《采用状态空间模型的产品设计行为预测》.pdf

第 45卷 第 1期 西 安 交 通 大 学 学 报 Vo1．45 No．1 2011年 1月 JOURNALOFXIAN 儿AOTONG UNIVERSITY Jan．2010 采用状态空间模型的产 品设计行为预测 张执南，谢友柏 (上海交通大学机械与动力工程学院，200240，上海) 摘要：为在设计阶段预测产品运行中可能出现的问题，根据状态空间模型在系统预测方面的优势， 结合扩展的功能一行为～结构模型在设计分析方面的优势，将原理知识、结构信息和状态变量包括在 方程之 内，建立了从设计过程到状态空间的映射模型．系统行为预测的关键步骤包括获取结构信 息、约束信息和确定状态变量，以及初值、确定输入信息和计算方法在 内的使用状态空间模型，并通 过某型号发动机的活塞运动学和摩擦学行为预测实例，验证 了映射模型的有效性．实验结果表明， 所建立的模型能够准确地预测活塞的运动学和摩擦学行为，可作为优化系统结构和获取系统设计 理由知识的有效设计工具． 关键词：状态空间模型；产品设计；功能一行为一结构 中图分类号：THll；TH12 文献标志码 ：A 文章编号：0253—987X(2011)01—0054—04 ProductBehaviorPredictionUsingState-SpaceM odel ZHANG Zhinan．XIEYoubai (SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China) Abstract：Productbehaviorpredictionplaysacriticalroleintheearlystageofproductdesigndue tothesignificantimpacton thedownstream designprocess．Integratingthestrengthofstate— spacemodel(SSM)inhandlingsystemsandthemeritofpurpose-function-effect—structure-behav— iourontologyinanalysisdesignprocess，amappingrelationshipfrom effect—structure-behaviour totheSSM wasestablished，andthekeyprocessesintheSSM weredetermined．TheSSM fora crank—connectingrod mechanism wasestablished to verify theproposed method．The result SHOWSthatSSM enablestoprovideanovelalternativetopredictsystem behaviorandoptimize system designparameters． Keywords：state-spacemodel；productdesign；function-behavior—Strueture 随着产品在市场上竞争 的 日趋激烈 ，如何在提 和方法方面的研究都注重建立产品的功能结构或致 高产品性能的同时缩短产品开发时间和降低研发成 力于建立通用的设计求解过程[2-6]，因此设计结构矩 本是企业不断追求的目标．在产品设计阶段，通过预 阵方面的相关研究可用于分析和优化设计任务、设 测和评估产品行为可以发现产品在运行中可能出现 计参数之间的依赖关系[73，而文献[2—7]都缺少对产 的问题，这对于提高产品性能、缩短开发时间和降低 品设计行为预测的关注，很多商用软件虽可预测产 开发成本具有重要的意义_1]．因此，有必要针对产 品行为，但都有固定的应用领域，且缺乏通用性，