一种基于有限状态机的参数依赖模型的生成方法与流程

本发明属于产品设计的技术领域，具体涉及一种基于有限状态机的参数依赖模型的生成方法。

背景技术：

产品的设计参数是各类设计决策的最终体现，也是决定产品各项设计需求是否得以满足的根本。在产品设计过程中，存在大量的约束依赖关系，这些依赖关系最终均由参数的依赖来表示，参数依赖模型在传播设计变化，支持多领域协同设计方面有着重要辅助作用。

已有的参数依赖模型仅包含静态的参数依赖，参数之间的依赖关系是固定不变的。然而，设计变化可能导致参数依赖发生变化，为维护参数依赖模型的一致性，设计人员需进一步手动更新参数依赖模型，这将大大增加设计人员的负担，降低设计效率。

针对传统参数依赖模型的缺点，有必要引入新的建模方法，以适应产品迭代设计模式中日益频繁的设计变化所引起的参数依赖变化，并为设计人员提高设计效率提供辅助方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于有限状态机的参数依赖模型的生成方法，解决了传统参数依赖模型需要手动更新参数，增加设计人员的负担，降低设计效率等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种基于有限状态机的参数依赖模型的生成方法，包括以下步骤：

步骤一、根据产品系统的参数和设计约束，列出对应的参数依赖关系表达式，并加入参数依赖关系集合中；

步骤二、对于所述参数依赖关系集合中的各个参数依赖关系表达式，逐一建立对应的有限状态机及其状态，并为所述有限状态机模型的状态设置转换条件；

步骤三、将产品系统的各个参数与对应的有限状态机的输入参数和输出参数相连，建立产品系统的参数依赖模型；

所述步骤二具体包括以下步骤：

步骤ⅰ、从所述参数依赖关系集合中任取一参数依赖关系表达式，所述参数依赖关系表达式的自变量为对应的有限状态机的输入参数，其因变量为对应的有限状态机的输出参数；

步骤ⅱ、判断所述参数依赖关系表达式是否为分段函数，若是，则创建一个对应的有限状态机的状态，内置所述参数依赖关系表达式；若否，则创建与分段函数的分段个数相同的状态，各个状态内置对应分段的参数依赖关系表达式；

步骤ⅲ、若状态仅为一个，则其转换条件始终处于激活状态；若状态个数大于一个，则其转换条件为对应的所述参数依赖关系表达式的分段函数的分段计算条件；

步骤ⅳ、重复步骤一至三，直至所述参数依赖关系集合为空集。

一种基于有限状态机的倒立摆系统的建模方法，包括以下步骤：

步骤ⅰ、分析倒立摆系统，确定所述倒立摆系统的参数及表示参数之间关系的函数表达式；

步骤ⅱ、判断函数表达式是否为分段函数及分段个数，确定函数表达式对应的有限状态机的状态的个数；

步骤ⅲ、根据函数表达式的自变量、因变量和分段函数的计算条件，分别确定函数表达式对应的有限状态机的输入参数、输出参数和状态的转换条件，建立函数表达式对应的有限状态机；

步骤ⅳ、重复步骤ⅱ至ⅲ，逐一建立函数表达式对应的有限状态机，再将所述倒立摆系统的各个参数和对应的有限状态机联系起来，建立所述倒立摆系统的有限状态机模型。

进一步，所述步骤ⅱ中的分段函数的分段个数和对应的有限状态机的状态个数相同，非分段函数对应的有限状态机的状态仅有一个。

进一步，所述步骤ⅲ中的所述输入参数和输出参数分别为对应的函数表达式的自变量和因变量，所述转换条件为对应的分段函数的分段计算条件或者非分段函数始终处于激活状态。

进一步，所述倒立摆系统包括支点和设置所述支点上的机械臂，所述机械臂的参数包括长len、宽wid、高heig、密度den、质量mass和惯量iner，函数表达式包括质量依赖关系和惯量依赖关系。

进一步，所述质量依赖关系为非分段函数，对应的状态结点仅有一个，且始终处于激活状态；所述惯量依赖关系为分段函数，对应的状态为两个，其转换条件分别为wid>len/20||heig>len/20，wid≤len/20||heig≤len/20。

