[發明專利]一種物理矛盾求解的仿生設計方法有效
| 申請號: | 202010080591.3 | 申請日: | 2020-02-05 |
| 公開(公告)號: | CN111325307B | 公開(公告)日: | 2023-07-21 |
| 發明(設計)人: | 劉尚;張悅楊;王亞楠;張琪健;李騰 | 申請(專利權)人: | 齊齊哈爾大學 |
| 主分類號: | G06N3/004 | 分類號: | G06N3/004 |
| 代理公司: | 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385 | 代理人: | 王月松 |
| 地址: | 161006 黑龍江*** | 國省代碼: | 黑龍江;23 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 物理 矛盾 求解 仿生 設計 方法 | ||
1.一種應用于求解扳手扳口所存在的物理矛盾的仿生設計方法,其特征在于所述方法包括如下步驟:
步驟S1:對于給定問題的物理矛盾和技術矛盾描述形式,通過組件參數模型表達物理矛盾與技術矛盾的因果關系;
步驟S2:將技術系統中產生矛盾的功能參數分別歸類為物質、結構、能量、信息、時間、空間六個操作域之一,確定操作域之間的矛盾;
步驟S3:根據操作域之間的矛盾,查PRIZM矩陣,提取原理解,根據發明原理,從仿生案例庫中獲得仿生案例;
步驟S4:分析仿生案例中生物系統對環境刺激產生的行為以及由此產生的功能,確定行為及功能所屬的操作域,若操作域與矛盾的操作域相匹配,則選作仿生設計源;否則,放棄該仿生案例;
步驟S5:根據生物系統形態、行為、生理維度與技術系統設計參數、行為、功能參數的對比,發現資源求解物理矛盾;
所述仿生設計方法應用于求解扳手扳口所存在的物理矛盾,進而設計出一種采用電動機驅動的軟結構扳口;
所述給定問題為:當螺母與被聯接零件之間空間狹窄時,普通扳手的扳口兩側臂寬度較大,無法實現大角度旋扭,影響裝卸效率;為了提高工作效率,扳口側臂寬度要小;為了保證扳口的強度,扳口側臂寬度要大;
所述給定問題的所述物理矛盾描述為扳口側臂寬度既要大,又要小;
與所述物理矛盾相對應的技術矛盾描述為:改善參數是生產率,惡化參數是力;應用組件參數模型建立所述物理矛盾與所述技術矛盾的因果關系;
將功能參數對應到BioTRIZ的操作域,得到所述改善參數對應的域是時間,所述惡化參數對應的域是能量;
根據所述改善參數和所述惡化參數查TRIZ矛盾矩陣提供的原理,根據對應的域查PRIZM提供的原理,根據TRIZ與PRIZM提供的原理的交集,獲取所述原理解為動態化法原理;根據所述動態化法原理,查找仿生案例庫,篩選出仿生案例;
所述仿生案例為生物體的微管結構或軟體結構生物的軟體結構,所述微管結構或所述軟體結構通過彎曲、伸長和縮短來適應狹窄空間與所述給定問題所描述的環境一致,將所述微管結構或所述軟體結構選作仿生設計源;
根據所述仿生案例設計由柔性帶構成的扳口,工作時柔性帶內側面與螺母外側面接觸摩擦,摩擦力帶動螺母旋轉。
2.根據權利要求1所述的仿生設計方法,其特征在于所述步驟S1中,物理矛盾與技術矛盾的因果關系是通過組件參數模型表達的,具體步驟如下:
步驟S1-1:根據技術系統功能模型,分析工具組件中設計參數的相反取值要求分別對應的功能效果,用組件參數模型表達設計參數以及設計參數的相反取值,并將功能效果用組件參數模型的功能參數表達;
步驟S1-2:將功能參數與技術矛盾中的改善參數和惡化參數相匹配,形成物理矛盾與技術矛盾的因果關系的表達。
3.根據權利要求2所述的仿生設計方法,其特征在于所述組件參數模型由組件名、設計參數和功能參數來表示。
4.根據權利要求1所述的仿生設計方法,其特征在于所述步驟S2中,將功能參數歸類為操作域,首先是建立功能參數與技術矛盾中工程參數的匹配關系,然后通過技術矛盾中的改善和惡化工程參數歸類于操作域來實現的。
5.根據權利要求1所述的仿生設計方法,其特征在于所述步驟S3中,仿生案例的篩選要以技術系統功能參數所在的操作域為限定,生物系統生理維度所屬操作域要與技術系統功能參數所在操作域相匹配才可作為備選仿生案例,參與物理矛盾求解。
6.根據權利要求1所述的仿生設計方法,其特征在于所述步驟S5的具體步驟如下:
步驟S5-1:根據技術系統功能參數所屬的操作域來分析生物系統,提取與技術系統功能參數相近的生理功能;
步驟S5-2:分析生物系統生理功能所依賴的生物行為,并與技術系統的行為進行比較分析,尋找兩者行為差異,分析產生行為差異的原因;
步驟S5-3:結合行為差異比較生物系統生態維度與技術系統結構,尋找結構差異;
步驟S5-4:以結構差異為目標資源,在技術系統以及子系統、超系統中尋找這種資源,并用這種資源來修改組件參數模型中的設計參數,物理矛盾得以解決。
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