機械制圖畢業(yè)論文
機械制圖是個(gè)復雜的過(guò)程，下面是機械制圖畢業(yè)論文，希望可以幫助到你！
機械創(chuàng )新設計是一個(gè)極其重要而又困難的實(shí)踐性較強的研究課題。目前創(chuàng )新設計方法研究雖然已取得一些成果，但創(chuàng )新學(xué)還處于發(fā)展初期，各種不同理論及工具不斷涌現，遠沒(méi)有形成普遍可以接受的統一的理論體系。
本文認為，要進(jìn)行機械創(chuàng )新設計要有兩個(gè)必要條件：一是充分獲取適用的知識；二是要使用符合創(chuàng )新設計思維并能激發(fā)創(chuàng )新思維的設計系統。設計過(guò)程充滿(mǎn)了矛盾，所獲取的知識應有助于矛盾的迅速解決，這就要求知識獲取工具緊密集成到設計過(guò)程中，因此要統一研究知識獲取工具與設計系統。另外，人類(lèi)的創(chuàng )新設計思維模式是在長(cháng)期的成功設計經(jīng)驗中總結形成的，因此設計系統必需符合創(chuàng )新設計思維規律。創(chuàng )新設計思維規律應作為算機輔助創(chuàng )新設計系統的理論基礎。
基于上述考慮，本文從創(chuàng )新設計思維的研究出發(fā)，融合知識獲取方法，研究創(chuàng )新設計理論，進(jìn)而開(kāi)發(fā)機械產(chǎn)品創(chuàng )新設計系統。
1 機械創(chuàng )新設計思維規律
我們常把思維的過(guò)程稱(chēng)為“思路”，是因為可用路徑問(wèn)題來(lái)說(shuō)明人類(lèi)思維過(guò)程。本文提出兩個(gè)機械創(chuàng )新設計思維原則：
一是最短路徑原則。設計者得到產(chǎn)品的功能要求后，往往首先檢索出最佳設計實(shí)例，這樣可以最迅速接近目標，然后運用價(jià)值工程方法，找出價(jià)值較低的極少數組件作為研究對象，再分析所得對象存在的矛盾，嘗試作最小變動(dòng)以解決矛盾，如矛盾沒(méi)有解決則擬作更大變動(dòng)或擴大研究對象范圍，最后得出最優(yōu)結果。通過(guò)這樣途徑所消耗的能量最少，體現了最短路徑原則。
二是相似性聯(lián)想。湯川秀樹(shù)的定同理論認為，聯(lián)想能力就是找出事物彼此相似性的創(chuàng )造力，相似性是指事物間的內在聯(lián)系。
要用計算機系統來(lái)輔助設計師從自然界中發(fā)現形態(tài)各異的事物的相似性是很困難的，因此本文只研究從機械產(chǎn)品實(shí)例中挖掘相似性，以促進(jìn)機械創(chuàng )新設計。
機械設計過(guò)程是從功能要求到作用原理，再到物理結構的映射過(guò)程[1]。在CBR系統中，功能要求、作用原理與物理結構可作為實(shí)例索引，因此可統稱(chēng)它們?yōu)樗饕椖�。同一索引的不同�?lèi)索引項目之間的聯(lián)想可稱(chēng)為縱向聯(lián)想，而不同索引的同類(lèi)索引的聯(lián)想可稱(chēng)為橫向聯(lián)想。
判斷聯(lián)想是否合理的依據是相似性，相似性由已有產(chǎn)品實(shí)例確定。比如，“超聲波研磨機產(chǎn)品實(shí)例”使“超聲波振動(dòng)”作用原理與“研磨”功能要求縱向地產(chǎn)生了內在聯(lián)系；又如，多種產(chǎn)品實(shí)例可滿(mǎn)足同一功能要求，那么它們用于實(shí)現該功能的作用原理及物理結構具有相似性。
功能要求是聯(lián)想的起點(diǎn)，經(jīng)驗豐富的設計師通常記憶有大量的設計實(shí)例，因而掌
握縱向及橫向相似性，所以能迅速地進(jìn)行橫向及縱向的聯(lián)想，能觸類(lèi)旁通，得出具有相似作用原理及物理結構的實(shí)例（簡(jiǎn)稱(chēng)相似實(shí)例）并進(jìn)行組合優(yōu)化，最后得到最優(yōu)解。
