機(jī)電一體化系統(tǒng)方案生成及優(yōu)選研究.pdf

1、系統(tǒng)方案的生成具有較高的創(chuàng)新層次?，F(xiàn)行的機(jī)電一體化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基本上是依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，并沒有形成科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，因此，如何從依賴經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)進(jìn)化為遵循科學(xué)理論和方法的設(shè)計(jì)是產(chǎn)生創(chuàng)新方案的關(guān)鍵。 本文以實(shí)現(xiàn)工作機(jī)功能的機(jī)電一體化系統(tǒng)為研究對象，對機(jī)電一體化系統(tǒng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究，主要就以下六個(gè)方面進(jìn)行了研究： 1．構(gòu)建了機(jī)電一體化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 不同技術(shù)系統(tǒng)對“功能”這個(gè)術(shù)語的理解和描述在

2、物理效應(yīng)、物質(zhì)/能量/信息的變換以及數(shù)據(jù)運(yùn)算間的邏輯關(guān)系等方面差異很大。構(gòu)建了機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，提出、闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)的若干基本特性和諸特性間的關(guān)系，以及機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的若干原理，從而為進(jìn)一步提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型和方法奠定了基礎(chǔ)。 2．闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，提出了基于機(jī)電單元的機(jī)電一體化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過程模型及三子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 認(rèn)為機(jī)電一體化系統(tǒng)本質(zhì)上是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)。從功能出發(fā)可將機(jī)電一體化系統(tǒng)劃分為控

3、制和執(zhí)行兩大功能模塊。機(jī)電一體化系統(tǒng)具有單元級和系統(tǒng)級邏輯結(jié)構(gòu)。 提出基于機(jī)電單元的機(jī)電一體化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過程模型，以及三個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。用單元化設(shè)計(jì)思想——控制功能分散和控制回路獨(dú)立，來進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用適當(dāng)?shù)呐涮撞考右詫?shí)現(xiàn)，是快速、高效、可靠地開發(fā)機(jī)電一體化系統(tǒng)的有效途徑。 3．提出了機(jī)電一體化系統(tǒng)方案生成推理進(jìn)程模型及計(jì)算機(jī)輔助求解策略 基于變換功能的層次性和目的功能(效應(yīng))的多元性，建立了

4、變換功能和目的功能(效應(yīng))特征模型，提出了針對機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新方案生成的功能空間拓展及推理規(guī)律。提出了一種變換功能、技術(shù)、目的功能、作用原理解循環(huán)求解的計(jì)算機(jī)輔助方案生成進(jìn)程模型，在此基礎(chǔ)上提出了適用于計(jì)算機(jī)處理的方案生成與/或樹形式化表達(dá)方法，探討了相應(yīng)的求解算法。 4．提出并闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)方案優(yōu)選的信息量原理 將公理設(shè)計(jì)的基本原理(尤其是信息公理)應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)方案優(yōu)選過程，對廣泛存在于設(shè)計(jì)過程中的不確

5、定性進(jìn)行了深刻闡釋。 基于機(jī)電一體化系統(tǒng)功能、狀態(tài)的定性、定量雙重屬性和時(shí)變本質(zhì)，提出了基于信息量的功能需求、設(shè)計(jì)參數(shù)、機(jī)電一體化率、控制效率等概念，以及機(jī)電一體化系統(tǒng)方案優(yōu)選的一系列原理：時(shí)域參數(shù)控制原理、信息量大優(yōu)先原理、最大控制效率原理，從而為有效改善機(jī)電一體化系統(tǒng)的性能、選擇較優(yōu)設(shè)計(jì)方案提供了新的思路。 5．闡釋了面向?qū)ο蟮臋C(jī)電一體化系統(tǒng)方案表達(dá)方法 針對以往機(jī)電一體化設(shè)計(jì)文獻(xiàn)過于強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)和物理行

6、為、忽視系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)和邏輯行為的現(xiàn)狀，本文用面向?qū)ο笏枷雽C(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為和原理方案解進(jìn)行了閘釋。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)可以由面向?qū)ο蟮膮⒖寄Ｐ突蚧诮y(tǒng)一建模語言(UML，unifled Modeling Language)的類圖來進(jìn)行表達(dá)；為了描述對象(以及系統(tǒng)與環(huán)境)間的接口(通訊)行為，使交互可視化，應(yīng)用消息序列圖(MSC，MessageSequence Charts)來表達(dá)機(jī)電一體化系統(tǒng)邏輯行為。在此基礎(chǔ)上