機(jī)械原理的定義范文
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關(guān)鍵詞:醫(yī)院;固定資產(chǎn);管理;探析
一、醫(yī)院有關(guān)固定資產(chǎn)會計(jì)制度的改革
公立醫(yī)院作為特殊的事業(yè)單位,在會計(jì)核算上一直遵守的就是《醫(yī)院會計(jì)制度》。而在我國過去實(shí)行的《醫(yī)院會計(jì)制度》中,對固定資產(chǎn)的處理方法是:借記“專用基金——修購基金”貸記“銀行存款”或者“應(yīng)收賬款”等,同時借記“固定資產(chǎn)”貸記“固定基金”。對固定資產(chǎn)不計(jì)提折舊,而是計(jì)提修購基金——借記“醫(yī)療或藥品支出”,貸記“專用基金—修購基金。”也就是說,對于固定資產(chǎn)的折舊的計(jì)提根本不存在,其賬面上的數(shù)值反映的永遠(yuǎn)是固定資產(chǎn)的初始成本。這無疑會產(chǎn)生資產(chǎn)或是成本的虛增。而無論是資產(chǎn)的虛增還是成本的虛增,都會使醫(yī)院的資產(chǎn)負(fù)債表有水分,不能完整準(zhǔn)確的反應(yīng)醫(yī)院的經(jīng)營狀況,其次資產(chǎn)負(fù)債率也不準(zhǔn)確,報(bào)表使用者就不能很好的掌握醫(yī)院的實(shí)際情況。
針對這種情況,在我國2012年的新《醫(yī)院會計(jì)制度》中,取消了“固定基金”和“修購基金”科目,增加了固定資產(chǎn)的“累計(jì)折舊”以及“固定資產(chǎn)清理”科目進(jìn)行核算——公立醫(yī)院在按月提取固定資產(chǎn)的折舊時,借記“待沖基金”科目、“醫(yī)療業(yè)務(wù)成本”、“管理費(fèi)用”等科目,按照應(yīng)該計(jì)提的數(shù)額,貸記“累計(jì)折舊” 科目;而在出售、報(bào)廢、毀損的固定資產(chǎn)時,按照固定資產(chǎn)的賬面原值減去待處理的固定資產(chǎn)尚未沖減完畢的待沖基金,得出的金額,借記“固定資產(chǎn)清理”科目,按照已提取的折舊,借記“累計(jì)折舊”科目,按照相關(guān)待沖基金余額,借記 “待沖基金”科目,按照固定資產(chǎn)的賬面余額,貸記“固定資產(chǎn)”科目。這樣一來,便使得醫(yī)院固定資產(chǎn)的核算進(jìn)一步趨于正規(guī)化和合理化。
二、以往醫(yī)院固定資產(chǎn)會計(jì)制度的弊端
(一)造成醫(yī)院報(bào)表上凈資產(chǎn)的虛增
在我國過去的《醫(yī)院會計(jì)制度》中,有關(guān)固定資產(chǎn)的折舊及清理,并不沖減固定基金。期間,除非融資租賃,否則直到固定資產(chǎn)報(bào)廢清理完畢之前,賬面上固定資產(chǎn)和固定基金應(yīng)相等,即始終保持原始價值不變。在對固定資產(chǎn)、固定基金和修購基金進(jìn)行賬務(wù)處理時,采取這種方案顯然是不合理的。因?yàn)樵谔崛⌒拶徎饡r,并沒有設(shè)置“累計(jì)折舊”會計(jì)科目,也就不可以明確的反映固定資產(chǎn)的凈殘值,從而引起醫(yī)院資產(chǎn)和凈資產(chǎn)虛增。導(dǎo)致會計(jì)信息無法真實(shí)反映固定資產(chǎn)的凈值,不利于對固定資產(chǎn)的管理。
(二)造成醫(yī)院報(bào)表上成本的虛增
在從前的《醫(yī)院會計(jì)制度》中,固定資產(chǎn)的修購基金的計(jì)提是由醫(yī)院收入和結(jié)余決定的,而固定資產(chǎn)的價值對其并不產(chǎn)生影響。在實(shí)際操作時,許多醫(yī)院會鉆《醫(yī)院會計(jì)制度》中沒有明確規(guī)定列支方法的空子——當(dāng)有大量的資本性支出出現(xiàn)時,便直接從修購基金中列支,有的醫(yī)院甚至直接將其列入當(dāng)期成本。隨后再根據(jù)固定資產(chǎn)原值計(jì)提修購基金??梢钥闯?,當(dāng)采取這種方法進(jìn)行核算時,勢必會造成支出的增加,是成本的虛增一種表現(xiàn)形式。
三、醫(yī)院財(cái)務(wù)會計(jì)制度改革與固定資產(chǎn)管理的協(xié)調(diào)意義
(一)有利于完善醫(yī)院固定資產(chǎn)會計(jì)信息的真實(shí)性,有利于社會對醫(yī)院的監(jiān)督
在過去的會計(jì)制度下,修購基金作為一種專用基金,當(dāng)余額不足時,是不允許再購入固定資產(chǎn)的,是絕對不可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的。但是,隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,醫(yī)院對于先進(jìn)設(shè)備的需求又促使眾多醫(yī)院以身犯險(xiǎn),在修購基金無法滿足需求時,仍繼續(xù)購買,只是在賬面上不在作出改變。這樣一來,明顯違背了財(cái)務(wù)準(zhǔn)則的要求,出現(xiàn)了賬實(shí)不符,會計(jì)信息失真的現(xiàn)象。而在新醫(yī)院會計(jì)準(zhǔn)則下,取消了對于“修購基金”的賬戶設(shè)置。而是采取了與工業(yè)上類似的固定資產(chǎn)折舊法,在固定資產(chǎn)使用年限內(nèi),通過“累計(jì)折舊”科目進(jìn)行定期計(jì)提折舊。做到賬實(shí)相符,確保會計(jì)信息的真實(shí)性和可用性。
(二)有利于加強(qiáng)醫(yī)院對固定資產(chǎn)的管理,節(jié)省資金,創(chuàng)造效益
在舊醫(yī)院會計(jì)準(zhǔn)則下,醫(yī)院對于固定資產(chǎn)的管理是比較混亂的。許多醫(yī)院都出現(xiàn)了過度重視固定資產(chǎn)購置、輕視固定資產(chǎn)管理的現(xiàn)象。長期以來,我國的公立醫(yī)院固定資產(chǎn)的管理處于一種不嚴(yán)格的狀態(tài),賬戶設(shè)置不合理、不科學(xué),且對于固定資產(chǎn)缺乏有效的監(jiān)控。固定資產(chǎn)的購置呈現(xiàn)較大隨意性和盲目性。由于不計(jì)提折舊,又導(dǎo)致固定資產(chǎn)的重復(fù)購置以及過度購置的情況,造成了資金的大量浪費(fèi)。新醫(yī)院會計(jì)準(zhǔn)則的修改,充分考慮了這一方面,并加以規(guī)定和控制。明確規(guī)定了固定資產(chǎn)購置后的管理方法和處理方式,有效的節(jié)省了資金,為醫(yī)院創(chuàng)造效益。
四、對進(jìn)一步完善醫(yī)院固定資產(chǎn)財(cái)務(wù)會計(jì)制度的建議
(一)增加固定資產(chǎn)減值核算
雖然現(xiàn)行的醫(yī)院會計(jì)制度已經(jīng)很大程度上的改善了我國公立醫(yī)院固定資產(chǎn)的購置和管理,但是有部分的內(nèi)容可以進(jìn)一步的修改完善??梢越梃b會計(jì)制度的謹(jǐn)慎性原則,增加“固定資產(chǎn)減值準(zhǔn)備”科目,根據(jù)賬面凈值與市價孰低法,確定固定資產(chǎn)的即時價值,并對差額計(jì)提減值準(zhǔn)備。這樣一來,既可以清晰的反應(yīng)固定資產(chǎn)的真實(shí)價值,又可以有效的避免醫(yī)院的經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。
(二)對某些小額使用期短的固定資產(chǎn)列入低值易耗品核算
固定資產(chǎn)占醫(yī)院資產(chǎn)的比例較大,是醫(yī)院財(cái)務(wù)會計(jì)核算的重點(diǎn)。固定資產(chǎn)的管理亦顯得尤為重要。但由于醫(yī)院的特殊性,醫(yī)院使用的固定資產(chǎn)種類、數(shù)量也是極龐大的。管理起來自然有些難度。鑒于這點(diǎn),可以考慮適當(dāng)?shù)膶⑹褂闷诙?,且金額較小的固定資產(chǎn)作為低值易耗品處理。這樣可以有效的減少會計(jì)人員的工作量,管理起來也方便許多。
在公立醫(yī)院的《醫(yī)院會計(jì)準(zhǔn)則》修改的道路上,我們能做的還有很多。不斷的完善和實(shí)踐固定資產(chǎn)的管理,是我們每個人的責(zé)任和義務(wù)。認(rèn)真負(fù)責(zé)的管理和處置固定資產(chǎn),不僅可以真實(shí)的反應(yīng)醫(yī)院固定資產(chǎn)的價值和規(guī)模,還可以使報(bào)表使用人更好的利用報(bào)表做出相應(yīng)的決策。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:有限元 機(jī)械工程 應(yīng)用 前言
有限元方法誕生于20世紀(jì)中葉,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展,已成為計(jì)算力學(xué)和計(jì)算工程領(lǐng)域里最為有效的計(jì)算方法。許多工程分析問題,如固體力學(xué)中的位移場和應(yīng)力場分析、電磁學(xué)中的電磁場分析、振動特性分析、熱學(xué)中的溫度場分析、流體力學(xué)的流場分析等,都可歸結(jié)為在給定邊界條件下求解其控制方程的問題。有限元技術(shù)的出現(xiàn)為機(jī)械工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造提供了強(qiáng)有力的工具,它可以解決許多以往手工計(jì)算根本無法解決的問題,為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中要設(shè)計(jì)生產(chǎn)出性能優(yōu)越、可靠的機(jī)械產(chǎn)品,不應(yīng)用計(jì)算及進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)分析是根本無法實(shí)現(xiàn)的,因此目前各生產(chǎn)設(shè)計(jì)部門都非常重視在設(shè)計(jì)制造過程中采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。 有限元法簡介
有限元法最早是人們在研究固體力學(xué)的時候應(yīng)運(yùn)而生的,早在七八十年前,就有一些美國人在結(jié)構(gòu)矩陣的分析方面有了一些研究發(fā)現(xiàn),隨后就有人研究出了鋼架位移的方法,并將其推廣應(yīng)用到了彈性力學(xué)平面的分析當(dāng)中,也就是把一些連續(xù)的整體劃分為矩形和三角形,再將這些小的單元中的位移函數(shù)用近似的方法表達(dá)出來。后來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)的水平也有了很大的提高,有限元法也就相應(yīng)的發(fā)展起來了,因?yàn)橛邢拊ㄔ诋a(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)的過程中起到了相當(dāng)大的作用,所以有限元軟件越來越受到相關(guān)專業(yè)人士的喜愛,而其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也是非常廣泛的。
3.有限元法在機(jī)械工程中的應(yīng)用
近年來,國內(nèi)外許多學(xué)者對機(jī)械零部件的有限元分析進(jìn)行了大量的研究,歸納起來主要是以下幾個方面:
(1)靜力學(xué)分析。當(dāng)作用在結(jié)構(gòu)上的載荷不隨時間變化或隨時間的變化十分緩慢,應(yīng)進(jìn)行靜力學(xué)分析。這是對機(jī)械結(jié)構(gòu)受力后的應(yīng)力、應(yīng)變和變形的分析,是有限元法在機(jī)械工程中最基本、最常用的分析類型。
(2)動力學(xué)分析。機(jī)械零部件在工作時不僅受到靜載荷作用,當(dāng)外界有與其固有頻率相近的激勵時,還會引起共振,嚴(yán)重破壞結(jié)構(gòu)從而引起失效。故零部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,對復(fù)雜結(jié)構(gòu),在滿足靜態(tài)剛度要求條件下,要檢驗(yàn)動態(tài)剛度。
(3)熱應(yīng)力分析。這類分析用于研究結(jié)構(gòu)的工作溫度不等于安裝溫度時或工作時結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在溫度分布時,結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力。
(4)接觸分析。接觸分析用于分析兩個結(jié)構(gòu)物發(fā)生接觸時的接觸面狀態(tài)、法向力等。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)間力的傳遞均是通過接觸來實(shí)現(xiàn)的,所以有限元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用很多都是接觸分析。這是一種非線性分析,以前受計(jì)算能力的制約,接觸分析應(yīng)用的較少。
(5)屈曲分析。這是一種幾何非線性分析,用于確定結(jié)構(gòu)開始變得不穩(wěn)定時的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀,例如壓桿穩(wěn)定性問題。
5.有限元法的設(shè)計(jì)過程
5.1 模型簡化
將模型中的一些對整體的分析結(jié)果不會產(chǎn)生影響的部分去掉,例如,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的倒角、圓角等,因?yàn)橛羞@些因素存在會影響單元格劃分的質(zhì)量,以及增加大量的運(yùn)算量,使結(jié)果計(jì)算時不易收斂。本例中,我們以一個由內(nèi)襯套,外襯套和天然橡膠構(gòu)成的橡膠襯套為例,分析其在徑向受載時,橡膠的形變狀況,內(nèi)襯套固定,在徑向沒有孔的方向加載荷,載荷大小為5 000 N,加載速度為5 mm/min。
5.2定義材料特性
給構(gòu)成模型的各部分以材料參數(shù),如對于各向同性材料我們只需定義其楊氏模量,泊松比就可以了(這類材料一般為金屬材料);對于非線形變化的材料需將材料的拉伸或壓縮的應(yīng)力應(yīng)變曲線輸入到計(jì)算機(jī),然后通過擬合得到相關(guān)的系數(shù)再賦予模型的不同部分。
5.3 載荷狀況(工況)定義