這兩項原則已被多種設計方法不自覺(jué)地采用了，基于實(shí)例推理不但能迅速接近最優(yōu)解，體現最短路徑原則；物場(chǎng)分析法（簡(jiǎn)稱(chēng)TRIZ）分析了上百萬(wàn)設計實(shí)例，確定功能要求與作用原理及物理載體的內在聯(lián)系，以及不同作用原理或物理載體的可替代關(guān)系，使設計師可根據功能要求找到適當的作用原理及物理載體，體現相似性聯(lián)想原則。
2 計算機輔助創(chuàng )新設計系統
兩項創(chuàng )新設計思維原則充分體現在計算機輔助創(chuàng )新設計系統的設計中，系統還利用了多種創(chuàng )新設計方法及人工智能技術(shù)。計算機輔助創(chuàng )新設計系統的流程如圖1所示，它包含如下關(guān)鍵技術(shù)：
2.1 實(shí)例檢索
利用基于實(shí)例推理（CBR）技術(shù)時(shí)首先要深入研究它的優(yōu)缺點(diǎn)。CBR是一種以實(shí)例為知識載體的知識供應方法。當前它仍有如下不足：首先，系統為了達到實(shí)用通常建立龐大的實(shí)例庫，這導致管理困難，系統運行效率低；其次，通過(guò)檢索得到的只是一個(gè)或很少實(shí)例，而其它不符合檢索要求但含有適用知識的實(shí)例沒(méi)有利用，支持創(chuàng )新的力度不夠；最后，實(shí)例調整嚴重依賴(lài)領(lǐng)域知識，難度大，所以很多CBR系統簡(jiǎn)化為實(shí)例檢索系統[2]。導致這三項缺點(diǎn)的深層原因是實(shí)例是獨立的，不同實(shí)例所蘊含的知識難以組合利用。為了克服這個(gè)矛盾本文提出通過(guò)相似性聯(lián)想找出相似實(shí)例，并利用遺傳算法進(jìn)行組合優(yōu)化，實(shí)現實(shí)例知識的重用。
本系統的實(shí)例檢索功能用商品化PDM系統IMAN中的產(chǎn)品結構與配置管理功能及搜索功能來(lái)實(shí)現，實(shí)例的可視化表示與管理依靠IMAN的產(chǎn)品結構樹(shù)功能實(shí)現。
2.2可視化的實(shí)例模型表達及矛盾分析
概念設計技術(shù)的發(fā)展方向為研究一種統一的設計方案表達方法[3]。文獻[4]對日本學(xué)者吉川弘之提出的FBS圖進(jìn)行擴充，使用兩個(gè)框架分別描述一個(gè)設計方案的功能層次與結構層次，并存儲功能單元與結構單元的對應關(guān)系，使計算機理解產(chǎn)品的結構及其功能。這種方法的缺點(diǎn)是結構與功能的關(guān)系不夠直觀(guān)，因此本系統在功能層次圖與結構層次圖的基礎上增加功能關(guān)系圖，以語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò )的方式描述結構及之間的作用關(guān)系，使結構與功能處于同一張圖中，設計者可直觀(guān)地理解產(chǎn)品原理，根據功能關(guān)系圖并運用價(jià)值工程方法分析實(shí)例存在的矛盾。
實(shí)現創(chuàng )新的關(guān)鍵是正確分析產(chǎn)品中所存在的矛盾[5]。產(chǎn)品設計中的基本矛盾是產(chǎn)品功能成本比不能滿(mǎn)足用戶(hù)要求，它有兩種表現形式，一是未能實(shí)現某些產(chǎn)品
功能質(zhì)量目標；二是某些功能質(zhì)量得到改善而某些功能質(zhì)量卻惡化。
矛盾分析結果用于指導新作用原理、新物理結構的聯(lián)想，進(jìn)而找出相似實(shí)例。
2.3基于WEB的創(chuàng )新設計知識庫
