基于TRIZ的计算机辅助产品创新设计及软件实现

陕西科技大学硕士学位论文基于TRIZ的计算机辅助产品创新设计及软件实现姓名：田昕申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：任工昌20070501基于TRIZ的计算机辅助产品创新设计及软件实现作者：田昕学位授予单位：陕西科技大学相似文献(8条)1.期刊论文侯智.邢预恩.张根保基于TRIZ的计算机辅助设计初探-组合机床与自动化加工技术2002,(10)人们一直在尝试将设计工具和设计方法学进行集成来提高设计的效率.目前关于TRIZ理论与计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,CAD)之间进行集成的理论思考,使得这种集成在不久的将来极有可能付诸实现.虽然计算机辅助设计工具已经发展了很长时间,并且对几何建模非常有用,但是它不能在造型设计和详细设计产生问题时为设计者提供帮助.TRIZ工具如发明创造原理、物质-场分析、发明问题解决算法(ARIZ)等,具有提供创造性的特点,把它们集成进CAD环境也许会为设计者在使用CAD系统完成建模和详细设计时提供帮助.2.学位论文王冀强基于TRIZ的计算机辅助创新设计系统研究2003该文首先在简要介绍了TRIZ理论的基础上,讨论了TRIZ理论的几个不完善的地方,指出了TRIZ理论以后发展的几个方向.其次在对现代认知心理学研究的基础上,针对工程设计问题提出了思维的三种基本信息处理模型.以此为基础,指出了TRIZ理论必须与其他的人工智能技术相结合,才能有更大的发展空间.并结合与头脑风暴法的分析比较,指出TRIZ理论在创造性思维模型中应发挥作用的阶段及其在创新设计理论中处于的地位.然后在研究创造性思维模型的基础上,针对TRIZ理论中发明原理不易应用的难点,融合基于实例的推理技术(CBR),提出了可将TRIZ理论中的工具作为构建实例库的规则,并以此为指导,构建了适当的模型及算法.建立了计算机辅助创新系统.整个系统采用面向对象的思想进行设计,提高了该系统的灵活性和通用性.最后以一个实例的创新设计为例,对系统的使用进行了说明,并对计算机辅助概念设计系统的发展趋势作了推测.3.会议论文唐益明.刘晓平一种基于TRIZ的计算机辅助创新原型系统2006在研究TRIZ理论的基础上,采用TOP功能分析方法,提出并开发了一种基于TRIZ的计算机辅助创新原型系统.利用冲突问题的结构表示来对问题进行分析,并提出了通过冲突结构得到冲突的自动生成算法.本系统使得用计算机基于TRIZ创新的自动化程度有一定提升,并采用多条路径得到推荐的原理,同时使TRIZ与其他创新方法的结合更加便利.4.学位论文张天会基于TRIZ理论GiantCam的创新设计研究2004本文利用TRIZ创新设计理论,对GiantCam产品概念设计进行创新设计的基础上,对TRIZ理论、GiantCam概念设计阶段的设计、GiantCam产品结构的计算机辅助设计和建模、数据交换标准、产品工程数据库系统的建立进行了研究.本文对GiantCam概念设计阶段采用TRIZ创新设计方法,在较短的时间内就设计出GiantCam的概念原型,加快产品创新的周期,提高产品创新水平,增强产品的市场竞争力.在分析选择数字建模方法、建模软件和数据交换标准,并建立工程数据库系统的基础上,对GiantCam在详细设计阶段采用计算机辅助设计方法的应用,提高了产品的设计效率,缩短产设计周期,有效传递产品的模型数据,使产品的信息能在整个生命周期内共享,使计算机管理代替人对产品的工程数据进行管理,提高了管理效率.5.会议论文宋保华.林岳.李海生面向产品设计的计算机辅助创新技术本文介绍了最新的计算机辅助创新技术及其在产品设计与开发中的应用.首先介绍了计算机辅助创新技术的核心理论基础,包括TRIZ理论和本体论.然后分别阐述了计算机辅助创新技术对产品设计与开发提供支持的几个方面,包括产品需求分析、基于TRIZ创新原理的产品创新,基于本体论的创新思维扩展,基于技术系统进化原理的技术预测与新产品开发,以及方案评价等.6.