至邊界條件定義完成后,模型的基本的受力,位移及材料都已經(jīng)定義完成了,接下來需要定義工況(load case),主要目的是選擇前面已經(jīng)定義好的邊界條件,載荷條件等,還需定義收斂的方法。例如全牛頓-拉弗森法等一些極限收斂的準(zhǔn)則。本例中采用的是修正的牛頓-拉弗森法.總的運(yùn)算時間為0.6秒,疊加次數(shù)30步。
5.4 作業(yè)定義
將已經(jīng)定義好的工況選擇到作業(yè)中,對于更復(fù)雜的模型,可能還需要定義初始載荷等。本例中沒有初始載荷的定義,在作業(yè)定義中還需選擇分析操作的類型和分析結(jié)果。本例中輸出的結(jié)果為應(yīng)力,柯西應(yīng)力以及等效的柯西應(yīng)力等,分析類型為平面應(yīng)變分析。
5.5 單元類型定義
定義完作業(yè)后需要進(jìn)行單元類型定義,因?yàn)樵谠撥浖校煌愋偷慕Y(jié)構(gòu)對應(yīng)著不同類型的單元類型及輸出結(jié)果。本例采用了單元類型為80的用于平面應(yīng)變分析的四邊形單元。
6.有限元技術(shù)發(fā)展趨勢
有限元法最初應(yīng)用在求解結(jié)構(gòu)的平面問題,發(fā)展至今已由二維問題擴(kuò)展到三維問題、板殼問題,由單一物理場的求解擴(kuò)展到多物理場的耦合,由靜力學(xué)問題擴(kuò)展到動力學(xué)問題、穩(wěn)定性問題,由結(jié)構(gòu)力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科,由線性問題擴(kuò)展到非線性問題,由彈性材料擴(kuò)展到彈塑性、塑性、黏彈性、黏塑性和復(fù)合材料,從航空技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展到航天、土木建筑、機(jī)械制造、水利工程、造船、電子技術(shù)及原子能等,其應(yīng)用的深度廣度都得到了極大的拓展。有限元法的發(fā)展過程是與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相聯(lián)的。只有計(jì)機(jī)技術(shù)高度發(fā)展以后,有限元法才得到廣泛的應(yīng)用。一個復(fù)雜的問題的求解,過去用小型機(jī)花費(fèi)幾天才能得到結(jié)果,現(xiàn)在用PC機(jī)幾個小時就能完成同樣的工作。商業(yè)有限元軟件也由只能在大中型計(jì)算機(jī)上使用,轉(zhuǎn)入到多數(shù)都能在PC平臺上運(yùn)行??梢灶A(yù)期,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,有限元法的應(yīng)用還將進(jìn)一步擴(kuò)大,并將成為工程技術(shù)中更重要、更有力的數(shù)值計(jì)算工具。
7.結(jié)束語
有限元的應(yīng)用大大提高了企業(yè)的設(shè)計(jì)效率,優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案,縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。越來越多的企業(yè)和技術(shù)人員意識到CAE技術(shù)是一種巨大是生產(chǎn)力。可以預(yù)見,不久的將來,有限元法的應(yīng)用,必將更加普及,將會有更大的突破必將推動了科技進(jìn)步和社會發(fā)展,并且會取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn):
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篇3
唯物辯證法量變質(zhì)變關(guān)系原理要求我們堅(jiān)持適度原則。當(dāng)我們需要保持事物性質(zhì)的穩(wěn)定時,就必須把量變控制在一定的限度內(nèi),注意分寸和火候。初中物理教學(xué)中,鑒于學(xué)生的生理、心理特點(diǎn)和認(rèn)知水平,對一些概念、規(guī)律、公式、原理、實(shí)驗(yàn)等不能講得過深,要恰到好處。以概念教學(xué)為例,質(zhì)量與物體慣性大小有關(guān),與運(yùn)動有著非常密切的關(guān)系,按說從這些關(guān)系中分析更能透徹地理解它,但由于學(xué)生已有知識的局限,這里只能依據(jù)教材去理解,只能將質(zhì)量理解為“物質(zhì)的量的量度”,因?yàn)檎n本對質(zhì)量的定義是“物體里所含物質(zhì)的多少叫做質(zhì)量”。再如電壓,從本質(zhì)上講屬于“功”和“能”的范疇,定義電壓,不能用電勢差等超出學(xué)生認(rèn)識范圍的知識去說明,也不能引入電做功等學(xué)生陌生的知識。正確的處理方式是:分散講解,類比分析,注重分寸,循序掌握。首先,突出電壓特征,說明電壓是迫使自由電荷定向移動形成電流的原因;其次,從功和能的角度闡述電壓實(shí)質(zhì),指出電流做功和水流相似,電壓越大,在相同的時間內(nèi),電流越大做功越多。這既揭示了電壓的本質(zhì)含義,又使學(xué)生較容易地掌握了該概念,為學(xué)好電學(xué)打好基礎(chǔ)。
二、要堅(jiān)持具體問題具體分析原則
唯物辯證法認(rèn)為,矛盾有特殊性。這一原理要求我們想問題、辦事情要做到具體問題具體分析。初中物理教學(xué)中,要注意區(qū)分同一物理現(xiàn)象在不同條件下的特點(diǎn);運(yùn)用不同的方法解決不同條件下的問題。例如,在教學(xué)“壓強(qiáng)”時,就有必要把液體的壓強(qiáng)同氣體、固體的壓強(qiáng)進(jìn)行比較,引導(dǎo)學(xué)生掌握靜止液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn):液體內(nèi)部各方向都有壓強(qiáng);液體內(nèi)部壓強(qiáng)隨深度增加而增大;同一深度各方向壓強(qiáng)相等;壓強(qiáng)與液體密度有關(guān)。再如,功的原理:人們使用任何機(jī)械所做的功都等于不使用機(jī)械而直接用手做的功;使用任何機(jī)械都不省功;使用任何機(jī)械時動力對機(jī)械所做的功一定等于機(jī)械克服阻力所做的功。教學(xué)中對此要做具體分析:第一種表述適用于不計(jì)摩擦和機(jī)械本身重力的理想情況;第二種表述適用于一般情況;第三種表述是第二種表述的另一種方式,但略有不同,更能反映“使用機(jī)械不能省功”的道理。在具體解決問題的過程中,對不同情況宜用不同方法,對上述理想情況,直接用功的原理解決;對非理想情況可借助機(jī)械效率求解。
三、要堅(jiān)持實(shí)事求是原則
規(guī)律具有客觀性,所以我們要按客觀規(guī)律辦事,堅(jiān)持實(shí)事求是的原則。例如,在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,要培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的作風(fēng)。實(shí)驗(yàn)是人為的,既是客觀存在,又具近似性,會產(chǎn)生誤差。實(shí)驗(yàn)者應(yīng)承認(rèn)客觀事實(shí),不允許拼湊數(shù)據(jù),制造假象,應(yīng)認(rèn)真分析誤差,重做實(shí)驗(yàn),使結(jié)果更準(zhǔn)確。再如物理規(guī)律的教學(xué),要引導(dǎo)學(xué)生在溫故知新中尋求物理規(guī)律的事實(shí)依據(jù),掌握物理規(guī)律的探究方法;讓學(xué)生理解規(guī)律的物理意義,明確規(guī)律的適用條件和范圍;引導(dǎo)學(xué)生研究規(guī)律與相關(guān)知識的關(guān)系,用所學(xué)規(guī)律解釋物理現(xiàn)象,解決實(shí)際問題。例如,在學(xué)習(xí)電壓、電阻的基礎(chǔ)上引出歐姆定律:I=U/R,其物理意義是:電流的強(qiáng)弱取決于加在導(dǎo)體兩端的電壓大小和導(dǎo)體本身的電阻大小,即某段電路中的電流大小,與其兩端的電壓成正比,與電阻成反比。其適用范圍和條件是:適用于金屬導(dǎo)體,不適用于氣體導(dǎo)體和高電壓的液體導(dǎo)體,也不適用于含源電路或含有非線性元件的電路,I、U、R必須是同段電路上的三個物理量。
篇4
【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)創(chuàng)新;創(chuàng)新方法
引言
科技的發(fā)展和進(jìn)步離不開創(chuàng)新精神,在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域同樣如此。文章對現(xiàn)代機(jī)械的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹,并對國內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法進(jìn)行了深入細(xì)致的分析和探討,希望能夠起到一定的參考借鑒作用。
一、機(jī)械自動化的定義
對于現(xiàn)代機(jī)械的定義,因?yàn)檠杏懙囊朁c(diǎn)不一樣,進(jìn)而給出不一樣的定義。例如美國機(jī)械工程師協(xié)會,在1984 年將其定義為:“現(xiàn)代機(jī)械就是經(jīng)過計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)和諧與控制的機(jī)械和(或)機(jī)電部件彼此聯(lián)系的體系,該體系可以完結(jié)機(jī)械力、運(yùn)動和能量流等動力學(xué)任務(wù)”。而世界機(jī)器與組織理論聯(lián)合會將現(xiàn)代機(jī)械定義為:機(jī)電一體化是精細(xì)機(jī)械工程、電子控制和體系思維在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的協(xié)同聯(lián)系。
二、現(xiàn)代機(jī)械特點(diǎn)
1、性能較高結(jié)構(gòu)簡單
與傳統(tǒng)機(jī)械不同的是,現(xiàn)代機(jī)械具有較高的性能,其結(jié)構(gòu)也越來越簡單,功能變更更加容易、方便。隨著技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計(jì)方法變得多樣化,作為設(shè)計(jì)人員,可以將多種技術(shù)進(jìn)行融合,最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械的綜合利用。并通過不同的角度和切入點(diǎn),使現(xiàn)代機(jī)械具有更加科學(xué)合理的結(jié)構(gòu),順應(yīng)時展的需求。
2、成本降低效率提高
現(xiàn)代機(jī)械的成本大幅度降低,因此能夠獲得更多的效益,節(jié)省人力、物力、財(cái)力。同時現(xiàn)代機(jī)械的效率也獲得提高,縮短了工作時間。對于工作成果的展示更加清晰和明確,使現(xiàn)代機(jī)械使用人員對于工作成果可以進(jìn)行較為直觀的理解和感受。在產(chǎn)品質(zhì)量上也獲得提高,工作整體質(zhì)量得以提升。
三、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法概論
1、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新理論
現(xiàn)代機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一種實(shí)踐活動,以理論知識和實(shí)踐知識為基礎(chǔ),充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的想象力和創(chuàng)造力,合理運(yùn)用已有的科技成果和技術(shù)手段,使得設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品更加具有實(shí)用性、創(chuàng)造性。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)已成為一個龐大的學(xué)科,種類和結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,功能更加多樣化。機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新理論是指在機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)理論的基礎(chǔ)上,聯(lián)系并緊密結(jié)合認(rèn)識哲學(xué)、認(rèn)識科學(xué)、思維科學(xué)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、發(fā)明學(xué)、創(chuàng)造學(xué)等相關(guān)學(xué)科中的有益成分,凝結(jié)設(shè)計(jì)人員的聰明才智,并且運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等技術(shù)手段,融合美學(xué)原理,設(shè)計(jì)出對國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步有價值的產(chǎn)品。
2、機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新內(nèi)涵
機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新可以通過多種方式實(shí)現(xiàn),較為常用的是提高機(jī)械產(chǎn)品的性能以及優(yōu)化產(chǎn)品的技術(shù)特性,如適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)。此外,也可以設(shè)計(jì)全新的機(jī)械產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。隨著社會的發(fā)展,科技的進(jìn)步,舊的設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的需求,機(jī)械設(shè)計(jì)需要具有獨(dú)創(chuàng)性、實(shí)用性、突破性和聯(lián)動性。獨(dú)創(chuàng)性,即打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式和設(shè)計(jì)理念,采用科學(xué)合理的全新的方案和組合。實(shí)用性,即機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)具有針對性,滿足市場的需求,具有合理的功能,易于生產(chǎn),使用方便。突破性,即轉(zhuǎn)變原有的思維方式,不局限于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域自身,而是擴(kuò)展到其他領(lǐng)域,并從中獲取靈感,為機(jī)械設(shè)計(jì)提出新的原理,開拓新的局面。
