【摘要】：機械系統(tǒng)的方案設(shè)計直接決定著產(chǎn)品的功能、質(zhì)量及成本,是產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵。當(dāng)前,計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)在一般機械系統(tǒng)的設(shè)計信息表達(dá)、結(jié)構(gòu)性能分析以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面的研究和應(yīng)用日趨成熟,但對于方案設(shè)計環(huán)節(jié)的支撐還相對較為薄弱。鑒于機械系統(tǒng)的計算機輔助方案設(shè)計往往依賴于特定領(lǐng)域的專業(yè)知識,并可能需要依據(jù)設(shè)計問題的特點采用專用的設(shè)計模型和具體的智能化設(shè)計方法,其研發(fā)工作多為針對特定范圍、特殊類別機械系統(tǒng)的專用型系統(tǒng)。 本文研究針對鍋爐、汽輪機、壓縮機等具有過程系統(tǒng)特征的特定機械系統(tǒng),提出將這些在功能原理上與過程系統(tǒng)相似,通過多個或多級部件的相互配合、協(xié)作,共同完成對進(jìn)出系統(tǒng)的物料變換或能量轉(zhuǎn)換的機械系統(tǒng)歸類為“過程型機械系統(tǒng)”(以下簡稱“PMS”),進(jìn)而結(jié)合機械系統(tǒng)和過程系統(tǒng)的設(shè)計理論和方法,研究PMS計算機輔助方案設(shè)計的共性問題和技術(shù),具體包括功能原理分析,設(shè)計模型、設(shè)計過程和方法研究等,旨在研發(fā)PMS計算機輔助方案設(shè)計系統(tǒng)以提高PMS方案設(shè)計的質(zhì)量與效率。 論文的主要內(nèi)容如下： ◆提出了PMS的分類,定義了“過程部件”、“總體布置”等關(guān)鍵概念。其中“過程部件”泛指實現(xiàn)對進(jìn)出物料或能量的進(jìn)行特定變換處理的機械部件,多級過程部件按照特定的邏輯組合構(gòu)成PMS的“總體布置”。對PMS的主要特征進(jìn)行了分析,提出從單元級和系統(tǒng)級的物料變換邏輯兩個層次來理解PMS的功能原理,前者表現(xiàn)為過程部件對于進(jìn)出物料的分支數(shù)、類型以及相關(guān)屬性的變換,后者主要描述在特定總體布置邏輯下,由PMS所有過程部件共同配合將輸入系統(tǒng)的物料逐級累積變換為輸出系統(tǒng)的物料。 (?)以PMS的概念和特征認(rèn)知為基礎(chǔ),借鑒機械工程和過程系統(tǒng)工程的相關(guān)理論,提出將PMS的方案設(shè)計分為總體布置設(shè)計與過程部件設(shè)計兩個層次,通過總體布置設(shè)計解決系統(tǒng)層面的部件配合問題,而通過過程部件設(shè)計探索滿足特定物料變換任務(wù)的部件具體結(jié)構(gòu)。結(jié)合“功能-行為-結(jié)構(gòu)”FBS設(shè)計模型理論,提出分別采用系統(tǒng)級和單元級的“功能-行為-結(jié)構(gòu)-知識”四元組描述PMS的總體布置設(shè)計模型和過程部件設(shè)計模型。其中,“結(jié)構(gòu)”對應(yīng)于PMS中任一過程部件以及部件組合形成的PMS總體布置,“功能”表達(dá)結(jié)構(gòu)的物料變換需求,“行為”描述特定結(jié)構(gòu)所實現(xiàn)的詳細(xì)物料變換內(nèi)容,“知識”統(tǒng)括設(shè)計過程所使用的規(guī)則、經(jīng)驗、方法等。 (?)物料變換邏輯的描述和表達(dá)是構(gòu)建PMS方案設(shè)計模型的關(guān)鍵。將PMS系統(tǒng)中任意位置處的過程部件和物料分別抽象為“廣義過程部件”和“廣義物料”兩類對象,部件級的物料變換邏輯由一個廣義過程部件和輸入輸出該部件的廣義物料集合組成,進(jìn)而再通過同一廣義物料對于相連廣義過程部件的流出和流入邏輯使得各廣義過程部件相互銜接形成系統(tǒng)級的物料變換邏輯。對于上述變換邏輯的形式化表達(dá)問題,在技術(shù)上提出了一種基于ID關(guān)聯(lián)的描述方法,采用ID來唯一標(biāo)識所對應(yīng)的過程部件和物料,通過記錄相關(guān)聯(lián)對象的ID來建立對象之間的連接關(guān)系。 (?)提出將PMS系統(tǒng)方案設(shè)計活動分解為方案創(chuàng)建、方案分析、方案評價和方案調(diào)整四項子活動,分別在總體布置設(shè)計和過程部件設(shè)計兩個層面上,研究了基于四項子活動而實現(xiàn)PMS方案設(shè)計的過程。歸納了支持PMS系統(tǒng)的方案設(shè)計過程的主要智能CAD方法,并闡述了這些方法在PMS系統(tǒng)設(shè)計過程中的運用。 (?)基于本文研究提出的PMS系統(tǒng)計算機輔助方案設(shè)計理論框架,具體針對鍋爐計算機輔助方案設(shè)計問題,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計了系統(tǒng)的軟件模型,研發(fā)了鍋爐方案設(shè)計系統(tǒng)的原型,并給出了系統(tǒng)的具體應(yīng)用描述。 本文針對PMS這一特殊類別的機械系統(tǒng)開展計算機輔助方案設(shè)計技術(shù)的研究工作,奠定了該領(lǐng)域進(jìn)一步技術(shù)研究及系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ),填補了過程系統(tǒng)與機械系統(tǒng)學(xué)科交叉領(lǐng)域的研究空白,并對其它類別系統(tǒng)的計算機輔助方案設(shè)計研究具有借鑒意義。
【圖文】：

