机械传动原理方案设计目录及智能设计平台的研究
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现代设计方法学把设计过程分为产品规划、 方案 设计、 技术设计和施工设计 ’ 大阶段。其中方案设计 是关键阶段， 其核心任务是探询最优的创新工作原理 方案。方案设计是产品设计中最富有创新性的阶段， 也是最难以实现自动化设计的阶段。随着计算机辅助 设计 （, 的发展， 人工智能 （+ ） 技术已经相当程度 + -） . 的融入到 , + - 技术中。而专家系统和知识工程的研 究更使得设计自动化有了长足的发展。人类对已有的 设计知识和经验及成功设计实例进行归纳总结， 建立 具有实用价值的设计目录， 以系统工程为基础进行系 统化设计， 是产品的原理方案设计的一种有效方法。
设计目录是一种设计信息库， 它把设计信息有规 律地加以分类、 排列和储存， 便于设计者查找和使用。 设计目录不同于一般的手册和资料， 它包括的信息多 种多样， 它具有信息完备性、 可补充性和易检索性， 便 于计算机辅助设计。通过对机械传动原理方案的分 析， 提出了三级递进式的目录结构模式， 即： 功能元解 目录—机构组目录—功能模块目录。三级递进式的目 录组织模式， 综合了操作目录和解法目录。在三级目 录中， 功能模块目录是最基本的目录， 功能元解目录的 提出是为了在应用系统化方法求解原理方案时便于搜 索到多解。机构组目录则是通过定性的对各机构组进 行评价， 实现初筛选以提高评价效率。
文章编号： （ ） ! " " ! # $ % & ’ $ " " $ ! $ # " " ! $ # " %
机械传动原理方案设计目录及智能设计平台的研究
朱海波，高志，刘向峰
（清华大学 精密仪器及机械学系 机械设计研究室， 北京 ! ） " " " ( ’
!
摘要： 探讨了机械传动原理方案设计目录的开发以及基于设计目录的机械传动原理方案智能设计平台的研究。提 出了 “三级递进式” 的机械传动原理方案设计目录结构形式， 并以设计目录的研制和系统化设计法为基础， 研制了一个智 能化设计平台。本平台能够自动生成并选择最优的机械传动的原理方案， 在实际的应用中取得了很好的效果。 关键词： 设计目录； 智能化设计； 机械传动原理方案设计 中图分类号： ) * ! $ $ 文献标识码： +
万方数据 作者简介： 朱海波 （ ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 智能 , ! N R ( #） + -。
《机械设计》 专题论文 设计理论与方法 $ 0 0 $年! $月D ! $ ! 5 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " ! 目录设计思路及结构 按照系统化设计法进行原理方案设计时， 首先要 将总功能分解为功能元， 然后由功能元分散搜索到多 个功能元解。在功能元分解过程中， 一般应用功能树 描述功能的分解， 功能元解目录是以功能树为纲设计 得出的。通过对机械传动系统的分析， 机械传动系统 功能树， 即功能元解目录的纲如图!所示。 系统由5个子系统组成， 即传动原理方案设计专 家系统、 数据库系统和传动原理图生成系统。分别结 合专家系统技术、 数据库技术和图形处理技术建立。 如图$所示。
参考文献
［ ］ / ， ， ， ! 0 1 2 0 3 4 5 1 7 + 8 19 0 : ; 4 5 < 7 = 0 > 0 > 7 ? 79 1 5 @ ; A 1 ! " # $% + B ? 5 C 1 1 D E 6 （ ） ［,］ ： 2 7 @ B 7 1G 5 ? 43 /+ @ 4 0 1> 1 > 7 < I I 7 B 7 5 I @ < 5 D @ J . D K < 7 E F F H0 H F 6 （/ ） ， B 1 1 2 5 D @ 7 L ? 4 1 . M M M/ 5 B < 7M I 1 B ? < 7/ 1 B 4 0 D 5 B 0 I 3 @ ? 1 > @ M / 3 6 H ， ： ： 3 0 D5 1 7 ! N N O J K 5 @ B 0 ? 0 G 0 . M M M， ! N N O $ N " # $ N & J 6 H ［ ］ 高立明， 林良明， 颜国正 P 全方位蠕动机器人驱动内窥镜系统的 $ ］ ， （ ） ： 研究 ［ Q P 中国生物医学工程学报， ! N N ( ! R ! % O # ’ ! J ［ ，9 ，9 ， %］ 9 0 8 1 5S 7 8 ; ; A 5 7 @ ; 2 0/ 0 @ 0 ; A 0 0 > 5 8 ; B 4 5* 5 2 1 A 5 ! "# $% H H 6 ) 4 1 < > 0 I #1 T 0 D @ 5 7 D#? 1> 5 B < 7 0 B ? ; 0 ? 7 <G 5 ? 4F 0 < 0 L L 5 D0 @? 4 11 T E F H F （U ） 0 D @ 5 C 1> 0 ? 1 < 5 0 I 0 @ 5 BF 1 < L 7 < > 0 D B 17 L 0F < 7 ? 7 ? 