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Optimum Weight Design of Functionally Graded Material Gears

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2015年第6期28卷 1186-1193页

作者： jing shikai ZHANG He ZHOU jingtao SONG Guohua School of Mechanical Engineering Beijing Institute of Technology Key Lab of Contemporary Design and Integrated Manufacturing Technology Ministry of EducationNorthwestern Polytechnical University

Traditional gear weight optimization methods consider gear tooth number, module, face width or other dimension parameters of gear as design variables. However, due to the complicated form and geometric features peculiar to the gear, there will be large amounts of design parameters in gear design, and the influences of gear parameters changing on gear trains, transmission system and the whole equipment have to be taken into account, which increases the complexity of optimization problem. This paper puts forward to apply functionally graded materials（FGMs） to gears and then conduct the optimization. According to the force situation of gears, the material distribution form of FGM gears is determined. Then based on the performance parameters analysis of FGMs and the practical working demands for gears, a multi-objective optimization model is formed. Finally by using the goal driven optimization（GDO） method, the optimal material distribution is achieved, which makes gear weight and the maximum deformation be minimum and the maximum bending stress do not exceed the allowable stress. As an example, the applying of FGM to automotive transmission gear is conducted to illustrate the optimization design process and the result shows that under the condition of keeping the normal working performance of gear, the method achieves in greatly reducing the gear weight. This research proposes a FGM gears design method that is able to largely reduce the weight of gears by optimizing the microscopic material parameters instead of changing the macroscopic dimension parameters of gears, which reduces the complexity of gear weight optimization problem.

关键词： gears optimum weight design functionally graded materials material distribution additive manufacturing

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New Knowledge Network Evaluation Method for Design Rationale Management

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2015年第1期28卷 173-186页

作者： jing shikai ZHAN Hongfei LIU Jihong WANG Kuan JIANG Hao ZHOU jingtao School of Mechanical Engineering Beijing Institute of Technology Shanghai Aircraft Design and Research Institute School of Mechanical Engineering and Automation Beihang University School of Mechanical Engineering Northwestern Polytechnical University

Current design rationale （DR） systems have not demonstrated the value of the approach in practice since little attention is put to the evaluation method of DR knowledge. To systematize knowledge management process for future computer-aided DR applications, a prerequisite is to provide the measure for the DR knowledge. In this paper, a new knowledge network evaluation method for DR management is presented. The method characterizes the DR knowledge value from four perspectives, namely, the design rationale structure scale, association knowledge and reasoning ability, degree of design justification support and degree of knowledge representation conciseness. The DR knowledge comprehensive value is also measured by the proposed method. To validate the proposed method, different style of DR knowledge network and the performance of the proposed measure are discussed. The evaluation method has been applied in two realistic design cases and compared with the structural measures. The research proposes the DR knowledge evaluation method which can provide object metric and selection basis for the DR knowledge reuse during the product design process. In addition, the method is proved to be more effective guidance and support for the application and management of DR knowledge.

关键词： design rationale knowledge reasoning justification support decision support knowledge network evaluation

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团队协同设计理性模型

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计算机辅助设计与图形学学报 2014年第10期26卷 1869-1878页

作者：姜浩刘继红敬石开北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对当前的设计理性建模理论与方法不能完全适应协同设计过程,不能全面描述协同设计中的设计理性的问题.在对IBIS(issue-based information system)模型进行拓展和改造的基础上,结合协同设计的认知特征提出了团队协同设计理性模型.该模... 详细信息

针对当前的设计理性建模理论与方法不能完全适应协同设计过程,不能全面描述协同设计中的设计理性的问题.在对IBIS(issue-based information system)模型进行拓展和改造的基础上,结合协同设计的认知特征提出了团队协同设计理性模型.该模型包括2类要素,分别以不同类型的节点和连接线表示,其中设计问题、设计方案、设计知识、设计产品、协同过程和协同情境6个要素以不同类型的节点表示;设计行为要素描述设计过程中设计者的具体操作,以不同类型的连接线表示.最后以自动打标机的协同设计过程为例,阐述了文中模型的建模过程,建立了自动打标机团队协同设计理性模型,证明了该模型的可行性和有效性.

