機(jī)械電子工程畢業(yè)論文-基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)過程建模

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)過程建模</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人在指導(dǎo)

2、教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程建模 </p>

3、<p>　　設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　一、在多色集合的理論框架下，建立電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式化模型和推理矩陣，要求能通過算法實(shí)現(xiàn)其概念設(shè)計(jì)的流程；</p><p>　　二、通過編程語言對上述設(shè)計(jì)模型進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，并通過案例驗(yàn)證原型系統(tǒng)的可行性，要求軟件能流暢運(yùn)行，并能對案例進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容&l

4、t;/p><p>　　通過閱讀文獻(xiàn)和圖紙、參觀實(shí)習(xí)等方式，掌握電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的主要組成、結(jié)構(gòu)和原理；熟悉多色集合理論，明確所設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容，并撰寫開題報(bào)告一篇。</p><p>　　運(yùn)用多色集合理論建立針對散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的形式化模型及對應(yīng)的推理矩陣，形成完整的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程模型，完成中期答辯報(bào)告一份。</p><p>　　利用編程語言（推薦使用VB）對

5、上述過程中建立的模型進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，編制基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)。對編制的原型系統(tǒng)進(jìn)行案例驗(yàn)證，以驗(yàn)證該模型和方法的可行性。撰寫畢業(yè)論文一篇。</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1）Visual Basic 6.0中文版編程方法詳解[M]，李鴻吉著，科學(xué)出版社，2001.</p><p&g

6、t;　　2）WK系列大型礦用挖掘機(jī)特性介紹及應(yīng)用[J]. 有色設(shè)備，2013，4：12-15.</p><p>　　3）《多色集合及其在仿真復(fù)雜對象和系統(tǒng)時(shí)的應(yīng)用》,李宗斌, 信息與控制, 2001, 30（3）:204-208.</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　審核人： 年

7、 月 日</p><p>　　基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)過程建模</p><p>　　摘 要：長期以來，散熱裝置的散熱效率在很大程度上并不能滿足國民生產(chǎn)需要。在市場競爭日益激烈今天，我國裝備制造產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用備受關(guān)注。本論文基于多色集合理論，研究了電動(dòng)式挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的過程建模及推理技術(shù)，并且對該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了軟件實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的主

8、要內(nèi)容如下：</p><p>　　1）知識(shí)基礎(chǔ)部分：介紹了電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)。然后對建模所需的理論基礎(chǔ)--多色集合理論作了詳細(xì)介紹。</p><p>　　2）建模部分：應(yīng)用多色集合理論，建立了散熱系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型以及推理模型。</p><p>　　3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分：運(yùn)用上一部分所建立的多色集合層次和推理模型，設(shè)計(jì)得到相對應(yīng)的軟件系統(tǒng)。</p>

9、<p>　　4）原型系統(tǒng)開發(fā)以及案例驗(yàn)證部分：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的各個(gè)主要模塊的功能，并用典型散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程為例對該系統(tǒng)進(jìn)行了案例驗(yàn)證。</p><p>　　關(guān)鍵詞：多色集合，散熱系統(tǒng)，概念設(shè)計(jì)</p><p>　　Electric excavator cooling system modeling of conceptual design process

10、 based on Polychromatic Sets</p><p>　　Abstract: For a long time, the efficiency of the cooling device can not meet the need of national production. Today, China’s industry is facing a huge challenge. The des

11、ign, manufacture and application of the cooling system have received much attention. Therefore, this paper is based on polychromatic sets theory so this paper studied process modeling and reasoning techniques, and I fini

12、shed the design. The main content is as follows: </p><p>　　1) Basics: This paper made a simple brief about common structure of Cooling system and the basis for modeling;</p><p>　　2) Modeling. Th

13、e polychromatic sets theory was applied, I set up the Cooling system hierarchical structure model and reasoning model;</p><p>　　3) Design: This paper used these information and established the software syste

14、m;</p><p>　　4) Verification: Each main module of cooling system has accomplished, and the design process of cooling system was tested by a case;</p><p>　　Keywords: The polychromatic sets, Coolin

15、g system, Conceptual design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1多色集合理論研究背景1</p><p>　　1.2研究的目的和意義2</p><p>　　1.2

16、.1研究目的2</p><p>　　1.2.2研究意義2</p><p>　　1.3電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)3</p><p>　　1.3.1電動(dòng)式挖掘機(jī)簡介3</p><p>　　1.3.2電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)簡介及其重要性5</p><p><b>　　1.4主要內(nèi)容8</b><

17、/p><p>　　1.4.1信息建模8</p><p>　　1.4.2方案推理9</p><p>　　1.4.3方案生成10</p><p>　　2 多色集合及其在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用11</p><p>　　2.1 多色集合理論的起源與發(fā)展11</p><p>　　2.2 多色集合理論1

18、2</p><p>　　2.2.1 多色集合的概念12</p><p>　　2.2.2 個(gè)人著色和統(tǒng)一著色12</p><p>　　2.2.3 個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色的關(guān)系13</p><p>　　2.2.4 多色集合的數(shù)學(xué)表達(dá)式14</p><p>　　2.3 多色集合在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用14</p>

19、<p>　　2.3.1 建模思路14</p><p>　　2.3.2 多色集合概念設(shè)計(jì)模型15</p><p>　　3. 基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型的建立16</p><p>　　3.1電氣柜內(nèi)冷卻管的信息建模及推理過程17</p><p>　　3.2通風(fēng)裝置的信息建模和推理19</p>

20、<p>　　4方案貼近度的建立22</p><p>　　4.1 方案貼近度的建立22</p><p>　　4.2電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程23</p><p>　　4.3應(yīng)用實(shí)例分析25</p><p>　　5.電動(dòng)式挖掘機(jī)散設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及案例驗(yàn)證27</p><p>　　5.1軟件框架

21、27</p><p>　　5.2原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)28</p><p>　　5.3方案驗(yàn)證30</p><p>　　6.結(jié)論和展望33</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p&

22、gt;<b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1多色集合理論研究背景</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展；各類學(xué)科，如機(jī)械、電子、材料都相互滲透融合。制造產(chǎn)業(yè)已然發(fā)生了極為迅速的變化，其已從傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品制造發(fā)展成了今天近乎包含所有產(chǎn)品生產(chǎn)的制造業(yè)，制造也從狹義的加工拓展成了包含有分析設(shè)計(jì)到銷售服務(wù)的一整套制造周期過程?！按笾圃臁钡母拍钜呀?jīng)在全球范

23、圍內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)同。在這種情況下，普通的設(shè)計(jì)建模工具，如功能方法樹、單色圖以及功能結(jié)構(gòu)圖等，都很難對現(xiàn)在復(fù)雜的知識(shí)進(jìn)行形式化的表達(dá)描述，在模型的識(shí)別方面存在很多困難，且推理過程不夠流暢，還需要專業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來協(xié)助。針對上述問題，最終產(chǎn)生了多色集合理論。</p><p>　　多色集合理論的發(fā)展：1976年俄羅斯的巴甫洛夫教授提出了多色集合的思想，這種思想能描繪出元素集合本身及元素的性質(zhì)，隨后這種思想應(yīng)用于開發(fā)對

