基于行为流功能与行为耦合关系的建模方法技术

本发明专利技术提供一种基于行为流功能与行为耦合关系的建模方法。利用功能和行为之间的耦合性来实现行为流的产品建模，形成建模的行为节点序列。本发明专利技术为了实现产品建模的创新，以及设计的自动化，提出了行为流的基本概念，以及依赖于该概念的功能与行为耦合关系求解，在求解的过程中实现了产品建模，并使用遗传算法对产品建模的结果进行择优，以便选取最优解；通过发动机模型的实例创建表明，该方法可以实现产品概念模型的自动化设计以及创新。

【技术实现步骤摘要】
基于行为流功能与行为耦合关系的建模方法
本专利技术涉及产品建模领域，特别是涉及一种基于行为流功能与行为耦合关系的建模方法。
技术介绍
随着科学技术和生产技术的飞速发展，每个企业都面临着持续多变的和不可预测的全球化市场竞争，机械制造业亦是如此，然而如何在激烈的竞争中得以生存，最终还是归结到产品的创新。由于概念设计在产品设计的第一阶段，决定着产品的功能作用以及实现功能的结构载体。有研究表明，产品价值的70%是由概念设计阶段决定的，由此可见产品的概念设计是实现产品创新的关键环节，但并不表明概念设计就一定能够产生创新性的设计方案[3]。创新的本质在于用非常规的方法获得具有新颖性的设计方案，为了得到具有新颖性的设计必须从不同的思维角度出发得到同一问题的一系列解。功能-行为-结构（Function-Behavior-Structure）模型最早是由Qian和Gero所提出的,且对该模型进行了较为系统的研究，并给出了相应的数学模型，以及各映射空间之间的关系描述，如图1所示。FBS这种设计框架结构的合理性得到众多研究者的认可，但是通过这种框架结构实现产品建模的创新理论却不是很多。因此在面对激烈的市场竞争中，如何能够在短时间内快速完成产品的升级以及研制能力变成了一家企业成功的首要任务。然而研究表明，在新产品的开发过程中40%是重用过去的部件，40%是对已有部件的修改，20%为全新的设计。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术的目的在于提供一种基于行为流功能与行为耦合关系的建模方法，用于实现产品概念模型的自动化设计以及创新。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功能与行为耦合关系的建模方法，利用功能和行为之间的耦合性来实现行为流的产品建模，形成建模的行为节点序列。优选地，利用功能和行为之间的耦合性来实现行为流的产品建模具体包括以下步骤：步骤1：从功能库中查找是否存在现成的行为可以实现此功能，如果没有则到达第二步骤，如果有则进行步骤三，并且将该子功能记入到产品建模的行为路径中。步骤2：将功能进行分解，一直分解到每个子功能在功能库中都存在,返回步骤1。步骤3：根据输入的行为以及相关的约束条件从行为库中选择对应的行为，根据此行为输出相应的结构，并将该结构记入到产品建模的行为路径中。步骤4：根据结构以及约束条件从结构库中查询出结构表，根据结构表判断，该结构是否为目标结构单元，如果是则直接退出，并且将相应的结构计入到产品建模的行为路径中；否则输出该结构对应的功能，进入步骤1依次循环。优选地，还包括以下步骤：使用遗传算法，利用所述行为节点序列对行为流进行重组择优，得到最优的行为流建模路径。优选地，使用遗传算法，利用所述行为节点序列对行为流进行重组择优，得到最优的行为流建模路径具体包括以下步骤：1）对行为流进行二进制的编码，从而获得行为矩阵的基因编码；2）依次执行选择、交叉、变异的步骤；3）确定算法评价函数及终止条件；得到的行为流序列即为最优解。优选地，所述产品为发动机。优选地，所述发动机的总功能分为以下四个子功能组合完成，分别为：吸气过程、压缩过程、做功过程以及排气过程。如上所述，本专利技术在基于FBS模型的基础上，提出了行为流建模，建立了功能模型，行为模型，使用知识模板为载体实现功能到行为的映射，以便达到快速建模的目的并来实现产品概念设计的初步创新。由于进化设计借助自然智能的高速稳健的优化方法，通过设计模式之间的演化过程，体现出形象思维和创造性思维的特征，并获得设计问题的最优解。与基于纯粹逻辑推理方法的设计过程不同，进化设计过程中通过进化个体的随机组合获得试解，并通过并行大规模的演化搜索整个设计空间来获得最优解。遗传算法在设计过程中的应用不仅加快了设计速度，而且生成了很多创意性的产品，因此本专利技术使用了遗传算法对行为流建模过程中的行为路径进行择优，以选取最优解。