3、開展現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的意義
現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的研究成果,運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,同時其具有的學(xué)術(shù)價值更是不容忽視的,對于機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義,是其發(fā)展的根本動力。機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品所體現(xiàn)出來的并不僅僅是科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用與實(shí)現(xiàn),更是設(shè)計(jì)者思維方式的反映。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中,其思維方式也不斷地獲得提高。同樣設(shè)計(jì)者的思維方式融入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中,使產(chǎn)品更加具有人性化的特征。在兩者的相互作用下,使得機(jī)械設(shè)計(jì)作品更具實(shí)用性和可操作性,向著集約化、自動化、智能化的方向發(fā)展?,F(xiàn)代化的創(chuàng)新力量不斷涌入,必將促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展,使機(jī)械產(chǎn)品更加充滿生機(jī)和活力。
四、國內(nèi)外機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的方法研究
1、國內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,對于機(jī)械產(chǎn)品無論從質(zhì)量上還是從精度上都有了更高的要求,機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域也產(chǎn)生了重大的突破,取得了令人矚目的成果。先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法不斷涌現(xiàn),在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上獲得了進(jìn)展。機(jī)械設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的過程,涉及到的知識和理論也非常復(fù)雜,在設(shè)計(jì)過程中會遇到各種各樣的問題,然而在我國的科研工作者和機(jī)械設(shè)計(jì)人員堅(jiān)持不懈的努力下,豐富了機(jī)械設(shè)計(jì)的理論,積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對于機(jī)械設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題,已經(jīng)能夠很好地進(jìn)行解決。高科技及先進(jìn)理論的引進(jìn)使設(shè)計(jì)過程得以簡化,為機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展作出重要的貢獻(xiàn)。當(dāng)前,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)、局部或全局性設(shè)計(jì)等創(chuàng)新方法已獲得廣泛的應(yīng)用。
2、國外機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法
相對于國內(nèi)的機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新,國外的創(chuàng)新研究開始的較早,并取得了一定的研究成果,目前應(yīng)用得較為廣泛有以下三種。普適設(shè)計(jì)理論是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,起源于德國,通過將現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法進(jìn)行總結(jié)和規(guī)范,形成具體的設(shè)計(jì)規(guī)則模型,根據(jù)既有的經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)和構(gòu)建能量的輸出和輸入環(huán)節(jié),進(jìn)而將機(jī)械設(shè)計(jì)的功能結(jié)構(gòu)具體化。公理化設(shè)計(jì)理論方法則是在決策的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,起源于美國,使科學(xué)決策和系統(tǒng)理論相結(jié)合,與普世理論相同的是,功利化設(shè)計(jì)方法同樣注重于經(jīng)驗(yàn)的積累,最終形成以法律公則和科學(xué)方法為基礎(chǔ)的創(chuàng)新方法。公理化設(shè)計(jì)理論的優(yōu)勢在于能夠優(yōu)化和完善較為復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì),其設(shè)計(jì)效果也比較令人滿意。三次設(shè)計(jì)法理論主要包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)幾個方面,起源于日本,近幾年獲得了較為廣泛的應(yīng)用。這種方法是目前較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法,準(zhǔn)確率和效率都有所提高,機(jī)械設(shè)計(jì)的整個過程可以很快的完成,充分體現(xiàn)了高質(zhì)、高效、方便、快捷的特性。
3、培養(yǎng)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維
在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中,創(chuàng)新思維方式的培養(yǎng)非常重要。這是因?yàn)闄C(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是極具創(chuàng)造性的工作,作為設(shè)計(jì)人員,在提高自身知識水平和能力的同時,培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的思維方式尤為重要。對于機(jī)械設(shè)計(jì)工作應(yīng)以全新的視角來看待,突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和思維模式,廣開新思路,探索新方法、新技巧,運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)手段,使原有的設(shè)計(jì)更加完善或者創(chuàng)造出全新的設(shè)計(jì)作品。
結(jié)束語
與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)相比,現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有自身設(shè)計(jì)新理念和新思路。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)離不開創(chuàng)新思維,創(chuàng)新思維是社會發(fā)展的源泉,是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中重要的組成部分。機(jī)械設(shè)計(jì)人員只有樹立創(chuàng)新思維的理念,并結(jié)合自身豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論知識,同時充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢,發(fā)揮主觀能動性,才能夠設(shè)計(jì)出滿足人們對于產(chǎn)品越來越高的要求,從而促進(jìn)我國現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]許鴻艷.討論現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方法及研究進(jìn)展[J].湖南農(nóng)機(jī),2013,40(5):55-57.
篇5
【關(guān)鍵詞】Flash;ActionScript;模擬課件;機(jī)械教學(xué)
【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2009)08―0093―05
隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展,采用計(jì)算機(jī)來制作模擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛,特別是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件不足、實(shí)驗(yàn)器材缺少的情況下,采用計(jì)算機(jī)模擬部分教學(xué)實(shí)驗(yàn)具有簡單、快捷、成本低廉等特點(diǎn)。而在這類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬課件中,模擬的關(guān)鍵在于與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的相互一致性,即能精確模擬或再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)境條件下的實(shí)驗(yàn)過程。例如,在學(xué)校機(jī)械類課程的教學(xué)中,教學(xué)課件不僅要能實(shí)現(xiàn)較精確的模擬運(yùn)動,還要能夠讓課件具有一定的交互性和仿真性。然而早期的教學(xué)用模擬課件一般采用簡單的逐幀運(yùn)動模擬,不能完全反映真實(shí)情況下的機(jī)械運(yùn)動效果。為此,本文采用Flash ActionScript腳本程序結(jié)合實(shí)例詳細(xì)介紹了平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)教學(xué)模擬課件和2K-H型周轉(zhuǎn)輪系教學(xué)模擬課件的制作過程,并和傳統(tǒng)Flash模擬機(jī)械課件作分析比較,指出Flash ActionScript技術(shù)在制作機(jī)械類教學(xué)課件中的優(yōu)越性,以期起到拋磚引玉的作用。
一 傳統(tǒng)Flash模擬平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動模擬課件的制作方法
傳統(tǒng)Flash機(jī)械教學(xué)課件是利用逐幀動畫的原理,近似地來模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動,并輔以簡單的控制,如暫停、播放等。平面曲柄滑塊的傳統(tǒng)Flash模擬教學(xué)課件的制作過程如下:
創(chuàng)建各桿件及滑塊的圖形元件,并按相應(yīng)位置分別放置在Flash主場景中不同的層上,采用補(bǔ)間動畫形式建立動畫,曲柄元件在總幀內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周,逐幀調(diào)整連桿元件及滑塊元件的位置和轉(zhuǎn)角使其對應(yīng),在action層的最后幀加gotoAndPlay(2)返回第二幀,形成連續(xù)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)模型(圖1),生成的swf動畫模型文件體積約為3KB。其相應(yīng)元件的對應(yīng)關(guān)系是通過鼠標(biāo)或鍵盤方向鍵調(diào)整,類似桿件設(shè)計(jì)的幾何作圖法,存在一定人為操作的誤差,所以該方法僅是機(jī)構(gòu)運(yùn)動的簡單模擬,且運(yùn)動情況單一,作為機(jī)械教學(xué)模擬課件適用范圍略顯不足。
二 基于Flash ActionScript的平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)教學(xué)模擬課件的研制
基于Flash ActionScript的動畫模擬是利用ActionScript腳本語言結(jié)合Flash軟件本身繪制矢量圖的優(yōu)勢來制作。類似桿件設(shè)計(jì)的解析法,制作上述平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的教學(xué)模擬課件必須要了解其運(yùn)動的規(guī)律。若桿AB為曲柄,長度為l1,BC為連桿,長度為l2,C1、C2為滑塊極限位置, H為滑塊的行程,e為偏距(圖2)。根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動的原理[1],當(dāng)曲柄AB勻速轉(zhuǎn)動,各節(jié)點(diǎn)、滑塊及角度 和 之間有如下關(guān)系:
A點(diǎn)的坐標(biāo)為 ,則
B點(diǎn)的坐標(biāo)為;
C點(diǎn)的坐標(biāo)為 , ;
C1點(diǎn)的坐標(biāo)為 , ;
C2點(diǎn)的坐標(biāo)為 , ;
行程 ;
角度 和 之間關(guān)系有;
滑塊的坐標(biāo)即為點(diǎn)C的坐標(biāo);
為保證運(yùn)動可行性,兩桿長度還必須有 的關(guān)系。
根據(jù)以上關(guān)系,設(shè)計(jì)出平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動畫模型,可以根據(jù)輸入不同的曲柄和連桿的長度和偏距來觀察機(jī)構(gòu)不同的運(yùn)動變化情況,并顯示不同狀態(tài)下滑塊的行程,且曲柄的轉(zhuǎn)速可調(diào)。其制作過程如下:
在Flash中分別創(chuàng)建一個小圓點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))的影片剪輯元件和滑塊影片剪輯元件,放置在Flash主場景中并分別命名為“da”和“hk”;繪制4個輸入文本框和1個動態(tài)文本框,分別定義為“sd”、“qb”、“l(fā)g” 、“pxj”和“H”,表示輸入的速度值、曲柄長度值、連桿長度值和顯示行程的值;點(diǎn)A、B、C、C1和C2的坐標(biāo)分別表示為“xa”、“ya”、“xb”、“yb”、“xc”、“yc”、“xc1”、“yc1”和“xc2”、“yc2”;Flash公用庫中引入3個按鈕,分別用于確認(rèn)輸入數(shù)值和控制運(yùn)動的播放(命名為“anp”)和暫停(命名為“ans”)(圖3)。注意Flash中的y坐標(biāo)軸正向向下,具體ActionScript程序如下:
主場景第一幀上的程序:
this.anp._visible = 0;//隱藏播放按鈕
this.ans._visible = 1;//顯示暫停按鈕
this.jg._visible=0;//隱藏輸入警告
xa = this.da._x;
ya = this.da._y;//將xa和ya表示為點(diǎn)A的坐標(biāo)值
i = 90;//定義曲柄初始角度
v = 5;//定義曲柄初始轉(zhuǎn)速
l1 = 100;//定義曲柄初始長度,用l1表示
l2 = 200;//定義連桿初始長度,用l2表示
e=0;//定義偏距初始值,用e表示
duplicateMovieClip(this.da, "db", 2);//生成點(diǎn)B
this.db._x = xa+l1*Math.cos(i*Math.PI*1.0E+00/180);
this.db._y = ya+l1*Math.sin(i*Math.PI*1.0E+00/180);
//定義點(diǎn)B的初始位置
xb = this.db._x;
yb = this.db._y;//將xb和yb表示為點(diǎn)B的坐標(biāo)值
duplicateMovieClip(this.da, "dc1", 3);//生成點(diǎn)C1
this.dc1._alpha = 50;//改變點(diǎn)C1的透明度為50%
this.dc1._x = xa+(l2-l1);
this.dc1._y = ya+e;
//定義點(diǎn)C1的初始位置
duplicateMovieClip(this.dc1, "dc2", 4);//生成點(diǎn)C2
this.dc2._x = xa+(l2+l1);
this.dc2._y = ya+e;
//定義點(diǎn)C2的初始位置
H = this.dc2._x-this.dc1._x;
//將H表示為行程并顯示在文本框H中
duplicateMovieClip(this.da, "dc", 5);//生成點(diǎn)C
this.dc._x = xb+l2*Math.cos(Math.acos(l1*Math.sin(Math.atan((xb-xa)/(yb-ya)))/l2));
this.dc._y = ya;//定義點(diǎn)C的初始位置
this.hk._x = this.dc._x;
this.hk._y = this.dc._y;
//定義滑塊的初始位置,即為點(diǎn)C的位置
this.pj._y = ya+e;
主場景第二幀上的程序:
this.dc1._x = xa+Math.sqrt(Math.pow((l2-l1), 2)-Math.pow(e, 2));
this.dc1._y = ya+e;
this.dc2._x = xa+Math.sqrt(Math.pow((l2+l1), 2)-Math.pow(e, 2));
this.dc2._y = ya+e;
this.pj._y = ya+e;
H = Math.round((this.dc2._x-this.dc1._x)*100)/100;
//將H表示為行程并顯示在文本框H中(保留兩位小數(shù))
xb = xa+l1*Math.sin(i*Math.PI*1.0E+00/180);
yb = ya-l1*Math.cos(i*Math.PI*1.0E+00/180);
this.dc._x = xb+Math.sqrt(Math.pow(l2, 2)-Math.pow((ya-yb+e), 2));
this.dc._y=ya+e;
xc = this.dc._x;
yc = this.dc._y;
this.hk._x = xc;
this.hk._y = yc;
this.pj._y = yc;
this.createEmptyMovieClip("gan", 1);
gan.lineStyle(5, 0x333333, 100);
gan.moveTo(xa, ya);
gan.lineTo(xb, yb);
gan.lineTo(xc, yc);//繪制曲柄和連桿
this.db._x = xb;
this.db._y = yb;
if (i>=360) { i = 0;}
i = i+v;
主場景第三幀上的程序:
gan.clear();
gotoAndPlay(2);
按鈕上的ActionScript程序如下:
輸入確定按鈕
on (release, keyPress "") {
//將文本框中輸入的數(shù)值賦給對應(yīng)的值
v = Number(sd);
l1 = Number(qb);
l2 = Number(lg);
e= Number(pxj);
if (l2
this.jg._visible = 1;
l2 = l1;
e=0;
} else {
this.jg._visible = 0;
}
}
播放按鈕
on (release) {
play();
this.anp._visible = 0;
this.ans._visible = 1;
}
暫停按鈕
on (release) {
stop();
this.anp._visible = 1;
this.ans._visible = 0;
}
制作成的教學(xué)模擬課件如圖3 所示,生成的swf動畫文件體積約為8KB。該模擬課件可以顯示機(jī)構(gòu)在不同條件下的運(yùn)動情況,如正反轉(zhuǎn)和急回特性等,運(yùn)動較為精確,課件具有一定的可調(diào)節(jié)性,如各桿長度、偏距、速度等可自行輸入,比傳統(tǒng)Flash模擬的平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)課件有了更好的交互性能,更有利于其作為教學(xué)模擬課件的應(yīng)用。
三 基于Flash ActionScript的2K-H型周轉(zhuǎn)輪系模擬課件的研制
周轉(zhuǎn)輪系的傳動比問題一直是學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械基礎(chǔ)課程的難點(diǎn),很多學(xué)生不能在思想上形成最初的機(jī)構(gòu)模型。若采用傳統(tǒng)Flash模擬動畫制作該教學(xué)模擬課件,其中包括行星輪系和差動輪系,至少需要制作兩個課件,而采用ActionScript程序,則僅用一個教學(xué)模擬課件就可以實(shí)現(xiàn)包括周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化等這部分知識在內(nèi)的教學(xué)需要。
制作這樣的教學(xué)模擬課件,同樣必須先了解該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律。圖4是最常見的2K-H型周轉(zhuǎn)輪系,根據(jù)周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化原理[1],各個參數(shù)之間有如下關(guān)系:
該周轉(zhuǎn)輪系自由度 ,機(jī)構(gòu)要有確定的運(yùn)動必須有兩個已知條件,考慮到教學(xué)的需要,將 和 作為已知條件輸入,來調(diào)節(jié)周轉(zhuǎn)輪系的運(yùn)動情況,其制作過程如下:
在Flash中分別創(chuàng)建各個零件的影片剪輯元件和各控制按鈕元件(圖5),添加一個影片剪輯元件將轉(zhuǎn)臂和行星輪元件放在一起,命名為“H”,將分別表示中心輪、內(nèi)齒輪、行星輪和轉(zhuǎn)臂的“l(fā)1”、“l(fā)3”、“l(fā)2”和“H”各元件按相應(yīng)位置放置在Flash主場景中,其中中心輪、內(nèi)齒輪和行星輪的齒數(shù)分別為21、57和18,模數(shù)取10個像素,“n1”、“n2”、“n3”和“nH”分別表示各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速,“fdy”表示各輪的分度圓;將分別控制分度圓顯示、數(shù)據(jù)輸入說明顯示和數(shù)據(jù)輸入確認(rèn)等按鈕及其輔助元件也按相應(yīng)位置放在Flash主場景中并給以命名。具體ActionScript程序如下:
主場景第一幀上的程序:
n1 = 0;
n3 = 0;
z1 = 21;
z2 = 18;
z3 = 57;
nH = 0;
//定義各初始值
this.srjg._visible = 0;//隱藏?cái)?shù)據(jù)輸入警告
this.srsm._visible = 0;//隱藏?cái)?shù)據(jù)輸入說明
stop();
主場景第二幀上的程序:
this.l1._rotation = n1;//中心輪的轉(zhuǎn)角
this.l3._rotation = n3;//內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)角
nH = (z1*n1+z3*n3)/(z1+z3);
this.H._rotation = nH;//轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角
this.H.l2._rotation=(n3-nH)*z3/z2;
//行星齒輪相對轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角
n1 = n1+i;
n3 = n3+j;
主場景第三幀上的程序:
gotoAndPlay(2);
各控制按鈕上的ActionScript程序
使用說明按鈕(顯示數(shù)據(jù)輸入說明)
on (release) {
this.srsm._visible = 1;
}
關(guān)閉說明按鈕(關(guān)閉說明和數(shù)據(jù)輸入說明在同一個元件中)
on (release) {
this._visible = 0;
}
顯示分度圓按鈕
on (release) {
this.l1.fdy._visible=1;
this.H.l2.fdy._visible=1;
this.l3.fdy._visible=1;
this.ycfdy._visible=1;
this.xsfdy._visible=0;
}
隱藏分度圓按鈕
on (release) {
this.l1.fdy._visible=0;
this.H.l2.fdy._visible=0;
this.l3.fdy._visible=0;
this.ycfdy._visible=0;
this.xsfdy._visible=1;
}
數(shù)據(jù)輸入確認(rèn)按鈕
on (release, keyPress "") {
i = Number(t1);
j = Number(t2);
play();
if (i>10 || i3 || j
i = 0;
j = 0;
this.srjg._visible = 1;
} else {
this.srjg._visible = 0;
}
}
制作成的教學(xué)模擬課件如圖5 所示,生成的swf動畫文件體積約為25KB。該模擬課件可以顯示周轉(zhuǎn)輪系在不同速度條件下的運(yùn)動情況,例如輸入負(fù)值該輪將實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn),輸入數(shù)值“0”則停止轉(zhuǎn)動(自由度變?yōu)?),課件具有一定的可調(diào)節(jié)性,可模擬真實(shí)環(huán)境下的機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況,作為教師課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果更佳。
篇6
關(guān)鍵詞:交流調(diào)速功率控制效率
Abstract:Accordingtotheelectromechanicalenergyconversionprinciple,theessenceof
ACspeedregulationisanalyzedthoroughly;moreover,acreativeconclusionthatthe
essenceofACspeedregulationliesinthepowercontrolisdrawninthispaper.Infact,
alltheACspeedregulationapproachescanbegeneralizedintwobasicstrategies,
electromagneticpowercontrolandlosspowercontrol.Theformeristoadjusttheideal
no-loadrotationspeed,andthuspossesseshighefficiency.Whereas,thelatteristoregulate
therotationspeeddepression,andthuspossesseslowefficiency.