24、象仿真分級系統(tǒng)。</p><p>　　在此基礎(chǔ)上，多色圖的概念、多色集合的概念先后產(chǎn)生；緊接著多色集合的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。該項(xiàng)研究不斷發(fā)展。俄羅斯在多色集合方面的研究從上世紀(jì)70年代開始并且持續(xù)到了今天，已經(jīng)發(fā)展的較為成熟。</p><p>　　多色集合理論本質(zhì)是一種信息處理工具。其主要是運(yùn)用多色集合可表示性質(zhì)的模型來進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。運(yùn)用多色集合理論時(shí)，仿真系統(tǒng)更具柔性，且便于編程。相比較以往的

25、建模方法，多色集合理論在系統(tǒng)的形式化領(lǐng)域更加先進(jìn)，有著很大的優(yōu)勢，這正是多色集合理論在方法和理論上的強(qiáng)大的地方。多色集合理論已經(jīng)成為了前蘇聯(lián)國家在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真等方面最主要的方向。相對來說，西方國家對于多色集合理論的了解不多。</p><p>　　對我國國內(nèi)來說，多色集合理論是一種有發(fā)展前景的信息處理工具。因?yàn)閭魅胛覈痪茫栽谖覈陌l(fā)展?jié)摿艽?。其核心思想就是運(yùn)用模型來仿真對象及元素間的結(jié)構(gòu)及關(guān)系。利用多

26、色集合完成模型后，運(yùn)用各種運(yùn)算法則，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嚴(yán)密的分析。因此多色集合理論在系統(tǒng)的形式化領(lǐng)域更加先進(jìn)，相對傳統(tǒng)理論有著很大的優(yōu)勢。</p><p>　　前蘇聯(lián)國家已經(jīng)把多色集合理論方法確立為其國家標(biāo)準(zhǔn)，其在前蘇聯(lián)國家企業(yè)界中獲得廣泛的應(yīng)用。但對我國來說，多色集合理論是非常新穎的、有發(fā)展前景的信息處理工具，其傳入我國的時(shí)間較短，發(fā)展?jié)摿艽蟆?lt;/p><p>　　1.2研究的目的和

27、意義</p><p><b>　　1.2.1研究目的</b></p><p>　　首先；在多色集合的理論框架下，建立電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式化模型和推理矩陣，其獲得的推理矩陣要求通過算法能夠?qū)崿F(xiàn)其過程設(shè)計(jì)的流程。</p><p>　　其次；通過VB編程語言對上述設(shè)計(jì)模型進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，編制基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)。并通

28、過案例驗(yàn)證原型系統(tǒng)的可靠性，最終要求：軟件能流暢運(yùn)行，并能對案例進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　其中的重點(diǎn)是：利用多色集合理論能對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行形式化描述的特點(diǎn)，通過獲取散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能需求，分別建立兩個(gè)功能樹模型，對其功能特征進(jìn)行劃分。之后利用多色集合的層次結(jié)構(gòu)模型對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行建模，構(gòu)建出電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)模型，并對其中的各特征元素進(jìn)行著色。在獲得層次結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，建立與之

29、相對應(yīng)的多色集合推理矩陣，以便與進(jìn)行設(shè)計(jì)推理過程。最后開發(fā)出相對應(yīng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.2.2研究意義</b></p><p>　　長期以來，我國在機(jī)械散熱方面的技術(shù)水平不高，自動(dòng)化程度較低，散熱裝置的散熱效率在很大程度上不能滿足國民生產(chǎn)的需要。很多挖掘機(jī)由于散熱不好的原因，造成設(shè)備容易老壞、生產(chǎn)效率較低的狀況。在市場競爭日益激烈今天，我國的裝

30、備制造產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。</p><p>　　伴隨著我國于2001年加入世界貿(mào)易組織和全球經(jīng)濟(jì)融為一體，各類企業(yè)所面臨的競爭越來越激烈，為了在新的挑戰(zhàn)中獲得勝利，許多企業(yè)都開始重視用各種新觀念、新技術(shù)來改造企業(yè)。</p><p>　　在我國工藝設(shè)計(jì)仍處于較為落后的階段，其設(shè)計(jì)方法依舊采用著分步驟設(shè)計(jì)方法，其恪守著“概念產(chǎn)生——細(xì)節(jié)描述——工藝設(shè)計(jì)——加工制造——案例檢驗(yàn)——方案改正”的

31、步驟。這種傳統(tǒng)串行流程的產(chǎn)品開發(fā)模式存在著很多不足，如：</p><p>　　一：各部門之間信息交流存在障礙</p><p>　　二：產(chǎn)品開發(fā)過程產(chǎn)生了許多不增值的環(huán)節(jié)</p><p>　　三：產(chǎn)品的準(zhǔn)備周期過長，更改反饋過于頻繁</p><p>　　四：缺乏數(shù)字化的產(chǎn)品定義</p><p>　　五：缺少跨平臺(tái)的產(chǎn)品數(shù)

32、據(jù)管理工具</p><p>　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)建模工具，如功能方法樹、功能樹、單色圖以及功能結(jié)構(gòu)圖等，都難以對復(fù)雜的知識(shí)進(jìn)行形式化的描述，使其在模型的識(shí)別方面存在很多困難，且推理過程不夠流暢，還需要專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來協(xié)助，這樣的話就顯得很較為復(fù)雜。</p><p>　　相對于傳統(tǒng)的建模工具，多色集合理論采用層次式的結(jié)構(gòu)，簡化約束，且利用形式化的布爾矩陣作建模工具，形成一整套可以系統(tǒng)的描述對象信息

33、及推理的方法，這對方案的推理過程以及信息模型的形式化表述很有利，這樣可以幫助識(shí)別計(jì)算機(jī)模型。</p><p>　　在多色集合中是通過矩陣運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)方案推理過程，在建立層次模型后，根據(jù)具體的需求功能輸入，利用多色集合理論中統(tǒng)一顏色與個(gè)人顏色之間的關(guān)系矩陣進(jìn)行推導(dǎo)，即可從推導(dǎo)矩陣的橫元素得到符合需求的豎元素，從而實(shí)現(xiàn)功能需求到方案元的推導(dǎo)過程。</p><p>　　總的來說，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先決條件

34、就是概念設(shè)計(jì)，它是整個(gè)產(chǎn)品形成中有意義的階段，是我們要研究的重點(diǎn)。</p><p>　　1.3電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)</p><p>　　1.3.1電動(dòng)式挖掘機(jī)簡介</p><p>　　電動(dòng)挖掘機(jī)一般是由機(jī)械和電氣兩個(gè)部分組成。</p><p>　　其中機(jī)械部分主要包含：提升機(jī)構(gòu)、中央樞軸、履帶裝置、潤滑系統(tǒng)及潤滑室、司機(jī)室及其空調(diào)、開斗機(jī)構(gòu)、

35、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、欄桿、機(jī)棚、上部其余組件、下部其余組件、斗桿、鏟斗、輥盤、底架、起重臂和推壓機(jī)構(gòu)、走臺(tái)、壓氣操縱系統(tǒng)、梯子、通風(fēng)除塵裝置、配重等[2]。</p><p>　　其中推壓裝置一般用的是：齒輪——齒條推壓結(jié)構(gòu)。</p><p>　　電氣控制系統(tǒng)部分主要包括：加熱及通風(fēng)裝置、變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助變壓器、AFE變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、低壓集電環(huán)、高壓開關(guān)柜、輔助電氣系統(tǒng)、供電、PLC控制及綜