附图说明图1显示为本专利技术产品建模的初步模型示意图。图2显示为本专利技术行为描述与名称的对应关系。图3-6显示为本专利技术具体实施例中四个冲程经过计算后的结果图。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。请参阅图2至6。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。行为流产品建模在产品建模设计过程中，产品的需求会直接抽象为需要实现的功能，而行为的略微改变可以直接造成功能性的改变，由此可见行为在整个产品建模中起着非常重要的作用。本专利技术主要从行为流的角度来实现产品的建模，结合行为流的理念，一方面可以自上而下的对行为进行分解，通过行为功能的映射来实现产品的功能，另一方面可以对一些行为元进行组合分析重新设计，实现产品的创新。这两种办法可以同时实施，减少设计建模过程中的重复性劳动，从而提高效率缩短设计时间。行为流建模的基本概念在进一步阐述行为流建模之前，首先对文中所设计的基本概念给出解释，给予定义。行为行为(Behavior)是构成产品实现方案的基本运动原理，表现为各个原理构建的基本运动行为。原理及其行为是功能到物理结构的桥梁，功能与结构之间不存在直接的映射，需要通过行为来起作用。由于行为是一个抽象的概念，表象为物体的运动。而功能可以看作成为能量流的输入到能量流的输出，那么作为功能的完成所消耗的能量即为作用于该结构的力F所做的功，又因为行为的运动轨迹由加速度a所决定，由牛顿的第二定律可得F=ma，其中m为结构的质量,a为加速度。由于质量为静态的，不可变的故行为运动轨迹可由作用于其结构所受的力决定，因此我们在此使用力F作为行为的具体表现形式。又由于行为存在简单行为以及复杂行为，在本专利技术中我们将行为分为行为元与复杂行为。它们的相关定义如下：行为元(BehaviorUnit)是指结构在某个时刻受到力F的作用沿三维空间运动轨迹所表示的行为称之为行为元。复杂行为(ComplicatedBehavior)是指可由一系列行为元由于时间或者空间的先后顺序所进行的串联或并联等组合成的行为。则我们可将任意一个行为B(t)可用下面的数学表达式所表示：其中表示为该结构在t时刻沿平行于X轴(垂直于YZ平面)的方向的作用力，当力的方向为X轴正方向时则取正值，当作用力为X轴负方向时，取负值。表示为该结构在t时刻沿平行于Y轴(垂直于XZ平面)的方向作用的力，当力的方向为Y轴正方向时则取正值，当作用力的方向为Y轴负方向时，取负值。表示为该结构在t时刻沿平行于Z轴(垂直于XY平面)的方向作用的力，当力的方向为Z轴正方向时则取正值，当作用力的方向沿Z轴负方向移动时，取负值。YZ平面夹角为θ的方向作用的力，表示为该结构在t时刻段沿与XZ平面夹角为θ的方向作用的力，表示为该结构在t时刻段沿与XY平面夹角为θ的方向作用的力。K为布尔值，使用0,1标识，为0时表示该行为B为行为元不可分解，当K取值1时，表示该行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于行为流功能与行为耦合关系的建模方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：利用功能和行为之间的耦合性来实现行为流的产品建模，形成建模的行为节点序列。

【技术特征摘要】
1.一种基于行为流功能与行为耦合关系的建模方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：利用功能和行为之间的耦合性来实现行为流的产品建模，形成建模的行为节点序列利用功能和行为之间的耦合性来实现行为流的产品建模具体包括以下步骤：步骤1：从功能库中查找是否存在现成的行为可以实现此功能，如果没有则到达步骤2，如果有则进行步骤3，并且将该功能记入到产品建模的行为路径中；步骤2：将功能进行分解，一直分解到每个子功能在功能库中都存在,返回步骤1；步骤3：根据输入的行为以及相关的约束条件从行为库中选择对应的行为，根据此行为输出相应的结构，并将该结构记入到产品建模的行为路径中；步骤4：根据结构以及约束条件从结构库中查询出结构表，根据结构表判断，该结构是否为目标结构单元，如果是则直接退出，并且将相应的结构计入到产品建模的行为路径中；否则输出该结构对应的功能，进入步骤1依次循环。...

【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