关键词：团队协同设计理性协同过程设计情境

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支持知识不确定性的工程知识获取

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计算机集成制造系统 2015年第10期21卷 2558-2563页

作者：王宏君蔺娜敬石开北京神舟航天软件技术有限公司北京100094 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为了有效地增强企业创新研制能力,针对工程知识的不确定性问题,借助贝叶斯概率论建立了工程概念贝叶斯网络模型。利用工程概念贝叶斯网络获取工程知识和知识关联关系,在保留知识不确定性的基础上,实现了工程知识有效获取。通过机床业务... 详细信息

为了有效地增强企业创新研制能力,针对工程知识的不确定性问题,借助贝叶斯概率论建立了工程概念贝叶斯网络模型。利用工程概念贝叶斯网络获取工程知识和知识关联关系,在保留知识不确定性的基础上,实现了工程知识有效获取。通过机床业务实例,验证了所提方法的有效性。

关键词：工程知识不确定性有效性知识获取贝叶斯概率论机床

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基于设计理性的群体一致性产品方案决策方法

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计算机辅助设计与图形学学报 2018年第7期30卷 1356-1365页

作者：陈英敬石开王业东北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为了将产品设计开发中选择备选方案和进行决策的过程有效地结合起来,提出一种基于设计理性的群体一致性产品方案决策方法.首先通过提取文本信息和数值信息将设计理性的设计意图转变成特征向量,并选取与设计问题相似性较高的设计意图对... 详细信息

为了将产品设计开发中选择备选方案和进行决策的过程有效地结合起来,提出一种基于设计理性的群体一致性产品方案决策方法.首先通过提取文本信息和数值信息将设计理性的设计意图转变成特征向量,并选取与设计问题相似性较高的设计意图对应的设计理性作为备选设计方案;然后决策者利用直觉模糊集对方案进行评价,计算个体和群体决策之间的相似度,采用一致性阈值衡量决策是否达到共识水平;最后通过广义诱导模糊有序加权平均算子,集结专家意见得到各方案的综合评价结果.以某型焊钳的钳臂设计为例,验证了文中方法准确性和有效性.

关键词：群体一致性多属性群决策产品方案决策设计理性

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基于局部相对密度映射的变密度多孔结构设计方法

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机械工程学报 2018年第19期54卷 121-128页

作者：赵芳垒敬石开刘晨燕北京理工大学机械与车辆学院

针对变密度多孔结构设计依据的拓扑优化密度信息不能被充分有效利用的问题,提出一种基于拓扑优化局部相对密度映射的变密度多孔结构设计方法。该方法根据多孔结构力学特点建立等效连续体的拓扑优化模型,通过拓扑优化密度的局部映射策略... 详细信息

针对变密度多孔结构设计依据的拓扑优化密度信息不能被充分有效利用的问题,提出一种基于拓扑优化局部相对密度映射的变密度多孔结构设计方法。该方法根据多孔结构力学特点建立等效连续体的拓扑优化模型,通过拓扑优化密度的局部映射策略和调整方法,将拓扑优化的密度信息映射到多孔结构单元并根据映射的相对密度生成变密度多孔结构。此外,为检验多孔结构与拓扑优化密度信息的匹配程度,提出一种基于体素化和矩阵相似度的分析评价方法。最后以不同尺度的二维蜂窝为案例,验证了所提变密度多孔结构设计方法的可行性和有效性。

关键词：拓扑优化局部相对密度映射变密度多孔结构体素化矩阵相似度

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基于共享心智模型的设计智力协同过程研究

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计算机辅助设计与图形学学报 2016年第11期28卷 1940-1948页

作者：王业东敬石开魏振达北京理工大学机械与车辆学院北京100081 南京理工大学经济管理学院南京210094

针对当前的共享心智模型理论不能完全适应协同设计,不能显性地描述智力协同过程的问题,分别从设计角度和认知角度研究了"个体心智模型-共享心智模型"与"设计问题-设计解"2个演化过程的相互作用规律,形成了"设计问题→个体心智模型→共... 详细信息

针对当前的共享心智模型理论不能完全适应协同设计,不能显性地描述智力协同过程的问题,分别从设计角度和认知角度研究了"个体心智模型-共享心智模型"与"设计问题-设计解"2个演化过程的相互作用规律,形成了"设计问题→个体心智模型→共享心智模型→设计解"的认知机理.在此基础上,建立了基于共享心智模型的设计智力协同求解模型.首先表达并诱发个体设计心智模型的知识和信念要素,然后以语句为基本单位,考虑共享度和个体权重因素,融合生成共享设计心智模型,进而从中提取出设计问题的方案解.以3D打印机喷头的协同设计过程为例,以文中提出的机理为指导建立了团队共享设计心智模型,有效地解决了该设计问题.