36、合監(jiān)控系統(tǒng)、高壓集電環(huán)、照明及通訊系統(tǒng)、主變壓器、避雷器、電纜等[2] 。</p><p>　　電動(dòng)式挖掘機(jī)的工作狀態(tài)： 在露天礦開采工藝過程中，挖掘機(jī)用斗桿上的鏟斗鏟取爆破后的礦石(或原煤)、待鏟斗裝滿后再將其提高、運(yùn)轉(zhuǎn)到放料的地方，將礦石卸載到汽車上，接下來回轉(zhuǎn)到平面上，這樣就完成了一個(gè)循環(huán)。 </p><p>　　大型礦用電動(dòng)式挖掘機(jī)主要用途：用于冶金、

37、煤炭等行業(yè)露天礦場的開采，與大型的礦用汽車(載重量一般為180到360噸)或移動(dòng)式破碎機(jī)器配套使用，完成礦山表層的剝離和采礦工作。電動(dòng)式挖掘機(jī)是大型露天礦開采成套設(shè)備內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備。  </p><p>　　對國外而言：目前國外電動(dòng)挖掘機(jī)廠商著名的有美國和俄羅斯的幾家公司。其中，技術(shù)較先進(jìn)、競爭力較強(qiáng)的主要是美國的P&H公司、B-E公司。</p><p>　　P&

38、amp;H公司的大型電動(dòng)式挖掘機(jī)在全球銷量是排在第一位的，其生產(chǎn)的挖掘機(jī)水平基本保持了世界領(lǐng)先的地位。公司用了齒輪——齒條式的推壓方式，裝備產(chǎn)生的作用力很大，裝載系數(shù)很高，工作穩(wěn)定，性能好，效率高，設(shè)備維修和保護(hù)容易，使用起來壽命較長。但相對于其在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的先進(jìn)性，在電氣及控制系統(tǒng)方面則由于該公司多年來一直采用的可控硅供電以及直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，相比較現(xiàn)在流行的交流變頻電機(jī)及控制系統(tǒng)來說是比較落后的。</p><p&

39、gt;　　B-E公司同樣是世界著名的礦用挖掘機(jī)設(shè)備企業(yè)，其挖掘機(jī)主要運(yùn)用鋼繩推壓的方式，而斗桿用了截面為圓形地免扭裝置，最近這幾年研制出的挖掘機(jī)電氣系統(tǒng)則安裝了較為先進(jìn)的交流電機(jī)及其控制裝置，這對設(shè)備主要結(jié)構(gòu)件和傳動(dòng)件的保護(hù)較好，大大提高了主要結(jié)構(gòu)部件、傳動(dòng)部件和基礎(chǔ)部件的使用壽命，使得挖掘機(jī)整體的壽命得到提升，維護(hù)與保養(yǎng)變得簡單，出現(xiàn)問題的幾率降低(特別是其電氣控制裝置)，裝備工作效率提升，運(yùn)行成本降低。 </p>

40、;<p>　　對我國而言：目前我國制造的電動(dòng)式挖掘機(jī)廠家主要是太重。雖然還有一些公司能夠生產(chǎn)，但這些企業(yè)都沒有核心技術(shù)，沒有能力自主研發(fā)，只是同國外企業(yè)聯(lián)合制造。因此我們主要來介紹太重產(chǎn)的電動(dòng)式挖掘機(jī)。</p><p>　　下圖就是太重的WK系列電動(dòng)式挖掘機(jī)。</p><p>　　圖1.1 WK系列電動(dòng)式挖掘機(jī)</p><p>　　1.3.2電動(dòng)式挖掘

41、機(jī)散熱系統(tǒng)簡介及其重要性</p><p>　　電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)是確定電動(dòng)式挖掘機(jī)能夠穩(wěn)定工作的重要組成部分。</p><p>　　首先，我們要了解熱的傳播方式分為三種：傳導(dǎo)、對流、輻射。傳導(dǎo)是指分子之間的動(dòng)能互相交換，一般是采用散熱管來實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)；對流是指透過熱物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)熱的傳遞，一般來說是通過風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對流；輻射是指熱能從熱源以電磁的形式傳遞出去，其取決與散熱源的材料很表面顏色

42、。</p><p>　　對照我們研究的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)可知，其主要是通過冷卻管循環(huán)裝置和通風(fēng)裝置來實(shí)現(xiàn)散熱。冷卻管通過制冷液體循環(huán)來進(jìn)行傳導(dǎo)散熱；通風(fēng)裝置通過風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)對流散熱。</p><p>　　散熱系統(tǒng)的主要作用：通過冷卻液的循環(huán)裝置及通風(fēng)裝置,使挖掘機(jī)在運(yùn)行過程中多余的熱量能夠通過傳導(dǎo)和對流快速的被帶走,避免大量熱量累積在產(chǎn)品內(nèi)部，從而造成的機(jī)械材料疲勞脆化、機(jī)械使用壽命的減少以

43、及工作效率的降低。</p><p>　　之前對散熱系統(tǒng)性能的選擇，主要是采用試驗(yàn)驗(yàn)證的方法,但是這不僅加大試驗(yàn)的難度及工作量,且沒有辦法準(zhǔn)確預(yù)測在不同環(huán)境下散熱系統(tǒng)性能變化的情況。隨著機(jī)械電子工程技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,世界各國對節(jié)能、排放的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都有所提高,智能可控型的散熱系統(tǒng)已經(jīng)成為未來發(fā)展的主要方向。因此以往的方法已跟不上時(shí)代的步伐，終究會(huì)將逐步淘汰。</p><p>　

44、　通過建立散熱系統(tǒng)散熱模型,利用VB設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析軟件,不僅可以直觀地對散熱系統(tǒng)溫度變化進(jìn)行分析和預(yù)測,降低了試驗(yàn)研究強(qiáng)度,而且為智能可控型散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制提供必要的輔助手段。</p><p>　　在進(jìn)行電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱裝置設(shè)計(jì)時(shí)，針對設(shè)計(jì)方法存在的缺陷，如：通風(fēng)口通風(fēng)的快慢不均、通風(fēng)效率太低、電器室內(nèi)一些電氣設(shè)備產(chǎn)生的高溫都會(huì)使散熱器的溫度升高，制冷最終導(dǎo)管制冷效果不好等，致傳統(tǒng)散熱系統(tǒng)不能達(dá)到預(yù)計(jì)的散熱效果

45、。然而等散熱效果不佳時(shí)，會(huì)造成溫度過高，超過了敏感電氣元件的工作要求溫度，會(huì)出現(xiàn)過熱報(bào)警，不能正常工作，影響使用壽命，甚至?xí)龤承╆P(guān)鍵元件，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。這些問題不解決，我國在散熱系統(tǒng)方面就不可能邁入國際先進(jìn)行列。</p><p>　　機(jī)械的散熱是世界通用的難題，如何改進(jìn)散熱系統(tǒng)，進(jìn)而提高散熱效率，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。而本項(xiàng)目就是在利用多色集合理論建立一個(gè)形式化設(shè)計(jì)模型，對電動(dòng)式挖掘機(jī)的散熱裝置進(jìn)行形式化的設(shè)計(jì)，

46、以改變目前所存在的問題，希望其能在環(huán)境惡劣的條件下提高散熱效率、延長使用壽命、從而減少經(jīng)濟(jì)成本。改變機(jī)械散熱不佳這個(gè)難題。</p><p>　　為了詳細(xì)的了解并研究電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)，在指導(dǎo)老師的幫助下，我們?nèi)チ颂乜疾炝送诰驒C(jī)的運(yùn)作情況，參觀了挖掘機(jī)散熱器的試運(yùn)行過程，并與專業(yè)的研究人員進(jìn)行了深刻的探討，通過對各個(gè)方面的測量我們發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在問題；如：通風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量和出風(fēng)量、器室內(nèi)空氣的流動(dòng)、和一些電氣設(shè)備產(chǎn)生

