輔助機(jī)械創(chuàng)新的對(duì)稱性知識(shí)及其應(yīng)用

馮培恩，戚玉軒，邱清盈，劉偉平，曾令斌

（浙江大學(xué)CAD＆CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027）

0 引言

對(duì)稱性描述了研究對(duì)象在變化過程中的不變性［1］。從微觀量子物理學(xué)［2］、化學(xué)晶體結(jié)構(gòu)［3］到宏觀的動(dòng)植物形體結(jié)構(gòu)［4］，對(duì)稱性的研究為揭示這些事物的本質(zhì)都起到了重要作用。同樣地，在機(jī)械工程領(lǐng)域，對(duì)機(jī)械對(duì)稱性的研究為揭示機(jī)械原理和結(jié)構(gòu)與其能滿足的功能、性能及約束之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)也起到了重要的作用。自然界的物理、化學(xué)和生物對(duì)稱性客觀存在，不以人的意志而轉(zhuǎn)變；與其相反，機(jī)械的對(duì)稱性是人為設(shè)計(jì)的，因此人們研究現(xiàn)有機(jī)械的對(duì)稱性不僅為了認(rèn)識(shí)已有機(jī)械的本質(zhì)特征，更重要的是為了通過調(diào)整機(jī)械的對(duì)稱狀態(tài)來優(yōu)化和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品，使其更快更好地滿足日新月異的用戶需求。

迄今，國內(nèi)外已經(jīng)有一些學(xué)者在研究機(jī)械結(jié)構(gòu)某些對(duì)稱特征的表達(dá)及其特定效能，例如Li研究了如何還原近似邊界表達(dá)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）模型的原始對(duì)稱特征［5］，Yoosufani分析了四類機(jī)械零件對(duì)稱特征對(duì)手工裝配效率的影響［6］，Cheng討論了對(duì)稱與拓?fù)渥顑?yōu)結(jié)構(gòu)的關(guān)系［7］，Prasadj提出了運(yùn)用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱概念限制形狀誤差的方法［8］。發(fā)明問題解決理論（Theory of Invention Problem Solving，TRIZ）［9］雖然提到可通過調(diào)節(jié)對(duì)稱性解決存在于機(jī)械結(jié)構(gòu)中的技術(shù)沖突問題，但未能提供具體的解決方案。Barrenscheen［10］首次運(yùn)用晶體學(xué)中的對(duì)稱群理論對(duì)一些機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)稱的零部件進(jìn)行歸類。上述文獻(xiàn)分析了結(jié)構(gòu)對(duì)稱在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)和制造過程中所起的一部分作用，由于實(shí)例數(shù)量有限，其結(jié)論較為零散，缺乏系統(tǒng)性。

本文在國內(nèi)外首次給出較為完整的機(jī)械對(duì)稱性概念知識(shí)體系，并從對(duì)稱主體、對(duì)稱特征和對(duì)稱程度三方面進(jìn)行了分類；提出了對(duì)稱性在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用關(guān)聯(lián)知識(shí)體系，該體系由廣義需求知識(shí)、設(shè)計(jì)原理和準(zhǔn)則、對(duì)稱性知識(shí)及其相關(guān)性知識(shí)組成；提出基于上述相關(guān)知識(shí)挖掘和應(yīng)用的產(chǎn)品創(chuàng)新策略；為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助下的對(duì)稱性知識(shí)的提煉與應(yīng)用，提出了機(jī)械對(duì)稱性實(shí)例知識(shí)的計(jì)算機(jī)表達(dá)模型，建設(shè)了包含3 000個(gè)實(shí)例的知識(shí)庫、挖掘方法庫和創(chuàng)新設(shè)計(jì)需求、原理、準(zhǔn)則庫的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)原型。最后借助該平臺(tái)研發(fā)了風(fēng)速匹配風(fēng)力發(fā)電機(jī)并申請(qǐng)了國家發(fā)明專利［11］，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助下對(duì)稱性知識(shí)在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 機(jī)械對(duì)稱性知識(shí)

1.1 機(jī)械對(duì)稱性基礎(chǔ)知識(shí)

1.1.1 機(jī)械對(duì)稱性概念知識(shí)

本文提出的機(jī)械對(duì)稱體系如圖1所示。其中：

（1）機(jī)械對(duì)稱特征

包括兩種對(duì)稱主體：①集合型主體（功能方案集合、原理方案集合或結(jié)構(gòu)方案集合）；②單一型主體（單個(gè)功能、單個(gè)原理或單個(gè)整機(jī)／部件／零件／零件元素），對(duì)稱組元（對(duì)稱主體的組成部分），對(duì)稱基準(zhǔn)（目的功能基準(zhǔn)、時(shí)間基準(zhǔn)、空間基準(zhǔn)）。當(dāng)一個(gè)對(duì)稱主體具有多個(gè)對(duì)稱基準(zhǔn)時(shí)，該對(duì)稱主體擁有多對(duì)稱。多對(duì)稱包括多種類對(duì)稱、多維度對(duì)稱、多層次對(duì)稱以及復(fù)合對(duì)稱等。