关键词：协同设计智力协同共享心智模型团队认知

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面向云制造的按需工作流任务分配方法

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计算机辅助设计与图形学学报 2012年第3期24卷 308-313页

作者：王明微周竞涛敬石开西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

复杂大型的云制造应用需要通过既相互独立又能进行相互配合的多个制造云来协同完成,导致同一个工作流中的任务可在多个分布的工作流引擎中完成.为此,提出了一种"按需分配"的工作流任务分配方法,将任务分配贯穿于业务过程模型实例化过程... 详细信息

复杂大型的云制造应用需要通过既相互独立又能进行相互配合的多个制造云来协同完成,导致同一个工作流中的任务可在多个分布的工作流引擎中完成.为此,提出了一种"按需分配"的工作流任务分配方法,将任务分配贯穿于业务过程模型实例化过程,详细分析了云制造环境下影响任务分配的4种主要因素;为提高任务分配过程的自动化程度,给出了每种因素与任务需求的匹配方法.仿真实验结果表明了该方法的有效性.

关键词：云制造任务分配工作流引擎能力匹配

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Web环境下协同装配系统的并发控制

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北京航空航天大学学报 2009年第10期35卷 1249-1253页

作者：敬石开李连升刘继红北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

通过对网络环境下协同装配操作的分析,总结了客户端执行结果不一致、多客户端误抓零件、多客户端同时装配同一零件、合理并行装配受阻以及装配约束冲突等5种并发装配冲突.提出了一种层次混合并发冲突控制模型(HCM,Hierarchical Hybrid C... 详细信息

通过对网络环境下协同装配操作的分析,总结了客户端执行结果不一致、多客户端误抓零件、多客户端同时装配同一零件、合理并行装配受阻以及装配约束冲突等5种并发装配冲突.提出了一种层次混合并发冲突控制模型(HCM,Hierarchical Hybrid ConcurrencyConflict Control Model),HCM分上下两层,集成了4种并发控制策略,采用将具有装配语义的命令进行传输实现并发控制.上层采用基于全局装配序列的并发控制策略,整体上避免了前两种并发冲突;下层集成了装配操作序列化、系统加锁和用户解锁以及建立装配约束库等策略,消解了后3种并发冲突.基于HCM开发了一个原型系统,并结合实例验证了该系统的灵活性和有效性.

关键词： Web环境协同装配并发冲突并发控制策略

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基于从材料空间到几何空间映射思想的功能梯度材料建模方法

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计算机集成制造系统 2015年第8期21卷 2014-2021页

作者：张贺敬石开周竞涛孟欣佳北京理工大学机械与车辆学院北京100081 西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室陕西西安710072

针对一些材料组分变化比较复杂的功能梯度材料,因从几何空间到材料空间没有映射函数而需要将每一部分几何信息与其相应的材料信息成组地存储起来,造成数据冗余等问题,增加了数据存储内存空间和数据操作时间,提出从材料空间到几何空间映... 详细信息

针对一些材料组分变化比较复杂的功能梯度材料,因从几何空间到材料空间没有映射函数而需要将每一部分几何信息与其相应的材料信息成组地存储起来,造成数据冗余等问题,增加了数据存储内存空间和数据操作时间,提出从材料空间到几何空间映射的建模思想。首先定义材料空间,然后给定从材料空间到几何空间的映射函数,通过材料组分值和相应的映射函数,即可确定与给定材料组分值对应的几何空间。再利用插值算法,计算其他部分的材料信息,最终实现模型几何信息和材料信息的整体表达,提高数据表示的简洁性。通过对功能梯度材料齿轮零件建模的实例,证明了所提方法的可行性和有效性。

关键词：功能梯度材料几何空间材料空间映射数据表示

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