47、的高溫都會(huì)導(dǎo)致散熱器的溫度升高等。在獲得第一手資料后，針對這些問題開始對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)進(jìn)行下一步的研究，為之后的建模做好充分的準(zhǔn)備。</p><p>　　圖1.2 一般散熱系統(tǒng)中的散熱管裝置</p><p>　　圖1.3散熱系統(tǒng)中通風(fēng)裝置的風(fēng)道</p><p>　　圖1.4散熱系統(tǒng)中風(fēng)道彎頭設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1

48、.4主要內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.4.1信息建模</b></p><p>　　采用功能方法樹和多色集合理論相結(jié)合的方法，對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程建立模型。將散熱系統(tǒng)按照功能——方法進(jìn)行逐步解析，分為多層，其中每層都含有目標(biāo)產(chǎn)品功能需求及方法，其用多色集合來表達(dá)，這種方式就是布爾矩陣。</p><p>　　

49、建模方法：首先采用功能方法樹的方法，按照其中功能與子功能的概念，將產(chǎn)品功能需求分層分組逐步分解，每組都表示一個(gè)功能需求模塊，每層都要包括設(shè)計(jì)的需求、方案的表達(dá)、從產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能需求得到推理矩陣及限制條件，其中功能需求就是這層的讀入，對應(yīng)需求就是這層方案統(tǒng)一顏色，方案表達(dá)為這層的個(gè)人顏色，其中的推理矩陣則是個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色之間相互關(guān)聯(lián)的矩陣。</p><p>　　圖1.5多色集合層次結(jié)構(gòu)模型</p>

50、<p><b>　　1.4.2方案推理</b></p><p>　　根據(jù)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、功能結(jié)構(gòu)逐層分解的設(shè)計(jì)方法以及多色集合理論，提出一種基于多色集合理論分層次的推理機(jī)制。將設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行功能模塊的劃分，將電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)劃分為電氣柜內(nèi)散熱管裝置和散熱通風(fēng)裝置兩個(gè)功能模塊，各功能模塊之間相對獨(dú)立，且具有層次性，在層次結(jié)構(gòu)的最低層應(yīng)是方案元，在這里的方案元與材料、尺寸、形狀等

51、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的概念相對應(yīng)，它們就是用戶定義最基本的功能需求</p><p>　　推理過程就是運(yùn)用多色集合理論對模型中各層之間相互關(guān)聯(lián)的具體表述，從而實(shí)現(xiàn)從功能需求到生成方案的逐步解析。其是通過統(tǒng)一顏色與個(gè)人顏色的關(guān)系矩陣來實(shí)現(xiàn)的。</p><p><b>　　1.4.3方案生成</b></p><p>　　當(dāng)遇到給出的條件在已有的方案內(nèi)找不到符合其

52、需求方案的情況下，就需要一種新方案匹配其需求。這是我們需要通過運(yùn)用“發(fā)明問題解決”理論來解決遇到的問題，對當(dāng)前的基本功能進(jìn)行不斷的分析，借助方案驗(yàn)證得到與系統(tǒng)已有方案的相互矛盾所在；然后分析得到新方案形成原理，再由目前的已知問題將其細(xì)化得到其相對應(yīng)符合條件的方案。</p><p>　　針對方案可能很少的情況，以方案元為散熱性能的前提下，采用功能與結(jié)構(gòu)的方法，從底層著手，不以功能為先導(dǎo)，在之前系統(tǒng)的方案元上，運(yùn)用基

53、于散熱效率圖譜的推理方法進(jìn)行對比創(chuàng)造，得到一些與原本方案元不同的新方案元來，以增加最終方案的選擇，并成功得到功能推理的設(shè)計(jì)過程模型。</p><p>　　2 多色集合及其在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用</p><p>　　2.1 多色集合理論的起源與發(fā)展</p><p>　　前蘇聯(lián)的巴甫洛夫教授于在1976年提出了色集合的思想。其本意在于擴(kuò)大傳統(tǒng)集合仿真，隨后將這個(gè)思想用于開發(fā)

54、對象仿真的分級系統(tǒng)。緊接著1988年多色圖概念被提出，1995年多色集合的概念產(chǎn)生，2000年多色集合的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，2005年該研究又有了新的進(jìn)展[4]。</p><p>　　對國內(nèi)而言： 2000年左右多色集合理論傳入國內(nèi)，相關(guān)項(xiàng)目研究滲透到制造系統(tǒng)學(xué)、制造信息學(xué)、面向概念設(shè)計(jì)、零件加工工藝的建模、仿真等各個(gè)方面，項(xiàng)目完成并投入社會(huì)生產(chǎn)后，將會(huì)取得一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對中國制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生重要的影響。&l

55、t;/p><p>　　傳統(tǒng)集合理論與多色集合理論之間有著很大不同，主要是傳統(tǒng)集合就是元素的全體，元素所不同的僅是名字，它們?nèi)魏蝿e的性質(zhì)形式上都沒被表示出來[5]。而在多色集合理論中，其通過對集合整體以及集合元素涂上不同顏色，用來表示所研究對象及元素的性質(zhì)。因此，普通的集合理論數(shù)學(xué)工具的不足之處是在技術(shù)系統(tǒng)建模時(shí)不能夠描繪元素、子系統(tǒng)及整個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)，這就限制了其在仿真復(fù)雜對象和復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)運(yùn)用傳統(tǒng)集合論的可能性[4]。

56、而多色集合就能夠避免這個(gè)不足的方面。多色集合理論的就是通過傳統(tǒng)集合方法、邏輯等工具用來表述集合及元素的性質(zhì)，并通過矩陣闡述了集合整體與組成元素兩者性質(zhì)之間的關(guān)系。</p><p>　　多色集合理論是一種系統(tǒng)理論和信息處理數(shù)學(xué)工具，其主要思想是運(yùn)用在形式上相同的數(shù)學(xué)模型來仿真出不相同的對象，如概念設(shè)計(jì)的過程、工藝設(shè)計(jì)的過程、生產(chǎn)系統(tǒng)等[6]。多色集合理論的思想和方法會(huì)在產(chǎn)品整個(gè)周期仿真、產(chǎn)品概念的設(shè)計(jì)、過程建模的過

57、程中有極大的用途。</p><p>　　相比傳統(tǒng)建模方式，多色集合理論在問題的形式化研究方面更具高度概括性，這是該理論的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，也是其在理論發(fā)展上的一個(gè)突出貢獻(xiàn)，這種形式化的方法有利于加工工藝過程中的系統(tǒng)仿真[6]。另外，由于其數(shù)據(jù)的表示采用邏輯變量0和1，因此有利于利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和程序本身的實(shí)現(xiàn)，隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對它的應(yīng)用性研究也將不斷取得新的突破，從而開拓出更大的發(fā)展空間。</

58、p><p>　　2.2 多色集合理論</p><p>　　2.2.1 多色集合的概念</p><p>　　傳統(tǒng)集合就是元素的全體：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　元素，其中各個(gè)元素都是不一樣的，元素具有的性質(zhì)沒能體現(xiàn)出了來。但對多色集合理論而言，其本身及元素都可