学位论文熊志勇基于知识工程的产品创新设计关键技术研究2007目前的产品创新设计系统普遍不支持用户参与创新设计过程，而且对创新设计过程(特别是对概念创新设计阶段)的知识支持不够，使概念设计与产品详细设计脱节，而且这些系统存在缺少造型辅助创新设计手段等局限性。为了更好的指导产品创新设计活动，快速响应用户对产品的需求，本文重点研究了支持基于知识工程的产品创新设计系统开发的关键技术：包括产品创新设计方法、模式和体系结构，产品创新设计知识建模技术，创新设计全域映射模型和方法，创新设计的评价模型和评价方法等技术。本文的主要工作有：(1)研究了创造性思维的概念、特点和常用的产品创新构思技法，在此基础上建立了创新构思能力数学模型；研究了基于TRIZ理论的计算机辅助创新设计；并深入研究了进化计算在创新设计中的应用，定义了进化计算的基本概念，建立了基于进化计算的产品造型创新设计模型，给出了基于进化计算的旋转体产品的造型创新设计实现步骤；在此基础上，提出了基于知识工程的产品创新设计方法集成；并探讨了产品创新设计中的标准化问题。(2)分析了现有典型产品设计模式，提出了基于知识工程的交互式产品创新设计模式(即IPIDP-KBE模式)；以该模式为依据，建立了基于知识工程的产品创新设计系统四层体系结构，并明确了该系统的主要组成部分和关键技术。(3)探讨了典型知识表示方法，并深入研究了产品创新设计的知识表示和知识存储方法；然后在分析典型的产品模型的基础上，引入了本体的概念，提出了基于本体的全域产品知识表达模型和知识求解模型；接着探讨了产品创新设计知识获取过程，并研究了客户需求知识和领域知识的获取；最后在研究实例推理和规则推理的基础上，给出了基于知识约束的混合推理方法。(4)研究了产品创新设计过程，并从系统的观点建立了产品创新设计过程数模型；然后对产品功能结构设计进行了研究，在此基础上，提出了考虑客户需求的需求功能行为结构(RFBS)闭环映射模型，并深入研究了该模型各层之间映射实现方法；最后将该闭环映射模型应用于汽车转向系的设计中，验证了该模型的可行性。(5)针对产品创新设计过程的复杂性和创新设计评价的层次性，建立产品创新设计多级评价模型；进一步研究了产品创新设计评价指标体系的确定原则和评价指标体系的建立方法；提出了考虑多个评价因素相关性的改进模糊综合评价法算法，并给出了基于改进模糊综合评价法的产品创新设计方案评价实例。(6)从软件工程的角度对DPIDP-INE原型系统的开发和实现进行了研究。本文最后对全文的工作进行了总结，并对今后的有关研究工作进行了展望。7.会议论文黄浪彬.张晓钟.刘泽华基于加工对象的产品智能创新设计系统研究2006本文在分析产品设计、制造和使用的基础上,得到产品设计反馈系统模型,首次提出一种基于加工对象的产品智能创新设计系统。该系统利用功能思想,面向对象方法和UML语言对系统组成和关系进行详细分析；融合ART1神经网络和TRIZ理论实现智能创新设计；并针对系统的特点提出以自由软件思想实现的策略，最后给出了应用实例。8.学位论文田永利机电产品中广义执行机构方案自动生成原理及应用研究2005机电一体化产品的应用面极其广泛，既与人们的日常生活联系紧密，又对一个国家的国民经济发展起着不可估量的作用。在机电一体化产品的设计过程中，概念设计阶段是一个极富创造性的重要阶段，据调查，只占成本5﹪的概念设计阶段决定了产品全生命周期成本的85﹪，产品设计质量的70﹪以上。概念设计一般涉及到设计者的经验、知识、灵感、情绪和想象力等，因此深入研究概念设计的理论和开发有效的计算机辅助工具，将有利于消除设计者的情绪、偏见等因素，加大概念设计方案搜索的深度和广度，提高概念设计的效率。机电一体化系统通常是由多领域成分组成的复杂系统，因而机电一体化系统的概念设计并不同于传统机械系统的概念设计，需要更多领域的技术支持、知识支持和计算机软件支持。