常用“級”作為單位，如鍋爐的一級過熱器，蒸汽輪機的末級葉輪。從結(jié)構(gòu)組成上看，過程部件與一般機械部件類似，，可能是由層次上低一級的零件或組件構(gòu)成，如過熱器一般由蛇形管束、集箱等組件構(gòu)成，如圖2.4所示。在功能上，過程部件與過程系統(tǒng)的過程單元類似，實現(xiàn)對于進(jìn)出物料的特定變換處理，具體的變換含義由部件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、

Fig2.5materialeonversionProcessofsuPerheater再以蒸汽輪機的某一級葉輪過程部件為例，在結(jié)構(gòu)組成上，葉輪由靜葉柵(噴嘴柵)和對應(yīng)的動葉柵等構(gòu)成，如圖2.6所示。葉輪的工作過程如下:蒸汽流在噴嘴柵中(也可能部分在動葉柵中)進(jìn)行絕熱膨脹，將蒸汽攜帶的熱能和勢能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝膭幽�，高速蒸汽進(jìn)入動葉柵帶動葉片旋轉(zhuǎn)做功，將這部分動能再轉(zhuǎn)變?yōu)槿~片的旋轉(zhuǎn)機械能。在此過程中，尸尸護口口門，，口，‘了一 一 JJJ萬護產(chǎn)聲r，『r『-一r一產(chǎn) 產(chǎn)進(jìn)進(jìn)」卜‘一一心 心知知砂 ;;;夢 夢臀臀 臀 1111111{{{{{{ /////夕夕產(chǎn)產(chǎn)廳，，沙口產(chǎn)孟，， 圖2.6蒸汽輪機的葉輪結(jié)構(gòu) F192.6imPellerstructureofsteamturbine葉輪蒸汽流廠蒸汽膨脹做功P4，l工，勿t部分熱能與勢能轉(zhuǎn)換為動能蒸汽流v’葉片旋轉(zhuǎn)機械能符號說明:p一蒸汽壓力
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH122;TP391.72

【參考文獻(xiàn)】

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1 王振華;鄧家

本文編號：2647062