59、以用不同顏色區(qū)分，因此其整體及元素的性質(zhì)都可體現(xiàn)出來。</p><p>　　顏色的元素是多色集合中的元素。集合對應(yīng)元素，顏色集合則對應(yīng)集合整體。</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　在多色集合中：整體顏色成分和元素顏色成分被稱為著色,它們包含在統(tǒng)一的顏色集合中，</p><p>　　在運(yùn)用

60、多色集合理論對系統(tǒng)仿真的過程中，必須要使用圍道的概念，其表示純數(shù)學(xué)中的“顏色”一詞。圍道概念指的是諸如性質(zhì)、屬性、指標(biāo)、參數(shù)、特征等技術(shù)概念的抽象與概括[6]。</p><p>　　2.2.2 個(gè)人著色和統(tǒng)一著色</p><p>　　在多色集合中，屬于元素本身的顏色集合被稱作這個(gè)元素的個(gè)人著色。多色集合中所有元素的個(gè)人著色都可以用布爾矩陣來表示[4]：</p><p&g

61、t;<b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　其中，如果,并且</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　將顏色用邏輯變量來表達(dá)就是，</p><p>　　根據(jù)上述內(nèi)容，則可以將公式（2.4）中和之間的關(guān)系式轉(zhuǎn)換成方便于計(jì)算機(jī)

62、仿真的形式:元素的個(gè)人著色由矩陣公式(2.3)中第行的元素的成分確定。</p><p>　　相對應(yīng)的，多色集合整體顏色被稱作統(tǒng)一顏色,顏色所有組成則就是多色集合的統(tǒng)一顏色[4]。</p><p>　　2.2.3 個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色的關(guān)系</p><p>　　簡單來說，統(tǒng)一顏色是以元素個(gè)人顏色為前提條件。但統(tǒng)一顏色的存在不僅是取決于元素的同名的個(gè)人顏色，還取決于別的顏

63、色。</p><p>　　在多色集合中理論中：統(tǒng)一顏色的元素組成(2.2)和個(gè)人顏色的元素組成(2.4)是相互關(guān)聯(lián)的,用相關(guān)公式表示為:</p><p><b>　　（2.5）</b></p><p>　　其中的,如果統(tǒng)一顏色的存在受到個(gè)人顏色的作用。多色集合的統(tǒng)一顏色和的個(gè)人顏色的聯(lián)系可用矩陣表示: </p><p>

64、<b>　　(2.6)</b></p><p><b>　　在此矩陣中</b></p><p>　　由上述關(guān)系可知：矩陣(2.6)中第行的元素組成確立了與統(tǒng)一顏色同名個(gè)人顏色的組成。同樣，所有元素的組成是由矩陣(2.6)中第j列的元素組成所決定的，因此所有元素中同名個(gè)人顏色決定著統(tǒng)一顏色存在與否。</p><p>　　當(dāng)元

65、素存在如的存在，元素的組成就是統(tǒng)一顏色體。</p><p>　　多色集合中統(tǒng)一顏色體的元素的組成用矩陣表示為：</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　其中組合是統(tǒng)一顏色體形成的。</p><p>　　2.2.4 多色集合的數(shù)學(xué)表達(dá)式</p><p>　　由上述可知：多

66、色集合由多個(gè)成分確定</p><p><b>　　(2.8)　　</b></p><p>　　在進(jìn)行仿真時(shí),公式(2.8)中的一部分組成有時(shí)會(huì)忽略。在進(jìn)行系統(tǒng)仿真時(shí)，必須表示出式(2.8)存在的性質(zhì)，而且還要表達(dá)出其它性質(zhì)：統(tǒng)一顏色與個(gè)人顏色的聯(lián)系及結(jié)構(gòu)組成等。這些性質(zhì)的表達(dá)不僅需要運(yùn)用多色集合理論，還需要運(yùn)用其他數(shù)學(xué)邏輯工具[4]。</p><p

67、>　　2.3 多色集合在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用</p><p>　　2.3.1 建模思路</p><p>　　散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一般會(huì)分為三個(gè)步驟：</p><p>　　首先，從功能需求中獲取產(chǎn)品方案的技術(shù)要求，而這些技術(shù)要求是根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的要求去構(gòu)建，利用功能特征值來進(jìn)行表示[6]。其用途是：表達(dá)其整體性質(zhì)（功能、特點(diǎn)等）。這個(gè)步驟需要通過不斷的分析判斷

68、及功能設(shè)置等方法去實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　其次，用上個(gè)步驟得到得準(zhǔn)確功能值，用其去構(gòu)建散熱系統(tǒng)的模型，在根據(jù)已有推導(dǎo)方法從原本的可行方案庫（任意的可行方案都是由功能需求和合理的改進(jìn)方法所組成）中尋到符合其功能需求規(guī)范的合理方案。在整個(gè)系統(tǒng)中技術(shù)方案可描述為功能值徐群毆和結(jié)構(gòu)分解值所得到的集合。其中查詢方案是基于技術(shù)方案和相應(yīng)準(zhǔn)則規(guī)范相似的基礎(chǔ)上。通常最終的到的方案不會(huì)只有一種，會(huì)有很多種，形成方案集。<

69、/p><p>　　最后，在方案近似度評價(jià)的篩選下，在上面獲得的可行產(chǎn)品方案中選擇合理的可行方案。</p><p>　　2.3.2 多色集合概念設(shè)計(jì)模型</p><p>　　對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程將采用功能方法樹與多色集合理論結(jié)合的方法來建立模型。將系統(tǒng)按照功能、方法逐層的分解，分為若干層，每層包含功能方法，功能與方法、層與層之間用線段來連接，在圖中，節(jié)點(diǎn)之間的連

70、接弧是“合取”的意思，用“∧”表達(dá)，沒有連接弧的則是“析取”的意思，用“∨”來表達(dá)，從多色集合的角度來看，將每個(gè)方法當(dāng)作一個(gè)元素，其具有個(gè)人顏色。</p><p>　　在多色集合理論中，元素與集合是用著色來區(qū)分表達(dá)的，其可以較方便的敘述出層次方面的關(guān)系，所以可利用多色集合理論來進(jìn)行功能分解以及帶得到推理機(jī)制，完成散熱系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。其統(tǒng)一顏色就是第二層所求完成的任務(wù)，同樣也是上一層向這層的讀入。</p>

71、;<p>　　3. 基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型的建立</p><p>　　對于多色集合理論來說，其本質(zhì)是一種全新的系統(tǒng)理論以及信息處理的數(shù)學(xué)工具，它是通過使用相同的數(shù)學(xué)工具用來仿真不同對象，對象可以是產(chǎn)品、設(shè)計(jì)過程、工藝過程以及生產(chǎn)系統(tǒng)等[4]。</p><p>　　在多色集合的模型中，對象、元素、性質(zhì)及其相互關(guān)系之間可以建立起邏輯關(guān)系、隸屬關(guān)系以及數(shù)量關(guān)系，

72、這幾種關(guān)系可以只用了表示部分，或者在不同層次上的分別表示。通過這幾種關(guān)系就可以很好的表達(dá)出各種設(shè)計(jì)過程或者產(chǎn)品的組成。</p><p>　　多色集合層次結(jié)構(gòu)模型是將產(chǎn)品按照功能特征逐層的分解，分成了各不相同的若干層，每一層都對相應(yīng)的特征按照功能和方法的形式進(jìn)行描述。將不同特征元素和集合之間染成不同的顏色，能形式化的描述不同層次之間的關(guān)系。</p><p>　　在建立多色集合層次結(jié)構(gòu)模型前，

