复合元变换的传导规则及其在创意生成中的应用.pdf
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1、2023Dec.JOURNALOFMACHINEDESIGN2023年12 月No.12Vol.40第40 卷第12 期机计设械复合元变换的传导规则及其在创意生成中的应用”杨春燕1-2,廖升平1.2,葛标标1.2(1.广东工业大学可拓学与创新方法研究所,广东广州510006;2.广东工业大学机电工程学院,广东广州510006)摘要:复合元是可拓学中形式化表达复杂系统、产品及矛盾问题的重要工具,研究复合元的可拓变换规则,尤其是传导变换规则(简称传导规则),是可拓推理的重要内容。基于基元的主动可拓变换、传导变换及传导规则,针对不同类型的多维复合元,建立了多维复合元变换的自传导规则和同类多维复合元间
2、的传导规则;以除湿盒的功能设计创意生成为例,验证了传导规则的普适性和有效性,为用形式化方法进行产品设计创意生成和解决各领域的矛盾问题提供了推理依据,并为实现矛盾问题的智能化处理和可拓智能设计提供基础。关键词:产品设计;复合元;传导规则;可拓学;除湿盒;设计创意中图分类号:TP472文献标识码:A文章编号:10 0 1-2 354(2 0 2 3)12-0 156-0 7Conductive rules of compound-element transformations andits application in ideas generationYANG Chunyan-,LIAO Shen
3、gping-,CE Biaobiaol-2.(1.Research Institute of Extenics and Innovation Methods,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006;2.School of Mechatronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006)Abstract:Compound-element is an important tool to formalize complex systems,produ
4、cts and contradictory problems in Ex-tenics.The study of the extension transformation rules of compound-elements,especially the conductive transformation rules(re-ferred to as conductive rules),is an important content of extension reasoning.Based on the active extension transformations,con-ductive t
5、ransformations and conductive rules of basic-elements,the self-conductive rules of multi-dimensional compound-elementtransformations and conductive rules between the same type of multi-dimensional compound-elements were established for differenttypes of multi-dimensional compound-elements.The functi
6、on design idea generation of the dehumidification box was taken as anexample to verify the universality and effectiveness of the conductive rules.This study provided reasoning basis for using formalmethod to generate product design ideas and solve contradictory problems in various fields,and foundat
