發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，包括步驟：1)根據(jù)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，將發(fā)動機包含的各子系統(tǒng)定義為群落、將發(fā)動機中的每個零件定義為個體，將每個子系統(tǒng)中同種零件個體的集合定義為種群；2)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征建立每個零件的數(shù)學模型；3)建立種群的數(shù)學模型；4)根據(jù)每個子系統(tǒng)中各零件的裝配關(guān)系建立群落的數(shù)學模型；5)根據(jù)各子系統(tǒng)之間的裝配關(guān)系建立發(fā)動機生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學模型并加以存儲。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對零件的數(shù)字化存儲過程中丟失的信息少，同時存儲數(shù)據(jù)的冗余少。
【專利說明】
發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種工業(yè)設(shè)計自動化技術(shù)，尤其是設(shè)及一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài) 系統(tǒng)化建模及存儲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)具有信息密集、知識密集的特點，為滿足發(fā)展需求，產(chǎn)品的設(shè)計方法W智 能化、集成化、自動化為發(fā)展方向，智能設(shè)計是解決運一問題的必然趨勢。智能設(shè)計，即為人 工智能與計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)相結(jié)合而形成的新系統(tǒng)。它W用戶功能需求為輸入，W產(chǎn)品 設(shè)計方案描述為輸出，并綜合考慮產(chǎn)品的功能、性能、用料、工序等對方案進行優(yōu)化，從而達 到自動設(shè)計的目標。
[0003] 隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨于復雜，功能趨于復合化和集成化，產(chǎn)品設(shè)計過程要面向復雜產(chǎn) 品。復雜產(chǎn)品是指高成本、大規(guī)模、高技術(shù)、工程密集型的產(chǎn)品、子系統(tǒng)、系統(tǒng)或設(shè)施;復雜產(chǎn) 品的客戶需求復雜、產(chǎn)品組成復雜、制造流程復雜、試驗維護復雜、項目管理復雜、工作環(huán)境 復雜。但實際工作中，并非所有復雜產(chǎn)品都是從無到有進行設(shè)計，研究發(fā)現(xiàn)，大約70%的產(chǎn) 品設(shè)計可歸類為適應(yīng)性設(shè)計，即產(chǎn)品設(shè)計更改。設(shè)計變更是指設(shè)計部口對原施工圖紙和設(shè) 計文件中所表達的設(shè)計標準狀態(tài)的改變和修改。研究表明，復雜產(chǎn)品中的設(shè)計變更造成的 損失可高達千萬。
[0004] 針對復雜產(chǎn)品的設(shè)計過程中大量存在的設(shè)計變更過程進行研究，實現(xiàn)設(shè)計更改過 程的自動化可W大大減小成本，更加智能化，更好地與工業(yè)4.0結(jié)合，工業(yè)設(shè)計自動化最基 礎(chǔ)的是工業(yè)產(chǎn)品建模，工業(yè)產(chǎn)品的數(shù)字化存儲模型決定了其智能化能夠走多遠，若初期的 模型沒有搭好，由于后期在不完善的基礎(chǔ)上延伸的各類研究及擴展應(yīng)用，再去修改寄出模 型架構(gòu)的成本將是巨大的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn) 品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，包括步驟：
[0008] 1)根據(jù)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，將發(fā)動機包含的各子系統(tǒng)定義為群落、將發(fā)動機中的每個 零件定義為個體，將每個子系統(tǒng)中同種零件個體的集合定義為種群；
[0009] 2)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征建立每個零件的數(shù)學模型：
[0010] PI = {Feat 虹e ,Fea1:ure0rde;r JeatureRelationl