73、首先要對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的總功能進(jìn)行功能上的分解，我們需要按照設(shè)計(jì)元素的特征對總功能進(jìn)行逐步的分解。經(jīng)過認(rèn)真的分析對比，在進(jìn)行概電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我是主要考慮散熱系統(tǒng)中對散熱效果較大的兩個(gè)裝置，即在電氣柜內(nèi)的冷卻管裝置、通風(fēng)裝置兩個(gè)方面。</p><p>　　冷卻管裝置主要是通過散熱管內(nèi)液體循環(huán)流動(dòng)將電氣柜內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去；而通風(fēng)裝置則是通過風(fēng)扇的快速轉(zhuǎn)動(dòng)形成強(qiáng)制對流將散熱系統(tǒng)內(nèi)的熱量通過通風(fēng)管

74、道排出去。</p><p>　　在我們對總功能進(jìn)行分解，得到“冷卻裝置”、“通風(fēng)裝置”兩個(gè)基本特征后，我們要進(jìn)一步對可能功能需求進(jìn)行劃分（即第一層的劃分），通過查閱資料，我將“冷卻裝置”的功能需求劃分為“外部溫度”、“外部濕度”和“負(fù)載大小”三部分；將“通風(fēng)裝置”的功能需求劃分為“風(fēng)速大小”、“粉塵多少”和“海拔高低”共三部分。</p><p>　　然后對每個(gè)特征進(jìn)一步劃分，得到第二層的特

75、征，將“冷卻裝置”劃分為“冷卻管橫截面形狀”、“冷卻管長度”和“冷卻管材料”三個(gè)部分；而“通風(fēng)裝置” 劃分為“通風(fēng)口大小”、“風(fēng)道彎頭半徑”和“風(fēng)道長度”三個(gè)部分。而第二層最后則是對應(yīng)的方案元描述。</p><p>　　依據(jù)以上的功能分解，建立了如4.1所示的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能樹模型。</p><p>　　圖3.1散熱系統(tǒng)功能樹模型</p><p>　　3.1電氣柜內(nèi)

76、冷卻管的信息建模及推理過程</p><p>　　在電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)中，冷卻管在散熱系統(tǒng)的電氣柜內(nèi)，通過冷卻管內(nèi)制冷液體的循環(huán)流動(dòng)，來帶走散熱系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的大量余熱。其是散熱系統(tǒng)中最為重要的裝置，是不可缺少的重要部分。</p><p>　　冷卻管的設(shè)計(jì)主要與外部環(huán)境所產(chǎn)生的因素有著重大關(guān)系，其決定著冷卻管裝置設(shè)計(jì)的方向。通過查詢資料，得到了對冷卻管散熱效果產(chǎn)生影響的主要因素有：散熱系統(tǒng)外溫

77、度的高低、外部濕度的大小以及外部負(fù)載的大小等。因此，我們?yōu)槟獜闹羞@些因素著手，想辦法抽取其需要的基本功能，用來滿足其建模的需求，我們將所有的性質(zhì)、功能都用布爾矢量來進(jìn)行描述得到：</p><p>　　外部溫度：低溫—— 中溫—— 高溫——</p><p>　　外部濕度：較低—— 適中—— 較高——</p><p>　　負(fù)載大?。?/p>

78、較小—— 較大—— 很大——</p><p>　　如圖3.1所示，散熱系統(tǒng)內(nèi)冷卻管裝置的概念設(shè)計(jì)一共分為兩層。</p><p><b>　　第一層</b></p><p>　　1）統(tǒng)一顏色：可對冷卻管總功能進(jìn)行描述，即--所代表的含義，這是系統(tǒng)在該層上面的求解目標(biāo)。</p><p>　　2）元素：方案1

79、——方案n</p><p>　　3）個(gè)人顏色：就是每個(gè)方案的描述，即</p><p>　　冷卻管，橫截面形狀：圓形—— 方形—— 三角形——</p><p>　　長度： 短—— 適中—— 長——</p><p>　　所用材料： 鋁管—— 鋼管—— 銅管——</p><p>

80、　　4）約束條件：對冷卻管的橫截面形狀，長度，所用材料各為一組。在推理時(shí)，在以上各組選擇一個(gè)且只能選擇一個(gè)。</p><p>　　5）推理機(jī)制：方案的選擇是用統(tǒng)一顏色和個(gè)人顏色的關(guān)系矩陣推理得到，從矩陣中我們可以有功能需求推導(dǎo)出相應(yīng)的方案（即由橫元素得到豎元素）。這里用了直觀的形態(tài)來表示布爾矩陣，在矩陣中布爾值用1，0來表示，在下面的矩陣中我們用符號“”來表示通過（即布爾值1），否則為不通過（即布爾值0）。<

81、;/p><p><b>　　圖3.2矩陣1</b></p><p><b>　?。?）第二層</b></p><p>　　1）統(tǒng)一顏色：即第一層中的個(gè)人顏色。</p><p>　　2）元素：對應(yīng)的冷卻管的橫截面形狀、長度以及材料的方案。</p><p>　　3）約束條件：都是關(guān)于

82、橫截面形狀的方案元，都是關(guān)于長度的方案元，是關(guān)于材料的方案元。在推理是要按照步驟原則得到方案元</p><p>　　4）推理矩陣：統(tǒng)一顏色與元素的關(guān)系矩陣2，方案元的選擇是由它推理得到的。</p><p><b>　　圖3.3矩陣2</b></p><p>　　3.2通風(fēng)裝置的信息建模和推理</p><p>　　在電動(dòng)式

83、挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)中，通風(fēng)裝置是通過風(fēng)扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)來形成強(qiáng)制對流，是散熱系統(tǒng)內(nèi)外的空氣快速流動(dòng)，從而來帶走散熱系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的大量余熱。其是散熱系統(tǒng)中最為重要的裝置，是不可缺少的重要部分。</p><p>　　通風(fēng)裝置主要有通風(fēng)管道、風(fēng)扇等組成。對通風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)，我們要先了解對通風(fēng)效率產(chǎn)生重要影響的因素，如：所在環(huán)境風(fēng)速的大小、外部粉塵的多少以及工作環(huán)境所處的海拔高度等。針對這些因素，我們對通風(fēng)裝置中通風(fēng)口大?。▽?yīng)風(fēng)扇的

84、半徑大小）、通風(fēng)管道的長短以及管道彎頭半徑大小進(jìn)行研究改進(jìn)。</p><p>　　從影響通風(fēng)裝置的通風(fēng)效率入手，抽象出通風(fēng)裝置的基本需求功能，用多色集合來進(jìn)行表示：</p><p>　　風(fēng)速：微風(fēng)—— 中風(fēng)—— 大風(fēng)——</p><p>　　粉塵：微量—— 較多—— 很多——</p><p>　　海拔：低——

85、 適中—— 高——</p><p>　　由圖4.1可知通風(fēng)裝置的概念設(shè)計(jì)分為兩層</p><p><b>　?。?）第一層</b></p><p>　　1）同一顏色：對通風(fēng)裝置功能的描述</p><p>　　2）元素：方案1—方案n</p><p>　　3）個(gè)人顏色：是每個(gè)方案的