（2）機(jī)械對(duì)稱的層次分類體系

1）根據(jù)對(duì)稱主體的分類 機(jī)械生命周期的不同階段具有不同的對(duì)稱主體，根據(jù)所研究對(duì)稱主體的性質(zhì)可以將機(jī)械對(duì)稱問題分為以下三類：①功能對(duì)稱；②原理對(duì)稱；③結(jié)構(gòu)對(duì)稱。這是縱向的層次分類。

2）根據(jù)對(duì)稱特征的分類 按對(duì)稱特征的不同可以把多個(gè)機(jī)械功能、原理和／或結(jié)構(gòu)方案之間的對(duì)稱分為以下兩類：①機(jī)械效用對(duì)稱，以目的功能為對(duì)稱基準(zhǔn)；②機(jī)械時(shí)空對(duì)稱，以時(shí)間或空間為對(duì)稱基準(zhǔn)。這是橫向的層次分類。

3）根據(jù)機(jī)械對(duì)稱程度的分類 按對(duì)稱程度可以把機(jī)械對(duì)稱問題分成以下三類：①對(duì)稱，對(duì)稱組元之間完全對(duì)稱；②對(duì)稱破缺，特定對(duì)稱組元之間既存在對(duì)稱特征，也存在不對(duì)稱特征，例如，目的功能除外的若干功能方案在性能特征上的差異就屬于功能效用對(duì)稱破缺；③不對(duì)稱，組元之間不存在對(duì)稱特征。對(duì)稱與不對(duì)稱各為狀態(tài)，對(duì)稱破缺則是一個(gè)過程或者區(qū)間，對(duì)具體實(shí)例可以用對(duì)稱度來表示。

（3）不同機(jī)械對(duì)稱主體間的聯(lián)系

結(jié)構(gòu)是原理和功能的載體。一般情況下，結(jié)構(gòu)效用／時(shí)空對(duì)稱的產(chǎn)品或零件會(huì)對(duì)應(yīng)地具有原理和功能的效用／時(shí)空對(duì)稱的特征，反之則不一定。

上述多視角機(jī)械對(duì)稱體系是在作者原有研究基礎(chǔ)上［12－13］所作的進(jìn)一步提煉和發(fā)展。

1.1.2 機(jī)械廣義需求知識(shí)及其模型

機(jī)械系統(tǒng)廣義需求體系包括功能、性能和約束三個(gè)層面。功能需求是對(duì)功能載體實(shí)現(xiàn)物料、能量或信號(hào)的傳遞、轉(zhuǎn)換或存儲(chǔ)的需求；性能需求則是對(duì)功能實(shí)現(xiàn)程度的需求；而約束需求既包括對(duì)載體本身的限制，例如其尺寸、重量、體積及工作過程對(duì)環(huán)境的影響，也包括對(duì)載體所處環(huán)境的限制，例如外界溫度、濕度、潔凈度、輻射等的要求。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程中，一部分設(shè)計(jì)需求在設(shè)計(jì)初期就已確定，另一部分則隨著設(shè)計(jì)過程的深入而不斷細(xì)化。圖2給出了逐層細(xì)化的設(shè)計(jì)需求知識(shí)體系（局部），為便于計(jì)算機(jī)處理，對(duì)設(shè)計(jì)需求編號(hào)，首字母F，P和S分別代表功能、性能和約束，字母后面的數(shù)字則反映需求的層次。這種分層描述方法有利于設(shè)計(jì)需求知識(shí)庫的架構(gòu)。

1.1.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、準(zhǔn)則知識(shí)及其模型

Pahl／Beitz［14］早在1976年就提出了機(jī)械技術(shù)設(shè)計(jì)的部分原理和準(zhǔn)則。在近30年的技術(shù)發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，筆者不斷加以拓展和深化，建立了如圖3所示的機(jī)械技術(shù)設(shè)計(jì)知識(shí)體系。其中設(shè)計(jì)準(zhǔn)則面向各種對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)約束，例如產(chǎn)品的可制造性、可使用性、可回用性、可靠性、穩(wěn)健性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等，設(shè)計(jì)原理則被靈活地應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能、性能和約束需求。

1.2 機(jī)械對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)

千萬年來人類就在用對(duì)稱性實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)期功能、性能和約束。從大量機(jī)械實(shí)例中可以提煉出各種已存在的對(duì)稱性與產(chǎn)品功能、性能或約束之間的關(guān)聯(lián)性，這些關(guān)聯(lián)性知識(shí)經(jīng)過新舊實(shí)例的不斷檢驗(yàn)，形成較為成熟的對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)。對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)是把對(duì)稱性應(yīng)用到產(chǎn)品創(chuàng)新中的有效工具之一。

一類對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)反映了對(duì)稱性與實(shí)現(xiàn)需求之間的直接關(guān)系，例如“應(yīng)用結(jié)構(gòu)空間鏡射對(duì)稱，能實(shí)現(xiàn)有害副作用的自相抵消”就是一條具有一定普適性和規(guī)律性的對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)，說明了某一種對(duì)稱通常能實(shí)現(xiàn)某一種需求。它是比對(duì)稱性基礎(chǔ)知識(shí)高一層次的知識(shí)，是采用現(xiàn)代知識(shí)挖掘出來并在應(yīng)用中得到不斷維護(hù)的設(shè)計(jì)知識(shí)。

