專利名稱：基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的建模方法，特別是涉及一種基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)以智能化，集成化為主要發(fā)展方向。從設(shè)計(jì)的本質(zhì)來看，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程是為了實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)而在復(fù)雜約束關(guān)系下的抽象與實(shí)現(xiàn)過程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要過程可以分為概念設(shè)計(jì)、裝配框架設(shè)計(jì)、以及詳細(xì)設(shè)計(jì)這幾個(gè)過程，其中，產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)是最重要的一環(huán)，常見的概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論有Qian. L和Gere. JS提出的FBS模型，Suh NP提出的公理化設(shè)計(jì)理論，金熙哲提出的在FBS模型下，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行專家系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，張廣軍，郭敦兵等人在公理化設(shè)計(jì)中建立改進(jìn)型功能樹，另外，還有很多學(xué)者引入遺傳算法或者擴(kuò)展功能矩陣在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)或概念設(shè)計(jì)的的功能求解上。
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)目前存在的問題是，從功能反映產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)往往受到設(shè)計(jì)者的認(rèn)知和對產(chǎn)品功能的理解，功能結(jié)構(gòu)的劃分等主觀因素的影響，目前在FBS模型基礎(chǔ)上的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)導(dǎo)向集中在產(chǎn)品的功能上，而對功能-行為-結(jié)構(gòu)模型中的行為研究非常缺乏，行為連接了產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)兩個(gè)重要模塊，但是當(dāng)前對產(chǎn)品行為以及行為作用機(jī)理的研究還存在很大空白。因此我們需要一種基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的種種缺失，實(shí)為目前急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種更加智能化的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，以避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)受設(shè)計(jì)者主觀因素的干擾。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其包括1)在行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)下定義由至少一個(gè)行為元組成的多個(gè)行為群落；2)通過混合Petri網(wǎng)建立產(chǎn)品行為流生態(tài)系統(tǒng)模型，而完成行為群落之間信息傳遞；以及3)依據(jù)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則，將產(chǎn)品的行為流變化結(jié)合物質(zhì)狀態(tài)信息，映射產(chǎn)品的功能以及結(jié)構(gòu)，最終形成產(chǎn)品的具體構(gòu)造。在本發(fā)明的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法中，生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)包括由行為層、自行為層分別向外映射的功能層與結(jié)構(gòu)層構(gòu)成的縱向部分以及由所述行為層、功能層與結(jié)構(gòu)層各自的演變過程構(gòu)成的橫向部分，其中，行為層到功能層的映射是從產(chǎn)品的行為-功能的客觀到主觀的映射實(shí)現(xiàn)，而行為層到結(jié)構(gòu)層的映射是從產(chǎn)品的行為-結(jié)構(gòu)映射后產(chǎn)品行為的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)。行為層的演變過程是從不可再分的行為元迭代匯聚成行為群落，再由行為群落與同層次的物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行結(jié)合，通過生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換、信息傳遞以及能量流動(dòng)，得到生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)狀態(tài)的過程。功能層的演變過程是從初始的功能元形成子功能，再由各種子功能最后形成總功能的過程。結(jié)構(gòu)層的演變過程是由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單元庫從抽象到具體的不斷細(xì)化，最后形成產(chǎn)品具體構(gòu)造的過程。設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則是在滿足設(shè)計(jì)熵增加的情況下，設(shè)計(jì)動(dòng)力勢能與局部聚合勢能保持守恒。如上所述，本發(fā)明的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法主要是在行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)下定義由至少一個(gè)行為元組成的行為群落，并通過混合Petri網(wǎng)建立產(chǎn)品行為流生態(tài)系統(tǒng)模型，而實(shí)現(xiàn)行為群落之間信息傳遞，且依據(jù)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則，將產(chǎn)品的行為流變化結(jié)合物質(zhì)狀態(tài)信息，映射產(chǎn)品的功能以及結(jié)構(gòu)，從而最終完成產(chǎn)品的具體構(gòu)造，進(jìn)而解決傳統(tǒng)產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)受設(shè)計(jì)者主觀因素的干擾而帶來的問題，達(dá)到智能設(shè)計(jì)與進(jìn)化的目的。