[0011] 其中：PI表示個體，F(xiàn)eathre組成個體的特征的集合，F(xiàn)eature化der表示組成個體 的特征之間的順序，F(xiàn)ea化reRelation表示特征之間的關(guān)系矩陣；
[001^ 3)建立種群的數(shù)學模型：
[0013] PP={IndividualType,scale,PopulationRelation,CommunityType}
[0014] 其中：PP表示種群，IndividualType表示組成種群的個體類別，scale表示該種群 的規(guī)模，PopulationRelation表示種群內(nèi)部個體之間的關(guān)系矩陣，CommunityType表示種群 所處的群落；
[0015] 4)根據(jù)每個子系統(tǒng)中各零件的裝配關(guān)系建立群落的數(shù)學模型：
[0016] PC= {{PP} ,PPRelation,function}
[0017] 其中：{PP}表示組成群落的種群的集合，PPRelation表示組成群落的各個體之間 的關(guān)系矩陣，function表示該群落所實現(xiàn)的特定的功能；
[0018] 5)根據(jù)各子系統(tǒng)之間的裝配關(guān)系建立發(fā)動機生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學模型并加W存儲：
[0019] PES= {{PC} ,PCRelation JUNCTION}
[0020] 其中：{PC}表示組成產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的群落的集合，PCRelation表示組成生態(tài) 系統(tǒng)的各群落之間裝配關(guān)系的集合;FUNCTION表示該生態(tài)系統(tǒng)所實現(xiàn)的特定的功能。
[0021] 所述特征的種類包括:凸臺、凹槽、旋轉(zhuǎn)體、掃描體、圓角、倒角、孔、抽殼；
[0022] 所述步驟2)中對一個零件建立數(shù)學模型過程具體包括步驟：
[0023] 21)確定該零件中包含的特征，并根據(jù)零件的實際結(jié)構(gòu)確定特征的排序；
[0024] 22)根據(jù)特征的排序，結(jié)合各特征之間的相互關(guān)系建立關(guān)系矩陣化atureRelation
[0025]
[0026] 其中：au為特征i和特征j的相互關(guān)系，1，^'￡{1，2，'''，11}，11為該零件包含的特征總 個數(shù)；
[0027] 23)整合獲得特征、特征排序及關(guān)系矩陣得到該零件的數(shù)學模型。
[002引所述特征i和特征j的相互關(guān)系為空間謂詞邏輯關(guān)系，空間謂詞邏輯關(guān)系的種類包 括:無關(guān)系、拉伸、挖槽、旋轉(zhuǎn)、掃描、倒圓角、執(zhí)行倒角、打孔、執(zhí)行抽殼。
[0029] 所述步驟4)具體包括步驟：
[0030] 41)將子系統(tǒng)中的所有零件按照其所屬種群進行排序；
[0031] 42)根據(jù)各零件的排序，結(jié)合各零件之間的裝配關(guān)系建立關(guān)系矩陣PPRelation:
[0032]
[0033] 其中：bu為零件i和零件j的相互關(guān)系，1，^'￡{1，2，一，111}，111為該群落包含的零件總 個數(shù)；
[0034] 43)整合獲得的種群、零件排序、關(guān)系矩陣PPRelation及該子系統(tǒng)的功能得到群落 的數(shù)學模型。
[0035] 所述關(guān)系矩陣PPRelation中的元素由0個、1個或多個數(shù)據(jù)組構(gòu)成，其中任一數(shù)據(jù) 組為：
[0036] dateseries =
[0037] 其中：dateseries為數(shù)據(jù)組，r為元裝配關(guān)系，fi為元裝配關(guān)系所設(shè)及的零件i中的 特征，f J為于安裝配關(guān)系所設(shè)計的零件j中的特征，
[0038] 所述元裝配關(guān)系的種類包括：點-點相合、點-線相合、點-面相合、線-線相合、線- 面相合、面-面相合、接觸、偏移、角度、固聯(lián)、焊接、齒輪傳動。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0040] 1)本發(fā)明將產(chǎn)品中包含的子系統(tǒng)定義為群落、將零件定義為個體，個體由多個特 征組成，特征之間的聯(lián)系W及種群之間的聯(lián)系通過關(guān)系矩陣表示，便于利用所建立的模型 進行自動化優(yōu)化設(shè)計時的數(shù)學演算，對零件的數(shù)字化存儲過程中丟失的信息少，同時存儲 數(shù)據(jù)的冗余少。
