本站小編為你精心準備了本體設計論文：概念設計的產品模具芻議參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

作者：龔志偉陳靜成陽劉黎單位：桂林理工大學信息科學與工程學院桂林理工大學機械與控制工程學

院

基于本體概念設計產品信息模型

1功能模型

1.1功能的表示

采用功能黑箱表達功能，功能黑箱的功能語義表示如圖2所示。

1.2功能本體的構建

采用概念設計產品的功能本體模型對產品的功能語義進行描述，構建功能本體模型如圖3所示。功能本體模型主要包括三個類:“功能”、“功能輸入輸出關系”和“功能間關系”。

(1)“功能”用來描述概念設計目標、功能間的關系以及功能與其它概念的關系，其屬性包括功能名稱、功能描述、功能類型、父功能、子功能、功能輸入輸出、功能關系、功能輸入流、功能輸出流、功能相關結構和功能相關原理等。其中，功能名稱必須唯一;功能類型引用功能術語集中的標準功能術語;父功能和子功能表示功能分解結構中的層次關系;功能輸入輸出用于描述功能輸入和輸出之間的關系;功能關系用于描述兩個功能之間的關系;功能輸入流和功能輸出流分別表示與功能相關的輸入流和輸出流，引用流術語集中的標準流術語;功能相關原理表示實現功能的物理原理和物理效應，通過該屬性實現功能層到原理層的映射;功能相關結構表示實現功能的結構，通過該屬性實現功能層到結構層的映射;

(2)“功能輸入輸出關系”用于表示系統中輸入和輸出之間的唯一確定而且能再現的相互關系。其屬性包括輸入輸出關系名稱、動詞描述、數學描述、表格描述和輸入輸出關系相關功能。動詞描述表示用動詞描述輸入和輸出之間的關系;數學描述表示用數學等式或邏輯形式描述輸入輸出之間的關系;表格描述表示用曲線或表格形式描述輸入和輸出之間的關系;

(3)“功能間關系”用于描述功能之間的關系。其屬性包括功能關系名、有關系的功能和功能關系類型。功能關系類型描述了功能間關系的類型，功能間關系的類型包括時序關系(先后關系)、因果關系和邏輯關系(邏輯或、邏輯與、邏輯非)等。

2原理模型

2.1原理的表示

物理原理的表示在傳統的元模型中通常采用原理目錄的方式，可以把原理目錄以關系數據的形式存儲到數據庫中，但對計算機智能設計，應該以知識的形式進行存儲。將傳統原理目錄方式與本體建模技術結合構建了一個基于本體的原理目錄模型，它不僅能夠很好的以目錄形式表達出物理原理而且能夠支持智能設計。

2.2原理本體的構建

采用概念設計產品的原理本體模型對產品的原理語義進行描述，構建原理本體模型如圖4所示。原理本體模型主要包括兩個類:“原理”和“物理原理”。

(1)“原理”用來描述實現某一功能的物理原理或物理效應。其屬性包括原理名稱、原理類型、所用物理原理、原理相關結構和原理相關功能。其中，原理名稱必須唯一;原理類型引用功能術語集中的標準功能術語;所用物理原理用于表示實現某一功能的物理原理或物理效應;原理相關結構表示實現原理的結構，通過該屬性實現原理層到結構層的映射;原理相關功能表示原理所實現的功能，它與功能類的屬性功能相關原理互為逆屬性，通過該屬性實現原理層到結構層的映射。物理原理類用于形式化的表示物理學中的物理定律;

(2)“物理原理”包括六個屬性，分別是物理原理名稱、物理原理描述、物理原理公式、原理輸入單位、原理輸出單位和物理應用實例。其中，物理原理名稱必須唯一;物理原理描述是對物理原理的描述信息;物理原理公式表示物理原理所使用的公式或定律;原理輸入單位和原理輸出單位表示物理原理的輸入和輸出物理量;物理應用實例描述了物理原理的特殊應用，它可以為原理的選擇提供參考。

結構模型

1結構的表示

結構是實現預定功能的載體，結構信息包括兩個部分:一是結構自身的幾何信息，另一部分是結構的相互關系信息，主要是產品的組成關系和裝配關系等。其中裝配關系與裝配特征間具有比較明確的對應關系，能夠在工程應用中根據實際建立具體的裝配關系與裝配特征間的穩定映射，并且裝配特征的計算機表示具有可實現性。同時，裝配特征在產品詳細設計中被分配給每一個實體部件和零件，最后成為零件關鍵特征。因此增加裝配特征描述機構間裝配結構設計信息，能夠為后續的產品結構詳細設計提供較完整的信息支持。