7、ion for realizing the intelli-gent processing of contradictory problems and extension intelligent design.Key words:product design;compound-element;conductive rule;Extenics;dehumidification box;design idea可拓学1-2 1是致力于用形式化的模型研究创新及解决矛盾问题的规律与方法的新学科。可拓学研究中已建立形式化描述物、事、关系及复杂事物与问题的可拓模型,包括物元、事元、关系元及复合元31等。物元
8、、事元和关系元统称为基元,复合元是由物元、事元和关系元等复合而成的,是复杂系统或产品形式化表达的重要工具,也是解决矛盾问题和复杂产品创新的基础,而可拓变换是创新和解决矛盾问题的工具。因此,研究复*收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 8;修订日期:2 0 2 3-0 7-2 5基金项目:国家自然科学基金(7 2 0 7 10 49)合元的主动可拓变换及其传导变换是解决复杂矛盾问题的重要手段。文献1-3 中给出了基元传导变换的定义及基元变换的传导规则;文献4 对传导变换、传导度定义及传导知识的定义和类型进行了形式化研究;文献5提出使用基元相关矩阵和基元相关函数表达基元间的相关关系,并进一步给出了
9、复杂基元相关网下传导变换的判定规则和传导效应的计算模型;文献6 提出了积累N+1次的主动变换才会导致传导变换的情况;文献1572023年12 月杨春燕,等英的传导规则及其在创意生成中的应用7进行了相关关系的强制建立、弱化或取消的研究,通过传导变换提供了一种解决问题的有效方法;文献8 给出了传导自相关与传导互相关函数的概念,为解决依赖于随机过程的自相关函数和互相关函数的矛盾问题提供了解决方法;文献9 中介绍了可拓知识工程和知识转换的研究概况,并论述了复合元与传导变换在知识表示、知识推理及知识获取中的应用;文献10 提出将复合元用于简单网络管理协议中信息的形式化表达。上述文献表明:可拓学理论研究中
10、均未对复合元内部各要素间及不同复合元间相互影响的机理进行研究,更未涉及复合元变换及其传导规则的研究。因此,无法应用于复杂产品设计创意生成和复杂矛盾问题的求解。文献11 研究了低碳设计冲突问题的传导模型,为解决低碳设计冲突问题提供了有效的建模方法;文献12 将复合元及其可拓变换应用于移动运输机器人的结构设计创意生成,获得了较好的结构设计创意;文献13 用动态复合元构建了可拓流模型,为获取缺陷组件提供了有效的工具,并通过对缺陷组件物元的可拓变换及相应的传导变换,获取了功能复合元和结构复合元的设计创意;文献14 提出了一种需求变换下的技术冲突问题的动态转换方法及层次传导分类方法,解决了大型空气动力装
11、备低碳性能复杂冲突协调的问题;文献15 面向机械产品可拓适应性设计,构建了产品传导变换多维度关联分析模型,进行了传导变换协调路径优选及产品传导变换规则生成的研究。上述文献只是应用已有的复合元模型形式化地表达复杂设计问题,以及应用基元的传导变换,并未涉及复合元变换的传导变换,更未研究并建立复合元变换的传导规则。因此,生成复杂创意的依据不足,无法为可拓智能设计提供理论支持。由于复合元变换的传导变换及传导规则的理论研究成果较少,为用形式化方法深人研究复杂产品的可拓设计创意生成和复杂矛盾问题求解,实现可拓智能设计,需规范研究复合元变换的传导规则。文中基于基元的主动变换、传导变换及传导规则,针对不同类型
12、的多维复合元,建立了复合元变换的传导规则,并结合案例验证传导规则的普适性和有效性。1复合元与传导规则1.1复合元文献1-3 中给出了各种复合元的形式化模型以物元和事元形成的复合元为例,物元M,作为事元A的某个特征的量值的n维复合元模型记为:Oa,Cal,UalA(M二ai,M,A.(M,).Aanan式中:0.一事元的动作;Cal,Ca2,Can0.的特征;-0.关于特征cal,,c a 的量值;nM,-0.关于特征ca的量值是一个物元;A,=(O a,Ca l,u a l)n 维复合元的第1维;A(M)=(O a,Ca i,M)n 维复合元的第i维;A,=(O一n维复合元的第n维。物元M,是
13、复合元A(M)的组成要素,因此,它们之间存在隶属关系,记作:M,A(M)。同理,若第i,i2,,i.个特征的量值为物元M,,M,,,M,,则复合元表示为A(M,M,.,M,)。1.2传导变换与传导规则由于事物间存在复杂的相关性,当对一个对象实施主动可拓变换时,会引起与其相关的其他对象发生被动变换,这种变换被称为传导变换1-3。基元的传导推理是指前件是主动变换,后件为其所引起的传导变换的推理,包括基元内部要素间的自传导推理和基元间的它传导推理,形成的推理规则称为传导规则31.2.1基元间的传导变换文中用到的基元间1阶1次传导变换和1阶n次传导变换的定义1.3 如下:(1)1阶1次传导变换给定基元