[0041] 2)特征種類的分類為凸臺、凹槽、旋轉(zhuǎn)體、掃描體、圓角、倒角、孔、抽殼，便于進行 數(shù)學上的定義，配合關(guān)系矩陣化atureRelation，方便存儲，可W減少存儲數(shù)據(jù)，對于同一個 零件的數(shù)字化存儲，相比進行=維矢量圖形存儲，數(shù)據(jù)壓縮率極高。
[0042] 3)兩個特征之間的相互關(guān)系為空間謂詞邏輯關(guān)系，空間謂詞邏輯關(guān)系的種類包 括:無關(guān)系、拉伸、挖槽、旋轉(zhuǎn)、掃描、倒圓角、執(zhí)行倒角、打孔、執(zhí)行抽殼，與特征進行對應(yīng)，設(shè) 計更合理，失真小。
[0043] 4)關(guān)系矩陣PPRelation將兩個零件的裝配關(guān)系精確至零件中的特征級別，因此在 產(chǎn)品的自動化調(diào)整時，也可W精確至特征級別，自動化調(diào)整的結(jié)果BUG小。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明方法的主要流程步驟示意圖；
[0045] 圖2為活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖3為活塞的空間謂語動詞網(wǎng)；
[0047] 圖4為曲軸連桿機構(gòu)組成示意圖；
[0048] 圖5為曲柄連桿機構(gòu)的裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；
[0049] 圖6為關(guān)于活塞1、連桿1和連桿蓋1組成個體的特征之間裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型示意 圖；
[0050] 圖7為發(fā)動機數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。
【具體實施方式】
[0051] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例W本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0052] 針對復雜產(chǎn)品的設(shè)計過程中大量存在的設(shè)計變更過程進行研究。為實現(xiàn)設(shè)計更改 過程的自動化，將生態(tài)系統(tǒng)概念引入產(chǎn)品設(shè)計過程，工業(yè)4.0提出產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)概念。 期望產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)可W模擬自然界中的生態(tài)系統(tǒng)，不僅僅能夠表示系統(tǒng)內(nèi)部各組成成分及 其聯(lián)系，更可W適用于傳播及消解動態(tài)過程，作為設(shè)計變更的傳播載體，為進一步對設(shè)計變 更進行研究提供良好的模型載體。
[0053] 為此，本申請?zhí)岢隽艘环N發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，如圖1 所示，包括步驟：
[0054] 1)根據(jù)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，將發(fā)動機包含的各子系統(tǒng)定義為群落、將發(fā)動機中的每個 零件定義為個體，將每個子系統(tǒng)中同種零件個體的集合定義為種群；
[0055] 生態(tài)系統(tǒng)是一個自組織、自適應(yīng)的系統(tǒng)，當其中的一個或多個組成要素發(fā)生改變 時，系統(tǒng)的其他部分能夠自動地發(fā)生相應(yīng)的更改，從而確保整個系統(tǒng)的順利運行。本文將生 態(tài)系統(tǒng)的理念引入到產(chǎn)品設(shè)計過程當中，產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的定義如下:在一定的空間范 圍內(nèi)，不同組成元素構(gòu)成的統(tǒng)一整體，彼此之間通過信息、能量、物質(zhì)的傳遞和交換產(chǎn)生影 響，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的功能，并且可W適應(yīng)環(huán)境，該完整的功能單位稱為產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)。
[0056] 具體的，產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的組成框架如表1所示：
[0化7] 表1
[0化引
[0化9]