2結構本體的構建

采用概念設計產品的結構本體模型對產品的結構語義進行描述，構建的結構本體模型如圖5所示。結構本體模型主要包括三個類:“結構”、“機構”和“裝配特征”。

(1)“結構”用于形式化的描述實現某一功能的物理結構。其屬性包括結構名稱、結構描述、結構輸入、結構輸出、結構類型、所用的機構、結構相關原理和結構相關功能。其中，結構名稱必須唯一;結構輸入和結構輸出用設計領域中抽象的測量實體表示，例如，質量、長度、力、速度等;結構類型，引用功能術語集中的標準功能術語;所用的機構表示實現某一功能的機構;結構相關原理表示結構所對應的原理，它與原理類的屬性“原理相關結構”互為逆屬性，通過該屬性實現結構層到原理層的映射;結構相關功能表示結構所對應的功能，它與功能類的屬性“功能相關結構”互為逆屬性，通過該屬性實現結構層到功能層的映射;

(2)“機構”用于形式化的表示實現功能的機構。機構類包括三個屬性，分別是機構名稱、機構間裝配特征和對應的機構。機構名稱取值參考機構目錄類中的屬性“執行機構”的取值;機構間裝配特征描述機構之間的裝配關系，裝配特征使用裝配特征名、裝配特征描述和裝配特征簡圖來描述;對應的機構表示具體所使用的機構，引用“機構目錄”中的機構，本文使用鄒慧君編制的機構目錄。

(3)“裝配特征”在產品設計中被分配給每一個實體部件和零件，最后成為零件關鍵特征。在產品概念設計階段，包含裝配特征的結構模型，使裝配特征能夠被傳遞到后續詳細設計階段的零件結構信息中，從而提高概念設計與后續設計階段的產品信息共享與重用。

實例分析

以機械手的概念設計為例，說明如何使用基于本體的概念設計產品信息模型，實現對機械產品概念設計的支持。機械手搬運工件功能分解和映射關系如圖6所示。根據機械手搬運工件設計任務要求，首先分析產生總功能“搬運工件”，然后將總功能進行功能分解成子功能“抓住工件”、“夾持工件”、“定位工件”、“釋放工件”和“回位”。其中子功能“抓住工件”，將其繼續進行功能分解，直到不能再進行分解的功能元:“力的轉換”、“力的連接”、“力的傳導”、“力的放大”。其中“力的放大”，在功能術語集中可以找到功能動詞“改變”，物理原理本體庫中有與特殊功能對應的杠桿效應、斜面效應、楔效應、滑輪效應、曲桿效應等許多物理效應可供映射選擇。物理效應映射之后，就進入到機構目錄中找到與物理效應對應的機構。用功能黑箱的功能語義表示功能模型，主要考慮能量流的輸入與輸出以及功能語義動詞的選取。

首先存儲的能量“壓力P”經過“轉變”成為了另一種形式的能量“力F1”。然后，能量“力F1”被“傳導”、“聯結”和“放大”。機械手概念設計功能-原理-結構模型如圖7所示。總功能的各個子功能之間通過輸入與輸出流進行相互連接與協調，最終實現功能抓住工件。其中壓力P轉變為力F1的過程為:首先通過功能模型層的功能動詞“轉變”在原理模型層中找到與之對應的物理原理“氣缸效應”;然后再通過原理模型層中的物理原理找到實現該物理原理的機構“氣缸”;并使用裝配特征來表達機構之間的裝配信息。

在產品概念設計階段，包含裝配特征的結構模型，使裝配特征能夠被傳遞到后續詳細設計階段的零件結構信息中。裝配特征在設計的各個階段自上而下傳遞，其生成過程是逐步細化的過程，并在最后成為零件的實體特征。裝配特征從概念設計到詳細設計階段的傳遞，以及零件特征信息的生成過程已在文獻中闡述。引入裝配特征表達概念設計階段的產品結構信息，構建基于本體的概念設計產品信息模型，同時裝配特征被傳遞到后續詳細設計階段的零件結構信息中，提高了概念設計階段與后續設計階段的