1 I 5 D 1 0 <0 B ? ; 0 ? 7 < F H F ［ ］ ， ， （’） ： Q J Q 3 / M. D ? 1 < D 0 ? 5 7 D 0 I Q 7 ; < D 0 I 3 1 < 5 1 @,， ! N N R ’ " R % O# R ’ $ J ! " $ % & ’ $ ( ) * + , ) . (’ & 1 % 0 * 1 ) * ) 0 %, $ . & ($ ( . 0 , 1 0 $ * 1 ) * ) & 0 ( # /0 # ， ， 23 4 55 * ( 7 8 9 $ (: ;< & ( 7 9 0 ( ! 4= 9 & 7 8 9 6 62 ； 修订日期： ! 收稿日期： $ " " ! # ! ! # " ! $ " " $ # " ’ # $ ’
专题论文 《机械设计》 $ " " $年! $月] ! $ ! $ 设计理论与方法 # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #
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! 机械传动原理方案设计目录
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图" 智能化系统的组成
图! 功能元解目录的纲
按照图!所示， 传动总功能可以划分为 “运动形式 变化” “运动速度变化” 、 、 “ 传动辅助系统” 等 # 个分功 能， 根据各功能元特征建立相应的解法目录。由于多 种功能模块单元可能属于一种机构组， 而每一种机构 组本身又具有多种共同特征， 为了考虑到条理的清晰 性以及初评价的高效性， 把同一机构组中的不同的功 能模块单元列出， 并列出其共有的特性， 就构成了机构 组目录。而功能模块目录则具体的列出了每个特定功 能模块的简图、 描述以及对自身特点的定量评价， 属于 最终的模块选择。具体目录结构另文描述。 ! " $ 目录的数据库实现 系统采用 % & ’ ( ) * + , / , # " 0作为开发的数据库系 . 统。通过 1 2 3 4 与专家系统相连接。数据库的组成 共有以下部分： ! " $ " ! 设计目录库 将实现各种传动方式的原理解按一定规律 （如所 实现功能） 进行划分与组织， 并以数据库的形式储存。 专家对各种传动解法按一定的评价指标进行评价后的 意见， 经量化后作为评价参数保存在该库中。 ! " $ " $ 图形参数库 为简化图形系统的设计， 提高整个系统的扩充能 力， 将各基本传动单元采用参数化形式储存。
现代设计方法学把设计过程分为产品规划、 方案 设计、 技术设计和施工设计 ’ 大阶段。其中方案设计 是关键阶段， 其核心任务是探询最优的创新工作原理 方案。方案设计是产品设计中最富有创新性的阶段， 也是最难以实现自动化设计的阶段。随着计算机辅助 设计 （, 的发展， 人工智能 （+ ） 技术已经相当程度 + -） . 的融入到 , + - 技术中。而专家系统和知识工程的研 究更使得设计自动化有了长足的发展。人类对已有的 设计知识和经验及成功设计实例进行归纳总结， 建立 具有实用价值的设计目录， 以系统工程为基础进行系 统化设计， 是产品的原理方案设计的一种有效方法。
设计目录是一种设计信息库， 它把设计信息有规 律地加以分类、 排列和储存， 便于设计者查找和使用。 设计目录不同于一般的手册和资料， 它包括的信息多 种多样， 它具有信息完备性、 可补充性和易检索性， 便 于计算机辅助设计。通过对机械传动原理方案的分 析， 提出了三级递进式的目录结构模式， 即： 功能元解 目录—机构组目录—功能模块目录。三级递进式的目 录组织模式， 综合了操作目录和解法目录。在三级目 录中， 功能模块目录是最基本的目录， 功能元解目录的 提出是为了在应用系统化方法求解原理方案时便于搜 索到多解。机构组目录则是通过定性的对各机构组进 行评价， 实现初筛选以提高评价效率。
文章编号： （ ） ! " " ! # $ % & ’ $ " " $ ! $ # " " ! $ # " %
机械传动原理方案设计目录及智能设计平台的研究
朱海波，高志，刘向峰
（清华大学 精密仪器及机械学系 机械设计研究室， 北京 ! ） " " " ( ’
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摘要： 探讨了机械传动原理方案设计目录的开发以及基于设计目录的机械传动原理方案智能设计平台的研究。提 出了 “三级递进式” 的机械传动原理方案设计目录结构形式， 并以设计目录的研制和系统化设计法为基础， 研制了一个智 能化设计平台。本平台能够自动生成并选择最优的机械传动的原理方案， 在实际的应用中取得了很好的效果。 关键词： 设计目录； 智能化设计； 机械传动原理方案设计 中图分类号： ) * ! $ $ 文献标识码： +
万方数据 作者简介： 朱海波 （ ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 智能 , ! N R ( #） + -。