[0060] 2)我們將組成產(chǎn)品的最小單位一一零件作為產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中的個體。例如， 曲柄連桿機構(gòu)中的活塞、連桿、連桿蓋及曲軸等，它們在數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中都被看做個體。在 CSG(Conshuctive Solid Geomehy，構(gòu)造立體幾何法)模型中，實體由基本幾何體素通過 各種運算生成，在本文中，選取組成零件的特征作為最基本的組成單元，W空間謂詞邏輯網(wǎng) 方式生成最終的零件實體。
[0061 ]根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征建立每個零件的數(shù)學模型：
[0062] PI={Feathre,FeatureOrder,FeatureRelation}
[0063] Fea1:ure = {Fi ,F2,,Fn}
[0064] FeatureOrder= (Fi 一 F2 一 >Fn}
[0(?日]其中：PI表示個體，F(xiàn)eathre組成個體的特征的集合，F(xiàn)eature化der表示組成個體 的特征之間的順序，F(xiàn)ea化reRelation表示特征之間的關(guān)系矩陣，F(xiàn)i( i = 1，2，…，n)表示具 體的特征，為凸臺、凹槽、旋轉(zhuǎn)體、掃描體、圓角、倒角、孔、抽殼中的一種；
[0066] 步驟2)中對一個零件建立數(shù)學模型過程具體包括步驟：
[0067] 21)確定該零件中包含的特征，并根據(jù)零件的實際結(jié)構(gòu)確定特征的排序；
[0068] 22)根據(jù)特征的排序，結(jié)合各特征之間的相互關(guān)系建立關(guān)系矩陣化atureRelation
[0069
[0070] 其中：au為特征i和特征j的相互關(guān)系，1，_]'￡{1，2，-'，11}，11為該零件包含的特征總 個數(shù)；
[0071] 23)整合獲得特征、特征排序及關(guān)系矩陣得到該零件的數(shù)學模型。
[0072] 特征i和特征j的相互關(guān)系為空間謂詞邏輯關(guān)系，空間謂詞邏輯的種類包括:無關(guān) 系、拉伸、挖槽、旋轉(zhuǎn)、掃描、倒圓角、執(zhí)行倒角、打孔、執(zhí)行抽殼，具體編碼如表2所示：
[0073] 表 2
[0074]
[0075] W上特征的具體描述可W有進一步的優(yōu)化設(shè)計，但是并不屬于本申請討論的范 疇，本申請中具體描述可W采用一些公知描述，只要將其數(shù)字化存儲即可，具體如下：
[0076] 凸臺：主要參數(shù)有限制類型，如尺寸、直到下一個、直到平面等;輪廓、方向等；
[0077] 凹槽:主要參數(shù)有限制類型，如尺寸、直到下一個、直到平面等;輪廓、方向等；
[0078] 旋轉(zhuǎn)體:主要參數(shù)有角度限制、輪廓等；
[0079] 掃描體:主要參數(shù)有輪廓、掃描路徑等；
[0080] 圓角:主要參數(shù)有半徑及圓角化的對象等；
[0081] 倒角:主要參數(shù)有倒角的對象、長度及角度等；
[0082] 孔:主要參數(shù)有孔的直徑、孔的深度W及定位草圖等；
[0083] 抽殼:主要參數(shù)有移除的面、內(nèi)側(cè)厚度及外側(cè)厚度等；
[0084] 特征的數(shù)學定義如下所示：
[00化]F={Type,pi,... ,pi}
[008引其中，F(xiàn)表示特征，Type表示特征的類型，pi(i = l，…，1)表示特征的相關(guān)參數(shù)，對 于不同的特征，1的值可能不同。
[0087] 對于活塞實體模型，如圖1所示，活塞實體由如下特征組成凸臺1、凸臺2(圖未示）、 凸臺3(圖未示）、凹槽1、凹槽2(圖未示）、凹槽3,其空間謂語動詞網(wǎng)如圖3所示，圖中各葉子 節(jié)點表示組成該活塞實體的主要特征，數(shù)字表示空間謂詞邏輯，具體含義如表2所示，兩個 節(jié)點通過空間謂詞邏輯操作生成更復雜的特征，直至生成最后的零件個體。
[0088] 特征組成零件的過程具有特定的順序，順序相鄰的兩個特征之間的空間位置關(guān)系 可W通過零件的空間謂詞邏輯網(wǎng)體現(xiàn)，可W由關(guān)系矩陣化atureRe Iat ion還原得到來描述，
[0089] 如圖2所示活塞的關(guān)系矩陣化atureRelation具體為矩陣A:
[0090]
[0091] 零件級的空間謂詞邏輯網(wǎng)是一棵特殊的二叉樹，除了最高層外，每一層的左節(jié)點 都有兩個子節(jié)點，而同時右節(jié)點都沒有子節(jié)點。
[0092] 空間謂詞邏輯網(wǎng)轉(zhuǎn)換為關(guān)系矩陣的規(guī)則如下：
