機械電子工程畢業(yè)論文-基于公理設計的電動式挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價方法研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于公理設計的電動式挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價方法研究</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本

2、人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目： 基于公理設計的電動式挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價方法研究

3、 </p><p><b>　　課題意義及目標</b></p><p>　　在公理設計的理論框架下，評價電動式挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案，使其更加理論化和科學化。通過VB語言對評價模型進行軟件實現(xiàn)，并能對案例進行評價。</p><p><b>　　2．主要任務</b>

4、</p><p>　　掌握電動式挖掘機散熱系統(tǒng)的主要組成、結構和原理；熟悉公理設計的基本原理；運用公理設計理論建立針對電動式挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案的評價模型。利用編程語言對上述模型進行軟件實現(xiàn)，同時進行實例驗證，以證明評價系統(tǒng)的可實施性。最后按照進度安排按時完成畢業(yè)設計。</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　

5、　1）Visual Basic 6.0中文版編程方法詳解[M]，李鴻吉著，科學出版社，2001.</p><p>　　2）WK系列大型礦用挖掘機特性介紹及應用[J]. 有色設備，2013，4：12-15.</p><p>　　3）Suh NP著, 謝友柏, 袁小陽, 等譯. 公理設計[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004：1-60..</p><p><

6、b>　　4．進度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日</p><p>　　基于公理設計的電動式挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價方法研究</p><p>　　摘要：因為傳統(tǒng)的電動式挖掘機散熱系統(tǒng)方案缺乏有效的評價方法或者是缺乏統(tǒng)一的、科學的評價體系，所以我們不能準確的選擇出最優(yōu)的挖掘機散熱系統(tǒng)方

7、案。這樣導致了挖掘機的使用效率降低。為了解決上述問題，本文基于公理設計的理論框架，應用對角矩陣完成映射過程，最終得出了公理設計的評價矩陣。然后，畫出了層次結構圖，同時對評價指標進行量化，最后，應用層次分析法和灰色關聯(lián)分析法評價方案。本論文對公理設計理論和層次分析法也做了簡單的介紹，分析了常見電動式挖掘機散熱系統(tǒng)的設計方案組成及與其相關的評價要素，最終，在公理設計理論和灰色層次分析法的框架下，建立了電動式挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價體系，實現(xiàn)對

8、設計方案的綜合評價。</p><p>　　關鍵詞：公理設計,電動式挖掘機散熱系統(tǒng),層次分析,設計方案評價</p><p>　　Electric Excavator Cooling System Based on Axiomatic Design Scheme Evaluation Method Research</p><p>　　Abstract: As a re

9、sult of the traditional electric excavator cooling system lacking of an effective evaluation method or an scientific and unified evaluation system, we can't accurately choose the best cooling system. This result lead

10、s to the decrease of the efficiency of using excavator. In order to solve these problems, this article is based on the axiomatic design theory , it completed the mapping process by using diagonal matrix , finally I obtai

11、ned the matrix of evaluation. Then, I succeed i</p><p>　　Key words: Axiomatic design, the electric excavator cooling system, AHP ,the design scheme evaluation</p><p><b>　　目錄</b></

12、p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1題目背景及研究目的1</p><p>　　1.2設計的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3挖掘機的發(fā)展史2</p><p><b>　　2公理設計4</b></p><p>　　2

13、.1公理設計的終極目標4</p><p>　　2.2公理設計的框架4</p><p>　　2.3公理設計與其他方法論的比較6</p><p>　　3關于挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價理論7</p><p>　　3.1有關評價設計系統(tǒng)方案7</p><p>　　3.1.1評價系統(tǒng)方案指標的原則7</p>

14、<p>　　3.1.2評價系統(tǒng)方案的理論體系8</p><p>　　3.2基于公理設計的方案評價流程8</p><p>　　3.2.1灰色層次分析方案評價流程8</p><p>　　3.2.2基于公理設計的方案映射過程10</p><p>　　4基于公理設計的挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價13</p><p&

15、gt;　　4.1基于公理設計的評價指標13</p><p>　　4.1.1評價指標的矩陣及結構圖13</p><p>　　4.1.2針對設計方案評價指標的量化15</p><p>　　4.2 灰色關聯(lián)分析綜合評價18</p><p>　　4.2.1灰色關聯(lián)分析理論18</p><p>　　4.2.2層次分析法

16、確定權重系數19</p><p>　　5挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價的軟件原型系統(tǒng)開發(fā)及案例驗證20</p><p>　　5.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境20</p><p>　　5.2系統(tǒng)框架結構20</p><p>　　5.3系統(tǒng)各功能模塊的實現(xiàn)及案例驗證20</p><p>　　5.3.1系統(tǒng)管理20</p>

17、<p>　　5.3.2挖掘機散熱系統(tǒng)設計模塊21</p><p>　　5.3.3設計方案評價模塊22</p><p><b>　　結論24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p

