基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法技术

本发明专利技术提供一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，该方法包括以下步骤：使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变化的合适的行为变化序列，从而建立产品设计过程的行为流模型；获得行为和功能的初始映射关系；建立基于行为流的发动机功能群落及演化模型。本发明专利技术致力于对行为流的表达问题进行深入研究，本研究通过提出行为流的空间序列这一全新概念，从空间序列的演进变化这一角度来描述基于行为流的产品智能设计过程，并提出两种行为流空间序列的表达方式以及这两种表达方式的转换原则。

【技术实现步骤摘要】
基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法
本专利技术涉及产品建模领域基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法。
技术介绍
复杂产品是指结构复杂、技术密集、制造要求和成本高、过程管理复杂、客户需求多变的一类产品。而概念设计则是复杂产品设计过程最为核心的阶段,是增强产品竞争力的根本环节。资料表明，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，时间和成本同质量一样成为决定产品成败的关键因素。由于概念设计处于产品生命周期的最早期阶段，对后续的设计环节有着极大的影响。概念设计从根本上决定了产品的功能、质量、成本、开发时间和产品的创新性，它包括设计人员对设计任务的理解，设计灵感的表达，设计理念的发挥。现如今功能建模则是复杂产品建模最为普遍的方式，通过对产品功能的研究，以产品功能为核心来看待整个模型，一般的方法中都采用自上而下的功能分解来建立模型的层次，引导功能建模。而当前建立的功能分解方法，都是在尽最大的可能对已有的功能划分的知识或者经验的总结利用，来指导功能分解。这些知识的总结都是来自部分领域人员大脑思考的结果，从出发点上就具有片面性，可能只适用于部分领域，不具备通用性；另一方面，人的知识，经验，其实也就是寻找功能设计优化解的经过部分验证的估值函数，并不保证是最优解，也不保证找到当前相对更好的一个选择；再次，如果提出的模型产生的设计结果不具备可行性，一切都变得毫无意义，因此功能模型是从主观到客观，从抽象到具体的过程，但是也要考虑到是否有实现的可能性，以往的从上往下单一的路线会造成结果和现实的脱离。因此Gero提出了产品设计的FBS(Function-Behavior-Structure)模型，他认为设计过程是设计者将产品的功能需求转化为预期可以实现该功能的行为，然后根据行为选择相应的结构单元，再将结构的实际行为与预期能够实现功能的行为进行比较，如果结果较为匹配则能得出符合功能需求的结构单元，若不匹配则重复上述过程，在FBS理论提出后，产品概念设计过程更加注重了对产品建模过程中行为的研究，通过建立产品的行为流模型来解决以上问题。产品行为是客观的，可以无歧义的表达复杂产品的建模过程，此外通过直接对行为的研究，可以明确定义建模过程中产品的一系列状态，特别是起始状态和目标状态。通过这两个状态以及之间触发状态发生变化的的行为，得出最优行为变化序列来实现状态的转变，从而实现产品的创新设计，建立新产品的行为流模型，而且行为可以直接对应到结构，可以得到产品的实现，产品的行为流模型具有实用性，覆盖智能设计的整个生命周期。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，用于实现智能化设计。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，该方法包括以下步骤：1)使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变化的合适的行为变化序列，从而建立产品设计过程的行为流模型；2)获得行为和功能的初始映射关系；3)建立基于行为流的发动机功能群落模型及功能群落演化模型。优选地，将发动机行为流功能群落模型中功能群落分为进气，压缩，燃烧，排气四个状态。优选地，还包括步骤：针对功能描述的主观性和机械产品的行为构建行为矩阵，再根据功能行为的映射关系判断产品种群是否能够实现如上行为，从而得到产品种群的功能基因编码矩阵。优选地，所述机械产品的行为包括平移、旋转、连接、覆盖、咬合以及定位。优选地，还包括步骤：由成熟度公式和设计聚合熵势公式分别求得产品功能种群的成熟度和聚合熵势。优选地，所述功能种群FP的成熟度M表示如下：1≤i≤n，n为原子功能数量，fi是FP的功能描述矩阵中的第i列。