產(chǎn)品創(chuàng)新功能結(jié)構(gòu)特征建模方法

劉曉敏,簡(jiǎn)兆輝,王自偉,朱兆榮

(福州大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,福建 福州 350002)

傳統(tǒng)的建模技術(shù)主要采用面向產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu),但是該技術(shù)并不適用于功能和行為層次的建模.因此,非常有必要建立1種普適性的產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)特征模型,以便支持產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)結(jié)果的有效實(shí)現(xiàn).產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的功能結(jié)構(gòu)特征建模要求是:①反映各相關(guān)元件之間的相互作用;②反映產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的層次關(guān)系;③拓寬產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的求解空間[1].

近年來(lái),許多學(xué)者陸續(xù)提出了多種產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)表示方法.常德功[2]通過(guò)定義聯(lián)接器零部件,建立了基于P/T網(wǎng)的產(chǎn)品概念層次結(jié)構(gòu)特征模型,但該模型中并沒(méi)有反映行為特征關(guān)系.Gorti[3]采用面向?qū)ο蠓椒ń⒘水a(chǎn)品概念特征模型,但沒(méi)有明確表示產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系.Zeng[4]建立了產(chǎn)品的載體和行為模型,并給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述,但沒(méi)有明確二者的映射關(guān)系.鄒光明[5]采用面向?qū)ο蠓椒ń⒘水a(chǎn)品概念模型,該模型包含功能域和物理域,未包含行為域.宋慧軍[6]在公理化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上引入行為域并擴(kuò)展了“之”字形映射,采用“與”、“或”樹(shù)建立產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)功能模型,但未能實(shí)現(xiàn)建模行為的動(dòng)態(tài)變化.

產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)中物料、能量及信息具有相等的地位,這形成了技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程的物質(zhì)基礎(chǔ).功能流不僅反映了產(chǎn)品的行為特征,而且構(gòu)成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織的基礎(chǔ).基于物質(zhì)和能量隨時(shí)間的改變,從物料、能量和信息流出發(fā),建立不同類(lèi)型的產(chǎn)品創(chuàng)新功能結(jié)構(gòu)特征模型,以確定各功能結(jié)構(gòu)間的有效聯(lián)系方式.

20世紀(jì)90年代初,出現(xiàn)了1種新興的將靜態(tài)旋流分離單體與動(dòng)態(tài)部分相結(jié)合的脫油型復(fù)合式旋流器,其功能原理是在離心力作用下利用油水密度差進(jìn)行分離的.本文采用產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方法和基于作用流的產(chǎn)品特征建模方法對(duì)復(fù)合式旋流器進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)特征建模.該模型從輸入/輸出流出發(fā),分別結(jié)合功能基、功能樹(shù)FAST方法,實(shí)現(xiàn)了基于作用流的復(fù)合式旋流器功能結(jié)構(gòu)特征建模,從而為更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新提供重要的參考.

1 功能基及FAST方法

1.1 功能基

用功能基表示和描述產(chǎn)品功能是產(chǎn)品創(chuàng)新的一種重要實(shí)現(xiàn)形式.通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)詞庫(kù),在一定程度上解決了功能表示的模糊性和歧義性.功能基綜合了輸入/輸出流和動(dòng)名詞詞組2種表示形式的特點(diǎn),采用“功能元+流對(duì)象”的表示結(jié)構(gòu),其中,功能元從分支、導(dǎo)向、連接、控制大小、轉(zhuǎn)換、供應(yīng)、信息和支持等8個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi);流對(duì)象從物料、能量和信息等3個(gè)方面分類(lèi).

1.2 簡(jiǎn)單的功能樹(shù)FAST方法

創(chuàng)建產(chǎn)品功能描述的1個(gè)基本方法是把綜合功能分解成若干子功能.一般來(lái)說(shuō),產(chǎn)品不同的子系統(tǒng)或組件能夠完成不同的子功能.以此可以對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行逐步分解,直到獲得最簡(jiǎn)單的功能結(jié)構(gòu).

圖1 FAST圖Fig.1 FAST diagram

FAST法用于定義、分析和理解產(chǎn)品的功能,確定功能之間的關(guān)系,關(guān)注重要功能以增加產(chǎn)品的價(jià)值.它通常是以邏輯的順序來(lái)展示產(chǎn)品的功能,對(duì)它們的主次關(guān)系進(jìn)行排序,以檢驗(yàn)功能之間的相互依賴(lài)關(guān)系.

