基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及产品建模领域基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模 方法。
【背景技术】
[0002] 复杂产品是指结构复杂、技术密集、制造要求和成本高、过程管理复杂、客户需求 多变的一类产品。而概念设计则是复杂产品设计过程最为核心的阶段，是增强产品竞争力 的根本环节。资料表明，只占成本5%的概念设计阶段决定了产品全生命周期成本的85%， 产品设计质量的70%以上，时间和成本同质量一样成为决定产品成败的关键因素。由于概 念设计处于产品生命周期的最早期阶段，对后续的设计环节有着极大的影响。概念设计从 根本上决定了产品的功能、质量、成本、开发时间和产品的创新性，它包括设计人员对设计 任务的理解，设计灵感的表达，设计理念的发挥。
[0003] 现如今功能建模则是复杂产品建模最为普遍的方式，通过对产品功能的研究，以 产品功能为核心来看待整个模型，一般的方法中都采用自上而下的功能分解来建立模型的 层次，引导功能建模。而当前建立的功能分解方法，都是在尽最大的可能对已有的功能划分 的知识或者经验的总结利用，来指导功能分解。这些知识的总结都是来自部分领域人员大 脑思考的结果，从出发点上就具有片面性，可能只适用于部分领域，不具备通用性；另一方 面，人的知识，经验，其实也就是寻找功能设计优化解的经过部分验证的估值函数，并不保 证是最优解，也不保证找到当前相对更好的一个选择；再次，如果提出的模型产生的设计结 果不具备可行性，一切都变得毫无意义，因此功能模型是从主观到客观，从抽象到具体的过 程，但是也要考虑到是否有实现的可能性，以往的从上往下单一的路线会造成结果和现实 的脱离。
[0004] 因此 Gero 提出 了产品设计的 FBS (Function-Behavior-Structure)模型，他认为 设计过程是设计者将产品的功能需求转化为预期可以实现该功能的行为，然后根据行为选 择相应的结构单元，再将结构的实际行为与预期能够实现功能的行为进行比较，如果结果 较为匹配则能得出符合功能需求的结构单元，若不匹配则重复上述过程，在FBS理论提出 后，产品概念设计过程更加注重了对产品建模过程中行为的研究，通过建立产品的行为流 模型来解决以上问题。产品行为是客观的，可以无歧义的表达复杂产品的建模过程，此外通 过直接对行为的研究，可以明确定义建模过程中产品的一系列状态，特别是起始状态和目 标状态。通过这两个状态以及之间触发状态发生变化的的行为，得出最优行为变化序列来 实现状态的转变，从而实现产品的创新设计，建立新产品的行为流模型，而且行为可以直接 对应到结构，可以得到产品的实现，产品的行为流模型具有实用性，覆盖智能设计的整个生 命周期。
【发明内容】
[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于行为流复杂产品 功能群落及其演化的发动机建模方法，用于实现智能化设计。
[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于行为流复杂产品功能群落 及其演化的发动机建模方法，该方法包括以下步骤：
[0007] 1)使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状 态变化的合适的行为变化序列，从而建立产品设计过程的行为流模型；
[0008] 2)获得行为和功能的初始映射关系；
[0009] 3)建立基于行为流的发动机功能群落及演化模型。
[0010] 优选地，将发动机行为流功能群落模型中功能群落分为进气，压缩，燃烧，排气四 个主要状态。
[0011] 优选地，还包括步骤：针对功能描述的主观性和机械产品的行为构建行为矩阵，再 根据功能行为的映射关系判断产品种群是否能够实现如上行为，从而得到产品种群的功能 基因编码矩阵。
[0012] 优选地，所述机械产品的行为包括平移、旋转、连接、覆盖、咬合以及定位。
[0013] 优选地，还包括步骤：由成熟度公式和设计聚合熵势公式分别求得产品种群的成 熟度和聚合熵势。
[0014] 优选地，所述功能种群FP的成熟度M表示如下：
[0015]
【主权项】
1. 一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，其特征在于，该方 法包括以下步骤： 1) 使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变 化的合适的行为变化序列，从而建立产品设计过程的行为流模型； 2) 获得行为和功能的初始映射关系； 3) 建立基于行为流的发动机功能群落及演化模型。
2. 根据权利要求1所述的基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法， 其特征在于，将发动机行为流功能群落模型中功能群落分为进气，压缩，燃烧，排气四个主 要状态。
3. 根据权利要求1所述的基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法， 其特征在于，还包括步骤：针对功能描述的主观性和机械产品的行为构建行为矩阵，再根据 功能行为的映射关系判断产品种群是否能够实现如上行为，从而得到产品种群的功能基因 编码矩阵。
4. 根据权利要求3所述的基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法， 其特征在于，所述机械产品的行为包括平移、旋转、连接、覆盖、咬合以及定位。
5. 根据权利要求1所述的基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法， 其特征在于，还包括步骤：由成熟度公式和设计聚合熵势公式分别求得产品种群的成熟度 和聚合熵势。
6. 根据权利要求5所述的基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法， 其特征在于，所述功能种群FP的成熟度M表示如下： I=I
1彡i彡η，η为原子功能数量，fi是FP的功能描述矩阵中的第i列。
7. 根据权利要求5所述的基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法， 其特征在于，所述功能种群设计聚合熵势指产品的客观物质存在在空间和状态上的分布状 态势能，主要取决于当前功能群落的相关度和成熟度，即：
其中η为功能种群中功能数量，R表示该功能种群的相关度属性，M表示该功能种群的 成熟度。
【专利摘要】本发明提供一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，该方法包括以下步骤：使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变化的合适的行为变化序列，从而建立产品设计过程的行为流模型；获得行为和功能的初始映射关系；建立基于行为流的发动机功能群落及演化模型。本发明致力于对行为流的表达问题进行深入研究，本研究通过提出行为流的空间序列这一全新概念，从空间序列的演进变化这一角度来描述基于行为流的产品智能设计过程，并提出两种行为流空间序列的表达方式以及这两种表达方式的转换原则。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104636528
【申请号】CN201310574686
【发明人】郝泳涛, 楼狄明, 王力生
【申请人】同济大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月15日