86、描述，即</p><p>　　通風(fēng)口半徑： 小—— 適中—— 大——</p><p>　　風(fēng)道彎道半徑：小—— 適中—— 大——</p><p>　　通風(fēng)道長短： 短—— 較長—— 長——</p><p>　　4）約束條件：通風(fēng)裝置中的通風(fēng)口半徑，風(fēng)道彎頭半徑，通風(fēng)口長短各為一組。在進(jìn)行推理

87、的時(shí)后，在以上各組選擇一個(gè)且只能選擇一個(gè)。</p><p>　　5）推理矩陣：是統(tǒng)一顏色和個(gè)人顏色的關(guān)系矩陣3，同矩陣1的推理方法一樣，有此可推理出能滿足功能需求的方案來（即由橫元素推出豎元素）。</p><p><b>　　圖3.4矩陣3</b></p><p><b>　?。?）第二層</b></p>&

88、lt;p>　　1）統(tǒng)一顏色：即第一層中方案的個(gè)人顏色-- ，其就是這第二層的統(tǒng)一顏色。</p><p>　　2）元素：對應(yīng)著通風(fēng)裝置中設(shè)計(jì)方案，即通風(fēng)口半徑，風(fēng)道彎道半徑以及風(fēng)道的長短</p><p>　　3）約束條件：都是關(guān)于通風(fēng)口半徑大下的方案元，都是關(guān)于風(fēng)道彎頭半徑大小的方案元，是關(guān)于風(fēng)道長短的方案元。在推理時(shí)是要按照步驟原則來得到相應(yīng)的方案元</p><p

89、>　　4）推理矩陣：是第二層統(tǒng)一顏色與元素間的關(guān)系矩陣4，與矩陣2一樣，方案元的選擇是由它推理得到的。</p><p><b>　　圖3.5矩陣4</b></p><p><b>　　4方案貼近度的建立</b></p><p>　　4.1 方案貼近度的建立</p><p>　　方案的生成是通過

90、推理矩陣選出，能夠符合其功能需求，但是很有可能出現(xiàn)有功能重復(fù)的狀況，而貼近度計(jì)算就是生成方案對于需求重復(fù)程度計(jì)算的數(shù)學(xué)函數(shù)，在方案過多的情況下，確定重復(fù)允許值可以去掉不合理的方案[5]。為了計(jì)算貼近度我們設(shè)置了函數(shù)。</p><p>　　其中的是表示被研究元素或圍道點(diǎn)之間的長度。在多色集合數(shù)學(xué)模型之中，元素之間的尺寸通過與元素圍道，的組合對比來進(jìn)行確定的。這時(shí)將修改過的尺寸記作，它等于是在矢量和中不一致數(shù)位的多少

91、。</p><p><b>　　則函數(shù)</b></p><p>　　圍道對要求的成分貼近度計(jì)算可作為方案 對需求功能重復(fù)度的標(biāo)準(zhǔn)，在假設(shè)的目標(biāo)產(chǎn)品的方案技術(shù)規(guī)范已經(jīng)獲得的基礎(chǔ)上，再按照多色集合理論，為數(shù)學(xué)模型尋找設(shè)計(jì)方案時(shí)，其距離記為。</p><p>　　的取值為，其中的n是布爾矢量或中二進(jìn)制位數(shù)的個(gè)數(shù)。</p><p&g

92、t;　　由上述三個(gè)公式中計(jì)算出，</p><p><b>　　否則得出：</b></p><p>　　本文中采用的是第一公式用作貼近度計(jì)算，因?yàn)檎麄€(gè)散熱系統(tǒng)是用多色集合理論建模的，則方案貼近度計(jì)算步驟為：將該層布爾矩陣中的全部橫元素總數(shù)（即該層統(tǒng)一顏色之和）記作n，接著將這層的功能需求之和（即矩陣中符合需求的橫元素總數(shù)）記作FAXQ，矩陣中符合橫元素（統(tǒng)一顏色）可以正

93、向推導(dǎo)出對應(yīng)的豎元素（即該層的個(gè)人顏色），再運(yùn)用反向推導(dǎo)的方法，有豎元素得到橫元素，進(jìn)行上述計(jì)算，就得到這層所有方案符合的橫元素總數(shù)，記做FAMZ；這時(shí)將FAMZ與功能需求FAXQ之差記作，此時(shí)貼近度計(jì)算中各數(shù)舉都已知道，其貼近度參數(shù)的確定流程圖為：</p><p>　　圖4.1貼近度方案確立流程圖</p><p>　　4.2電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程</p><

94、p>　　如圖4.2所示，系統(tǒng)將采用規(guī)定的設(shè)計(jì)過程，該過程一共有七個(gè)步驟所組成，每一步都規(guī)定了相對應(yīng)的任務(wù)以及特定的工作結(jié)果，這對每一階段的完成，都提供了可用的資源以及支持。而當(dāng)有一部進(jìn)行不下去的時(shí)侯，就可以返回上一步來重新進(jìn)行求解。</p><p>　　第一步；在設(shè)定的客戶功能需求已滿足的基礎(chǔ)上，從客戶需求中抽象出來基本需求功能，用布爾矢量來進(jìn)行表示，選擇客戶所需要的基本功能，如果具體客戶需求中具有該功能則

95、記作1，否則記為0</p><p>　　第二步；根據(jù)個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色之間的關(guān)系矩陣以及約束條件，找出相對應(yīng)的方案。這些方案是用下一層需要實(shí)現(xiàn)功能的形式來進(jìn)行描述的[7]。</p><p>　　第三步；對每個(gè)方案分別用個(gè)人顏色和統(tǒng)一顏色之間的關(guān)系矩陣反推理出它們的對應(yīng)統(tǒng)一顏色，接下來計(jì)算各個(gè)方案的貼近度。然后再根據(jù)貼近度，去除那些不合理的方案而保留下合理方案。</p><

96、;p>　　第四步；找到方案的個(gè)人顏色，通過其個(gè)人顏色對下一層進(jìn)行子功能的分解，這層個(gè)人顏色就是下一層的統(tǒng)一顏色。</p><p>　　第五步；此時(shí)就到了第二層（即最底一層），根據(jù)之前的關(guān)系矩陣以及約束條件，就可得到符合條件的方案元。</p><p>　　第六步；根據(jù)上一步獲得的方案元，得到對應(yīng)方案，之后對每個(gè)方案都進(jìn)行冗余計(jì)算，從中篩選出可行方案。</p><p&

97、gt;　　第七步；根據(jù)上述運(yùn)算得到方案集，最后在從方案集合中選出來最佳的方案。這樣就完成了設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　圖4.2散熱系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程圖</p><p><b>　　4.3應(yīng)用實(shí)例分析</b></p><p>　　電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)需求：在外部溫度適中、外部濕度較低、負(fù)載較小，外部風(fēng)速較小、粉塵很多、海拔適中；因?yàn)檫^該

98、信息模型的建立是采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，因此將其功能設(shè)計(jì)按照需求相應(yīng)的劃分為冷卻管裝置與通風(fēng)裝置的功能設(shè)計(jì)需求。用多色集合理論的布爾表達(dá)方式如下所示：</p><p>　　冷卻管裝置的功能設(shè)計(jì)需求矩陣：</p><p><b>　　圖4.3</b></p><p>　　通風(fēng)裝置的功能設(shè)計(jì)需求矩陣：</p><p><