本系統的創(chuàng )新設計知識庫包括作用原理庫、物理結構庫與實(shí)例庫。當系統根據相似性搜索到新作用原理或物理結構后，相應的實(shí)例自動(dòng)調出。
作用原理庫與物理結構庫的開(kāi)發(fā)借鑒了TRIZ的成果，再針對機械領(lǐng)域補充整理出二百四十余種作用原理（其中包括五十余種基本措施）。在每種作用原理下分別存儲多種物理結構，形成物理結構庫。實(shí)例庫主要針對幾種常見(jiàn)的家電產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
創(chuàng )新設計知識庫是創(chuàng )新設計系統的核心部件，它是一種WEB文本知識庫，文本經(jīng)過(guò)筆者開(kāi)發(fā)的機械知識XML標記處理，使知識庫建立在國際標準XML文本之上，因此可實(shí)現知識資源的異地共享，并且在此知識庫之上可建立基于WEB的機械產(chǎn)品計算機輔助創(chuàng )新設計系統，滿(mǎn)足異地協(xié)同設計的需要。
2.4相似性的量化方法及改進(jìn)的遺傳算法
每種產(chǎn)品的結構不同，需要不定相同的遺傳算法編碼。本系統為了提高運行效率，采用浮點(diǎn)數編碼方式。
在傳統的遺傳算法中，初始群體是通過(guò)用隨機的方法來(lái)產(chǎn)生的[6]，這具有一定的盲目性。因此本文提出利用實(shí)例的作用原理或物理結構的相似性作為篩選實(shí)例產(chǎn)生初始群體的依據。
實(shí)現該途徑的關(guān)鍵在于相似性的量化也即相似度的計算方法。相似度實(shí)質(zhì)是實(shí)例的關(guān)聯(lián)知識，必須以一定的算法在實(shí)例集合中挖掘得到�？v向聯(lián)想的相似度實(shí)質(zhì)是功能目標與實(shí)現手段的關(guān)系程度，橫向聯(lián)想的相似度實(shí)質(zhì)是實(shí)現手段的可替代關(guān)系程度。相似度越高意味著(zhù)得到已有產(chǎn)品實(shí)例的更多支持。根據相似度來(lái)篩選初始群體就等于利用以前的設計經(jīng)歷，使初始群體的產(chǎn)生有合理的基礎，因此能加快遺傳算法的收斂。本文根據相似性聯(lián)想原理提出如下縱向及橫向聯(lián)想的相似度計算方法。
設產(chǎn)品實(shí)例集合為C，功能元素集合為F，作用原理或物理結構元素集合為G。分別記為：C={Ci|i=1,2,?,n}; F={Fj|j=1,2,?,m}; G={Gk|k=1,2,?,q}。實(shí)例集合中的實(shí)例Ci以不同的隸屬度uij及uik分別隸屬于Fj及Gk。 設元素Gk到元素Fj的縱向聯(lián)想相似度為rkj，則：
rkj =
又設G空間中有元素Gk和Gm。實(shí)例Cji分別以隸屬度uik和uim隸屬于元素Gk
和Gm，設從Gk到Gm的橫向聯(lián)想相似度為rkm，則：
rkm =
隸屬度作為實(shí)例對象的一項屬性來(lái)存儲。系統根據以上算法從實(shí)例集合中挖掘相似度知識，輔助設計師從相似度較高的方向進(jìn)行聯(lián)想，并用于指導遺傳算法初始群體的產(chǎn)生，從而促進(jìn)設計創(chuàng )新。
3 結論
本文研究創(chuàng )新設計思維規律并用于指導機械產(chǎn)品創(chuàng )新設計系統的開(kāi)發(fā)，系統的成功應用證明了關(guān)于創(chuàng )新設計思維規律論斷的正確性以及多種新技術(shù)的可行性。系統可通過(guò)矛盾分析與聯(lián)想，搜索到適用的作用原理、措施、物理結構及實(shí)例以解決矛盾，完成概念設計階段的功能優(yōu)化與原理優(yōu)化，是實(shí)現機械廣義優(yōu)化設計方法的新成果。
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