18、><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1題目背景及研究目的</p><p>　　當今世界經濟發(fā)展尤為迅速，各行各業(yè)競爭也日益激烈。從英國的工業(yè)革命后，工業(yè)發(fā)展迅速加快，工業(yè)的發(fā)展水平代表了一個國家的經濟實力。所以，各個國家都注重工業(yè)行業(yè)，各種機械產品層出不窮，而且，更新?lián)Q代極快。這就要求設計師們要有靈活的頭腦和卓越的創(chuàng)造力，

19、各公司和開發(fā)人員在產品設計開發(fā)中就要不斷尋找和驗證新的有效的設計法則。同時，也要求相關企業(yè)能夠對各種設計產品和設計方案進行甄選，選出最好的，最優(yōu)的，既節(jié)約成本，又可提升經濟效益，同時還可以延長相關壽命。本課題只針對挖掘機散熱系統(tǒng)進行方案選擇與方案研究。</p><p>　　對于挖掘機類型來說，既有液壓式，也有機械式，本課題主要選定電動式挖掘機，這是近幾年來說，電動式比較新穎，有可發(fā)展的前途。同時，各方面也都需要改

20、進。針對散熱系統(tǒng)來說，各行各業(yè)都面臨這個難題，都迫切需要解決辦法，因為它對于整個機械系統(tǒng)來說，影響是巨大的。對于挖掘機來說，如果散熱系統(tǒng)散熱效果不好，那么將會有可能導致挖掘機的整機壽命減少。同時由于散熱效果不佳，電氣控制時溫度過高，超過了敏感電氣元件的工作要求溫度，會出現(xiàn)過熱報警，不能正常工作，甚至引起燒毀某些關鍵元件。那么，這些都將導致經濟效益下降，同時還會浪費人力物力，企業(yè)的競爭力也會下降，所以，對散熱系統(tǒng)的方案評價是有必要的，而且

21、是迫切的。</p><p>　　本課題研究目的是運用公理化設計理論對挖掘機散熱系統(tǒng)方案進行評價，旨在選定最優(yōu)方案，這樣可以提高系統(tǒng)的質量和性能、延長系統(tǒng)的使用壽命、減少機械的生產周期、降低機器的成本，并有助于提供優(yōu)質的產品全過程服務，而且也可以減少生產制造過程中的能耗和對環(huán)境的負面影響，有利于實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。越來越多的企業(yè)在競爭過程中意識到，要提高產品質量、降低產品成本、提高產品競爭力</p>

22、<p><b>　　1.2設計的現(xiàn)狀</b></p><p>　　自從英國的工業(yè)革命開始以來的300多年中，科技發(fā)展以驚人的速度達到了前所未有的水平。人類已經登上月球，與嫦娥共舞，同時也在探索其他行星，把空間探測器送往漫無邊際的太空。在人類生理學上，已經開始研究DNA分子，探索遺傳特性。芯片的存儲量越發(fā)強大，記憶芯片可以存儲一百多年前的全部知識，并且，是在單個芯片中。這些都是不可

23、思議的科學技術突破。盡管有這么多的輝煌成就，我們任然面臨著許多技術問題，在機械上，這些都是由不良設計造成的。</p><p>　　一些重大的設計問題已經人所共知。但是，確是許多小問題就可以使用戶惱怒，因為他給用戶帶來了許多的不便。所有不好的設計或一個產品，不論大小，都可能是浪費資源的，對人體或環(huán)境有害的，危險的，同時，對設計或產品的功能有所限制，減低企業(yè)的經濟效益。這樣會造成產品被召回，這么樣的話，產品的保修成本

24、就會占很大比重。不良設計的裝備或機械產品被召回后需要維修，不僅浪費時間和精力，可能會造成人員生命的傷亡，這樣得不償失。更有甚者，許多有缺陷的構思和設計會使開發(fā)項目嚴重推遲，超支，更嚴重的是導致完全失敗 。雖然有的失敗是由于科學技術的不完善，但更多時候是因為設計不良的產品，過程，軟件和系統(tǒng)。[2]</p><p>　　今天總結一下這么多的設計錯誤的一個原因是：設計依然是在試錯的基礎上靠經驗來做的。這個問題普遍存在任

25、何國家或一個公司，它是隨處可見的。全世界的大學都沒有給機械系的學生以科學化，規(guī)范化和整體化的設計知識。反之，曾經的許多年里，設計被認為是不能用科學辦法處理的問題。也可以這樣說，設計是要靠設計師的天賦和直覺的推理，而不是科學研究。在設計領域中，所面臨的最大挑戰(zhàn)是克服這種愚昧的，無知的想法，克服認為設計是一個藝術主題而不是一個藝術及科學的主題的觀念。幸好，人類總是會向前發(fā)展，設計領域也在不斷完善。本課題用到的公理設計是在科學基礎上的一個有關

