设计过程的形式化表达；提取产品设计方案进化规则，根据设计方案关联模型的进化规则进行动态再生，实现产品设计方案关联模型进行变拓扑结构重用；基于知识关联实现多层融合重用再生，实现产品设计方案重用。本发明克服依赖人工经验设计方法、只重用设计结果无法重用设计过程以及复杂装备方案再生性薄弱等问题。本发明根据不同的复杂装备设计方案关联模型要求，基于知识关联可自适应地实现，提高了复杂装备方案设计效率与创新性。

Description

复杂装备方案重用再生设计方法

技术领域

本发明涉及一种产品方案设计方法，尤其是涉及数字化设计的一种复杂装备方案重用再生设计方法。

背景技术

产品方案设计作为一种基于经验和知识的产品初始化设计方法，形成满足个性化设计需求的产品方案。在产品方案设计中，以产品初始设计需求作为输入数据，对方案树模型进行实例化，输出产品的总体设计方案。对企业而言，产品方案设计可以满足较大范围的客户个性化需求或新产品研发战略，缩短产品交货时间，增加对产品后续设计与制造、加工工艺的控制，降低新旧产品开发设计成本，产品设计方案重用再生理念得到了装备制造企业的广泛采纳，并在计算机软硬件、装备制造业等方面得到了应用。

随着产品方案设计方法在设计领域的广泛实施和应用，产品类型日益复杂化，产品数字化设计技术水平不断提升，方案设计方法的研究较广。但由于产品开发初期设计需求具有模糊、不确定性，复杂装备的方案设计知识获取与表达困难，无法采用传统的基于人工经验的方案设计方法，虽存在大量的可重用实例，只局限于重用设计结果，无法重用设计过程，且产品设计方案再生性薄弱。针对上述问题，对已有产品设计方案知识、经验进行分层关联表达，并把方案设计建立在已有设计实例的基础上，通过实例方案重用再生设计，不仅能实现复杂装备产品的总体方案设计，而且通过设计知识的重用提高了复杂装备的方案设计效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂装备方案重用再生设计方法，克服了现有方案设计依赖人工经验设计方法、只重用设计结果无法重用设计过程以及复杂装备方案再生性薄弱等问题。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案的步骤如下：

1、该方法的步骤如下：

1.1）根据复杂装备方案设计要求，对复杂装备功能约束、设计知识、设计经验、尺寸、空间关系和结构布局，构建产品设计方案关联模型；

1.2）根据产品设计方案关联模型建立产品设计方案树，按方案树父子关系和各叶节点元素与或关系规则，实现方案设计过程的形式化表达；

1.3）根据产品设计方案关联模型和方案树的各叶节点元素与或关系规则，提取产品设计方案进化规则，进行动态再生，实现产品设计方案结构重用；

1.4）在1.1）步骤中的构建产品设计方案关联模型基础上，基于知识关联的多层融合重用再生，实现产品设计方案重用。

2、步骤1.1）中所述的产品设计方案关联模型，是通过分析复杂装备功能约束、设计知识、设计经验、尺寸、空间关系和结构布局，描述复杂装备包括结构布局方案、精度设计、传动链设计与辅助设备设计方案和功能部件选配选型方案，由产品部件、零件和结构特征构成产品设计方案结构层信息。

3、步骤1.2）中所述的方案设计过程的形式化表达方法步骤如下：

3.1）分析复杂装备方案设计语义抽象性分析，建立复杂装备方案设计语义元表，对方案树的各叶节点形式化表达；

3.2）对方案树各叶节点关系与或规则形式化表达；

3.3）在方案树各节点设计语义形式化表达和各叶节点间关系与或规则基础上，对方案树节点分解，实现方案设计过程的形式化表达。

4、步骤1.2）中所述的各叶节点形式化表达，树根节点为设计要求，树叶节点为功能原理解；方案树包含两类信息，即相邻树节点间的与或关系和节点间的父子关系。

5、步骤1.3）中所述的产品设计方案结构重用，提取产品设计方案进化规则，建立多粒度的重用结构方案库，根据复杂装备的工艺需求和功能结构要求，进行进化规则动态再生，实现复杂装备结构方案重用。

6、步骤1.3）中所述的结构方案重用的步骤如下：

6.1）提取产品设计方案进化规则，建立多粒度可重用结构方案库；

6.2）根据复杂装备工艺需求和功能结构要求，构建复杂装备设计方案关联模型；

6.3）基于进化规则动态再生，实现复杂装备设计方案关联模型结构重用。

7、步骤1.4）中所述的基于知识关联的多层融合重用再生设计方法的步骤如下：

7.1）按照重用的程度和重用方式，第一层次为完全重用，即能够检索到完全符合新设计要求的已有设计方案，不需修改已有设计方案的功能结构和功能原理解即能满足新的设计需求；