FAST法是采用分層方法對(duì)產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行建模的,見(jiàn)圖1.具體建模過(guò)程如下:

(1)構(gòu)造2條一左一右的虛垂線(xiàn),這2條虛線(xiàn)定義了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標(biāo)的區(qū)域.

(2)把基本功能放在左區(qū)域線(xiàn)的右邊.提出問(wèn)題:為什么要?jiǎng)?chuàng)建基本功能?上一位置的功能將對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行回答.把該功能放在基本功能的左邊,然后用1條線(xiàn)把它們連接起來(lái),并開(kāi)始構(gòu)造功能有效實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵路徑.

(3)創(chuàng)建基本功能右邊的功能,這些功能必須始終按照“怎樣-為何”的問(wèn)答模式來(lái)創(chuàng)建.用直線(xiàn)把這些功能連接起來(lái)以對(duì)關(guān)鍵路徑進(jìn)行定義.

(4)關(guān)鍵路徑將以位于右區(qū)域線(xiàn)外的“假設(shè)功能”為結(jié)束點(diǎn).該功能位于產(chǎn)品的外部,例如利用該區(qū)域的功能可為復(fù)合式旋流器產(chǎn)品提供分離液的外部功能.

(5)創(chuàng)建關(guān)鍵路徑之外的子功能,并把它們放在關(guān)鍵路徑上與其相關(guān)的基本功能或子功能的下面.這些功能或者同時(shí)產(chǎn)生,或者由關(guān)鍵路徑上的功能引起.

(6)陳述位于基本功能之上的開(kāi)發(fā)目標(biāo),把一次性功能和伴隨功能添加到圖表的上方.

由此可見(jiàn),產(chǎn)品改進(jìn)的重點(diǎn)應(yīng)放在FAST圖中基本功能上,而不是放在次級(jí)功能上.

2 產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)特征建模方法

概念設(shè)計(jì)是1種基于功能及原理的設(shè)計(jì),功能建模主要完成原理方案生成、結(jié)構(gòu)方案配置和設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)等任務(wù).盡管目前對(duì)功能定義沒(méi)有1個(gè)完全統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),但功能定義在設(shè)計(jì)中都應(yīng)完成以下幾項(xiàng)任務(wù):

(1)功能必須根據(jù)給定要求表達(dá)設(shè)計(jì)者意圖.

(2)功能必須能描述滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)對(duì)象.

(3)功能應(yīng)能被定性或者定量地評(píng)價(jià),以更好地測(cè)定設(shè)計(jì)意圖的滿(mǎn)意度[7].

功能結(jié)構(gòu)特征建模在概念設(shè)計(jì)過(guò)程中扮演著重要的角色.功能具有層次性,通常分為總功能、子功能、功能元等3個(gè)層次.為此,設(shè)計(jì)者往往把功能層次中處于底層不能再分的子功能稱(chēng)為功能元.功能基是功能結(jié)構(gòu)特征建模的基礎(chǔ),它不僅能易于實(shí)現(xiàn)功能的推理和運(yùn)算,而且也符合設(shè)計(jì)者思維習(xí)慣,能夠有效地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖.

各功能之間具有組成、時(shí)序、因果和更新等4種關(guān)系.功能模型不僅要求反映產(chǎn)品內(nèi)部的相互作用關(guān)系,而且要易于實(shí)現(xiàn)功能的推理和運(yùn)算.本文在文獻(xiàn)[8]的基礎(chǔ)上,基于功能基的表示方法,考慮功能之間的關(guān)系,建立相應(yīng)的功能模型,基本步驟如下:

(1)建立黑箱模型.能量、物料和信息是產(chǎn)品功能轉(zhuǎn)換的基本對(duì)象.在建立黑箱模型時(shí),無(wú)需考慮系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),只需明確其輸入流和輸出流即可,見(jiàn)圖2.黑箱模型是基于客戶(hù)需求建立的,能夠更中性地反映設(shè)計(jì)要求.黑箱模型能在第一時(shí)間內(nèi)把客戶(hù)需求轉(zhuǎn)換成對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題的具體描述.黑箱子的輸入與輸出功能使這種轉(zhuǎn)換或映射得以實(shí)現(xiàn).