26、設計理論的擴展。</p><p>　　1.3挖掘機的發(fā)展史</p><p>　　一百三十多年前的挖掘機是手動的，到了今天，挖掘機的發(fā)展可謂是有了巨大的進步，工業(yè)革命的時候，挖掘機有蒸汽機驅動，然后由內燃機驅動，在者由電動機驅動，到了今天發(fā)展為全自動液壓挖掘機，應用了機電一體化。我們回想一下挖掘機的發(fā)展歷程。因為電動機、內燃機的出現(xiàn)和廣泛的應用，第一代挖掘機就此而產生，從而使挖掘機就有了電動

27、裝置，非常適合并且合適。所以挖掘機產品就發(fā)展了很多的品種，各式挖掘機相繼誕生了。剛開始時，人們嘗試在挖掘機上安裝上柴油機，經過試驗后發(fā)現(xiàn)，挖掘機的性能有了很大是我提高，所以人們紛紛效仿，所以第一代挖掘機就是應用柴油發(fā)動機的機械式挖掘機。</p><p>　　第二代挖掘機：隨著挖掘機的廣泛應用，人們也在并不斷探索新式挖掘機，具有更好性能的挖掘機。當液壓技術出現(xiàn)在人們眼前的時候，設計者們大膽嘗試把液壓技術應用到了挖掘

28、機上，從而有了更加科學適用的挖掘機傳動裝置，在十九世紀六十年代的時候，德國的挖掘機占據了市場，因為第一臺液壓挖掘機是由德國生產出來的。在工業(yè)發(fā)展史上，液壓技術代替了柴油機，所以這是一次大的進步并具有史詩般的意義。所以第二代挖掘機是機械傳動液壓化的。</p><p>　　第三代挖掘機：由于西方計算機技術的廣泛應用和性能不斷提高，使得電子技術深入人心，人們發(fā)明了由計算機控制的自動化的控制系統(tǒng)，同時應用到挖掘機上，使得

29、挖掘機也具備了自動控制系統(tǒng)，同時挖掘機的整體更加美觀，噪聲也有所減低。在1965年前后，機電一體化的想法開始在設計師的腦海中萌芽，但是能夠批量生產的應用機電一體化技術的液壓挖掘機是在1985年左右，那時人們的主要目的是節(jié)能。電子化挖掘機是第三代挖掘機的標志。</p><p><b>　　2公理設計</b></p><p>　　2.1公理設計的終極目標</p>

30、;<p>　　設計能不能成為科學的領域？公理設計的主要目的是為設計建立一個理論化的基礎，通過為設計者提供一個理性準則以便應用到設計中和整體并合乎邏輯的理論基礎來改進設計活動。公理設計的目標是多方面的：通過為設計領域提供一個科學的基礎，可以使設計者更具創(chuàng)造性，這樣可以使得勞動量減少，迭代試錯過程減 短，更加容易確定最優(yōu)的設計，并賦予計算機創(chuàng)造力[1]。</p><p>　　公理設計能不能提高創(chuàng)造性呢？

31、答案是肯定的，公理設計是可以提高創(chuàng)造力的，它通過建立GN需求和YS可以清楚的形成設計目標。，并能夠提供判斷準則。幫助設計師們盡可能早的去掉壞的和不合理的想法，盡快的集中于合適的設計。</p><p>　　設計領域的現(xiàn)代文藝復興就在這里！設計不僅僅是依靠經驗來做的。而且是可以接受系統(tǒng)化和科學化的處理來提高設計質量。這是一種系統(tǒng)推理的結果，本質是可以捕捉并通用化以改進設計過程。公理設計可以應用到愈多的設計領域，包括工

32、程領域，管理領域，智力領域等。</p><p>　　2.2公理設計的框架</p><p><b>　?。?）域的概念：</b></p><p>　　設計世界由四個域構成：用戶域，功能域，物理域，過程域。簡略表示如圖2-1所示。</p><p>　　用戶域 功能域 物理域

33、 過程域</p><p>　　圖2-1四個域的簡圖</p><p><b>　?。?）定義：</b></p><p>　　公理：公理是不能被其他的自然界定律或一個原理推導出來的，它是已經自明的事實，沒有反例或一個例外。</p><p>　　推理：是由公理，自公理引出的命題或其他已經得到證明的命題的推斷。&l

34、t;/p><p>　　定理：是可接受的假設或能用一個公理證明而作為一條定律或理論成立。</p><p>　　功能需求（GN）：是在功能域中完全可以表征對產品或系統(tǒng)，軟件，組織機構等功能需要的獨立需求的最小集。而且，每一個GN獨立于其他的任何一個GN。</p><p>　　約束：分為輸入約束和系統(tǒng)約束。設計說明書中包含輸入約束，設計解決方案中含有系統(tǒng)約束。</p&g

35、t;<p>　　設計參數：SJs是物理域中的關鍵的物理變量并滿足規(guī)定的GNs。</p><p>　　過程變量：GHs是過程域中的關鍵的變量同時滿足SJs。</p><p>　?。?）公理設計理論。</p><p>　　公理設計理論是關于產品設計的一個基本理論，其理論目的是為設計建立一個科學的理論模式，為設計人員提供一個基于科學的原則和理性的思維過程來進