14、B。=(O o,Co,uo),B=(O,C,),且BB,若对B。实施某一主动可拓变换:B。=(O,Co,)=B,则必然存在某一被动变换。Tg,使得。T,B=(O ,C,u)=B。称。T,为主动可拓变换?的1阶1次传导变换,简称传导变换,且.TBo(2)1阶n次传导变换给定基元Bo,BI,B,且 B。一B,一.二B,若对 B。实施某一主动可拓变换:B=B,则必然存在传导变换蕴含系=。T r,Tr.,T.,使得。Tr,B,=i,r,B,=B2,-TBB,=B,称B.T,为主动可拓变换的1阶n次传导变换。U2lL158机设计械第40 卷第12 期1.2.2传导规则在上述定义的基础上,文献1 与文献3
15、 还给出了基元变换的传导规则。对于1阶1次传导变换,传导规则为(sB。=B)(BB)(T,B=B);对于1阶n次传导变换,传导规则为(B。=B)(B。一B,二.二B,)(B.T,B,=B),且有传导变换蕴含系P=TB,.=B.2复合元变换的传导规则复合元的形式复杂而多样,因此,复合元变换的传导变换也比基元的传导变换复杂。文中仅以物元作为事元的某些特征的量值形成的复合元为例进行研究。2.1多维复合元变换的自传导规则文中分别以复合元中有1个物元和两个物元的情况为例,建立多维复合元内部要素间的自传导规则。(1)设有n维复合元,其中,M。为某一物元。Aol(M。)7Ao(M。)=Ao传导规则1:(M。
16、=M)(M。A o(M。)(Ao(Mo)TA(Mo)Ao(M)=A(M)。若对A(M)中的M。实施主动变换M。=M,必然会引起Ao(M。)发生1阶1次传导变换,即。Tam(M,Ao(Mo)=A o(M。)=A o(M o),进而引起A(M)发生1阶2 次传导变换,即PAa(M.)TAa(M)Ao(Mo)=A(M),且形成如下传导变换蕴含系:9=,TAa(M)=A(M,)TAa(M.)传导规则2:(M。=M)(M。CA(M。)(A,(M)=A,)F(.T.(Mo)A(M。)=A(M)。若Ao(M。)对应的动态分复合元A,(M)与某个A对应的动态分事元A,存在相关关系,即A(M)A,则传导规则1中
17、的主动变换必然会引起A。发生1阶2 次传导变换,即Aa(M)TAa.A=Au-Aa(Mo)Ta.进而引起A(M。)发生1阶3次传导变换,即A.TAa(M。)A o(M)=A%(M),且形成如下传导变换蕴含系:=TTAa(M.)=Aa(M.)TA A,TA(Mo)上述传导规则都是以对多维复合元内部的物元实施主动变换为前提的,若主动变换是针对多维复合元的非复合维实施的,例如,A则需考虑A。是否与其他维的分复合元具有相关关系。(2)设有n维复合元,A(M o l,M o 2)Ao(Mol)M011Ao(Mo2)021,其中,Mo=Moli,Mo2=Mo2i分别AM101sM0252Aor是S,维物元
18、和S2维物元。为简化传导规则的表达式,将M。和M对应的动M.M21态物元记为:M,=Mi,M,=M2iMM2252S传导规则3:(Mo=Mo)(M o A o(M o l)TAMM)A(Mo,Mo2)=A(Mo1,Mo2)。该传导规则与传导规则1的情形相同。同理,若存在某个A(M,)A,,则传导规则与传导规则2 的情形相同。为简化传导规则的表达式,下列传导规则仅列出规则前项和最终的规则后项,且规则前项中不再列出基元的隶属关系,如MAM及MCM等传导规则4:($,Mo,=M o l u)(M mM z)(s,TAa(Mm.Mm)Ao(Mon,Mo2)=Ag(Mom,Mc2),其中,=MTMAo(
19、Ma2)0若Mol对应的动态物元M,中的某一维分物元Mi,与Mo2对应的动态物元M,中的某一维分物元M2,相关,即M,=Ma,对Mol,实施主动变换,Mor=Moti,则必然会同时引起Mo和Moz,发生传导变换。,TM.Mol=Ma和Tm=Ma,进而分别引起Aa(M.)和Mo发生1阶2 次传导变换,即m.TAa(Ma)Aol(M o l)=生1阶3次传导变换,即M.TAac(Ma)A o 2(M o 2)=Ao2(Mo2)。变换蕴含系:即,TAoMolAo(M o 1,M o 2)=A%(M o,M 2),且形成传导4A(Mo1M发生阶次传导变换,02记则2 必然引起1592023年12 月杨
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- 复合 变换 传导 规则 及其 创意 生成 中的 应用