[0093] 設(shè)置關(guān)系矩陣的大小為h+l，Mh-般為n-1)為空間謂詞邏輯網(wǎng)的最高層次，根節(jié) 點為第0層；
[0094] num(X化））=1，num(R化））= 2，num(R化-1)) =num(R化））+1 = 3^此類推，]^化)為11 層的左子樹，R化)表示h層的右子樹
[009引設(shè)置au = k則aw = -k，k為特征巧日特征j對應(yīng)的空間謂詞邏輯編碼。
[0096] 關(guān)系矩陣轉(zhuǎn)換為空間謂詞邏輯網(wǎng)的規(guī)則如下：
[0097] 將矩陣中編號為1的特征置于特征樹最高層的左節(jié)點，將編號為2的特征置于最高 層的右節(jié)點，當1>3時，將編號為i的特征置于h-1+2層的右節(jié)點。
[0098] 3)建立種群的數(shù)學模型：
[0099] PP={IndividualType,scale,PopulationRelation,CommunityType}
[0100] 其中：PP表示種群，IndividualType表示組成種群的個體類別，scale表示該種群 的規(guī)模，PopulationRelation表示種群內(nèi)部個體之間的關(guān)系矩陣，CommunityType表示種群 所處的群落；
[0101] 種群，即"某類零件"：某一空間中同種類零件個體的集合，具有相同的結(jié)構(gòu)、功能 特性的零件構(gòu)成同一種群。如發(fā)動機數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中的活塞種群、連桿種群、連桿蓋種群及 曲軸種群等。如圖4所示，活塞種群有4個個體，連桿種群有4個個體，連桿蓋種群有4個個體， 曲軸種群只有一個個體。
[0102] 4)根據(jù)每個子系統(tǒng)中各零件的裝配關(guān)系建立群落的數(shù)學模型：
[0103] PC= {{PP} ,PPRelation,function}
[0104] 其中：{PP}表示組成群落的種群的集合，PPRelation表示組成群落的各個體之間 的關(guān)系矩陣，function表示該群落所實現(xiàn)的特定的功能；
[0105] 裝配關(guān)系定義:不同種群之間的關(guān)系主要通過種群內(nèi)的個體與其他種群內(nèi)的個體 之間的相互關(guān)系而體現(xiàn)。在產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)當中，種群之間的關(guān)系主要為裝配關(guān)系，包括 相合約束、接觸約束、偏移約束、角度約束、固聯(lián)約束等。各裝配關(guān)系的詳細說明及編碼情況 如表3所示。
[0106] 親3
[0107]
[0108] 步驟4)具體包括步驟：
[0109] 41)將子系統(tǒng)中的所有零件按照其所屬種群進行排序；
[0110] 42)根據(jù)各零件的排序，結(jié)合各零件之間的裝配關(guān)系建立關(guān)系矩陣PPRelation:
[0111]
[OW]其中：bi功零件巧日零件j的相互關(guān)系，1，^'￡{1，2，。，，111}，111為該群落包含的零件總 個數(shù)；
[0113] 關(guān)系矩陣PPRelation中的元素由O個、1個或多個數(shù)據(jù)組構(gòu)成，其中任一數(shù)據(jù)組為：
[0114] dateseries =
[0115] 其中：dateseries為數(shù)據(jù)組，r為元裝配關(guān)系，fi為元裝配關(guān)系所設(shè)及的零件i中的 特征，f J為于安裝配關(guān)系所設(shè)計的零件j中的特征，元裝配關(guān)系的種類如表3所示。
[0116] 43)整合獲得的種群、零件排序、關(guān)系矩陣PPRelation及該子系統(tǒng)的功能得到群落 的數(shù)學模型。
[0117] 根據(jù)群落的數(shù)學模型，可W轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)模型W進行更加直觀的展示，如圖5所示， 圖中的節(jié)點表示組成產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的個體，其中，虛線表示同一種群內(nèi)部的個體之間 的關(guān)系，主要為競爭關(guān)系；實線表示不同種群個體之間的關(guān)系，為裝配關(guān)系的集合，實線上 的數(shù)字表示特定的裝配關(guān)系，具體含義可見表3。當兩個個體之間的裝配關(guān)系不唯一時，用 多元組的形式描述。
[0118] 現(xiàn)根據(jù)群落的數(shù)學模型將圖4中的零件用空間謂詞邏輯網(wǎng)的形式替換，則可得組 成個體的特征之間的裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示。