Keywords:ACspeedregulationPowercontrolEfficiency
[中圖分類號]TM343[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B文章編碼1561-03(2003)-03-0024-031引言
交流調(diào)速實(shí)質(zhì)的討論,是關(guān)系到近代交流調(diào)速發(fā)展的重要理論問題。盡管傳統(tǒng)電機(jī)學(xué)對此作了較深入的分析,但所給出的異步機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式卻是由轉(zhuǎn)差率定義式變換而產(chǎn)生的,即根據(jù)上述的轉(zhuǎn)速“定義式”,異步機(jī)被傳統(tǒng)理論人為地劃分為變頻、變極和變轉(zhuǎn)差率三種調(diào)速方案,文獻(xiàn)1還認(rèn)為“變頻和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速有本質(zhì)不同,在所有交流調(diào)速中,變頻調(diào)速的效率最高(理由是轉(zhuǎn)差率不變)是最合理和理想的方法”。這種觀點(diǎn)既缺乏理論依據(jù)也與實(shí)踐不符,例如串級、雙饋調(diào)速和變頻調(diào)速相比,機(jī)械特性和調(diào)速效率都很接近,并沒有本質(zhì)不同。
有鑒于此,本文根據(jù)電動機(jī)最基本的電-機(jī)能量轉(zhuǎn)換原理,重新探討異步機(jī)調(diào)速的原理,所得出的功率控制理論雖然導(dǎo)由異步機(jī),但結(jié)論基本適用于所有電動機(jī)。
2電動機(jī)模型與功率控制原理
電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備,因此可以普遍地表達(dá)為圖1的兩端口網(wǎng)絡(luò)。
由電動機(jī)輸出端口觀察,根據(jù)動力學(xué)原理
(1)
式中:Pm為輸出機(jī)械功率
T為輸出轉(zhuǎn)矩即電磁轉(zhuǎn)矩
Ω為角速度由此可見,電動機(jī)調(diào)速的方法有兩種:一是控制電磁功率,所改變的是理想空載轉(zhuǎn)速;二是增大損耗功率,以增大轉(zhuǎn)速降。公式(6)是電動機(jī)調(diào)速普遍的表達(dá)式。
2異步機(jī)模型與功率控制調(diào)速原理
異步機(jī)是電動機(jī)的一種,其調(diào)速原理必然服從上述的普遍調(diào)速規(guī)律。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理,異步機(jī)可以等效成圖2的網(wǎng)絡(luò)模型。異步機(jī)的定子通過旋轉(zhuǎn)磁場的作用,將電磁功率傳輸給轉(zhuǎn)子,因此旋轉(zhuǎn)磁場可以等效為電磁功率的傳輸通道,即圖2中的感應(yīng)通道。在磁場的作用下,轉(zhuǎn)子電磁功率除損耗外轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率,這種電磁感應(yīng)通道的特點(diǎn)是交流機(jī)與直流機(jī)本質(zhì)的區(qū)別。
異步機(jī)按轉(zhuǎn)子型式可分為鼠籠型和繞線型,前者轉(zhuǎn)子是封閉短路的,因此只有一個機(jī)械功率輸出端口;后者轉(zhuǎn)子是開啟的,因此具有機(jī)械功率和電功率兩個端口。轉(zhuǎn)子的電功率端口可以通過電傳導(dǎo)與外電路進(jìn)行功率交換。
異步機(jī)調(diào)速可以通過定子口或轉(zhuǎn)子口實(shí)施功率控制調(diào)速,分別控制電磁功率或損耗功率。前者改變的是理想空載轉(zhuǎn)速,調(diào)速效率較高,機(jī)械特性為平行曲線;后者增大轉(zhuǎn)速降,調(diào)速效率較低,機(jī)械特性為匯交曲線。
應(yīng)該注意同步轉(zhuǎn)速和理想空載轉(zhuǎn)速的區(qū)別,同步轉(zhuǎn)速n1是旋轉(zhuǎn)磁場的變化速度,理想空載轉(zhuǎn)速n0是假定、轉(zhuǎn)子全部電磁功率都轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率的機(jī)械速度。電動機(jī)的速度顯然與n0密切相關(guān),而與同步轉(zhuǎn)速沒有直接、必然的聯(lián)系。
3恒轉(zhuǎn)矩的電磁功率控制調(diào)速
所謂恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,是指額定輸出轉(zhuǎn)矩能力不變的調(diào)速,特點(diǎn)是主磁通Φm不變。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速可以通過定子或轉(zhuǎn)子的電磁功率控制實(shí)現(xiàn),但在定子控制時,必須要注意主磁通Φm的恒定。
3.1定子電磁功率控制--變頻調(diào)速的原理
從功率控制角度觀察,變頻調(diào)速是典型的定子電磁功率控制調(diào)速。由于轉(zhuǎn)子電磁功率是由定子傳輸?shù)?,且定、轉(zhuǎn)子電磁功率相等,因此控制定子電磁功率就可間接地控制轉(zhuǎn)子電磁功率。定子電磁功率轉(zhuǎn)矩平衡方程式約束,不能作為控制量。但單純調(diào)壓并不能實(shí)現(xiàn)定子電磁功率控制,因U1不但影響電磁功率,還作用于磁場。為了解決上述問題,應(yīng)根據(jù)式(9),在調(diào)壓的同時正比地改變頻率f1,使主磁通Φm保持不變。從而實(shí)現(xiàn)高效率的電磁功率控制調(diào)速。變頻調(diào)速時,理想空載轉(zhuǎn)速按n0隨U1改變,此時同步轉(zhuǎn)速n1隨f1而變,且有n0=n1,但決定電動機(jī)轉(zhuǎn)速的是n0而不是n1,下面將會看到,即使n1不變,n0也可隨電磁功率改變,可見n0與n1沒有直接、必然的聯(lián)系。變頻調(diào)速的功率控制原理如圖3所示??梢姾戕D(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時,其充分條件是調(diào)壓,必要條件是變頻,調(diào)速的實(shí)質(zhì)在于電磁功率控制。3.2轉(zhuǎn)子電磁功率控制調(diào)速
對于繞線式異步機(jī)調(diào)速,可以對轉(zhuǎn)子直接進(jìn)行電磁功率控制。方法是從轉(zhuǎn)子口移出或注入電功率,以改變轉(zhuǎn)子的凈電磁功率。與定子電磁功率控制調(diào)速(即調(diào)壓變頻調(diào)速)相比,兩者并無原理的區(qū)別。對于圖2(b)的模型,在轉(zhuǎn)子口引入附加電磁功率時,轉(zhuǎn)子的凈電磁功率(13)
式中:Pem1為定子傳輸給轉(zhuǎn)子的電磁功率
Pes為附加電磁功率,亦稱電轉(zhuǎn)差功率
Pem2將隨Pes的方向和大小而改變。注意不要把Pes簡單理解成轉(zhuǎn)差功率Ps,應(yīng)該把Ps中的電磁功率和損耗功率區(qū)別開來,對調(diào)速的影響也不同,Pes將改變異步機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速。
式(13)中的-Pes表示移出,而+Pes表示注入,前者使轉(zhuǎn)子的凈電磁功率減小,后者則使其增大,異步機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速(14)
可見,-Pes控制得到的是低同步調(diào)速,而+Pes則是超同步調(diào)速。
轉(zhuǎn)子電磁功率控制調(diào)速的技術(shù)關(guān)鍵為:
l由于轉(zhuǎn)子電壓的頻率為變化的轉(zhuǎn)差頻率,因此必須要進(jìn)行頻率變換,以使轉(zhuǎn)子和附加電源進(jìn)行有功功率交換。
l能夠連續(xù)地控制Pes的大小,以獲得平滑的無級調(diào)速。
l盡量避免產(chǎn)生感性無功功率以提高功率因數(shù),減小無功損耗。
上述的技術(shù)關(guān)鍵是設(shè)計(jì)調(diào)速控制裝置應(yīng)該注意的。轉(zhuǎn)子電磁功率控制的系統(tǒng)構(gòu)成要點(diǎn)是附加電源,它是Pes傳輸所必須的。傳統(tǒng)的方法是外置,例如串級(cascadecontrol)、雙饋doubleFeed)等調(diào)速。外置電源將使系統(tǒng)復(fù)雜化,而且在低同步調(diào)速時造成Pes從定子至外置電源之間的無謂循環(huán),增大了定子損耗。
較好的方法,是我國首創(chuàng)的斬波內(nèi)饋調(diào)速。如圖4示:該系統(tǒng)突出特征是將附加電源設(shè)置在異步機(jī)自身的定子上,附加電勢由電磁感應(yīng)產(chǎn)生,在典型的低同步調(diào)速時,由轉(zhuǎn)子引出,經(jīng)交流控制裝置傳給定子附加的內(nèi)饋繞組(以前亦稱調(diào)節(jié)繞組)。內(nèi)饋繞組處于發(fā)電狀態(tài),通過電磁感應(yīng)抵消定子原邊輸入的多余電功率。斬波控制,則是用以調(diào)節(jié)Pes的大小實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié),克服有源逆變器移相控制所帶來的功率因數(shù)低、諧波分量大等一系列缺點(diǎn)。
4結(jié)論
(1)異步機(jī)調(diào)速的實(shí)質(zhì)在于功率控制,控制原則有電磁功率控制和損耗功率控制,前者改變的是理想空載轉(zhuǎn)速,后者增大轉(zhuǎn)速降。
(2)動態(tài)轉(zhuǎn)矩是功率激勵和轉(zhuǎn)速響應(yīng)的結(jié)果,并隨轉(zhuǎn)速響應(yīng)自動減小,直至新的轉(zhuǎn)矩平衡后為零,穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩只能服從客觀負(fù)載轉(zhuǎn)矩,調(diào)速的實(shí)質(zhì)并非轉(zhuǎn)矩控制。
(3)調(diào)速效率和特性只決定于功率控制屬性。轉(zhuǎn)子電磁功率控制的調(diào)速與變頻調(diào)壓調(diào)速只有控制對象的不同,沒有本質(zhì)區(qū)別。
參考文獻(xiàn)
[1]湯蘊(yùn)繆.電機(jī)學(xué)—機(jī)電能量轉(zhuǎn)換[M]機(jī)械工業(yè)出版社,1986.63-183
篇7
關(guān)鍵詞:機(jī)械產(chǎn)品;方案設(shè)計(jì)方法;發(fā)展趨勢
引言
科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,產(chǎn)品功能要求的日益增多,復(fù)雜性增加,壽命期縮短,更新?lián)Q代速度加快。然而,產(chǎn)品的設(shè)計(jì),尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段,則顯得力不從心,跟不上時展的需要。目前,計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究,并初見成效,而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。為此,作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時采用的方法,并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢。
根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用方法的主要特征,可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。
1、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:將設(shè)計(jì)看成由若干個設(shè)計(jì)要素組成的一個系統(tǒng),每個設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性,各個要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系,并具有層次性,所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后,即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出,他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ),制訂了設(shè)計(jì)的一般模式,倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上,制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式,基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外,我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想,其中具有代表性的是:
(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ),從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā),利用質(zhì)量功能布置方法,系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
(2)將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng),并借助于生命系統(tǒng)理論,把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求,形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
(3)將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題:一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理,最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系;二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個系統(tǒng),根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo),正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同,進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
1.1設(shè)計(jì)元素法
用五個設(shè)計(jì)元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”,認(rèn)為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計(jì)元素值確定之后,產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
1.2圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT,用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模,以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個方面,利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn),將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
文獻(xiàn)[11]將語義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具,在其開發(fā)的活性語義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中,采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì),結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等),線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系,由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動和結(jié)果預(yù)先建立模型,使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá),實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
1.3“構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個階段?!皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?!霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為:根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu),尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn),并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”,“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動簡圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖,先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”,再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置,得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper,H.利用圖論理論,借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念,以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖,把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述,形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法,并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
從設(shè)計(jì)方法學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),將明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后的設(shè)計(jì)工作分為三步:1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”);2)尋找效應(yīng)(簡稱為“效應(yīng)”);3)尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程:策略1:分別考慮“功能”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此,可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案,由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2:“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計(jì)者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián),單獨(dú)考慮功能(通常與設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān))。此時,辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應(yīng)需要有豐富的經(jīng)驗(yàn),產(chǎn)生的方案譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于策略1的方案譜。策略3:“功能”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)域,如超小型機(jī)械、特大型機(jī)械、價值高的功能零件,以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4:針對設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā),通過零件間不同的排序和連接,獲得預(yù)期功能。
1.4矩陣設(shè)計(jì)法
在方案設(shè)計(jì)過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系,得到滿足要求的功能設(shè)計(jì)解集,形成不同的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣,以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系,表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。
Kotaetal將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間分解為功能子空間,每個子空間只表示方案設(shè)計(jì)的一個模塊,在抽象階段的高層,每個設(shè)計(jì)模塊用運(yùn)動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進(jìn)行操作的約束矢量表示;在抽象階段的低層,每個設(shè)計(jì)模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運(yùn)動方程。