《机械设计》 专题论文 设计理论与方法 $ 0 0 $年! $月D ! $ ! 5 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " ! 目录设计思路及结构 按照系统化设计法进行原理方案设计时， 首先要 将总功能分解为功能元， 然后由功能元分散搜索到多 个功能元解。在功能元分解过程中， 一般应用功能树 描述功能的分解， 功能元解目录是以功能树为纲设计 得出的。通过对机械传动系统的分析， 机械传动系统 功能树， 即功能元解目录的纲如图!所示。 系统由5个子系统组成， 即传动原理方案设计专 家系统、 数据库系统和传动原理图生成系统。分别结 合专家系统技术、 数据库技术和图形处理技术建立。 如图$所示。
参考文献
［ ］ / ， ， ， ! 0 1 2 0 3 4 5 1 7 + 8 19 0 : ; 4 5 < 7 = 0 > 0 > 7 ? 79 1 5 @ ; A 1 ! " # $% + B ? 5 C 1 1 D E 6 （ ） ［,］ ： 2 7 @ B 7 1G 5 ? 43 /+ @ 4 0 1> 1 > 7 < I I 7 B 7 5 I @ < 5 D @ J . D K < 7 E F F H0 H F 6 （/ ） ， B 1 1 2 5 D @ 7 L ? 4 1 . M M M/ 5 B < 7M I 1 B ? < 7/ 1 B 4 0 D 5 B 0 I 3 @ ? 1 > @ M / 3 6 H ， ： ： 3 0 D5 1 7 ! N N O J K 5 @ B 0 ? 0 G 0 . M M M， ! N N O $ N " # $ N & J 6 H ［ ］ 高立明， 林良明， 颜国正 P 全方位蠕动机器人驱动内窥镜系统的 $ ］ ， （ ） ： 研究 ［ Q P 中国生物医学工程学报， ! N N ( ! R ! % O # ’ ! J ［ ，9 ，9 ， %］ 9 0 8 1 5S 7 8 ; ; A 5 7 @ ; 2 0/ 0 @ 0 ; A 0 0 > 5 8 ; B 4 5* 5 2 1 A 5 ! "# $% H H 6 ) 4 1 < > 0 I #1 T 0 D @ 5 7 D#? 1> 5 B < 7 0 B ? ; 0 ? 7 <G 5 ? 4F 0 < 0 L L 5 D0 @? 4 11 T E F H F （U ） 0 D @ 5 C 1> 0 ? 1 < 5 0 I 0 @ 5 BF 1 < L 7 < > 0 D B 17 L 0F < 7 ? 7 ? 1 I 5 D 1 0 <0 B ? ; 0 ? 7 < F H F ［ ］ ， ， （’） ： Q J Q 3 / M. D ? 1 < D 0 ? 5 7 D 0 I Q 7 ; < D 0 I 3 1 < 5 1 @,， ! N N R ’ " R % O# R ’ $ J ! " $ % & ’ $ ( ) * + , ) . (’ & 1 % 0 * 1 ) * ) 0 %, $ . & ($ ( . 0 , 1 0 $ * 1 ) * ) & 0 ( # /0 # ， ， 23 4 55 * ( 7 8 9 $ (: ;< & ( 7 9 0 ( ! 4= 9 & 7 8 9 6 62 ； 修订日期： ! 收稿日期： $ " " ! # ! ! # " ! $ " " $ # " ’ # $ ’
专题论文 《机械设计》 $ " " $年! $月] ! $ ! $ 设计理论与方法 # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #
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! 机械传动原理方案设计目录
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图" 智能化系统的组成
图! 功能元解目录的纲
按照图!所示， 传动总功能可以划分为 “运动形式 变化” “运动速度变化” 、 、 “ 传动辅助系统” 等 # 个分功 能， 根据各功能元特征建立相应的解法目录。由于多 种功能模块单元可能属于一种机构组， 而每一种机构 组本身又具有多种共同特征， 为了考虑到条理的清晰 性以及初评价的高效性， 把同一机构组中的不同的功 能模块单元列出， 并列出其共有的特性， 就构成了机构 组目录。而功能模块目录则具体的列出了每个特定功 能模块的简图、 描述以及对自身特点的定量评价， 属于 最终的模块选择。具体目录结构另文描述。 ! " $ 目录的数据库实现 系统采用 % & ’ ( ) * + , / , # " 0作为开发的数据库系 . 统。通过 1 2 3 4 与专家系统相连接。数据库的组成 共有以下部分： ! " $ " ! 设计目录库 将实现各种传动方式的原理解按一定规律 （如所 实现功能） 进行划分与组织， 并以数据库的形式储存。 专家对各种传动解法按一定的评价指标进行评价后的 意见， 经量化后作为评价参数保存在该库中。 ! " $ " $ 图形参数库 为简化图形系统的设计， 提高整个系统的扩充能 力， 将各基本传动单元采用参数化形式储存。