7.2）第二层次为部分重用，已有设计方案不能完全满足新的设计需求，需要修改部分解，修改分为两个层次：只须修改已有设计方案的一个或多个功能原理解即能满足新的设计需求，即不需要改变原有的功能结构；修改已有设计方案的部分功能结构，即在原有功能结构上增加、删除和修改功能结构的部分功能；

7.3）第三层次为近似重用，按照新的设计需求不能检索到已有设计方案，则首先求出新设计需求的部分设计需求，然后用部分设计需求检索设计方案，为新的设计提供参考。

本发明具有的有益效果是：

1、采用本发明提出的产品设计方案关联模型将复杂装备方案设计阶段的各种设计知识、经验、约束进行了直观的描述，便于方案设计知识库、方案库的建立，有助于实现复杂装备方案设计的自动化求解。

2、本发明提出的方案设计过程的形式化表达方法，实现了复杂装备方案设计过程的直观描述，克服了传统方案设计方法过多地依赖人工经验的方案设计手段。

3、本发明提出了产品设计方案进化规则动态再生和基于知识关联的方案设计过程重用再生，可克服传统方案设计只重用设计结果，无法重用设计过程的问题。采用本发明复杂装备方案重用再生设计重用可根据方案设计要求，重用复杂装备设计方案关联模型，能够快速再生不同设计方案，有效提高了复杂装备方案设计效率与创新性。

附图说明

图1是本发明相应的复杂装备方案重用再生设计方法流程总图。

图2是本发明相应的产品设计方案关联模型原理图。

图3是本发明相应的结构重用流程图。

图4是本发明相应的复杂装备方案重用再生系统架构图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，是本发明相应的复杂装备方案重用再生设计方法流程总图。

复杂装备方案重用再生设计步骤如下：

步骤1：根据复杂装备初始设计要求，通过分析特定复杂装备产品设计知识、设计经验及功能约束，在重用再生设计知识库的基础上，构建复杂装备产品方案设计关联模型。该模型描述复杂装备性能参数信息和复杂装备结构层信息。其中性能参数信息包括复杂装备初步外形尺寸、运动参数、运动分配方案、传动方案、驱动方案、主机布局形式、辅机选型和主要功能部件选配选型，如数控装备的刀库、防护罩、吊具、夹具等功能部件；复杂装备结构层信息复杂装备部件、零件和结构特征，如孔特征、拉伸特征、拔模特征等。

步骤2：根据产品设计方案关联模型建立产品设计方案树，按方案树父子关系和各叶节点与或关系规则，实现方案设计过程的形式化表达。

步骤3：产品设计方案结构重用再生设计方案。

步骤3.1：根据产品设计方案关联模型和方案树的各叶节点元素与或关系，提取设计方案进化规则；

步骤3.2：动态再生；

步骤3.3：判断是否满足新结构设计要求，如果不满足，则重新设计结构方案，并存入可重用结构方案库，否则转步骤3.4；

步骤3.4：结构方案重用。

步骤4：根据复杂装备初始设计要求，在重用再生设计知识库的基础上，进行基于知识关联的多层融合重用再生，包括完全重用、部分重用、近似重用。

步骤5：判断步骤3.4和步骤4重用结果是否符合新设计要求，如果符合，则转步骤6，否则转步骤1。

步骤6：输出方案设计结果，并存入重用再生设计方案库。

步骤7：结束。

如图2所示，是本发明相应的产品设计方案关联模型原理图。

复杂装备产品设计方案关联模型由复杂装备领域信息、复杂装备性能方案信息、复杂装备结构方案信息三部分组成。复杂装备领域信息是指特定复杂装备总体设计知识、设计规范、设计标准、设计经验、复杂装备设计约束等。复杂装备性能方案信息包括待设计特定复杂装备产品功能需求模型、传动链设计模型、运动功能模型、精度设计要求等，其中功能需求模型由功能树结构体现，设计功能总功能可分解为若干子功能，如数控机床机械功能可分解为主功能、辅助功能、传动功能一级子功能，可分解为导向、支承、交换、变换、防护、夹紧、安装、对刀、排屑、定位、驱动等二级子功能；复杂装备运动功能模型可描述为运动类型、运动数量、运动分配、运动部件、运动方向等；复杂装备结构方案信息包括复杂装备空间布局、结构布局方案，结构布局方案由结构图体现。上述三大部分当中，复杂装备领域信息提供理论依据。复杂装备性能方案信息内部以功能需求为基础，确定复杂装备运动、传动、精度等参数。可根据前两部分信息复杂装备结构布局方案。因此，复杂装备产品设计方案由内部、外部具有相互关联关系的三大部分描述关联模型。

如图3所示，是本发明相应的结构重用再生流程图。

复杂装备结构重用再生过程是首先从复杂装备方案重用库导入待再生结构，对结构分析，确定待再生结构，对复杂装备结构方案库检索，再生基结构，选择新结构，将其映射到新设计方案，预览操作，不满足要求，重复进行上步，不断改变新结构，直到满足设计要求为止，最后确定再生进行结构方案更新，完成结构重用再生设计过程。