圖I為顯示本發(fā)明的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的操作流程圖。
圖2為顯不基于廣品彳丁為流的生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)圖。圖3為顯示發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與行為流流程圖。圖4A至4D分別顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣四個(gè)行為群落的Petri網(wǎng)模型圖。圖5為顯示直列四缸汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的Petri網(wǎng)總流程圖。圖6A為顯示設(shè)計(jì)熵及行為群落J的變化趨勢圖。圖6B為顯示設(shè)計(jì)熵及行為群落Y的變化趨勢圖。圖6C為顯示設(shè)計(jì)熵及行為群落S的變化趨勢圖。圖6D為顯示設(shè)計(jì)熵及行為群落P的變化趨勢圖。元件標(biāo)號說明S100 S102步驟
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請參閱圖1，即顯示本發(fā)明的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的操作流程圖，以下即配合圖2至圖6D對本發(fā)明的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的操作步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，首先執(zhí)行步驟S100，在行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)下定義由至少一個(gè)行為元組成的多個(gè)行為群落。其中，如圖2所示，該生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)包括由行為層、自行為層分別向外映射的功能層與結(jié)構(gòu)層構(gòu)成的縱向部分以及由所述行為層、功能層與結(jié)構(gòu)層各自的演變過程構(gòu)成的橫向部分，其中，行為層到功能層的映射是從產(chǎn)品的行為-功能的客觀到主觀的映射實(shí)現(xiàn)，而行為層到結(jié)構(gòu)層的映射是從產(chǎn)品的行為-結(jié)構(gòu)映射后產(chǎn)品行為的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)，具體而言，該行為層的演變過程是從不可再分的行為元迭代匯聚成行為群落，再由行為群落與同層次的物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行結(jié)合，通過生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換、信息傳遞以及能量流動(dòng)，得到生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)狀態(tài)的過程；而該功能層的演變過程是從初始的功能元形成子功能，再由各種子功能最后形成總功能的過程；該結(jié)構(gòu)層的演變過程是由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單元庫從抽象到具體的不斷細(xì)化，最后形成產(chǎn)品具體構(gòu)造的過程。接著，執(zhí)行步驟S101。在步驟SlOl中，通過混合Petri網(wǎng)建立產(chǎn)品行為流生態(tài)系統(tǒng)模型，而完成行為群落之間信息傳遞。接著，執(zhí)行步驟S102。其中，混合Petri網(wǎng)是用于描述和分析產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)功能的行為流過程中的離散行為事件與連續(xù)行為事件，該混合Petri網(wǎng)引入了具有連續(xù)行為特性的托肯，并用動(dòng)態(tài)方程來描述 系統(tǒng)中連續(xù)變量變化的過程。為便于描述混合Petri網(wǎng)，以下以公式=BEHPN = (P, T，A, R, C，M0)進(jìn)行定義。(I)P= {Pl, p2, , pj是有限狀態(tài)庫所集合，在行為流生態(tài)系統(tǒng)模型中，用這些庫所代表行為流生態(tài)系統(tǒng)模型中的狀態(tài)，包括連續(xù)狀態(tài)庫所P。和離散狀態(tài)庫所Pd，其中
P ^ Pc U PD,Pc O Po ^ 01(2)T = Itpt2, . . .，tm}是有限的行為變遷，在行為流生態(tài)系統(tǒng)模型中的代表行為流過程中的行為變遷，包括連續(xù)行為Tc和離散行為td，其中r=7.un7D :0·’(3)A是狀態(tài)庫所與行為之間的有向弧集合，A e (PXT) U (TXP)，用來表達(dá)行為流方向；(4)R是與連續(xù)狀態(tài)庫所對應(yīng)的關(guān)聯(lián)方程集合，連續(xù)狀態(tài)庫所P對應(yīng)的關(guān)聯(lián)方程記作R(p)，當(dāng)P e P。被標(biāo)記時(shí)，V/e M(P)，連續(xù)狀態(tài)Y的屬性按照R(P)變化；(5) C是連續(xù)行為對應(yīng)的條件集合，連續(xù)行為t對應(yīng)的條件記做C(t)；(6) Mtl表示時(shí)間刻度O的系統(tǒng)狀態(tài)，也是行為流生態(tài)系統(tǒng)的初始狀態(tài)；BEHPN可以對同一個(gè)建模框架中的連續(xù)和離散的部分進(jìn)行建模，連續(xù)的部分包括連續(xù)狀態(tài)庫所和連續(xù)的行為，用來描述連續(xù)變量的動(dòng)態(tài)變化過程。在步驟S102中，依據(jù)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則，將產(chǎn)品的行為流變化結(jié)合物質(zhì)狀態(tài)信息，映射產(chǎn)品的功能以及結(jié)構(gòu)，最終形成產(chǎn)品的具體構(gòu)造，并結(jié)束該基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。