99、b>　　圖4.4</b></p><p>　　方案設(shè)計(jì)的步驟一般包括以下幾個(gè)步驟：</p><p>　　第一步，所設(shè)需求與基本需求功能相對應(yīng)的為，就是第一層的方案中滿足所設(shè)需求的統(tǒng)一顏色，用布爾矢量來表示，其相對應(yīng)的值是1。</p><p>　　第二步，根據(jù)關(guān)系矩陣1，3以及與其約束條件，我們可得到對應(yīng)的方案為:</p><p&

100、gt;<b>　　圖4.5</b></p><p>　　第三步，在上一步得到方案中，運(yùn)用關(guān)系矩陣1，3反推理出其統(tǒng)一顏色為:</p><p><b>　　圖4.6</b></p><p>　　第四步，貼近度函數(shù)計(jì)算</p><p>　　方案一，距離：所設(shè)功能需求的布爾矢量為8位，就可實(shí)現(xiàn)其符合的功能

101、為10位，因此，這里運(yùn)用公式①，則</p><p>　　方案二，同方案一，，</p><p>　　第五步，依據(jù)方案一與方案二的個(gè)人顏色對第二層進(jìn)行功能上的分解，將方案一與方案二中的個(gè)人顏色就是第二層的統(tǒng)一顏色，然后通過關(guān)系矩陣2，4及約束條件，就可得到方案一，二對應(yīng)的方案元。</p><p>　　通過對上一層的方案可知，冷卻管橫截面選用的是方形、冷卻管的長度選用短的

102、其材料選用鋁管或銅管，其統(tǒng)一顏色為，其中都是關(guān)于冷卻管材料的，約束條件都是冷卻管材料的方案元，在求解時(shí)只能選擇其中一項(xiàng)，通過矩陣2以及約束條件的推理可得到兩個(gè)方案；而通風(fēng)裝置選擇通風(fēng)口較小、彎道半徑選大的、風(fēng)道長度選長的，其統(tǒng)一顏色為，根據(jù)約束條件的均相互對應(yīng)，根據(jù)矩陣4及約束條件可得:滿足初始功能需求冷卻管方案為： </p><p>　　同樣，可以得出滿足功能需求通風(fēng)裝置方案是：。<

103、;/p><p>　　第六步，有以上步驟可知，系統(tǒng)方案有兩種</p><p>　　最終選擇最佳方案為：</p><p>　　5.電動(dòng)式挖掘機(jī)散設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及案例驗(yàn)證</p><p><b>　　5.1軟件框架</b></p><p>　　對于電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)是基于多色集合的

104、基礎(chǔ)上，利用多色集合理論便于對設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行形式化描述的特點(diǎn)，通過獲取產(chǎn)品的基本功能需求，再對功能特征進(jìn)行詳細(xì)的劃分。利用多色集合的層次結(jié)構(gòu)模型對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行建模，構(gòu)建出散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)模型，然后對其中各特征元素進(jìn)行多色集合的著色。在層次結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，建立與之相對應(yīng)的多色集合推理矩陣，以便于進(jìn)行設(shè)計(jì)推理過程。最后，開發(fā)相應(yīng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　如5.1所示為

105、散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先對目標(biāo)進(jìn)行功能需求的分析，再確定設(shè)計(jì)特征信息，然后對設(shè)計(jì)特征要求進(jìn)行二進(jìn)制編碼，將得到的編碼信息輸入設(shè)計(jì)系統(tǒng)，最后在多色集合推理矩陣中進(jìn)行搜索，最終就會(huì)得到備選方案。</p><p>　　圖 5.1 散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　5.2原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b><

106、;/p><p>　　根據(jù)建好的模型及推理矩陣，運(yùn)用vb語言編程軟件，對其進(jìn)行軟件的編程。最終會(huì)得到相應(yīng)程序，如下圖，打開界面，進(jìn)入程序。</p><p><b>　　圖5.2</b></p><p>　　按照功能需求選擇電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)選項(xiàng)。</p><p>　　其中的功能選擇條件有外部溫度、濕度、負(fù)載大小、風(fēng)速大小

107、、粉塵多少以及海拔高度總共六個(gè)方面的選擇，我們可以根據(jù)不同的功能需求，來選擇選項(xiàng)進(jìn)行下一步的運(yùn)算。</p><p><b>　　圖5.3</b></p><p>　　在輸入相應(yīng)的功能需求之后，即可生成相對應(yīng)的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相對應(yīng)的方案，對應(yīng)在結(jié)果生成界面。</p><p>　　圖5.4結(jié)果生成界面</p><p&

108、gt;<b>　　5.3方案驗(yàn)證</b></p><p>　　在系統(tǒng)軟件中引入實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。首先輸入相對應(yīng)的功能需求，其需求如下：在外部溫度適中、外部濕度較低、負(fù)載較小，外部風(fēng)速較小、粉塵很多、海拔適中。然后在軟件的功能輸入框輸入電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)選項(xiàng)。</p><p><b>　　圖5.5</b></p><p>

109、　　在輸入相對應(yīng)的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的功能需求后，確定無誤，然后點(diǎn)擊“確定”鍵，我們就可以獲得相對應(yīng)的方案結(jié)果。</p><p><b>　　圖5.6</b></p><p><b>　　6.結(jié)論和展望</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)基于多色集合，運(yùn)用VB編程，建立了電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。本篇論文完成了：&l

110、t;/p><p>　　一，在多色集合理論框架下，建立電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式化模型和推理矩陣，要求能通過算法實(shí)現(xiàn)其概念設(shè)計(jì)的流程。</p><p>　　二；通過編程語言對上述設(shè)計(jì)模型進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，并通過案例驗(yàn)證原型系統(tǒng)的可行性，要求軟件能流暢運(yùn)行，并能對案例進(jìn)行設(shè)計(jì)</p><p>　　在多色集合建模方面：運(yùn)用了多色集合理論與功能方法樹進(jìn)行了對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)

111、計(jì)的產(chǎn)品信息建模，將系統(tǒng)按功能——方法進(jìn)行了逐層的分解，共分成了兩層，每層都包括功能、方法兩方面的要素。據(jù)此得到每層的功能需求以及由需求到方案的推理矩陣。此外在建模過程中遇到了很多難點(diǎn)，在老師細(xì)心指導(dǎo)和幫助下最終完成</p><p>　　在軟件編程方面：最后運(yùn)用多色集合理論的思想用VB語言匯編成了電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程建模的軟件，證明了多色集合理論在電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程建模過程中應(yīng)用的可行性和相應(yīng)的

112、優(yōu)勢性，同時(shí)也體現(xiàn)出該理論在初學(xué)時(shí)理解上有一定難度的問題。開發(fā)了一個(gè)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠完成散熱系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。另外，基于多色集合理論的這種產(chǎn)品信息處理方法易于編程的說法，通過對系統(tǒng)的開發(fā)驗(yàn)證了這個(gè)說法。</p><p>　　本篇論文知識(shí)僅是對多色集合理論建模與散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的嘗試，自己完成的任務(wù)有限，且有很多不足的地方，希望大家諒解。以后有機(jī)會(huì)的話，我會(huì)多做一些關(guān)于對電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)

113、設(shè)計(jì)部分研究，對本篇論文進(jìn)行完善、研究和改進(jìn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　薛紅，王利杰.WK系列大型礦用挖掘機(jī)特性介紹及應(yīng)用[J]. 有色設(shè)備，2013，4：12-15.</p><p>　　鐘日紅，馬秀珍.WK-35型挖掘機(jī)在黒岱溝露天煤礦的應(yīng)用[J]. 露天采礦技術(shù)，2009，（5）：58-59