36、行設計或改進設計活動。這個跨世紀的理論由美國麻省理工學院的SuhNP教授首次提出。</p><p>　　該理論包含兩條設計公理：獨立公理和最小信息公理。應用該理論進行的設計是一個有順序的自上向下的過程，該理論為設計者提供了科學的的指導，它貫穿于產品從概念設計到制造的整個過程。兩條設計公理為設計過程的合理性與優(yōu)劣性和設計方案的好壞提供了有效的評價標準，能夠指導設計者盡可能早地排除方案處于劣勢的設計而集中精力于優(yōu)等的

37、設計上，從而提高了設計的效率。</p><p>　　近些年來， GL理論得到各國學者越來越廣泛的關注。GL為設計提供了理論框架及評判標準，能夠指導設計者在設計過程中做出正確的決策，減少了設計過程的復雜性，并且使得設計活動系統(tǒng)化、科學化和理性化。GL理論的目的是使設計這門學科能被大多數人所掌握，并且這門設計會具有科學的理論和方法。利用公理設計理論進行設計和方案評價，可以提高設計的科學性、設計方案的可靠性和產品的可制

38、造性、可維護性。GL旨在使設計者更具創(chuàng)新性和創(chuàng)造力、減少搜索過程的隨意性，最小化設計的重復迭代過程。</p><p>　　2.3公理設計與其他方法論的比較</p><p>　　很多人已經知道并學習了很多其他的方法，比如：統(tǒng)計過程控制技術法（SPH）,阿爾旭勒和泰古奇的發(fā)明問題方法，那么，他們就會問公理設計與其他設計方法有什區(qū)別？因為這是一種新的設計方法。下面我們將對公理設計進行一些評述[1

39、]。</p><p>　　（1）公理設計致力于設計的理論和方法而不是算法或工具。在獨立公理和最小信息公理的理論原則基礎上，驗證了相關定理和得出了相應的推理并同時發(fā)展了基于功能分析和信息最小化的方法論，從而導向強健設計。</p><p>　?。?）公理設計可以應用到所有的設計中：過程，系統(tǒng)，產品，軟件，組織機構，商業(yè)計劃和材料。</p><p>　?。?）對于所有的設

40、計方法，都必須滿足設計公理才有效。而泰古奇法僅僅滿足獨立公理。阿爾旭勒法主要用于提出基于矛盾法則。</p><p>　　（4）對于泰古奇法，這是一個用于檢驗和改進已有設計方案的方法。</p><p>　?。?）對于滿足獨立公理的設計，泰古奇法和公理設計都導向強健設計。</p><p>　?。?）在工業(yè)行業(yè)內，雖然都在為改進不良設計做出努力，但是，人們需要知道的是，違

41、反獨立公理的設計是無法改進的。必須要滿足獨立公理。最優(yōu)化的不良設計是可以變成一個較好的不良設計。最優(yōu)化通常意味著在競爭中的GNs中進行交易。當滿足設計公理的設計，那么就不必要進行傳統(tǒng)意義上的最優(yōu)化。</p><p>　?。?）在分析層次過程中（AHP）給予GNs最優(yōu)先的地位，在公理設計原理中，不需要給GNs排序。我們對所有的功能需求的涉及范圍確定后，設計目標就完全確定了。</p><p>

42、　?。?）如果我們違背了獨立設計公理，那么就不能用泰古區(qū)法來進行強健設計。</p><p>　　3關于挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價理論</p><p>　　3.1有關評價設計系統(tǒng)方案</p><p>　　3.1.1評價系統(tǒng)方案指標的原則</p><p>　　在制定評價指標時，要盡量站在客觀的立場進行分析，綜合考慮設計方案的使用者、開發(fā)者抑或第三方等

43、的需求，這對于評價出的設計方案實現(xiàn)最優(yōu)化有直接的影響和關系。</p><p>　　對設計方案的評價應當貫穿于產品全生命周期中的各個時段，在產品開發(fā)設計方案的早期階段，應該進行初期評價，以求達到對概念設計方案進行優(yōu)化選擇的目的；產品開發(fā)過程中需要進行中期評價，在此過程中，隨著產品的實際開發(fā)，往往會暴露出設計方案的一些問題，良好的評價可以及早發(fā)現(xiàn)問題并采取必要的對策，將可能出現(xiàn)的問題及早解決，有利于減小損失；產品試制

44、成功之后需要進行終期評價，主要通過產品實驗來判斷產品各項性能指標是否能符合評價標準的要求，以確保產品合格；最后，在產品使用過程中還應當定期跟蹤評價，了解產品的實際使用效果，反饋用戶信息，以利于提高產品質量，改進產品性能。</p><p>　　評價指標的確定涉及多方面的內容，總體上是根據產品的實際應用情況和評價目標綜合考慮的，主要要求有以下3個方面：</p><p>　?。?）評價指標要明確