其中，該設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則是在滿足設(shè)計(jì)熵S增加的情況下，設(shè)計(jì)動(dòng)力勢能與局部聚合勢能保持守恒，而產(chǎn)品聚合勢能Ψ是指產(chǎn)品的客觀物質(zhì)存在在空間和狀態(tài)上的分布狀態(tài)勢能；設(shè)計(jì)動(dòng)力勢能Φ是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中通過操作主體對操作客體進(jìn)行的主動(dòng)實(shí)施能量。為更詳盡了解應(yīng)用本發(fā)明的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)行為結(jié)構(gòu)尋優(yōu)和創(chuàng)新的有效性，以下以發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為例，并配合圖3至6D進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)引擎是典型的混合系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，涉及到的是物質(zhì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變、能量狀態(tài)的傳遞、信息狀態(tài)的交互，運(yùn)行的過程即發(fā)動(dòng)機(jī)中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品行為流生態(tài)建模中，采用自頂向下設(shè)計(jì)的方法，將發(fā)動(dòng)機(jī)行為流生態(tài)系統(tǒng)中行為群落分為進(jìn)氣，壓縮，燃燒，排氣四個(gè)主要部分，發(fā)動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)和行為流流程如圖3所示。將發(fā)動(dòng)機(jī)行為流生態(tài)系統(tǒng)模型分為進(jìn)氣，壓縮，燃燒，排氣四個(gè)行為群落，分別為行為群落J，行為群落Y，行為群落R，行為群落P，則四個(gè)行為群落的Petri網(wǎng)模型圖分別如圖4A至4D。
行為群落J中的行為集合與狀態(tài)庫所分別見表I和表2。表I行為群落J中的行為
權(quán)利要求
1.一種基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法包括 1)在行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)下定義由至少一個(gè)行為元組成的多個(gè)行為群落； 2)通過混合Petri網(wǎng)建立產(chǎn)品行為流生態(tài)系統(tǒng)模型，而完成行為群落之間信息傳遞； 以及 3)依據(jù)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則，將產(chǎn)品的行為流變化結(jié)合物質(zhì)狀態(tài)信息，映射產(chǎn)品的功能以及結(jié)構(gòu)，最終形成產(chǎn)品的具體構(gòu)造。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)包括由行為層、自行為層分別向外映射的功能層與結(jié)構(gòu)層構(gòu)成的縱向部分以及由所述行為層、功能層與結(jié)構(gòu)層各自的演變過程構(gòu)成的橫向部分，其中，行為層到功能層的映射是從產(chǎn)品的行為-功能的客觀到主觀的映射實(shí)現(xiàn)，而行為層到結(jié)構(gòu)層的映射是從產(chǎn)品的行為-結(jié)構(gòu)映射后產(chǎn)品行為的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述行為層的演變過程是從不可再分的行為元迭代匯聚成行為群落，再由行為群落與同層次的物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行結(jié)合，通過生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換、信息傳遞以及能量流動(dòng)，得到生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)狀態(tài)的過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述功能層的演變過程是從初始的功能元形成子功能，再由各種子功能最后形成總功能的過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)層的演變過程是由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單元庫從抽象到具體的不斷細(xì)化，最后形成產(chǎn)品具體構(gòu)造的過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則是在滿足設(shè)計(jì)熵增加的情況下，設(shè)計(jì)動(dòng)力勢能與局部聚合勢能保持守恒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其主要是在行為流生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)下定義由至少一個(gè)行為元組成的行為群落，并通過混合Petri網(wǎng)建立產(chǎn)品行為流生態(tài)系統(tǒng)模型，而實(shí)現(xiàn)行為群落之間信息傳遞，且依據(jù)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)規(guī)則，將產(chǎn)品的行為流變化結(jié)合物質(zhì)狀態(tài)信息，映射產(chǎn)品的功能以及結(jié)構(gòu)，從而最終完成產(chǎn)品的具體構(gòu)造，進(jìn)而解決傳統(tǒng)產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)存在的問題，達(dá)到智能設(shè)計(jì)與進(jìn)化的目的。
文檔編號G06F17/50GK102902866SQ20121042553
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者郝泳濤, 樓狄明 申請人:同濟(jì)大學(xué)