优选地，所述功能种群设计聚合熵势指产品的客观物质存在在空间和状态上的分布状态势能，主要取决于当前功能群落的相关度和成熟度，即：其中m为功能种群中功能数量，R表示该功能种群的相关度属性，M表示该功能种群的成熟度。如上所述，本专利技术具有以下有益效果：1.使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变化的合适的行为变化序列；2.行为可以直接对应到结构；3.每个行为可以作为行为库的一个元素，通过建立行为库来保存已有的产品的行为，从而实现人的知识的积累和重复使用；4.复杂产品的子部件类比生态系统中的种群能够单独实现某些功能，又能通过行为这一概念作用于其他子部件。附图说明图1显示为功能、行为与结构关系图。图2显示为基于行为流的产品建模框架图。图3显示为行为—功能初始映射关系图。图4显示为基于行为流的产品功能群落及演化模型框架图。图5显示为功能群落演化算法流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术在FBS设计模型和行为流的基础上，针对当前概念设计中的不足，从行为的角度出发，创新性的引入种群和群落这两个生态学范畴，提出基于行为流的功能群落及演化模型来解决以上问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，该方法至少包括：1.行为作为一个客观的概念，和功能不同，可以有确定唯一的表达方式，具有广泛适用性，非常适合于计算机描述；2.，使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变化的合适的行为变化序列，从而可以建立新产品设计过程的行为流模型；3.行为可以直接对应到结构，在行为流的基础上研究行为—结构耦合问题可更快更准确地得到产品的实现，因此产品的行为流模型具有实用性，覆盖智能设计的整个生命周期；4.每个行为可以作为行为库的一个元素，通过建立行为库来保存已有的产品的行为，从而实现人的知识的积累和重复使用，具有学习和重用等智能因素，实现产品的智能演化。5.复杂产品的子部件如同生态系统中的种群能够单独实现某些功能，又能通过行为这一概念作用于其他子部件，而且各个子部件又能像生态系统中的种群一样按照一定的规则有机的结合在一起，能够协同实现个体无法实现的功能。1.功能群落模型自然界本身就是一个鲜明的复杂系统，在这个系统中各种生物都能稳定有序的生存和进化，即便有人为和非人为的因素影响，也能很好的体现在演化的过程中。生态群落又称生物群落，是指具有直接或间接关系的多种生物种群的有规律的组合，具有复杂的种间关系。组成群落的各种生物种群不是任意地拼凑在一起的，而有规律组合在一起才能形成一个稳定的群落。考虑到这一点，所以本文引入群落这一个生态学范畴，提出功能群落的概念。1.1.功能群落模型相关概念定义1.1对于不能再分解的功能称为原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变化的合适的行为变化序列，从而建立产品设计过程的行为流模型；2）获得行为和功能的初始映射关系；3）建立基于行为流的发动机功能群落及演化模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于行为流复杂产品功能群落及其演化的发动机建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：一、使用行为来定义产品的初始状态和目标状态，再根据这两个状态得到实现该状态变化的合适的行为变化序列，从而建立产品设计过程的行为流模型；二、获得行为和功能的初始映射关系；三、建立基于行为流的发动机功能群落模型及功能群落演化模型；所述功能群落演化模型是指随机生成一定数量的模块，将功能种群的功能通过行为映射到各个模块，如此反复操作，生成一个具有一定规模的初始种群；四、由成熟度公式和设计聚合熵势公式分别求得产品功能种群的成熟度和聚合熵势；功能种群FP的成熟度M表示如下：其中，1≤i≤n，n为原子功能数量，fi是FP的功能描述矩阵中的第i列；pi代表第i号原子功能对应的行为元在实现功能种群所有功能时被使用的概率；功能种群设计聚合熵势指产品的客观物质存在在空间和状态上的分布状态势能，取决于当前功能群落的相关度和成熟度，即：其中m为功能种群中功能数量，R表示该功能种群的相关度，M表示该功能种群的成熟度；功能种群FP的功能描述矩阵如下所示：GMFP＝[f1,...,fi,...,fn]＝[β1,...,βj,...,βm]*AT其中A为行为—功能映射矩阵，fi＝1当且仅当该种群能够实现第i号原子功能，其余情况下fi＝0；当且...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝泳涛，楼狄明，王力生，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31