過程型機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)直接決定著產(chǎn)品的功能、質(zhì)量及成本，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)技術(shù)在一般機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息表達(dá)、結(jié)構(gòu)性能分析以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面的研究和應(yīng)用日趨成熟，但對(duì)于方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的支撐還相對(duì)較為薄弱。鑒于機(jī)械系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)往往依賴于特定領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，并可能需要依據(jù)設(shè)計(jì)問題的特點(diǎn)采用專用的設(shè)計(jì)模型和具體的智能化設(shè)計(jì)方法，其研發(fā)工作多為針對(duì)特定范圍、特殊類別機(jī)械系統(tǒng)的專用型系統(tǒng)。
　　 本文

2、研究針對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等具有過程系統(tǒng)特征的特定機(jī)械系統(tǒng)，提出將這些在功能原理上與過程系統(tǒng)相似，通過多個(gè)或多級(jí)部件的相互配合、協(xié)作，共同完成對(duì)進(jìn)出系統(tǒng)的物料變換或能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械系統(tǒng)歸類為“過程型機(jī)械系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“PMS”），進(jìn)而結(jié)合機(jī)械系統(tǒng)和過程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法，研究PMS計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)的共性問題和技術(shù)，具體包括功能原理分析，設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)過程和方法研究等，旨在研發(fā)PMS計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)以提高PMS方案設(shè)計(jì)的質(zhì)量與

3、效率。
　　 論文的主要內(nèi)容如下：
　　 提出了PMS的分類，定義了“過程部件”、“總體布置”等關(guān)鍵概念。其中“過程部件”泛指實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出物料或能量的進(jìn)行特定變換處理的機(jī)械部件，多級(jí)過程部件按照特定的邏輯組合構(gòu)成PMS的“總體布置”。對(duì)PMS的主要特征進(jìn)行了分析，提出從單元級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的物料變換邏輯兩個(gè)層次來理解PMS的功能原理，前者表現(xiàn)為過程部件對(duì)于進(jìn)出物料的分支數(shù)、類型以及相關(guān)屬性的變換，后者主要描述在特定總體布置邏輯下

4、，由PMS所有過程部件共同配合將輸入系統(tǒng)的物料逐級(jí)累積變換為輸出系統(tǒng)的物料。
　　 以PMS的概念和特征認(rèn)知為基礎(chǔ)，借鑒機(jī)械工程和過程系統(tǒng)工程的相關(guān)理論，提出將PMS的方案設(shè)計(jì)分為總體布置設(shè)計(jì)與過程部件設(shè)計(jì)兩個(gè)層次，通過總體布置設(shè)計(jì)解決系統(tǒng)層面的部件配合問題，而通過過程部件設(shè)計(jì)探索滿足特定物料變換任務(wù)的部件具體結(jié)構(gòu).結(jié)合“功能-行為-結(jié)構(gòu)”FBS設(shè)計(jì)模型理論，提出分別采用系統(tǒng)級(jí)和單元級(jí)的“功能-行為-結(jié)構(gòu)-知識(shí)”四元組描述PMS

5、的總體布置設(shè)計(jì)模型和過程部件設(shè)計(jì)模型。其中，“結(jié)構(gòu)”對(duì)應(yīng)于PMS中任一過程部件以及部件組合形成的PMS總體布置，“功能”表達(dá)結(jié)構(gòu)的物料變換需求，“行為”描述特定結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)物料變換內(nèi)容，“知識(shí)”統(tǒng)括設(shè)計(jì)過程所使用的規(guī)則、經(jīng)驗(yàn)、方法等。
　　 物料變換邏輯的描述和表達(dá)是構(gòu)建PMS方案設(shè)計(jì)模型的關(guān)鍵。將PMS系統(tǒng)中任意位置處的過程部件和物料分別抽象為“廣義過程部件”和“廣義物料”兩類對(duì)象，部件級(jí)的物料變換邏輯由一個(gè)廣義過程部件和

6、輸入輸出該部件的廣義物料集合組成，進(jìn)而再通過同一廣義物料對(duì)于相連廣義過程部件的流出和流入邏輯使得各廣義過程部件相互銜接形成系統(tǒng)級(jí)的物料變換邏輯.對(duì)于上述變換邏輯的形式化表達(dá)問題，在技術(shù)上提出了一種基于ID關(guān)聯(lián)的描述方法，采用ID來唯一標(biāo)識(shí)所對(duì)應(yīng)的過程部件和物料，通過記錄相關(guān)聯(lián)對(duì)象的ID來建立對(duì)象之間的連接關(guān)系。
　　 提出將PMS系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)活動(dòng)分解為方案創(chuàng)建、方案分析、方案評(píng)價(jià)和方案調(diào)整四項(xiàng)子活動(dòng)，分別在總體布置設(shè)計(jì)和過程部件

7、設(shè)計(jì)兩個(gè)層面上，研究了基于四項(xiàng)子活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)PMS方案設(shè)計(jì)的過程。歸納了支持PMS系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)過程的主要智能CAD方法，并闡述了這些方法在PMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的運(yùn)用。
　　 基于本文研究提出的PMS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)理論框架，具體針對(duì)鍋爐計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)問題，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件模型，研發(fā)了鍋爐方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原型，并給出了系統(tǒng)的具體應(yīng)用描述。
　　 本文針對(duì)PMS這一特殊類別的機(jī)械系統(tǒng)開展計(jì)算機(jī)輔助方案