当前计算机技术和人工智能技术的发展，为概念设计方案的自动化获取提供了重要的支持工具，但是如何合理运用相关技术，以及充分融合各种设计方法，仍然十分具有挑战性。另一方面，机电一体化系统组成的复杂性和多领域性，决定了机电一体化产品应用知识的多学科性，也决定了概念设计方案输出的多样性和不确定性，因此有必要建立机电一体化系统概念设计阶段的动态仿真模型，利用计算机仿真来验证所设计的新方案是否能够完成功能以及功能所附带的约束条件。针对以上研究目的，本文研究了计算机辅助机电一体化产品概念设计的实现，重点对机电产品中广义执行机构方案自动生成过程中所涉及到的相关原理、技术进行了研究，具体包括对机电一体化系统组成划分方法、机电产品中广义执行机构概念设计阶段的知识建模、广义执行机构方案自动求解过程理论及计算机实现、广义执行机构建模及方案仿真、以及方案自动生成软件平台的构建技术等问题作了研究，主要内容如下：1.对机电一体化系统组成进行了合理而明确的划分和细化，并就机电一体化系统各个组成部分的设计任务和设计方法进行了讨论，有助于实现机电一体化系统概念设计的系统化和条理化从机电一体化产品的不同类型出发深化对机电一体化这一概念的认识，比较其与传统机械产品的异同之处。从物理组成和逻辑构成两个方面认识机电一体化产品的组成特征，并从逻辑构成层面上划分了机电一体化系统组成的三个子系统：广义执行机构子系统、信息处理及控制子系统、传感检测子系统。随后对这一组成划分进行了解释，并详细讨论了三个子系统的组成内容，讨论了三个子系统的设计任务、设计方法及设计步骤等相关内容，这些讨论为机电一体化产品中三个子系统单元的设计及三个子系统的集成设计提供了系统的指导。2.研究了机电产品中广义执行机构概念设计阶段的知识建模内容，讨论了适用于广义执行机构概念设计的知识描述方法和组织方法，为实现基于知识的自动推理建立了基础以机电一体化系统组成的三个子系统为研究对象，重点对广义执行机构的表示方法进行了研究，从输出功能、运动特性、拓扑结构、机构编码、仿真模型等方面全方位描述了广义执行机构对象的运动特性和功能属性。针对机电一体化产品组成复杂、输出多样化的特性，考虑将方案描述与仿真模型相结合，以定性描述和定量仿真方案的获取为目标对机电产品中广义执行机构的知识描述进行了分析。在三个子系统对象性知识描述之后，为实现高效的计算机识别和推理，还研究了这些对象性知识的组织方式，将面向对象、框架、产生式规则、一阶谓词逻辑等知识组织方法结合起来，建立了广义执行机构知识组织的混合式方法，这种混合式方法完整的表示了广义执行机构对象并易于用Prolog语言描述，使计算机辅助生成的广义执行机构方案解的集合更加完备，是广义执行机构方案自动生成计算机实现的重要基础。3.对广义执行机构方案的自动生成进行了研究，建立基于DPAM-F(即DeviceProcessActionMechanism-Function)过程模型的广义执行机构方案智能匹配平台，为计算机辅助机电一体化系统概念设计的实现提供更合理的实现步骤概括机电一体化产品设计的整个过程，分析实现计算机辅助机电一体化产品设计的瓶颈所在，建立了基于DPAM-F的广义执行机构子系统方案智能匹配求解过程模型。DPAM-F模型从更具体的设备分类出发，D-P的映射过程可以应用已有的案例作为工艺子过程的解集，避免了FPAM(功能-柔性工艺动作过程-可控执行动作-广义执行机构)模型中F-P映射过程难以计算机辅助实现的缺点，同时又具备了FPAM模型的优点，将功能属性具体关联到工艺子过程、执行动作、执行机构三个层次。将人工智能语言SICStusProlog对功能-行为-机构的自动推理结合到这一过程模型中，通过自顶向下的DPAM分解映射和自底向上M-F-A-F-P-F-D的回溯匹配与创新实现了局部方案自动生成和整体方案辅助设计。在广义执行机构方案生成后，以三个子系统的集成设计为目标，以伺服控制和调节控制为原型，研究了机电集成单元控制方案参数的计算机辅助设计。同时就机电集成单元方案组合过程中机器工作循环图的作用进行了讨论。这些研究内容建立了广义执行机构