1.5鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型,并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解,希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合,實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換,尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計(jì)方案的方法。
2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法
從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出:定義設(shè)計(jì)任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計(jì)任務(wù),即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否
存在對應(yīng)的產(chǎn)品解,這樣,能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾,早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費(fèi)用,以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整性,由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性,同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層,(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄,對功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。
認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解,而具有新型解的專用功能只是少數(shù),因此,在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),對于評價專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)十分有利。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上,將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu),通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件,甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部),并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化,具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù),將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合,根據(jù)分級模塊化原理,將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級,并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊,再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具,提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排,形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評論每一個解的附加信息,非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)接特征,將其歸納成四種類型:1)元件間直接定位,并具有自調(diào)整性的部件;2)結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件;3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接;4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則,由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。
在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中,用“功能建立”模塊對功能進(jìn)行分解,并規(guī)定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機(jī)構(gòu)型式的一一對應(yīng)?!敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實(shí)現(xiàn)映射算法。
3、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計(jì)方法
基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:用計(jì)算機(jī)能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)<业闹R和經(jīng)驗(yàn),建立相應(yīng)的知識庫及推理機(jī),再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征,以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)<业闹R和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策,完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此,國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識的自動化處理做了大量的研究工作,采用的方法可歸納為下述幾種。
3.1編碼法
根據(jù)“運(yùn)動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類,并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別,由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上,將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合,建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制,并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計(jì)中。
利用生物進(jìn)化理論,通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理,在機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達(dá)為拓?fù)鋱D,再通過編碼技術(shù),把機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進(jìn)制數(shù)串,并根據(jù)設(shè)計(jì)要求編制適應(yīng)值,運(yùn)用生物進(jìn)化理論控制繁殖機(jī)制,通過選擇、交叉、突然變異等手段,淘汰適應(yīng)值低的不適應(yīng)個體,以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個體,即最符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)方案。
3.2知識的混合型表達(dá)法
針對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),采用混合型的知識表達(dá)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識尤為適合,這一點(diǎn)已得到我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者的共識。
在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中,將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起,以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程),按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t,用框架的槽表示對象的屬性,用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征,用過程表示知識的處理,組成一種混合型的知識表達(dá)型式,并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。
3.3利用基于知識的開發(fā)工具
在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中,利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT,借助于面向?qū)ο蟮姆椒?,?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫,為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容,由此尋求出基于知識的解,并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。
3.4設(shè)計(jì)目錄法
構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄,并將這三級遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄作為機(jī)械傳動原理方案智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設(shè)計(jì)的輔助工具。
3.5基于實(shí)例的方法
在研制設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識庫中,采用基本謂詞描述設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件和選取的方案,用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實(shí)例”和各種“概念實(shí)體”,通過基于實(shí)例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。
4、智能化設(shè)計(jì)方法
智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論,借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。
在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時,考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221,研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。
在進(jìn)行自動取款機(jī)設(shè)計(jì)時,把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段,并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。1)產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性,如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機(jī)工程等等,并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出,建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型,該模型可以在虛擬環(huán)境中建立,借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo),用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中,并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù),也是幾何圖形顯示設(shè)計(jì)變量的依據(jù),同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)計(jì)產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理,在立體模型上配置和集成解元素,解元素根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同有不同的含義:可以是基本元素,如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等;也可以是復(fù)合元素,如機(jī)、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動系統(tǒng);還可以是要求、特性、形狀等等。將實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后,即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計(jì)模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析,產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中,主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用,提出用計(jì)算機(jī)圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程,即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系,由此發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)和問題,并找出解決問題的方法,并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段,可以使設(shè)計(jì)過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進(jìn)行。因此,可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題,使產(chǎn)品在開發(fā)進(jìn)程中不斷地細(xì)化和完善。
我國利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)還處于剛剛起步階段。利用面向
對象的技術(shù),重點(diǎn)研究了按時序合成的機(jī)構(gòu)組合方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng),并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術(shù),在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行觀察,如運(yùn)動中機(jī)構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。
將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的不斷完善,應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中,例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計(jì)聯(lián)接件時所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。
利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺,將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì),并以變量設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ),建立了膠印機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介紹的研究工作看,其概念模型是在確定了機(jī)構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上,借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計(jì)功能,使原理圖隨著機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化,并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計(jì)。
5、各類設(shè)計(jì)方法評述及發(fā)展趨勢
綜上所述,系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進(jìn)行層次劃分,擬定出每一層欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和方法,由淺入深、由抽象至具體地將各層有機(jī)地聯(lián)系在一起,使整個設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化,使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循,有方法可依,易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。
結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法視具有某種功能的實(shí)現(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)模塊,通過結(jié)構(gòu)模塊的組合,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。對于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品,由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易,因此,采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)較為合適。由于實(shí)體與功能之間并非是一一對應(yīng)的關(guān)系,一個實(shí)體通??梢詫?shí)現(xiàn)若干種功能,一個功能往往又可通過若干種實(shí)體予以實(shí)現(xiàn)。因此,若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難,而且要求設(shè)計(jì)人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行,也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述,而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述,借助于設(shè)計(jì)專家的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和決策。因此,欲實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì),必須解決計(jì)算機(jī)存儲和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識和專家設(shè)計(jì)決策等有關(guān)方面的問題,由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計(jì)方法。
目前,智能化設(shè)計(jì)方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),直觀性較好,開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計(jì)中,但系統(tǒng)性較差,且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定,要求軟件具有較高的智能化程度,或者有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者參與。
