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155 究,在不同程度上实现了概念设计的自动化.本文 在上述研究的基础上,从不同的视角提出了提高概 念设计自动化程度的功能向量编码方法,将机构信 息用向量进行表示,分别用对偶功能向量和功能矩 阵来表示其方向和大小,并用机构的分解与组合进 行求解,研究机构方案的概念设计. 1机构方案概念设计问题描述 概念设计是指在明确任务之后.将设计要求抽 象化,拟定功能结构,寻求适当的作用原理及其组 合,确定出基本的求解路径,得出求解方案的设计工 作'

….机构方案的总功能来自于原始设计数据.子 功能为机构总功能的分解,功能元为基本机构的组 合,功能载体为基本构件. 在机构的功能组合过程中,将功能以向量形式 表示,并分为输入功能向量和输出功能向量,每一个 功能的输入/输出功能向量构成一对对偶功能向量, 用以表示构件的输A/输出轴方向,分别用下标i和 O来表示;

而功能所包含的量化信息用矩阵的形式 表示. 将每个功能层的功能分别以向量形式表示:总 功能口,、子功能戤、功能元n、功能载体蠡,其中 J,m,n,^∈N,N是正整数. q:掣(f,j:1 2一,6)(1) D o 其中,E .表示功能的输入/输出对偶向量,IEF.l表 示对偶向量的模,[A.]表示功能的矩阵代码.口., ^和缸的表示式与式(1)相似. 由式(1)可以看出,每一个功能的向量(以下简 称功能向量)方向由功能中构件的输入/输出方向决 定,而大小则由构件的矩阵代码央定. 2功能向量编码方法 2.1机构信息表示 在将机构进行功能向量编码转换时,引入对偶 功能向量和功能矩阵,分别表示机构功能的方向和 量化特性. 定义1.功能矩阵.将功能载体与功能元的输 入/输出轴运动形式分别用.*1的列向量i和,来 表示,输入/输出列向量间的关系由一个4*a阶的 矩阵[M]...来表示,这个包含了输入/输出轴间信 息的矩阵称为功能矩阵..表示元素个数,为正整 数,则[M]...的功能向量运算表达式为 y=【M].*一(2) 其中,列向量r和,根据产品的需求信息由产品总 功能的输人/输出轴的运动形式确定.根据笛卡儿坐 标系,将其运动形式的转动型尺(rotation)和平移型 T(translation)分别分解在z,y和;

轴上,下标i和 .分别表示输入/输出,{的向量元素为R.R. R.L.,L,和t,,

y的向量元素为R.,R,R. t.,L.和t.(参数R:.表示沿z轴方向的转动输 出,其他参数含义与此类似), 对于列向量:,,

中的向量元素,如果输入/输 出轴间存在运动转换形式,则用1表示;

否则用0表示.根据式(2)可计算出功能矩阵[M]...中的数 据,此数据即为量化形式的矩阵元素. 定义2.对偶功能向量.为充分挖掘功能元与 功能载体信息,将功能元与功能载体的运动持征进 行编码,并将这些代码组成向量,这样的向量称为功 能元与功能载体的对偶功能向量R. R中包含机构的四方面信息:连续性、线性、可 逆性和方向性,分别用口,0,P和u来表示.其向量 表达式为 R=(日,0,p,D) (3) 其中,7/,0和p用二迸制数来编译,1表示属性为 真,0表示属性为假. 方向性u又包含3个要素:正向性dlo.、反向性 42如和双向性口3拈.这3个要素用一个3*1的列向 量来表示,方向性向量的形式为 D=(口tF.,O 5F.,43Ⅳ.)1 (4) 方向性向量表达式为 u.=[u.]3*3u. (5) 其中,[p.]3.3表示方向性矩阵,正向性a14.、反向性 口2拈和双向性0 3拈用二进制进行编译,1表示真,0 表示假,在平移运动下培z,y或z轴的正方向为 正,在转动运动中沿逆时针方向为正. 2.2机构分解、组台原则 2.2.1机构分解原则 在进行功能矩阵[M]...和对偶功能向量足的 运算时会用到以下符号:*表示矩阵乘法;