功构映射非流形体建模与萃智创新设计研究

In order to improve the efficiency of innovative design of complex mechanical assembly, this project is to propose and study on three-dimensional transmission chain, assembly-level function-form mapping, modelling of non-manifold entity, and geometric reconstitution. 3D mechanical layout design is correlated with object-field model during the conceptual design stages. Three modules of contradiction matrix, effect knowledge base, patent knowledge module are to be developed. The assembly/disassembly analysis and innovative design are carried out during the conceptual design stages. Assembly-level structure design and TRIZ theory is to provide the methodological support for "top-down design wizard". Researches on function-form mapping, theory of non-manifold modeling, expanding the CAD/CG research areas, are expected to accelerate the development of top-down design automation. And a leap-forward development of CAD/CAM systems is to be expected.

为了提高复杂装配体的创新设计效率，提出并研究三维传动链，装配级功构映射，功构映射非流形体建模与三维重构的理论方法。研究机构的立体布局设计，在概念设计阶段与物-场模型相结合，研究triz理论的矛盾矩阵、效应知识库、专利知识模型，进行装配/拆卸分析及创新设计。装配级结构变参设计思想与triz理论结合，为自顶向下创新设计向导的开发提供方法论的支持。功构映射非流形体建模理论，拓展了几何造型技术的研究领域, 加快自顶向下设计自动化系统的发展步伐，使CAD/CAM系统实现跨越式发展

装配级功-构映射是产品结构设计自动化的实质，研究工作包括：功-构映射数学模型的建立；功能载体；功-构映射规则以及功构映射的实现机制。研究了功－构映射的深层次规律，将映射过程分成两个步骤。第一步是功能-行为的映射，其结果是得到结构体的三维立体布局图，即三维传动链。实现了手工-半自动、半自动-全自动、全自动与交互式修改相结合的三维传动链设计。在此基础上，研究了功构映射第二步映射，即行为-结构的映射。行为－结构映射又分为两个步骤，即行为-载体，称为g1映射；载体-结构，称为g2映射。其中，g1映射呈现多-多映射；g2映射则呈现病态特性。针对g2映射过程的难点，研究了针对主动体和被动体的非流形体模型，使其满足传动、定位、润滑、密封、紧固、装夹、阻挡等装配功能要求。实现了简单的自顶向下的设计风范。功构映射非流形体的重构算法及其理论基础的探讨是一项具有挑战性的工作，发现了两个重要定理，为功构映射非流形体的重构奠定了理论和算法基础。功构映射非流形体包括了层次化功能特征的定义、基于凹凸/正负关系的概念实体的表达模式、数据结构、概念实体、抽象特征、零厚度实体相互间的关系、定义及数据结构模型等。存在可装配/拆卸等隐性约束，增加了重构的难度。为目前的基于确定条件、缺乏柔性的实体造型技术增添了更多的活力，为CAD技术拓展了发展方向。功构映射非流形体重构实现了真正意义上的三维概念设计，为不确定性信息下的可视化、模型的可生长性及可扩充性、模型的自适应性及动态可变异性设计提供了理论基础。.研究工作同时扩展到TRIZ理论及其应用方面。主要工作包括，TRIZ软件系统的开发、TRIZ理论的研究，包括，矛盾矩阵的优化，物场分析模型的构建、效应知识库系统模型构建等。并且成功应用于机电产品的开发、空气动力汽车关键零部件的开发等诸多方面。在此基础上，开发了3项授权专利。申请了1项专利。