[发明专利]机械系统虚拟设计薄弱环节确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械系统虚拟设计薄弱环节确定方法，适用于机械系统设计初期的方案定量化评价及科学优化。

背景技术

机械产品的质量在很大程度上取决于产品的设计，原因在于设计可以赋予产品“先天性优劣”这种至关重要的本质特性。随着计算机技术的发展，机械系统的设计工作改变了传统的“手工设计——加工试验——试验论证”的循环设计和试制方法，摆脱了物理样机的反复试验所造成的耗时耗财、水平低的局面。机械技术发展的实践证明，传统的设计和分析方法已远不能满足现代机械工程技术发展的需要。由于许多工程技术问题都与机械系统的动态特性有关，所以如何建立一个全面反映机械系统并准确描述其各零部件的运动和受力的虚拟样机，是进行机械系统设计的必然选择。

在设计论证的过程中，系统评价将是一个非常重要的环节。系统分析是一个从总体技术指标要求到参数分配的过程，系统评价则是一个从参数分配到动力学仿真再到技术性能的反向的综合过程。在方案论证和系统设计、评价、调试过程中，始终面临着多参量、多目标、多方案的决策问题。如何做出正确的决策，是总体方案设计的最重要的问题之一。而机械系统的性能评价将成为设计方案的决策依据。因此迫切需要一种方法，建立机械系统的参数化虚拟设计样机，对机械系统的各项性能指标进行仿真求解，得到机械系统的整体性能的综合评价，并寻找此设计方案的薄弱环节并加以改进，最终选择出一套最佳设计方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够节约设计成本、提高设计效率、确保各项指标达到预期效果的机械系统虚拟设计薄弱环节确定方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种机械系统虚拟设计薄弱环节确定方法，其方法步骤如下：

（1）建立机械系统虚拟样机，具体方法如下：根据机械系统主要运动部件的组成，建立反映所述机械系统动态性能的完整动力学模型，运用Pro/E三维造型软件构建机械系统的三维造型，再运用ADAMS虚拟样机分析软件建立机械系统的虚拟样机。

（2）根据所述机械系统虚拟样机，建立机械系统总体性能指标评价体系，具体方法如下：根据机械系统虚拟样机进行仿真分析，选取对机械系统的动态性能影响显著的因素，科学、合理地确定指标，并给出具体指标的定义、数据如何采集以及取值范围，形成机械系统总体性能指标评价体系。

基于虚拟样机仿真分析基础上，深入分析对机械系统的动态性能影响显著的因素，选取机械系统性能影响指标，构建多层指标体系                                                及二级指标，并给出每个指标的定义、各级别阈值范围、取值方法等。

（3）构建基于可拓优度理论的机械系统设计性能评估模型。

机械系统总体性能评估是一个多层次、多指标的复杂评估问题，涉及因素众多，包含许多不确定性、非线性性的指标。可拓优度评估能够对各衡量条件加权来评估一个对象优劣，通过建立关联函数进行一个区间和区间套的运算，将定性指标量化为一个数值区间，解决了定性指标的量化问题。其物元模型表示为：

待评对象的综合评价为：

若，则被评定对象为等级。

（4）确定机械系统设计方案的薄弱环节，具体方法如下：

定义指标裕度空间为某一项指标值到达其最充裕值的空间大小，即指标当前值离其最优值的距离：

为该指标的最优值（理想值）；为该指标实际取值（或优化值）。

定义指标薄弱度（Q）为某一项指标在机械系统总体性能评估方面的薄弱程度，即该指标需要提高和改善的程度，即某一指标薄弱度越大，其越需要提高和改善。

采用求薄弱度来确定机械系统设计方案薄弱环节，即通过求解各指标的薄弱度，按指标薄弱度大小进行排序，得到的指标排序即为设计方案的薄弱环节的确定顺序，具体步骤如下：

步骤1、建立薄弱度计算模型：

为指标绝对权重，指标裕度空间，的值采用德尔菲法和层次分析法相结合的方法求出。

步骤2、运用集对分析优化指标裕度空间： 

指标的裕度值即为指标实际值与其最优值（优化值）的差值大小，为求这个差值，本方法将集对分析方法中相同性、相异性和异反性的思想应用到指标值的优化和求解指标裕度空间中，在集对分析中，为和两个集合的联系度，其定义式为：

，

令则这里满足归一化条件，即有关系式： ；