(2)生成功能鏈.功能鏈?zhǔn)侵敢粤鳛榛緦?duì)象而產(chǎn)生的子功能序列.在功能鏈中,子功能表示為動(dòng)賓形式,分別由功能基中功能元和流來(lái)描述.以旋流器供液水箱為對(duì)象,其子功能序列包括儲(chǔ)水、供水、傳輸水和調(diào)節(jié)水.

依據(jù)產(chǎn)品功能之間的時(shí)序關(guān)系,功能鏈分為串行和并行2類(lèi).在串行功能鏈中,功能元順序地作用在同一流上,直至該流輸出系統(tǒng)或轉(zhuǎn)換為另一種流.在并行功能鏈中,功能元并行地作用在同一流上,因而它包含了多條串行功能鏈.

(3)聚合功能鏈.依據(jù)具體的流生成功能鏈后,需要聚合分功能鏈以生成功能結(jié)構(gòu).對(duì)于2條包含相同元功能的功能鏈,可通過(guò)在該元功能所屬的子功能上標(biāo)示出不同的流來(lái)實(shí)現(xiàn)功能鏈的聚合.圖3a,3b分別表示2條不同的功能鏈,圖3c表示經(jīng)過(guò)聚合后所獲得的功能鏈.

(4)提取主功能結(jié)構(gòu).在技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中,系統(tǒng)的流轉(zhuǎn)換或以能量為主,或以物料為主,或以信息為主.因此,有必要提取出系統(tǒng)的主功能結(jié)構(gòu),以有利于系統(tǒng)功能模塊的劃分和創(chuàng)新原理方案的生成.

主功能結(jié)構(gòu)提取過(guò)程包括2步:①主流辨識(shí).通過(guò)對(duì)客戶(hù)需求進(jìn)行分析,辨識(shí)出系統(tǒng)的主功能,并獲得其所實(shí)現(xiàn)的流轉(zhuǎn)換.②生成主功能結(jié)構(gòu).在聚合生成的功能結(jié)構(gòu)中保留基于流的主功能鏈,并去除其他輔助功能鏈.

圖2 功能黑箱模型Fig.2 Generic black box model

圖3 聚合功能鏈Fig.3 Polymerization of the functional chain

3 工程實(shí)例分析

3.1 產(chǎn)品FAST圖建立

為了更清楚地描述旋流器功能,建立圖4所示的產(chǎn)品FAST圖.旋流器的基本功能是實(shí)現(xiàn)油水的離心分離,圖5為新型復(fù)合式旋流器結(jié)構(gòu)及原理示意.一旦基本功能確定,其他功能都可看作是其子功能.這些子功能對(duì)產(chǎn)品基本功能起到重要的輔助作用.進(jìn)一步說(shuō),它們是基本功能是否正常發(fā)揮的直接原因.為此,將產(chǎn)品基本功能放在左上角,以回答如何完成基本功能的子功能列在其右邊.該產(chǎn)品的基本框架說(shuō)明產(chǎn)品子功能串對(duì)旋流器功能的實(shí)現(xiàn)具有關(guān)鍵性作用,因此,它稱(chēng)為關(guān)鍵路徑.關(guān)鍵路徑最右側(cè)的子功能不能由復(fù)合式旋流器功能結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn).

次級(jí)功能分成必要的功能、美學(xué)功能和不必要的功能等3種.復(fù)合式旋流器利用電機(jī)及聯(lián)軸器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)柵高速轉(zhuǎn)動(dòng),待分離液受壓力作用經(jīng)旋轉(zhuǎn)加速后由旋轉(zhuǎn)柵流道進(jìn)入靜態(tài)旋流體,被強(qiáng)制形成高轉(zhuǎn)速渦流的液體旋流強(qiáng)度在大、小錐段內(nèi)得到進(jìn)一步加強(qiáng),最終實(shí)現(xiàn)待分離液有效的分離.該過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)是旋流器分離的外部驅(qū)動(dòng)力,此時(shí),“供電”是 1個(gè)必要的子功能.當(dāng)達(dá)到由外部環(huán)境所提供的子功能時(shí),關(guān)鍵路徑隨之結(jié)束,系統(tǒng)邊界并由此建立起來(lái).旋流器基本功能和由外部環(huán)境所提供的子功能之間構(gòu)成了子功能的關(guān)鍵路徑.