如图4所示，是本发明相应的复杂装备方案重用再生系统架构图。

该系统包括产品方案设计关联模型、方案设计过程形式化表达、结构方案重用、方案进化规则库、复杂装备方案重用库五大模块部分，并用到了上述的方案树与/或规则形式化和基于知识关联实现多层融合重用再生设计方法。用户交互界面设有可调节设计参数输入区，如功能信息、设计知识、设计约束、尺寸、空间关系、结构布局、精度参数、传动链参数和辅助设备参数、主要功能部件选配选型参数等。复杂装备方案进化规则库和复杂装备方案重用库，是在对复杂装备产品全生命周期分析的基础上进行分类、归纳和提取的设计方案规则和结构方案而建立的。数据库平台具有较好的可靠性、完整性和安全性及可伸缩性，用于复杂装备的方案建模、动态再生和重用，是复杂装备方案重用再生设计的重要支撑。复杂装备方案重用再生设计过程的重用是通过记录和关联结构重用设计过程实现的。

Claims (7)

1.一种复杂装备方案重用再生设计方法，其特征在于该方法的步骤如下：

1.1）根据复杂装备方案设计要求，对复杂装备功能约束、设计知识、设计经验、尺寸、空间关系和结构布局，构建产品设计方案关联模型；

1.2）根据产品设计方案关联模型建立产品设计方案树，按方案树父子关系和各叶节点元素与或关系规则，实现方案设计过程的形式化表达；

1.3）根据产品设计方案关联模型和方案树的各叶节点元素与或关系规则，提取产品设计方案进化规则，进行动态再生，实现产品设计方案结构重用；

1.4）在1.1）步骤中的构建产品设计方案关联模型基础上，基于知识关联的多层融合重用再生，实现产品设计方案重用。

2.根据权利要求1所述的一种复杂装备方案重用再生设计方法，其特征在于：步骤1.1）中所述的产品设计方案关联模型，是通过分析复杂装备功能约束、设计知识、设计经验、尺寸、空间关系和结构布局，描述复杂装备包括结构布局方案、精度设计、传动链设计与辅助设备设计方案和功能部件选配选型方案，由复杂装备部件、零件和结构特征构成产品设计方案结构层信息。

3.根据权利要求1所述的一种复杂装备方案重用再生设计方法，其特征在于：步骤1.2）中所述的方案设计过程的形式化表达方法步骤如下：

3.1）分析复杂装备方案设计语义抽象性分析，建立复杂装备方案设计语义元表，对方案树的各叶节点形式化表达；

3.2）对方案树各叶节点关系与或规则形式化表达；

3.3）在方案树各节点设计语义形式化表达和各叶节点间关系与或规则基础上，对方案树节点分解，实现方案设计过程的形式化表达。

4.根据权利要求3所述的一种复杂装备方案重用再生设计方法，其特征在于：步骤1.2）中所述的各叶节点形式化表达，树根节点为设计要求，树叶节点为功能原理解；方案树包含两类信息，即相邻树节点间的与或关系和节点间的父子关系。

5.根据权利要求1所述的一种复杂装备方案重用再生设计方法，其特征在于：步骤1.3）中所述的产品设计方案结构重用，提取产品设计方案进化规则，建立多粒度的重用结构方案库，根据复杂装备的工艺需求和功能结构要求，进行进化规则动态再生，实现复杂装备结构方案重用。

6.根据权利要求5所述的一种复杂装备方案重用再生设计方法，其特征在于：步骤1.3）中所述的结构方案重用的步骤如下：

6.1）提取产品设计方案进化规则，建立多粒度可重用结构方案库；

6.2）根据复杂装备工艺需求和功能结构要求，构建复杂装备设计方案关联模型；

6.3）基于进化规则动态再生，实现复杂装备设计方案关联模型结构重用。

7.根据权利要求1所述的一种复杂装备方案重用再生设计方法，其特征在于：步骤1.4）中所述的基于知识关联的多层融合重用再生设计方法的步骤如下：

7.1）按照重用的程度和重用方式，第一层次为完全重用，即能够检索到完全符合新设计要求的已有设计方案，不需修改已有设计方案的功能结构和功能原理解即能满足新的设计需求；

7.2）第二层次为部分重用，已有设计方案不能完全满足新的设计需求，需要修改部分解，修改分为两个层次：只须修改已有设计方案的一个或多个功能原理解即能满足新的设计需求，即不需要改变原有的功能结构；修改已有设计方案的部分功能结构，即在原有功能结构上增加、删除和修改功能结构的部分功能；

7.3）第三层次为近似重用，按照新的设计需求不能检索到已有设计方案，则首先求出新设计需求的部分设计需求，然后用部分设计需求检索设计方案，为新的设计提供参考。

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