泵在CAD中的原理方案设计模型

　　4　泵原理方案设计应用实例

　　基于上述的原理方案设计模型，将该模型应用于具体的水泵原理方案设计，得到其部分设计流程如图3、4所示。

　　设计流程说明如下：

　　(1)确定设计要求并将其抽象化，得到泵设计的本质：通过一定的手段增加流体的机械能(动能、势能)或压力能［10］。

　　(2)以泵的设计模型为当前设计模型S。确定其第一层的设计对象组成。即各个功能实体对象组成及功能关系对象。设不存在已有对象，则需创建一系列新的对象。用FBS方法对功能进行分解。从物料流的观点出发，泵的物料流为流体(液体)，由泵的设计要求可得到其核心功能为流体接收能量，此功能的完成可由几个子行为来完成：导入流体，提供流体接收能量的空间(容纳)，流体接收能量(能量传递)，导出流体(导出)。从能量流的观点出发，泵的核心功能将能量传递给流体，其可由调节输入能量的大小、将输入能量转换为能量传递中所需的能量形式和能量传递给流体及能量随流体导出四个子行为来完成。从信息流的观点出发，主要功能为调节和控制设定的要求与得到的结果的一致性。测量输出量、比较设定值与测量值、调节和控制等行为可完成信息流所需功能。最后还需一个辅助功能模块即连结与支撑。各功能对象之间的关系如图5所示。

图3　泵原理方案设计流程(部分) 

图4　泵原理方案设计流程(部分)

　　(3)以各个设计功能对象为设计模S，进行第二层设计，在条件满足的情况下(如“能量转换”的求解需要“能量传递”求解结果)可以并行进行设计。以“能量传递”为例，针对该功能，从模型库中搜寻可能的作用原理对象。如果模型库中存在相应的作用原理对象，则生成该原理对象的一个实例加入到当前的设计模型S中。否则由知识库中的专家知识推理得到可能的作用原理对象。由此可得张力、离心力、升力、电磁力等原理对象。设计者根据各个原理对象的特性，从自身的经验出发选择比较适合的一个到几个原理对象进入下一层设计。

图5　泵功能分解及结构

　　(4)假设所选择的作用原理对象为升力，则以升力原理为当前设计模型S，搜索模型库得到与其对应的原理结构模型：轴流式叶轮原型。

　　(5)对所得的轴流式叶轮原型进行技术、经济评价。并根据评价结果逐层修改求精。

　　(6)对其它功能实体进行类似的求解。

　　(7)协调各个功能的原理结构解之间的关系，如图4所示中为能量转换的原理解与能量传递的原理解之间的制约关系，通过协同求精确定各个功能实体的结构解。

　　(8)总体评价。从总的要求和约束R&C，以及评价规划出发，最终确定原理解。

　　很明显，以上给出例子所得出的原理解不是唯一的，根据模型库和知识库中等构成的不同，设计者给出的判断不同，得到的解是不一样的。本应用实例说明，利用前面给出的模型进行泵的原理方案设计是可行的，基本满足了泵设计的要求和特点。同时从模型本身框架和从实际应用中可以发现模型具有以下特点：

　　(1)可操作性。本模型泵设计的本身特点出发，并与现有的设计方法模型相结合而成。该模型有效地应用于实例中，表明本模型具有相当的可操作性。

　　(2)可重用性。面向对象的建模思想使得到的各个设计对象可以在不同的产品中应用。如实例中得到的能量转换的功能对象实现后，其结果列入模型库，在下一个产品设计时，它将作为已有对象被检索，实现重用性。

　　(3)可交换性。各个设计对象不是独一无二的，每一个设计目标可以有不同的设计模型来完成。如能量传递的解就可能有张力、离心力、升力、电磁力等几种通过做功实现能量传递的原理对象，为设计提供了多种选择。