值得一提的是:上述各種方法并不是完全孤立的,各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系,如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法中,劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊(yùn)含有系統(tǒng)化思想,建立產(chǎn)品特征及設(shè)計(jì)方法知識庫和推理機(jī)時,通常也需運(yùn)用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法,此外,基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計(jì)同時又是方案智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之一。在機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)中,視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊,并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計(jì)有關(guān)層次的具體設(shè)計(jì)中,即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法中,不僅可以保證設(shè)計(jì)的規(guī)范化,而且可以簡化設(shè)計(jì)過程,提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,降低設(shè)計(jì)成本。
篇8
目前,設(shè)計(jì)知識管理已成為國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、企業(yè)的研究熱點(diǎn),如美國nist的設(shè)計(jì)知識庫項(xiàng)目[2];歐洲wise工程知識管理項(xiàng)目[3]、moka項(xiàng)目[4];韓國lg公司資助的知識管理項(xiàng)目[5];國家863資助的知識管理平臺研究[6]等,但還沒有一個實(shí)用的能支持概念設(shè)計(jì)知識重用的系統(tǒng),對它的研究也還停留在理論準(zhǔn)備階段。
本文在研究了基于本體的的概念設(shè)計(jì)知識模型的基礎(chǔ)上,提出了基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理框架,研究了用戶對本體的定義、對知識結(jié)構(gòu)內(nèi)容的自由擴(kuò)充以及概念設(shè)計(jì)知識的檢索方法等關(guān)鍵技術(shù)。
1、基于本體的概念設(shè)計(jì)知識建模
1.1概念設(shè)計(jì)知識分類與表達(dá)
概念設(shè)計(jì)是對設(shè)計(jì)問題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設(shè)計(jì)階段[7].概念設(shè)計(jì)從不同的角度有多種定義[8].一般認(rèn)為,概念設(shè)計(jì)是指以設(shè)計(jì)要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統(tǒng)所包含的工作流程,是一個由功能向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換過程。
圖1描述了一般概念設(shè)計(jì)的工作流程,它包含綜合與評價兩個基本過程。綜合是指根據(jù)設(shè)計(jì)要求,運(yùn)用各種分析、設(shè)計(jì)方法推理而生成的多個方案,是個發(fā)散過程;評價則從方案集中擇出最優(yōu),是個收斂過程。概念設(shè)計(jì)是將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品看成一個系統(tǒng),運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法去分析和設(shè)計(jì)。具體說,概念設(shè)計(jì)就是將設(shè)計(jì)對象的總功能分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干功能單元,并以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行再次分解,生成更低一級的功能單元,經(jīng)過這樣逐層分解,直至對應(yīng)的各個最末端功能單元能夠找到一個可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理解。概念設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是功能到結(jié)構(gòu)的映射,概念設(shè)計(jì)過程主要包括:功能創(chuàng)新、功能分析和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構(gòu)思和決策。
根據(jù)概念設(shè)計(jì)的過程及人在設(shè)計(jì)時的認(rèn)知特點(diǎn)將概念設(shè)計(jì)知識分為元知識和實(shí)例知識(其分類如圖2所示)。元知識中主要包括功能知識、技術(shù)原理解知識、結(jié)構(gòu)知識等。實(shí)例知識中主要包括方案設(shè)計(jì)實(shí)例、技術(shù)原理解實(shí)例、產(chǎn)品實(shí)例等知識。
(1)功能知識。主要描述產(chǎn)品完成的任務(wù),描述產(chǎn)品的功能及功能子項(xiàng)。描述產(chǎn)品要完成的功能,包括功能內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)參數(shù)、性能指標(biāo)等;
(2)技術(shù)原理解知識。描述產(chǎn)品功能及功能子項(xiàng)的原理解答。它的表達(dá)要復(fù)雜些,一方面可用文字、數(shù)字表達(dá)它的說明、解答參數(shù),另一方面,要有圖形支持產(chǎn)品原理解答;
(3)結(jié)構(gòu)知識。描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況,是對原理域知識的細(xì)化和擴(kuò)充,是求解原理解的結(jié)構(gòu)載體,可描述產(chǎn)品關(guān)鍵部分的形狀、尺寸和參數(shù)。產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的映射(簡稱為功構(gòu)映射)就是對產(chǎn)品的功能模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的求解,是將產(chǎn)品功能性的描述轉(zhuǎn)化為能實(shí)現(xiàn)這些功能的具有具體形狀、尺寸及相互關(guān)系的零部件描述。在這里功能是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的抽象,是結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的目的;而結(jié)構(gòu)則為實(shí)現(xiàn)某功能而選用的一組構(gòu)件或元件。功能結(jié)構(gòu)間的關(guān)系一般而言是多對多的映射關(guān)系。一個功能可能由一個或多個特征或元件實(shí)現(xiàn),而一個特征或元件也可能完成一個或多個功能;
(4)實(shí)例知識。已成功或失敗的設(shè)計(jì)范例,包括方案設(shè)計(jì)實(shí)例,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識實(shí)例、技術(shù)原理解實(shí)例等。它包含了更多的實(shí)際因素,是類比設(shè)計(jì)和基于實(shí)例推理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
以工程機(jī)械中某型滑模式水泥攤鋪機(jī)為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細(xì)分為滑模作業(yè)、控制作業(yè)等功能,滑模作業(yè)功能又可細(xì)分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個功能的實(shí)現(xiàn)可能會由幾個結(jié)構(gòu)組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機(jī)滑模作業(yè)功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個結(jié)構(gòu)一起才能實(shí)現(xiàn)。圖3為該水泥攤鋪機(jī)的功能層次定義和功能分解結(jié)構(gòu)舉例。該產(chǎn)品所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)分解則如圖4所示。圖5中給出了對于滑模作業(yè)功能的技術(shù)原理解簡圖、技術(shù)原理解的評價、參考產(chǎn)品,以及實(shí)現(xiàn)該功能的說明等相關(guān)的知識。
如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對概念設(shè)計(jì)予以支持,對概念設(shè)計(jì)知識進(jìn)行有效的管理,至今仍沒有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專家系統(tǒng),最常用的知識模型包括框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、謂詞邏輯等。專家系統(tǒng)的知識建模主要側(cè)重符號層的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),很少考慮動態(tài)的,非結(jié)構(gòu)化的知識,造成專家系統(tǒng)解決問題的局限性,使得專家系統(tǒng)不能解決大型復(fù)雜問題。
本體作為“對概念化顯式的詳細(xì)說明”[9,10],研究領(lǐng)域內(nèi)的對象、概念和其他實(shí)體,以及它們之間的關(guān)系,可以很好地解決概念設(shè)計(jì)知識的表達(dá)、檢索和重用等問題。采用本體描述概念設(shè)計(jì)知識可以支持細(xì)粒度的產(chǎn)品語義信息的描述,可以形式化地定義特定領(lǐng)域的知識,如概念、事實(shí)、規(guī)則等;支持語義層面的集成和共享,基于本體的知識定義可以對知識作普遍的、無歧義的語義解釋,可以保證不同使用者之間進(jìn)行語義層面的信息共享和互操作。
1.2本體建模過程描述
本體是某一領(lǐng)域的概念化描述,著意于在抽象層次提出描述客觀世界的抽象模型,它包括兩個基本的要素:概念和概念之間的關(guān)系。本體的構(gòu)建必須滿足以下的要求:對目標(biāo)領(lǐng)域的清晰描述;概念或概念之間關(guān)系的明確定義;一般性和綜合性原則。本體可以有多種表述方式,包括圖形方式、語言形式和xml文檔形式等。
基于本體的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識建模過程包括3個階段:
(1)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識目標(biāo)確定。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識定位,概念設(shè)計(jì)知識的定位決定本體構(gòu)造的功能需求及最終用戶。
(2)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識本體分析與建立。根據(jù)需求分析,確定該領(lǐng)域的相關(guān)概念及概念屬性,并用xml語言進(jìn)行形式化描述。這個階段是建立概念設(shè)計(jì)知識本體的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響到整個本體的生成質(zhì)量,同時也是工作量最大的階段。
(3)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識本體評價。對所創(chuàng)建的本體進(jìn)行一致性及完備性評價。一致性是指術(shù)語之間的關(guān)系邏輯上應(yīng)保持一致;完備性是指本體中概念及關(guān)系應(yīng)是完善的。我們稱該3階段的組合為產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識本體建模的一個生命周期(見圖6)。
1.3概念設(shè)計(jì)知識的本體表示
在此我們以工程機(jī)械中滑模式水泥攤鋪機(jī)為例,結(jié)合圖3~圖5中的實(shí)際知識,從概念實(shí)體、概念屬性及概念間關(guān)系等方面來說明產(chǎn)品知識、功能知識、技術(shù)原理解知識、技術(shù)原理解實(shí)例等概念設(shè)計(jì)知識的本體表示,通過概念蘊(yùn)涵、屬性關(guān)聯(lián)、相互約束和公理定義等方法揭示了概念間的本質(zhì)聯(lián)系,形成一個語義關(guān)系清晰的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識模型。建模采用目前最新的owl語言描述。
表述的語義為一個滑模式水泥攤鋪機(jī)繼承了一個產(chǎn)品的所有屬性,此外還具備了關(guān)系屬性:攤鋪能力,同時,又對屬性攤鋪能力作了限制:只能應(yīng)用于滑模式水泥攤鋪機(jī)領(lǐng)域,且取值變化只能在攤鋪寬度中(省略了關(guān)于滑模式水泥攤鋪機(jī)類似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等)。
(3)功能知識類
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表述的語義為一個功能知識只有一個功能名稱,且最少具有一個相關(guān)產(chǎn)品(省略了功能知識類似屬性的定義,如功能編號、功能說明、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等)。
(4)功能技術(shù)原理解類
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表述的語義為一個功能技術(shù)原理解具有對應(yīng)的功能名稱,相關(guān)的技術(shù)原理解簡圖(省略了技術(shù)原理解類似屬性的定義,如評價、參考產(chǎn)品、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等)。
上述描述中,使用類公理(subclassof)描述了兩個類(概念)之間的繼承關(guān)系,如滑模式水泥攤鋪機(jī)類是產(chǎn)品類的子類。在描述類屬性時,使用關(guān)系屬性(objectproperty)描述了類的某個屬性同時也表示了兩個類之間的某種關(guān)系,如攤鋪能力既是滑模式水泥攤鋪機(jī)類的一個屬性,同時也表達(dá)了和攤鋪寬度類之間的對應(yīng)關(guān)系。另外,使用屬性公理domain和range表示屬性的應(yīng)用領(lǐng)域和屬性的取值范圍,如屬性攤鋪能力只能用于滑模式水泥攤鋪機(jī)類,且它的取值只能是攤鋪寬度數(shù)據(jù)集。
1.4基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理的特點(diǎn)和優(yōu)勢
基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理可以讓設(shè)計(jì)人員更好地重用已有的概念設(shè)計(jì)知識,基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理具有以下的一些特點(diǎn)或優(yōu)勢:
(1)支持用戶定制知識類別。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中,需要運(yùn)用多種類型的知識,如:功能類、功能技術(shù)原理方案解類等。這些知識的描述和使用有著不同的特點(diǎn),不能用相同的描述框架來處理?;诒倔w的設(shè)計(jì)知識建模允許用戶對設(shè)計(jì)中知識類別加以定制,針對每一類別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設(shè)計(jì)中多來源多類型知識的表示問題。
(2)支持概念共享的知識庫構(gòu)建。概念設(shè)計(jì)知識本體的構(gòu)造澄清了概念設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu),為概念設(shè)計(jì)知識的表示打好了基礎(chǔ),而本體中統(tǒng)一的術(shù)語和概念也使概念設(shè)計(jì)知識更好地共享成為可能?;诒倔w的概念設(shè)計(jì)知識表示在區(qū)分不同知識類別的同時,建立起概念間的共享聯(lián)系。通過概念間的共享機(jī)制,避免了設(shè)計(jì)知識庫的數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致問題,方便了知識的建模錄入、檢索及統(tǒng)計(jì)處理。
(3)多視圖和基于本體概念的知識檢索。在目前的應(yīng)用系統(tǒng)中一般采用基于關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫查詢方法,由于其數(shù)據(jù)庫組織不是建立在能夠表示概念之間的關(guān)系、事實(shí)和實(shí)例的領(lǐng)域模型的基礎(chǔ)上,因此無法實(shí)現(xiàn)智能查詢和信息推理,也就無法解決語義異構(gòu)性問題。由于不同的組織和人員可能使用不同的詞語表示同一個含義,因此查詢系統(tǒng)得不到意義相同但用詞(語法)不同的內(nèi)容。當(dāng)需要對多個數(shù)據(jù)源進(jìn)行查詢的時候問題更為明顯,多意詞和同義詞會使查詢得到許多不相關(guān)的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理中由于具有統(tǒng)一的術(shù)語和概念,知識庫建立在本體的基礎(chǔ)上,使得基于知識的設(shè)計(jì)意圖匹配成為可能。采用基于知識、語義上的檢索匹配,對用戶的檢索請求,通過查詢轉(zhuǎn)換器按照本體把各種檢索請求轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的概念,在本體的幫助下從知識庫中匹配出符合條件的數(shù)據(jù)集合,解決了語義異構(gòu)的問題。
從人在設(shè)計(jì)時的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā),可以采用基于功能分解樹的功能設(shè)計(jì)知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識檢索視圖,還可以利用本體中已定義的概念定義其它知識檢索視圖,比如需求功能知識檢索視圖、軟件工具使用知識檢索視圖等,實(shí)現(xiàn)基于知識檢索的設(shè)計(jì)意圖的匹配。
2、基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理
2.1概念設(shè)計(jì)知識管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
結(jié)合工程機(jī)械行業(yè)的實(shí)際,本文提出了圖7所示的基于本體的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)按照知識產(chǎn)生、獲取和利用的流程來構(gòu)建,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括概念設(shè)計(jì)知識管理工具、數(shù)據(jù)接口程序以及基于本體的概念設(shè)計(jì)知識庫,具體由4個部分構(gòu)成。
(1)概念設(shè)計(jì)知識獲取。概念設(shè)計(jì)知識的獲取包括從概念設(shè)計(jì)知識本體定義、本體之間關(guān)系定義、本體知識庫生成到概念設(shè)計(jì)知識獲取整個過程。
(2)概念設(shè)計(jì)知識維護(hù)。主要包括從概念設(shè)計(jì)知識本體維護(hù)、本體關(guān)系維護(hù)、知識庫重新生成到概念設(shè)計(jì)知識維護(hù)的過程,實(shí)現(xiàn)對本體的屬性修改,各類知識之間的關(guān)系維護(hù),以及知識庫的更新等。
(3)概念設(shè)計(jì)知識檢索重用。系統(tǒng)中提供基于多視圖的知識檢索方式,如基于功能分解樹的功能設(shè)計(jì)知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識檢索視圖,及用戶定義的其它知識檢索視圖。此外系統(tǒng)提供基于本體概念的知識檢索方式,通過本體映射庫,可以實(shí)現(xiàn)同義詞的檢索,保證可能會采用不同的概念和術(shù)語表示相同的設(shè)計(jì)信息的人可以得到相同的知識幫助。
(4)概念設(shè)計(jì)知識庫的構(gòu)建。要實(shí)現(xiàn)基于本體的,支持客戶自定義的概念設(shè)計(jì)知識管理,系統(tǒng)必須由足夠的柔性,支持各類知識的存儲,作為系統(tǒng)基石的知識庫的構(gòu)建就不能采用完全預(yù)先定義的方式,在系統(tǒng)中我們采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫加上在此基礎(chǔ)上經(jīng)過本體定義工具動態(tài)生成的各類知識庫的方法保證基于本體的知識管理的實(shí)現(xiàn)。
2.2概念設(shè)計(jì)知識管理關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)
篇9
關(guān)鍵詞:農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)
中圖分類號:S233 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-0432(2013)-06-0148-1
0 引言