圖4 脫油型復(fù)合式旋流器FAST圖Fig.4 FAST diagram for de-oiling compound hydro-cyclone

圖5 復(fù)合式旋流器樣機(jī)示意圖Fig.5 Structural representation of the compound hydro-cyclone

通過(guò)不斷地創(chuàng)建新功能來(lái)抑制每1個(gè)子功能所產(chǎn)生的副作用,例如,轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),通過(guò)創(chuàng)建相應(yīng)的功能進(jìn)行減振.在FAST法中,非關(guān)鍵路徑上的功能均列在關(guān)鍵路徑上,即位于其相應(yīng)功能的下邊.此外,一些不屬于關(guān)鍵路徑上的子功能都列在了FAST圖最上方;其中,伴隨功能列在左上角,一次性功能列在中間,而設(shè)計(jì)工作目標(biāo)列在右上角.對(duì)產(chǎn)品起輔助作用的伴隨功能在產(chǎn)品工作中始終起作用,例如,旋流器在完成有效分離的同時(shí)也會(huì)實(shí)現(xiàn)分離過(guò)程中的承受載荷及密封等.因此,承受載荷這一子功能對(duì)旋流器基本功能有輔助作用,列為伴隨功能.對(duì)旋流器來(lái)說(shuō),通過(guò)顧客需求分析并作用于產(chǎn)品創(chuàng)新,也能提高產(chǎn)品的分離效能.

3.2 產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的建立

建立產(chǎn)品FAST圖之后,根據(jù)產(chǎn)品特征結(jié)構(gòu)建模方法來(lái)建立旋流器的功能結(jié)構(gòu)圖,具體步驟如下:

(1)建立復(fù)合式旋流器功能黑箱模型.根據(jù)建立的復(fù)合式旋流器FAST圖,得到了旋流器工作時(shí)的能量,包括人力、旋轉(zhuǎn)能和電機(jī)電能.物料主要包括直接被分離的待分離液、提供能量的電機(jī)和主分離區(qū)的旋流器.建立復(fù)合式旋流器功能黑箱模型,如圖6所示.

圖6 復(fù)合式旋流器功能黑箱Fig.6 Generic black box model of the compound hydro-cyclone

(2)基于輸入流生成功能鏈.根據(jù)黑箱圖中能量、物料和信息得到復(fù)合式旋流器功能鏈,主要包括人手、人力、開(kāi)/關(guān)、電能、混合液和旋流器等6部分子功能鏈,如圖7所示.人手功能鏈用于啟動(dòng)電機(jī)和調(diào)節(jié)電能大小;人力功能鏈用于組裝工作平臺(tái);電能功能鏈則是旋流器在工作過(guò)程中能量的變化,即將電能轉(zhuǎn)化成分離液的動(dòng)能;混合液功能鏈則描述了物料從輸入到輸出的過(guò)程.

圖7 復(fù)合式旋流器各子功能鏈Fig.7 Functional chain of the compound hydro-cyclone

(3)聚合功能鏈生成功能結(jié)構(gòu).依據(jù)建立的各部分功能結(jié)構(gòu)及其相互作用關(guān)系,再由聚合功能鏈框架結(jié)構(gòu)生成復(fù)合式旋流器功能結(jié)構(gòu).首先,借助工具利用人力組裝旋流器,其組裝過(guò)程包括固定、連接、保護(hù)、釋放和輸出等.通過(guò)人力作用,將人力功能鏈和旋流器功能鏈鏈接起來(lái).其次,從旋流器功能鏈中引入1物料信息鏈接到電能功能鏈中的分離液體功能部分,而待分離混合液進(jìn)入旋流器內(nèi)實(shí)現(xiàn)分離,該過(guò)程包括輸入、調(diào)節(jié)、傳送和輸出4個(gè)部分.輸出的混合液進(jìn)入電能功能鏈的旋轉(zhuǎn)液體部分,實(shí)現(xiàn)了混合液功能鏈和電能功能鏈的鏈接.同時(shí),在混合液功能鏈中液體的功能部分是通過(guò)人手對(duì)儀器輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的.因此,人手功能鏈通過(guò)輸出信號(hào)對(duì)混合液功能鏈的液體調(diào)節(jié)部分可實(shí)現(xiàn)相關(guān)鏈接,即達(dá)到人手、混合液和電能等功能鏈三者間的相關(guān)鏈接.人手功能鏈除了對(duì)混合液進(jìn)行調(diào)節(jié)外,還需要將信息描述輸出到電能功能鏈中,以起到實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電能和調(diào)節(jié)電能的作用.電能的啟動(dòng)則是通過(guò)開(kāi)/關(guān)功能鏈的起/停信號(hào)描述來(lái)表示的,這樣就實(shí)現(xiàn)了人手、電能和開(kāi)/關(guān)等功能鏈間的相關(guān)鏈接.最后根據(jù)分析的結(jié)果建立如圖8所示的復(fù)合式旋流器功能結(jié)構(gòu)圖.