[0119] 圖6選取了圖4中的一組零件個體，即活塞1、連桿1、連桿蓋1，分別用組成個體的特 征來表示個體，生成了特征之間的裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。其中，空間謂詞邏輯網(wǎng)中的節(jié)點表示組成 個體的特征，f表示組成關(guān)系，括號中的數(shù)字表示空間謂詞邏輯關(guān)系，具體說明見表2,多個 特征通過空間謂詞邏輯關(guān)系生成更復雜的特征，直至生成零件個體。不同個體特征之間若 存在裝配關(guān)系，則用虛線相連，虛線上的數(shù)字表示具體的裝配關(guān)系，詳細的說明見表3。特征 下方的數(shù)字表示特征在該網(wǎng)絡(luò)中的編號。
[0120] 5)根據(jù)各子系統(tǒng)之間的裝配關(guān)系建立發(fā)動機生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學模型并加W存儲：
[01 別]PES= {{PC} ,PCRelation,FUNCTION}
[0122] 其中：{PC}表示組成產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的群落的集合，PCRelation表示組成生態(tài) 系統(tǒng)的各群落之間裝配關(guān)系的集合;FUNCTION表示該生態(tài)系統(tǒng)所實現(xiàn)的特定的功能。
[0123] 產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的定義如下:在一定的空間內(nèi)，不同組成元素構(gòu)成的統(tǒng)一整體， 相互之間通過信息、能量和物質(zhì)的傳遞和交換產(chǎn)生影響，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的功能，并且可W適 應(yīng)環(huán)境，該完整的功能單位稱為產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)。
[0124] 發(fā)動機產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)主要包括7大群落:燃料供給系群落、潤滑系群落、冷卻 系群落、點火系群落、起動系群落、曲柄連桿機構(gòu)群落和配氣機構(gòu)群落。發(fā)動機生態(tài)系統(tǒng)的 裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型如圖7所示。另外，能量轉(zhuǎn)換是發(fā)動機產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的主要功能。
[0125] 圖7為發(fā)動機生態(tài)系統(tǒng)裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)示意圖，由圖可知，發(fā)動機生態(tài)系統(tǒng)由7大群 落組成，分別用不同顏色的節(jié)點表示。其中，Lia = I，2,…，21)表示發(fā)動機數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中 7大群落之間擁有的關(guān)系。
[0126] 將7大群落曲柄連桿機構(gòu)，配氣機構(gòu)，燃料供給系，潤滑系，起動系，冷卻系，點火系 分別編號為1-7,則圖7所示的生態(tài)系統(tǒng)裝配關(guān)系網(wǎng)絡(luò)可W由如下的矩陣B描述：
[0127]
[0128] 綜上所述，建立發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化模型，并加W存儲，可W分發(fā)各項 目組進行自動化調(diào)整設(shè)計。
【主權(quán)項】
1. 一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，其特征在于，包括步驟： 1) 根據(jù)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，將發(fā)動機包含的各子系統(tǒng)定義為群落、將發(fā)動機中的每個零件 定義為個體，將每個子系統(tǒng)中同種零件個體的集合定義為種群； 2) 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征建立每個零件的數(shù)學模型： PI = {Feathre,FeatureOrder,FeatureRelation} 