45、符合評價目的的要求；</p><p>　　（2）各個評價指標之間應該盡量做到相互獨立，并在整體上構成完整的評價系統(tǒng)，要做到綜合評價設計方案的各個方面性能；</p><p>　　（3）盡量減小評價指標的總數目，降低評價過程的時間，減輕負擔。</p><p>　　通常情況下的設計方案是包含多重目標的，在不同的方面均要達到不同的的目的，那么方案評價的指標也是多元的，但是一

46、般情況下不同評價指標的度量方法也是各不相同的，所以多目標設計方案評價問題就成為了方案評價問題的重點和難點。在多目標情況下，需要確定方案不同目標所對應的不同的評價指標，然后后通過權重設置確定每個評價指標的相對重要程度。</p><p>　　3.1.2評價系統(tǒng)方案的理論體系</p><p>　　就像對于同樣的一個數學問題，我們可以有多種不同的解法。對于機械行業(yè)的設計方案，不同的設計者就會有不同

47、的設計想法，那么這就需要根據一定的準則和公理選取其中最優(yōu)的一組方案來進行詳細設計。產品的方案評價技術就是對設計過程中產生的多組方案按照一定的準則和方法進行評價和排序，并最終確定方案選擇依據的過程。國內外學者現(xiàn)已充分認識到方案評價的重要性，并對這個問題進行了大量研究，總而提出了各種設計方案評價的方法。</p><p>　　在1973年，美國學者A.L.薩迪提出了一種設計方案的新的評價方法。在上世紀八十年代，他的學生

48、將此發(fā)揚光大并將該方法傳入中國。該方法最大的特點是將定性分析與定量分析相結合，二者結合產生的結果是將評價者的思維過程數學化。層次分析法評價設計方案的主要思想是：將復雜的設計方案進行分解，劃分為不同層次，在每一層次上對各要素之間進行比較、評價，得到各個方案的重要度數值，從而為選擇最優(yōu)方案提供依據［4］。</p><p>　　關于灰色系統(tǒng)理論，我們可查閱的資料并不多，但有兩篇論文我們不得不認真拜讀一下，分別是“灰色系

49、統(tǒng)的控制問題”及“灰色控制系統(tǒng)”。這兩篇論文的發(fā)表者是鄧聚龍教授，他是一名學者也是華中理工大學的教授。兩篇論文是在一九八二年發(fā)表的，同時也就標志著灰色系統(tǒng)理論的建立。該理論主要研究的問題大多是不確定性的問題，可用一句話來概括：“外延明確，內涵不確定”的問題。</p><p>　　通常在挖掘機散熱系統(tǒng)的設計過程中，設計師可以設計多個符合條件的系統(tǒng)方案，在這種情況下，相關技術人員就有必要使用方案評價方法對多個設計方案

50、進行甄選，進而得到最優(yōu)的散熱系統(tǒng)方案。本系統(tǒng)設計基于公理設計理論，提出了一種公理化設計的方案評價方法。然后利用灰色層次分析法，建立了挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價指標，在此基礎上，應用VB建立評價方案系統(tǒng)模型，以此對設計方案進行評價，篩選出其中最優(yōu)方案。</p><p>　　3.2基于公理設計的方案評價流程</p><p>　　3.2.1灰色層次分析方案評價流程</p><p&

51、gt;　　設計因素指標權重是由層次分析法確定的，這也是該方法的優(yōu)勢。評價矩陣模型是由灰色關聯(lián)分析之后建立的，這是它的長處。長期以來，設計師們根據以往的設計經驗來確定評價指標本身，這就明顯存在著不足，評價得出的結果會因人而異，那么，就會產生一定的影響，同時，準確性明顯不足。</p><p>　　針對本文提到的挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價，我們主要應用公理設計理論和灰色層次關聯(lián)分析方法。在此理論基礎上，建立一套完整的設計方

52、案評價指標。同時，對于各因素指標的權值的確定，我們就要用到其他的理論層次分析法。權值被確定時，我們要得出相應的推理矩陣，這時，要用到另一個理論灰色關聯(lián)法。最后，利用這些理論方法對挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案進行評價，根據所得分數確定最優(yōu)方案。</p><p>　　灰色層次分析方案實現(xiàn)流程如圖3-1所示。其中，公理化設計過程由頂部虛線框表示，灰層次分析過程由底部虛線框表示。</p><p>　　圖

53、3-1公理化設計下的灰色層次分析方案評價流程圖</p><p>　　3.2.2基于公理設計的方案映射過程</p><p>　　本論文中的方案評價將會應用到公理設計理論，對電動式挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案評價模型會按要求進行公理化表達，第一個映射過程為功能域到物理域的映射并得到參數，得出公理設計理論下的方案評價指標。第二個映射過程為物理域到過程域的映射，實現(xiàn)了從物理設計參數SJs到具體實施過程G