圖8 復(fù)合式旋流器功能結(jié)構(gòu)Fig.8 Functional structure of the compound hydro-cyclone

(4)基于能量流結(jié)構(gòu)提取主功能結(jié)構(gòu).復(fù)合式旋流器是將外部電能轉(zhuǎn)換成混合液分離的旋轉(zhuǎn)能,為此要依據(jù)能量的轉(zhuǎn)換方式來(lái)去除其他功能鏈,最終提取出復(fù)合式旋流器的主功能結(jié)構(gòu),如圖9所示.通過(guò)提取該產(chǎn)品主功能結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn),電能將通過(guò)圖9中一系列能量的轉(zhuǎn)換最終形成分離后介質(zhì)的壓能,該分析結(jié)果將為后續(xù)產(chǎn)品沖突問(wèn)題的有效解決提供重要的參考.

3.3 沖突問(wèn)題解決的TRIZ(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch)應(yīng)用

根據(jù)所建立的旋流器功能結(jié)構(gòu)特征模型,得到的影響旋流器分離性能的主要因素有:振動(dòng)、結(jié)構(gòu)可靠性及密封性能等.而在分離過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生其他有害因素,如噪音、壓力損失和熱量損耗等.

結(jié)合TRIZ沖突矩陣,從39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)中確定技術(shù)沖突的一對(duì)特性參數(shù)如下:①性能提高參數(shù):提高生產(chǎn)效率(No.39).②負(fù)面影響參數(shù):能量損失(No.22).

由沖突問(wèn)題解決矩陣得到第39行及第22列所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理,即確定沖突問(wèn)題解,如下:

(1)No.28:機(jī)械系統(tǒng)的替代.①用感官刺激方法代替部分機(jī)械系統(tǒng).創(chuàng)新啟示:旋流供液液位的控制用聲音智能控制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)液位的高低,保證分離有安全穩(wěn)定的連續(xù)供液.②采用與物體相互作用的電、磁或電磁場(chǎng).創(chuàng)新啟示:樣機(jī)與地基振動(dòng)大小的控制采用振動(dòng)傳感器磁性座,利用磁場(chǎng)變化來(lái)有效防止振動(dòng);采用剛性導(dǎo)軌或彈性連接軟管,以增加運(yùn)行穩(wěn)定性;采用隔離振動(dòng)源方式,使振動(dòng)降到最低.③場(chǎng)替代:從恒定場(chǎng)到可變場(chǎng),從固定場(chǎng)到隨時(shí)間變化的場(chǎng),從隨機(jī)場(chǎng)到有組織的場(chǎng).創(chuàng)新啟示:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量采用變頻調(diào)速,利用無(wú)限發(fā)射方式獲得有效數(shù)據(jù),再由計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié).

(2)No.29:氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu).固體零部件可用氣動(dòng)或液壓零部件代替.啟示:將整機(jī)驅(qū)動(dòng)方式由電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變成由氣動(dòng)或液壓機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)體,這樣可使樣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn).或者采用該結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)件及其他調(diào)節(jié)件間操作的協(xié)同性及靈活性.

(3)No.35:參數(shù)變化.①改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài).創(chuàng)新啟示:將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為同軸方式的彈性聯(lián)接來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)體.②改變介質(zhì)的濃度或粘度.創(chuàng)新啟示:將旋液介質(zhì)實(shí)行降粘處理或利用靜態(tài)混合器使介質(zhì)濃度均勻而穩(wěn)定分布,利于實(shí)現(xiàn)有效分離.③改變物體的柔韌性、介質(zhì)溫度、承受壓力.創(chuàng)新啟示:通過(guò)適當(dāng)改變旋液介質(zhì)的粘性(一般需要降粘處理),調(diào)節(jié)并改善其運(yùn)行工況、溫度和壓力等.