其中：PI表示個體，F(xiàn)eathre組成個體的特征的集合，F(xiàn)eatureOrder表示組成個體的特 征之間的順序，F(xiàn)eatureRelation表示特征之間的關(guān)系矩陣； 3) 建立種群的數(shù)學模型： PP={IndividualType, scale,PopulationRelation,CommunityType} 其中：PP表示種群，IndividualType表示組成種群的個體類別，scale表示該種群的規(guī) 模，PopulationRelation表示種群內(nèi)部個體之間的關(guān)系矩陣，CommunityType表示種群所處 的群落； 4) 根據(jù)每個子系統(tǒng)中各零件的裝配關(guān)系建立群落的數(shù)學模型： PC = {{PP} ,PPRelation,function} 其中：{PP}表示組成群落的種群的集合，PPRelation表示組成群落的各個體之間的關(guān) 系矩陣，function表示該群落所實現(xiàn)的特定的功能； 5) 根據(jù)各子系統(tǒng)之間的裝配關(guān)系建立發(fā)動機生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學模型并加以存儲： PES={{PC} ,PCRel at ion, FUNCTION} 其中：{PC}表示組成產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的群落的集合，PCRelation表示組成生態(tài)系統(tǒng) 的各群落之間裝配關(guān)系的集合;FUNCTION表示該生態(tài)系統(tǒng)所實現(xiàn)的特定的功能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，其特 征在于，所述特征的種類包括:凸臺、凹槽、旋轉(zhuǎn)體、掃描體、圓角、倒角、孔、抽殼； 所述步驟2)中對一個零件建立數(shù)學模型過程具體包括步驟： 21) 確定該零件中包含的特征，并根據(jù)零件的實際結(jié)構(gòu)確定特征的排序； 22) 根據(jù)特征的排序，結(jié)合各特征之間的相互關(guān)系建立關(guān)系矩陣FeatureRelation 其中：aij為特征i和特祉j的相互夫糸，i，je {_ 1，2，…，η丨，η為該零件包含的特征總個 數(shù)； 23) 整合獲得特征、特征排序及關(guān)系矩陣得到該零件的數(shù)學模型。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，其特 征在于，所述特征i和特征j的相互關(guān)系為空間謂詞邏輯關(guān)系，空間謂詞邏輯關(guān)系的種類包 括:無關(guān)系、拉伸、挖槽、旋轉(zhuǎn)、掃描、倒圓角、執(zhí)行倒角、打孔、執(zhí)行抽殼。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，其特 征在于，所述步驟4)具體包括步驟： 41) 將子系統(tǒng)中的所有零件按照其所屬種群進行排序； 42) 根據(jù)各零件的排序，結(jié)合各零件之間的裝配關(guān)系建立關(guān)系矩陣PPRelation:其中：bij為零件i和零件j的相互關(guān)系，i，j e {1，2, ···，m}，m為該群落包含的零件總個 數(shù)； 43)整合獲得的種群、零件排序、關(guān)系矩陣PPRelation及該子系統(tǒng)的功能得到群落的數(shù) 學模型。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，其特 征在于，所述關(guān)系矩陣PPRelation中的元素由0個、1個或多個數(shù)據(jù)組構(gòu)成，其中任一數(shù)據(jù)組 為： dateseries= {r 其中：dateseries為數(shù)據(jù)組，r為元裝配關(guān)系，fi為元裝配關(guān)系所涉及的零件i中的特征， fj為于安裝配關(guān)系所設(shè)計的零件j中的特征。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)動機設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)化建模及存儲方法，其特 征在于，所述元裝配關(guān)系的種類包括:點-點相合、點-線相合、點-面相合、線-線相合、線_ 面相合、面-面相合、接觸、偏移、角度、固聯(lián)、焊接、齒輪傳動。
【文檔編號】G06F17/50GK105956320SQ201610335185
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】郝泳濤, 張偉
【申請人】同濟大學