本发明有益的技术效果如下：

本发明将参数之间的数学依赖关系表示为状态，将各个数学依赖关系之间的计算条件表示为状态之间的转移，支持多参数依赖关系建模，该模型结构稳定，并且当发生设计变化时，不同依赖关系可根据参数值动态切换，从而实现参数依赖关系的动态建模。这样即可有效消除人工修改参数依赖模型中可能的人工错误，缩短设计周期，提高设计效率。

附图说明

图1为本发明的总体方案流程图；

图2为本发明的实施例的倒立摆系统的结构示意图；

图3为本发明的实施例的质量依赖关系的有限状态机示意图；

图4为本发明的实施例的质量依赖关系的有限状态机的内部结构示意图；

图5为本发明的实施例的惯量依赖关系的有限状态机示意图；

图6为本发明的实施例的惯量依赖关系的有限状态机的内部结构示意图；

图7为本发明的实施例的整个系统的有限状态机模型。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

在产品设计活动中，设计决策最终由参数体现，而设计约束则表现为参数依赖关系，通过分析不同依赖关系的适用条件，可利用有限状态机对参数依赖关系进行精确表达，进而生成由有限状态机表示的参数依赖模型。参数依赖模型主要包括两类元素：参数和参数之间的数学依赖关系。有限状态机是一种表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型，本发明将参数之间的数学依赖关系表示为状态，将各个数学依赖关系之间的计算条件表示为状态之间的转移，支持多参数依赖关系建模，该模型结构稳定，并且当发生设计变化时，不同依赖关系可根据参数值动态切换，从而实现参数依赖关系的动态建模。这样即可有效消除人工修改参数依赖模型中可能的人工错误，缩短设计周期，提高设计效率。

如图1所示，本发明的总体方案流程图。本发明提供了一种基于有限状态机的参数依赖模型的生成方法，包括以下步骤：

步骤一、根据产品系统的参数和设计约束，列出对应的参数依赖关系表达式，并加入参数依赖关系集合中；

步骤二、对于所述参数依赖关系集合中的各个参数依赖关系表达式，逐一建立对应的有限状态机及其状态，并为所述状态设置转换条件；

步骤三、将产品系统的各个参数与对应的有限状态机的输入参数和输出参数相连，建立产品系统的参数依赖模型；

所述步骤二具体包括以下步骤：

步骤ⅰ、从所述参数依赖关系集合中任取一参数依赖关系表达式，所述参数依赖关系表达式的自变量为对应的有限状态机的输入参数，其因变量为对应的有限状态机的输出参数；

步骤ⅱ、判断所述参数依赖关系表达式是否为分段函数，若是，则创建一个对应的有限状态机的状态，内置所述参数依赖关系表达式；若否，则创建与分段函数的分段个数相同的状态，各个状态内置对应分段的参数依赖关系表达式；

步骤ⅲ、若状态仅为一个，则其转换条件始终处于激活状态；若状态个数大于一个，则其转换条件为对应的所述参数依赖关系表达式的分段函数的分段计算条件；

步骤ⅳ、重复步骤一至三，直至所述参数依赖关系集合为空集。

下面依倒立摆系统为例具体说明其的建模方法，如图2所示，该倒立摆系统包括支点和设置在支点上的机械臂，该机械臂的参数包括长len、宽wid、高heig、密度den、质量mass和惯量iner，函数表达式包括质量依赖关系和惯量依赖关系，如下列式子所示。

质量依赖关系：

mass＝f(len,wid,heig,den)；

惯量依赖关系：

质量依赖关系为非分段函数，则对应的有限状态机的状态仅有一个，且其转换条件始终处于激活状态，建立对应的有限状态机如图3所示，内部结构如图4所示。

惯量依赖关系为，则对应的有限状态机的状态和分段个数相同，即两个，转换条件为分段的计算条件，即wid>len/20||heig>len/20，wid≤len/20||heig≤len/20，建立对应的有限状态机如图5所示，内部结构如图6所示。

该机械臂的参数长len、宽wid、高heig、密度den、质量mass和惯量iner，与对应的有限状态机联系起来，进而建立整个倒立摆系统的有限状态机模型，如图7所示。

基于有限状态机建立的倒立摆系统的模型，结构比较稳定，可根据输入参数长len、宽wid和高heig的数值变化，实时计算状态的转换条件，判断是否切换至相应状态，从而实现保持模型的结构不变的情况下，参数依赖关系的动态变更。这样即可有效消除人工修改参数依赖模型中可能的人工错误，缩短设计周期，提高设计效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。