向農(nóng)業(yè)大量輸入機(jī)械、化肥、燃料、電力等各種形式的工業(yè)輔助能,用現(xiàn)代科技武裝,以現(xiàn)代管理理論和方法經(jīng)營,生產(chǎn)效率達(dá)現(xiàn)代先進(jìn)水平的農(nóng)業(yè)。
以上是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的定義。從定義不難看出,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要運(yùn)用現(xiàn)代科技武裝來促進(jìn)農(nóng)業(yè)的進(jìn)步,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)注重農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的共同發(fā)展。農(nóng)機(jī)化的發(fā)展使得農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)過程中不但提高了生產(chǎn)效率也提高了經(jīng)濟(jì)效益,而現(xiàn)代農(nóng)藝技術(shù)的發(fā)展也越來越多樣化,越來越全面,只有把農(nóng)機(jī)技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來,才能充分發(fā)揮二者在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。
本文試從農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的定義出發(fā),來探討現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合。
1 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝
1.1 農(nóng)機(jī)
簡單的說農(nóng)機(jī)即農(nóng)業(yè)機(jī)械。
農(nóng)機(jī)是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用的動力機(jī)、作業(yè)機(jī),是農(nóng)業(yè)機(jī)械的簡稱,農(nóng)機(jī)是機(jī)械學(xué)原理和技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用,屬于生產(chǎn)力范疇。它是作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具而存在和發(fā)展。
農(nóng)機(jī)的特點(diǎn),是結(jié)構(gòu)要復(fù)雜、操作要簡單。
1.2 農(nóng)藝
指農(nóng)作物的栽培、選種等技藝。
生產(chǎn)對人類有用的動植物,以及在不同程度上配制供人類使用的產(chǎn)品及其處置的科學(xué)技藝。可見農(nóng)藝也是建立在科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上的技藝。
2 了解農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝在生產(chǎn)過程中的相互關(guān)系與作用,協(xié)調(diào)兩者關(guān)系,促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
2.1 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的結(jié)合是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢
農(nóng)業(yè)機(jī)械可以說是一種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)工具,節(jié)省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時間,提高經(jīng)濟(jì)效益,農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的道路上起著不可替代的作用。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速進(jìn)步,農(nóng)藝技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用同樣不可小視,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中只有農(nóng)機(jī)技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起,才能充分發(fā)揮農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。
農(nóng)藝技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝過程及其相應(yīng)的操作技術(shù),是生物學(xué)理論與實(shí)踐的結(jié)合,農(nóng)機(jī)技術(shù)是指為實(shí)現(xiàn)這些工藝過程而設(shè)計(jì)制造的相應(yīng)農(nóng)機(jī)具及其管理運(yùn)用技術(shù),是機(jī)械學(xué)原理與技術(shù)的結(jié)合。二者雖然在定義上截然不同,但是卻有著密切的聯(lián)系,正確處理好二者之間的關(guān)系,使之相互適應(yīng)并且緊密結(jié)合是發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化的關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的重要途徑。
通過我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展實(shí)踐可以證明,農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的結(jié)合是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
2.2 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝在發(fā)展過程中應(yīng)該是相輔相成的
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的相結(jié)合。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中,值得一提的是,農(nóng)機(jī)的發(fā)展不能一味的服從于農(nóng)藝的發(fā)展,而農(nóng)藝的發(fā)展也不能一味的服從農(nóng)機(jī)的發(fā)展,兩者在發(fā)展過程中應(yīng)該是相輔相成的。農(nóng)藝工作人員要與農(nóng)機(jī)研發(fā)工作人員多溝通,因?yàn)檗r(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的結(jié)合應(yīng)該是科學(xué)的、規(guī)范的,而不是主觀決定的。
因此農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的結(jié)合,不僅僅是理論上的結(jié)合,也是農(nóng)機(jī)研發(fā)人員與農(nóng)藝人員的結(jié)合。
3 結(jié)語
農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展中的重要角色。農(nóng)業(yè)機(jī)械化的實(shí)現(xiàn),有效的取代了古老的手工作業(yè),省時省力,提高效率。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)借助農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)完成農(nóng)藝工藝過程,降低了生產(chǎn)成本,提高了勞動效率。農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的有機(jī)結(jié)合與運(yùn)用可以搶抓農(nóng)時,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害的能力,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。
發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平發(fā)展迅猛,主要原因就是其農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝有效的結(jié)合在一起,有效的促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此只有農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝有機(jī)的結(jié)合起來,才能充分發(fā)揮二者在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用,促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)又好又快的發(fā)展。
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篇10
[關(guān)鍵詞] UG; 建模; 分級裝置; 仿真
引言
UG是Unigraphics軟件的簡稱,是起源于美國麥道飛機(jī)公司,在1991年并入世界上最大的軟件公司之一的美國電子資訊系統(tǒng)公司,是當(dāng)今世界上最先進(jìn)、緊密集成的PLM軟件。目前UG軟件已經(jīng)成為全球最有影響力、最先進(jìn)的CAD/CAM/CAE軟件,并且在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,如航空、汽車、通用機(jī)械、模具等領(lǐng)域。UG軟件有一項(xiàng)非常有用的功能叫做實(shí)體模型功能,它能夠在設(shè)計(jì)階段就給客戶提品的實(shí)體模型,從而能夠顯著的縮短產(chǎn)品的確認(rèn)周期,同時該軟件還具有復(fù)合式建模工具,從而能夠根據(jù)需要進(jìn)行一定的增加、刪除、恢復(fù)改變產(chǎn)品的參數(shù)便于修改。傳統(tǒng)的煤礦機(jī)械制造通常包括可靠性研究、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、改進(jìn)設(shè)計(jì)等幾個階段,在這個過程中機(jī)械需要反復(fù)的調(diào)試,需要耗費(fèi)大量的人力物力。
1 煤礦分級裝置的UG建模
1.1 煤礦分級裝置
在中國南方,煤炭資源量主要集中于貴州、云南、四川三省,這三省煤炭資源量之和為3525.74億噸,占中國南方煤炭資源量的91.47%;探明保有資源量也占中國南方探明保有資源量的90%以上。目前在煤炭行業(yè),需要對挖掘的煤根據(jù)篩選設(shè)備和用戶對于產(chǎn)品粒度的要求進(jìn)行分級銷售。針對煤炭的粒度分級,設(shè)計(jì)一種分級裝置,其分級裝置按照煤礦的粒度大小分成大、中、小三級,對應(yīng)的粒度大小分別為50-100mm、25-50mm、13-25mm。該分級裝置主要是通過半月槽滾柱式分級機(jī)構(gòu)進(jìn)行分級,其原理是通過兩個半月槽滾柱之間的空隙大小來控制煤炭的分級。裝置圖如下圖所示:
圖中1部分由三個直接為100mm的圓柱形鐵皮滾柱組成,2部分由五個圓孔間隙直徑為25mm的半月槽鐵皮滾柱組成,3部分由五個圓孔間隙直徑為50mm的半月槽鐵皮滾柱組成。工作時由輸送裝置將煤炭輸送到圓形滾柱1,它確保了煤炭能夠正常輸送到第一級分級設(shè)備,粒度小于25mm的煤炭就能夠從間隙落下;而后粒度小于50mm的煤炭從二級滾柱間隙落下,剩下的粒度大于100mm的的煤炭被輸送裝置輸出。
1.2 煤炭分級裝置的建模
目前,該軟件三維建模主要有:特征建模、實(shí)體建模、自由曲面建模、用戶自定義建模以及綜合以上建模形式,將其融為一體的復(fù)合建模。其征建模的模塊的設(shè)計(jì)信息是用工程特征來定義的,從而可以顯著的、更加清楚的表達(dá)用戶的設(shè)計(jì)意圖。該模塊可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)特征的生成和編輯。對于零件的建模,并沒有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)順序,但是一般是根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),先建立一個基本提攜,而后再在該體系上逐步建立零件的孔、槽等以及其他的用戶自定義特征,最后再創(chuàng)建螺紋、修剪和陣列等特征。
1.2.1 輸送機(jī)構(gòu)的建模
在本裝置中輸送結(jié)構(gòu)根據(jù)旋轉(zhuǎn)命令進(jìn)行建模。建模的程序步驟如下:運(yùn)行UG軟件,然后進(jìn)入應(yīng)用(application)然后選擇建模(modeling)模塊,通過草圖(sketch)命令集畫出初步草圖,在完成草圖之后點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)(revolved body)命令就可建立輸送機(jī)構(gòu)的模型。
1.2.2 一級分級機(jī)構(gòu)的建模
一級分級機(jī)構(gòu)的建模方法與輸送機(jī)構(gòu)大體相同,不同點(diǎn)在于旋轉(zhuǎn)草圖的不同。一級機(jī)構(gòu)在完成建模之后,還需進(jìn)一步處理,即還需通過倒圓角(edge blend)命令對滾柱半月槽的槽肩部分進(jìn)行倒圓角。二級機(jī)構(gòu)的建模與一級機(jī)構(gòu)相同。
1.2.3 分級裝置支架的建模
分級裝置支架建模與一級二級分級結(jié)構(gòu)的建模有所不同,它不是通過旋轉(zhuǎn)命令建立的,而是通過采用實(shí)體建模中的拉伸命令。前面部分與一級建模一樣,先打開UG軟件,進(jìn)入應(yīng)用中的建模模塊,通過草圖功能畫出支架平面的草圖,然后采用拉伸(extrude body)命令,即可完成建模。
1.2.4 各部件建模裝配
在完成各部件的建模之后,需要對各部件進(jìn)行裝配,進(jìn)入應(yīng)用后進(jìn)入裝配(assemblies)模塊,該模塊中裝配配對類型主要有配對、對齊、中心等,通過這些裝配類型對分級裝置整體進(jìn)行裝配。裝配結(jié)果如下圖:
UG裝配建模有以下特點(diǎn):采用自底向上和自頂向下的混合裝配方法,這樣生成的裝配模型零件的數(shù)據(jù)是對零件本身的鏈接映像;建模之后裝配模型和零件之間是完全雙向相關(guān)的,這樣不僅提高了軟件的實(shí)際操作性能,同時也可顯著減少儲存空間。若部分零件根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需要進(jìn)行了部分修改,則裝配模型中的零件會自動更新。UG裝配功能之間的相關(guān)性使得整個設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)模型共享,是團(tuán)隊(duì)成員之間可以與他人同步并行工作,這樣大大提高了工作效率,節(jié)約了時間。
2 煤礦分級裝置的運(yùn)動仿真
2.1 UG運(yùn)動仿真模塊簡介
UG運(yùn)動仿真模塊(UG/Motion)是一個模擬仿真分析的工具,該模塊能夠?qū)λO(shè)計(jì)的三維或者二維模塊進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析,同時還可分析所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的臨界點(diǎn)、速度以及加速度等參數(shù),并且還能通過圖形動畫等直觀的形式顯示出來,輸出仿真動畫。UG運(yùn)動分析模塊會復(fù)制主模型的裝配文件,并且能夠根據(jù)實(shí)際提供一些列不同的運(yùn)動分析方案,對運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析,根據(jù)分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)指導(dǎo)零件的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。此外,該模塊還能夠嵌入求解分析運(yùn)動方法的ADAMS解算器。分析方案所用的處理器就是基于該嵌入式軟件代碼的。1.整個分析的前處理過程就是創(chuàng)建分析方案包括創(chuàng)建連桿、運(yùn)動副和定義運(yùn)動驅(qū)動等。用所創(chuàng)建的分析方案生成ADAMS輸入數(shù)據(jù)文件,然后再傳輸回ADAMS結(jié)算器上;2.第二階段是求解階段,該階段是根據(jù)前處理階段得到的數(shù)據(jù)通過求解器求出解,再反饋到運(yùn)動模型中進(jìn)行分析;3.第三階段稱為后處理階段,通過運(yùn)動分析模塊解釋第二階段的數(shù)據(jù),并通過動畫、圖表及報(bào)表等直觀形式顯示。
2.2 運(yùn)動仿真過程
2.2.1 建立運(yùn)動分析場景
運(yùn)動仿真的建立需要一個載體,這個載體儲存了整個運(yùn)動模型的信息,也就是說需要建立一個運(yùn)動場景。建立新場景的方法如下:打開之前已經(jīng)建立的煤炭分級裝置的三維模型,然后選擇應(yīng)用菜單中的運(yùn)動仿真選項(xiàng)(motion),這樣就進(jìn)到了UG運(yùn)動仿真模塊,此時系統(tǒng)會自動彈出對話框即運(yùn)動導(dǎo)航器窗口,在此窗口中選擇已經(jīng)建立的模型并點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,而后選擇新建場景(new scenario),至此,運(yùn)動分析場景建立完成。
2.2.2 建立連桿特性
建立運(yùn)動分析場景之后還不能將分散的各個部件直接按一定的關(guān)系連接起來,還需對所有運(yùn)動部件定義為連桿,賦予各個部件一定的運(yùn)動學(xué)特性,在定義連桿的同時根據(jù)需要確定其質(zhì)量特性和材料特性。材料特性在仿真運(yùn)動中非常重要,它是計(jì)算質(zhì)量和慣性矩的重要因素。UG軟件的材料庫中提供了一定的材料,若材料庫中沒有,用戶也可根據(jù)需要自定義。在本例中建立連桿特性的步驟如下:首先單擊創(chuàng)建連桿,然后選擇需要創(chuàng)建連桿的三維模型,系統(tǒng)會彈出連桿創(chuàng)建選項(xiàng)卡,然后根據(jù)實(shí)際需要勾選連桿的質(zhì)量屬性、初始速度等參數(shù)。
2.2.3 創(chuàng)建運(yùn)動副
運(yùn)動副的作用是使兩個構(gòu)件能夠相互接觸,但又能夠保持相對運(yùn)動的一個部件,它規(guī)定了連桿的運(yùn)動,同時也限制了連桿的自由度。在UG中若要用到運(yùn)動副,需先給部件定義連桿特性,然后才能用運(yùn)動副連接,組成運(yùn)動機(jī)構(gòu)。煤炭的分離裝置主要是完成分級的任務(wù),各部件主要是旋轉(zhuǎn)作用,因此創(chuàng)建運(yùn)動副時選擇創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副。
2.2.4 添加驅(qū)動
根據(jù)配套的分離裝置初步計(jì)算得出的分離裝置的速度為2m/s,轉(zhuǎn)速為360rpm。創(chuàng)建完運(yùn)動副之后還需完成以下步驟:單擊滾柱勾選驅(qū)動方式(motion drive)為恒定驅(qū)動(constant),初始位移設(shè)置為0,初始加速度設(shè)置為0,初始速度設(shè)置為2m/s,各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置完成后點(diǎn)擊確定,運(yùn)動模型建立完成。
2.3 運(yùn)動仿真分析結(jié)果的曲線輸出
當(dāng)對煤礦分級裝置進(jìn)行運(yùn)動仿真分析時,在UG內(nèi)部會自動生成一系列數(shù)據(jù)。當(dāng)需要分析時,可調(diào)用所需要的數(shù)據(jù)。UG軟件的數(shù)據(jù)可用XESS或者M(jìn)icrosoftExcel打開。然后通過電子表格可將驅(qū)動機(jī)構(gòu)到特定的位置然后輸出運(yùn)動仿真視頻。進(jìn)行圖表輸入的步驟如下:單擊動畫設(shè)置(animation),然后選擇動力學(xué)/靜力學(xué)分析(kinematic/dynamic analysis)中的運(yùn)動學(xué)分析,時間設(shè)置為100s,步驟設(shè)置為20,然后點(diǎn)擊提交;接著再單擊生成圖表(graphing)時,會出現(xiàn)之前定義的連桿名稱,選擇需要分析的連桿,同時勾選曲線類型和輸出特點(diǎn)就可得到相對應(yīng)的數(shù)據(jù)表格。煤炭分級裝置的曲線如下圖所示:
由圖可知,在煤炭分離時速度變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化,并且穩(wěn)定性也有保證。因此能夠完成分級的任務(wù)。
3 結(jié)語
用UG創(chuàng)建的三維模型,形象、逼真,可以直觀的反應(yīng)煤礦分級裝置的構(gòu)造。本文通過對煤礦分級裝置的分析和仿真,達(dá)到了初始設(shè)置的目的。UG制作的三維動態(tài)模擬,方便工程設(shè)計(jì)人員了解掌握機(jī)械的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理,不僅可以有效的檢驗(yàn)機(jī)械在用戶操作過程中人為的操作干涉,同時節(jié)約了大量的時間和成本,大大提高了機(jī)械的設(shè)計(jì)質(zhì)量和市場競爭力。
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