54、Hs的映射。</p><p>　　第一層GNs到SJs的映射：將第一層設計方案評價標準制定為：系統(tǒng)性能、經濟性能和環(huán)境性能三大方面。然后將其映射到物理域得到相應的參數。第一層評價指標GNs到SJs的映射如表3-1所示，其相應的設計矩陣為式(3-6-1)</p><p>　　表3-1第一層GNs到SJs的映射</p><p><b>　　(3-6-1)<

55、;/b></p><p>　　第二層GNs到SJs的映射：第二層評價指標GN1到SJs的映射如表3-2所示，其相應的設計矩陣為式(3-6-2)</p><p>　　表3-2GN1到SJs的映射</p><p>　　(3-6-2) </p>

56、<p>　　GN2到SJs的映射：第二層評價指標GN2到SJs的映射如表3-3所示，其相應的設計矩陣為式(3-6-3)。</p><p>　　表3-3第二層GN2到SJs的映射</p><p>　　(3-6-3) </p><p&g

57、t;　　GN3到SJs的映射：第二層評價指標GN3到SJs的映射如表3-4所示，其相應的設計矩陣為式3-6-4)。</p><p>　　表3-4第二層GN3到SJs的映射</p><p><b>　　(3-6-4) </b></p><p>　　第三層GNs到SJs的映射：評價指標GN11到SJs的映射如表3-5所示，其相應的設計矩陣為式（3-

58、6-5)。</p><p>　　表3-5第三層GN11到SJs的映射</p><p><b>　　(3-6-5)</b></p><p>　　由設計矩陣為對角矩陣可以看出，三級評價指標是解耦的，滿足獨立公理。</p><p>　　GN12到SJs的映射：第三層評價指標GN12到SJs的映射如表3-6所示，其相應的設計矩陣

59、為式（3-6-6)。</p><p>　　表3-6第三層GN12到SJs的映射</p><p><b>　?。?-6-6)</b></p><p>　　4基于公理設計的挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價</p><p>　　4.1基于公理設計的評價指標</p><p>　　4.1.1評價指標的矩陣及結構圖&l

60、t;/p><p>　　公理設計中常用的兩種表達方式為設計矩陣以及分層組織結構圖。如下所示：</p><p>　　表4-1設計方案進行評價的公理設計矩陣指標</p><p>　　表4-2設計方案評價指標的公理設計矩陣</p><p>　　通過以上分析，我們得到了從最初的用戶需求到最終評價標準參數之間的設計矩陣，反映了挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案評價模型的

61、整體過程。</p><p>　　以上評價指標的設計過程具有連續(xù)性，從用戶需求出發(fā)直至找到物理域中可以具體實施的性能參數。在公理設計理論體系中，這個推理過程是通過分層組織結構圖的形式來表達的，如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1功能需求GNs的層次結構圖</p><p>　　圖4-2設計參數SJs的層次結構圖</p><p>　　4.

62、1.2針對設計方案評價指標的量化</p><p>　　從上一節(jié)中確定的各個評價指標可以看出，在方案評價中，我們需要將各方案評價的指標轉化為數值形式，才能在相應的公式中進行計算。這是因為挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案評價指標有的是定性的，但也有的時候是定量的。針對以上各個指標體系中的十三個指標進行選值時，需要按照其所屬定性或定量的類別進行不同處理。</p><p>　　對于評價指標中定性的部分，可以

63、通過專家評議的方式確定。將定性指標劃分為“優(yōu)、良、中、差、劣”五個等級，為了實現(xiàn)評價指標的數值化，需要對每個等級制定相應的數值標準。 </p><p>　　具體操作中，0.90為“優(yōu)”指標的對應評定值，0.70為“良”指標對應評定值，0.5為“中”指標對應評定值，0.30“差”指標對應評定值，0.1為“劣”指標對應評定值。另外，當評價指標介于兩個標準之間時，通?？扇蓚€之間的平均值。評價指標與數值的對應關系如圖4

64、-3所示。</p><p>　　圖4-3定性評價指標與數值的對應關系</p><p>　　按照上述方法，為了得到針對設計方案的評價指標因素的取值情況，需要分別對指標進行定性和定量的處理。圖表為電動式挖掘機散熱系統(tǒng)設計評價指標取值情況示例。</p><p>　　表4-3挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案評價指標取值</p><p>　　表4-4系統(tǒng)性能的指

65、標值</p><p>　　4.2 灰色關聯(lián)分析綜合評價</p><p>　　4.2.1灰色關聯(lián)分析理論</p><p>　　灰色系統(tǒng)是指部分信息已知，而部分信息未知的系統(tǒng)，它是溝通白色系統(tǒng)與黑色系統(tǒng)之間的橋梁，是一種解決信息不完全系統(tǒng)的設計問題而出現(xiàn)的一種不確定理論。其中，黑色系統(tǒng)指信息完全匱乏的理論，而白色系統(tǒng)指系統(tǒng)的所有信息及其組成結構均為已知的系統(tǒng)。灰色關聯(lián)層

