過程型機械系統(tǒng)計算機輔助方案設計技術研究.pdf

1、機械系統(tǒng)的方案設計直接決定著產(chǎn)品的功能、質(zhì)量及成本，是產(chǎn)品設計的關鍵。當前，計算機輔助設計（CAD)技術在一般機械系統(tǒng)的設計信息表達、結構性能分析以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面的研究和應用日趨成熟，但對于方案設計環(huán)節(jié)的支撐還相對較為薄弱。鑒于機械系統(tǒng)的計算機輔助方案設計往往依賴于特定領域的專業(yè)知識，并可能需要依據(jù)設計問題的特點采用專用的設計模型和具體的智能化設計方法，其研發(fā)工作多為針對特定范圍、特殊類別機械系統(tǒng)的專用型系統(tǒng)。
　　 本文

2、研究針對鍋爐、汽輪機、壓縮機等具有過程系統(tǒng)特征的特定機械系統(tǒng)，提出將這些在功能原理上與過程系統(tǒng)相似，通過多個或多級部件的相互配合、協(xié)作，共同完成對進出系統(tǒng)的物料變換或能量轉換的機械系統(tǒng)歸類為“過程型機械系統(tǒng)”（以下簡稱“PMS”），進而結合機械系統(tǒng)和過程系統(tǒng)的設計理論和方法，研究PMS計算機輔助方案設計的共性問題和技術，具體包括功能原理分析，設計模型、設計過程和方法研究等，旨在研發(fā)PMS計算機輔助方案設計系統(tǒng)以提高PMS方案設計的質(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”等關鍵概念。其中“過程部件”泛指實現(xiàn)對進出物料或能量的進行特定變換處理的機械部件，多級過程部件按照特定的邏輯組合構成PMS的“總體布置”。對PMS的主要特征進行了分析，提出從單元級和系統(tǒng)級的物料變換邏輯兩個層次來理解PMS的功能原理，前者表現(xiàn)為過程部件對于進出物料的分支數(shù)、類型以及相關屬性的變換，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)的物料逐級累積變換為輸出系統(tǒng)的物料。
　　 以PMS的概念和特征認知為基礎，借鑒機械工程和過程系統(tǒng)工程的相關理論，提出將PMS的方案設計分為總體布置設計與過程部件設計兩個層次，通過總體布置設計解決系統(tǒng)層面的部件配合問題，而通過過程部件設計探索滿足特定物料變換任務的部件具體結構.結合“功能-行為-結構”FBS設計模型理論，提出分別采用系統(tǒng)級和單元級的“功能-行為-結構-知識”四元組描述PMS

5、的總體布置設計模型和過程部件設計模型。其中，“結構”對應于PMS中任一過程部件以及部件組合形成的PMS總體布置，“功能”表達結構的物料變換需求，“行為”描述特定結構所實現(xiàn)的詳細物料變換內(nèi)容，“知識”統(tǒng)括設計過程所使用的規(guī)則、經(jīng)驗、方法等。
　　 物料變換邏輯的描述和表達是構建PMS方案設計模型的關鍵。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”兩類對象，部件級的物料變換邏輯由一個廣義過程部件和

6、輸入輸出該部件的廣義物料集合組成，進而再通過同一廣義物料對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)級的物料變換邏輯.對于上述變換邏輯的形式化表達問題，在技術上提出了一種基于ID關聯(lián)的描述方法，采用ID來唯一標識所對應的過程部件和物料，通過記錄相關聯(lián)對象的ID來建立對象之間的連接關系。
　　 提出將PMS系統(tǒng)方案設計活動分解為方案創(chuàng)建、方案分析、方案評價和方案調(diào)整四項子活動，分別在總體布置設計和過程部件

7、設計兩個層面上，研究了基于四項子活動而實現(xiàn)PMS方案設計的過程。歸納了支持PMS系統(tǒng)的方案設計過程的主要智能CAD方法，并闡述了這些方法在PMS系統(tǒng)設計過程中的運用。
　　 基于本文研究提出的PMS系統(tǒng)計算機輔助方案設計理論框架，具體針對鍋爐計算機輔助方案設計問題，采用面向對象技術設計了系統(tǒng)的軟件模型，研發(fā)了鍋爐方案設計系統(tǒng)的原型，并給出了系統(tǒng)的具體應用描述。
　　 本文針對PMS這一特殊類別的機械系統(tǒng)開展計算機輔助方案