(4)No.10:預(yù)操作.①操作開(kāi)始前,使物體局部或全部產(chǎn)生所需的變化.創(chuàng)新啟示:在滿(mǎn)足分離性能的條件下,增加變頻調(diào)速裝置以改變局部振動(dòng)對(duì)分離的影響.②預(yù)先對(duì)物體進(jìn)行特殊布置,使其在時(shí)間及空間上處于易操作的位置.創(chuàng)新啟示:將電動(dòng)機(jī)布置在1個(gè)對(duì)中性好的導(dǎo)軌上,既提高對(duì)中精度,又有利于樣機(jī)在方位和空間上進(jìn)行靈活性的調(diào)節(jié).

圖9 復(fù)合式旋流器主功能結(jié)構(gòu)Fig.9 Primary functional structure of the compound hydro-cyclone

3 結(jié)語(yǔ)

(1)分析了產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)功能結(jié)構(gòu)的表示方法和基于作用流的產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)特征建模過(guò)程及方法.采用功能基及簡(jiǎn)單的功能樹(shù)FAST方法對(duì)復(fù)合式旋流器進(jìn)行了功能樹(shù)分析,得到復(fù)合式旋流器的主要改進(jìn)方向是提高穩(wěn)定性和分離效率.

(2)建立復(fù)合式旋流器功能黑箱模型和基于輸入流生成的復(fù)合式旋流器和其功能鏈模型、功能鏈聚合成功能結(jié)構(gòu)模型,得到復(fù)合式旋流器能量流為人力及由電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)柵轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能.

(3)通過(guò)分析復(fù)合式旋流器主功能結(jié)構(gòu),找到影響該產(chǎn)品分離性能的因素,主要有電機(jī)振動(dòng)、旋流器結(jié)構(gòu)可靠性及密封性能,也包括在分離過(guò)程中產(chǎn)生的有害因素,如噪音、壓力損失和熱量損耗等,并采用T RIZ沖突矩陣分析了影響分離特性參數(shù)的沖突問(wèn)題解決啟示,提供了沖突問(wèn)題解決的有效途徑.

復(fù)合式旋流器產(chǎn)品功能特征建模技術(shù)的應(yīng)用研究將為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)果的實(shí)現(xiàn)提供1種可供選擇的創(chuàng)新模式.

[1]孫守遷,黃琦.計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.SUN Shouqian,HUANG Qi.Computer aided conceptual design[M].Beijing:T singhua University Press,2004.

[2]常德功,龐峰,鄒玉靜.三叉桿滑移式萬(wàn)向聯(lián)軸器的動(dòng)力學(xué)分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2004,23(3):284-285.CHANG Deg ong,PANG Feng,ZOU Yujing.Dy namics analysis of the tripod sliding universal coupling[J].Mechanical Science and Technology,2004,23(3):284-285.

[3]GORTI S R,G UP TA A,KIM G J,et al.An object-oriented representation for product and design processes[J].CAD,1998,30(7):489-501.

[4]ZENG Y,GU P.A science-based approach to product design theory[J].Robotics and Computer Integrated Manufacturing,1999,15(4):341-352.

[5]鄒光明,胡于進(jìn),肖文生,等.基于功能基的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)模型研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2004,15(3):206-210.ZOU Guangming,HU Yujin,XIAO Wensheng,et al.Research on the model of product conceptual design based on the functional basis[J].China Mechanical Engineering,2004,15(3):206-210

[6]宋慧軍,林志航.公理化設(shè)計(jì)支持的概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2002,14(7):632-636.SONG Huijun,LIN Zhihang.Product model supported by axiomatic design in conceptual design[J].Journal of Computer-Aided Design and Computer Graphics,2002,14(7):632-636.

[7]G UI J K,MANT YLA M.Functional understanding of assembly modeling[J].CAD,1994,26(6):435-451.

[8]STONE R,WOOD K,CRAWFORD R.A heuristic method for identifying modules for product architectures[J].Desig n Studies,2000,21(1):5-31.