66、次分析是灰色系統(tǒng)理論中的重要理論組成，是灰色系統(tǒng)建模、分析和評價等活動的基礎。</p><p>　　在灰色關聯(lián)分析理論中，將設計方案評價指標向量與相對最優(yōu)方案的指標向量的關聯(lián)度作為評價方案好壞的準則。此處我們選用作為相對最優(yōu)方案，實現(xiàn)方案指標的最大化。其他的設計方案評價指標向量均與此向量的關聯(lián)度即作為評價設計方案的準則［10］。</p><p>　　將進行歸一化處理后的評價指標矩陣中的各元

67、素進行灰色化處理，得到其灰色關聯(lián)系數。將第k個評價指標的灰色關聯(lián)系數進行算：</p><p>　　(4-2-1) </p><p>　　式中：，為分辨系數，是0~1之間的數。一般取值為0.5.由各關聯(lián)系數組成評價指標矩陣：</p><p><b>　　(4-2-2)</b></p><

68、;p>　　根據灰色理論，在求得評價指標矩陣和權重系數向量之后，即可得到灰色綜合評價結果：</p><p>　?。?-2-3） </p><p>　　式中：關聯(lián)度向量代表評價結果，向量中的元素，。最后得出評價結果，即在向量中，值最大項所對

69、應的方案為最佳方案</p><p>　　4.2.2層次分析法確定權重系數</p><p>　　這里將應用層次分析法來確定各評價指標的權重系數，因為各個評價指標對對象的影響程度不同。同時，也是為了使評價結果更加符合實際。所以本文采用灰色層次分析法對定性與定量的指標進行分析。層次分析法將n個評價因素排列成n階判斷矩陣，專家根據每兩個因素間的相互對比，確定矩陣中各因素的對比值。判斷矩陣由每兩個因

70、素的相互比較值構成：</p><p>　??； (4-2-4)</p><p>　　式中：i,j=1,2,…,n</p><p>　　對于值的確定，Saaty等建議引用數字1~9及其倒數進行表示。表4-4列出了1~9的數字所表示的含義：</p><p>　　表4-4AHP中1~9

71、的數字標度的含義</p><p>　　5挖掘機散熱系統(tǒng)方案評價的軟件原型系統(tǒng)開發(fā)及案例驗證</p><p><b>　　5.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　圖5-1系統(tǒng)開發(fā)軟件環(huán)境</p><p><b>　　5.2系統(tǒng)框架結構</b></p><p>　　圖5-

72、2方案評價流程圖</p><p>　　5.3系統(tǒng)各功能模塊的實現(xiàn)及案例驗證</p><p><b>　　5.3.1系統(tǒng)管理</b></p><p>　　圖5-3系統(tǒng)登錄界面</p><p>　　5.3.2挖掘機散熱系統(tǒng)設計模塊</p><p>　　如圖5-4為挖掘機散熱系統(tǒng)設計模塊的設計過程界面。

73、首先根據用戶需求對風扇及散熱器，通風道，油管道進行選擇，最后生成方案。</p><p>　　圖5-4挖掘機散熱系統(tǒng)方案生成過程</p><p>　　5.3.3設計方案評價模塊</p><p>　?。?）設計方案評價指標的公理化設計</p><p>　　如圖為挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案評價指標的公理化設計過程界面，首先根據挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案的評

74、價要求確定用戶域參數，之后逐層分解并向功能域、物理域及過程域進行映射，得到每一層次的功能域及其所對應的物理域參數，組成公理設計矩陣。最后由此得出滿足挖掘機散熱系統(tǒng)設計需求的方案評價指標體系。</p><p>　　如圖5-5為挖掘機散熱系統(tǒng)概念設計方案評價指標的公理化設計過程界面。</p><p>　　（1）方案評價指標設計過程</p><p><b>　　

75、（2）設計方案評價</b></p><p>　　圖5-5方案評價指標設計過程</p><p><b>　?。?）設計方案評價</b></p><p>　　如圖為挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案評價的過程界面，首先由設計專家根據本學科領域知識對挖掘機散熱系統(tǒng)設計方案評價指標進行打分，然后比較指標之間的相對重要程度，利用層次分析法的權重判斷矩陣進

76、行評價指標的權重關系設置。最后，基于灰色層次分析法的評價原理對被評價方案的關聯(lián)度進行計算，得到該方案的標準評分，對不同方案的關聯(lián)度進行對比，即可選出最優(yōu)方案。</p><p>　　前面已經選擇了挖掘機散熱系統(tǒng)的兩個不同的方案，此處的案例驗證對這些方案進行了評價和篩選，得到評價結果為（0.902,0.805,）。因此，方案一為最優(yōu)設計方案。</p><p>　　如圖5-6所示為挖掘機散熱系統(tǒng)

77、方案評價的案例例證。</p><p>　　圖5-6設計方案評價過程</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本論文以公理設計(GL)的理論研究為基礎，針對挖掘機散熱系統(tǒng)這一非常重要的設計領域，將GL理論與灰色理論相結合,深入研究了挖掘機散熱系統(tǒng)的方案生成和方案評價的理論和方法；應用上述理論方法,進行了一個挖掘機散熱系統(tǒng)設計

78、方案生成和方案評價的應用研究。本文取得的研究成果主要有：</p><p>　　在深入研究GL基礎理論及相關成果的基礎上,給出了利用GL理論進行挖掘機散熱系統(tǒng)的過程模型，并詳細分析了設計過程中關鍵性問題。利用GL理論完成了挖掘機散熱系統(tǒng)的全部映射過程，得出了評價指標矩陣，最終確定了十三個評價指標。論文詳細闡述了利用GL進行挖掘機散熱系統(tǒng)的全過程,給出了其設計過程模型,并詳細分析了設計過程中必須要注意的功能分解順序的

79、確定方法。依據所提出的概念設計過程模型，獲得了有理論依據的合理的概念設計方案。</p><p>　?。?）將層次分析法和灰色關聯(lián)理論引入到設計方案的評價過程中，提出了一種基于信息公理的模糊綜合評價模型，突破了公理設計中的局限，也就是應用信息公理評價設計方案。利用灰色關聯(lián)分析，計算各個方案的評價得分，同時采用了層次分析法確定了權重系數。綜合兩大理論，最終對挖掘機散熱系統(tǒng)方案進行了評價分析，獲得了更為準確的設計方案評

80、價,證明了該評價模型的廣泛適用性。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　Suh NP著, 公理設計[M]. 謝友柏, 袁小陽, 等譯, 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004:1-60.</p><p>　　朱龍英,朱如鵬,劉正塤.公理化設計理論研究及其應用發(fā)展[J].機械設計與研究.2004(04).</p&g

81、t;<p>　　Bur J. A Theoretical Approach to Mechanical Design[D]. Technical University of Denmark, 1990.</p><p>　　Qin L, Gero JS. Function-behavior-structure Paths and their Role in Analogy-based Design[

82、J]. Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing, 1996, 10(4), 289-312.</p><p>　　孫守遷，黃琦，潘云鶴．計算機輔助概念設計研究進展[J]．計算機輔助設計與圖形學學報，2003，15(6)：643-649．</p><p>　　Shimomura Y,

83、 et al. Representation of design object based on the functional evolution process model[J]. J of Mechanical Design, 1998,120(2):221-229.</p><p>　　汪應洛. 系統(tǒng)工程理論、方法與應用（第二版）[M]. 北京：高等教育出版社, 1998:144-176.</p>

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85、ributes[J]. Journal of Mechanical Design, 1992, 114(4), 648-658.</p><p>　　劉思峰，黨耀國，方天耕等.灰色系統(tǒng)理論及其應用[M].北京：科學出版社，2004.</p><p>　　王秋平，吳進樸，張琦等. 基于灰色關聯(lián)分析法的總圖設計方案評價[J].蘭州理工大學學報，2009,35(3):131-133.</p

86、><p>　　孫玉剛. 灰色關聯(lián)分析及其應用的研究[D].南京：南京航空航天大學，2007.</p><p>　　肖新平，宋中民，李峰. 灰技術基礎及其應用[M].北京：科學出版社，2005.</p><p>　　WK系列大型礦用挖掘機特性介紹及應用[J]. 有色設備，2013，4：12-15.</p><p>　　挖掘機散熱系統(tǒng)熱平衡計算，張士

87、存，建筑機械，2014-02</p><p>　　WK系列大型礦用挖掘機特性介紹及應用[J]. 有色設備，2013，4：12-15.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　自從二零一一年九月入學到現(xiàn)在已經四年了，時間流逝的真快。四年的求學生涯在老師、同學，親人的大力支持下終于走完全程。畢業(yè)論文是我最后的作業(yè)，經過幾個月的

88、努力，今天，我終于完成了，我的心情也久久不能平復，反復回顧這幾個月的生活，我要感謝的人很多，比如：董青懷學長，他已經工作了，但是當我給他打電話說明用意時，他很熱心的幫我查找有關資料。當我對評價方案的算法迷茫時，他給出了他在校時所應用的方法：層次分析法和灰色關聯(lián)法，這對我的幫助很大。同時，在用VB編程時，我無法對算法編程時，他給出了他軟件模型，在此基礎上，他幫我完成了最終的評價方案模型。我真的很感謝他，如果沒有他的幫助，我的畢業(yè)設計根本完

89、成不了。當然，最應該感謝的人是我的老師——黃璟老師和趙鵬飛老師。他們一直悉心教導我。剛開始我對論文的題目完全不知所措，所有的東西都需要從頭開始學習，所以，學習量很大，而且也很難，所以我倍受打擊，都快要放棄了，但我的老師 細心給我講解，并且，也給我提供了很多相關資料。這樣,才使我堅持下來。當我遇到困難，向老師求助時，他給我提供了很多的有用知識和資料。同時在后續(xù)的見面中，不厭其煩的給我解答難題，使我最終完成畢業(yè)</p><