還有一類對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)，一方面提煉對(duì)稱性與設(shè)計(jì)原理或準(zhǔn)則之間的關(guān)聯(lián)性，例如 “結(jié)構(gòu)空間鏡射對(duì)稱常被用于實(shí)現(xiàn)力的平衡原理”。另一方面同時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)原理準(zhǔn)則與其通常實(shí)現(xiàn)需求之間的關(guān)聯(lián)性，例如“力的平衡原理”經(jīng)常被用來在力的發(fā)生處就地消除其有害副作用。將兩者有機(jī)組合在一起，形成“對(duì)稱性—設(shè)計(jì)原理和準(zhǔn)則—設(shè)計(jì)需求”雙向關(guān)聯(lián)知識(shí)，通過這一途徑同樣能夠?qū)崿F(xiàn)基于對(duì)稱性知識(shí)的產(chǎn)品創(chuàng)新。

2 借助對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的策略

兩類對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)的并存提供了兩條創(chuàng)新路徑，無論走哪一條途徑，先決條件是需要借助人工智能從大量對(duì)稱實(shí)例中提煉出“對(duì)稱性—設(shè)計(jì)需求”以及“對(duì)稱性—設(shè)計(jì)原理和準(zhǔn)則—設(shè)計(jì)需求”關(guān)聯(lián)性知識(shí)。筆者研發(fā)的基于對(duì)稱性知識(shí)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)的核心功能也就是兩個(gè)：①功能1，從實(shí)例庫中挖掘“對(duì)稱性—設(shè)計(jì)需求”和“對(duì)稱性—設(shè)計(jì)原理和準(zhǔn)則—設(shè)計(jì)需求”關(guān)聯(lián)知識(shí)；②功能2，把這一關(guān)聯(lián)知識(shí)庫中的知識(shí)應(yīng)用于待開發(fā)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這兩者之間的互動(dòng)關(guān)系如圖4所示，為實(shí)現(xiàn)功能1，需要完善對(duì)稱性基礎(chǔ)知識(shí)體系，建設(shè)包含數(shù)千實(shí)例對(duì)稱性效用知識(shí)庫，研發(fā)適合小樣本知識(shí)挖掘的強(qiáng)有力算法，在此基礎(chǔ)上通過挖掘提煉出高質(zhì)量、有規(guī)律性的關(guān)聯(lián)知識(shí)，再應(yīng)用這些關(guān)聯(lián)知識(shí)實(shí)現(xiàn)功能2，生成產(chǎn)品創(chuàng)新方案的同時(shí)，回過來又向功能1提供新的成功實(shí)例，實(shí)現(xiàn)實(shí)例效用知識(shí)庫的自動(dòng)維護(hù)。

3 機(jī)械對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)的獲取與應(yīng)用

無數(shù)機(jī)械對(duì)稱性實(shí)例就是長期以來設(shè)計(jì)師自覺或不自覺地積累起來的關(guān)于機(jī)械對(duì)稱性及其應(yīng)用知識(shí)的載體。為便于廣大設(shè)計(jì)師系統(tǒng)地運(yùn)用這些知識(shí)研發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品，首先需要搜集和分析大量的對(duì)稱性實(shí)例，并借助計(jì)算機(jī)從中挖掘和提煉出對(duì)稱性及其應(yīng)用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的有效規(guī)律性知識(shí)。為此，首先建立實(shí)例對(duì)稱性的計(jì)算機(jī)表達(dá)模型。

3.1 實(shí)例對(duì)稱性表達(dá)模型

機(jī)械對(duì)稱實(shí)例千差萬別，建立統(tǒng)一格式的實(shí)例對(duì)稱性表達(dá)模型有助于信息的規(guī)范化表達(dá)。如圖5所示，實(shí)例對(duì)稱性表達(dá)模型包括實(shí)例信息、對(duì)稱性信息和對(duì)稱性效用信息。實(shí)例信息給出實(shí)例名稱、出處及其包含的主要零部件、實(shí)現(xiàn)的主要需求等，對(duì)稱性信息明確實(shí)例所具有的對(duì)稱特征，包括對(duì)稱類型、基準(zhǔn)、主體、組元和對(duì)稱程度，對(duì)稱性效用知識(shí)說明每一種對(duì)稱性能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)原理和／或設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及能滿足的需求。依據(jù)實(shí)例對(duì)稱性表達(dá)模型，表1給出“雙離合體離心離合器”的實(shí)例信息、對(duì)稱性信息和對(duì)稱性效用知識(shí)。

表1 “雙離合體離心離合器［15］”實(shí)例的表達(dá)

3.2 基礎(chǔ)知識(shí)庫和實(shí)例庫

3.3 實(shí)例對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)的獲取

實(shí)例對(duì)稱性基礎(chǔ)知識(shí)的獲取和表達(dá)主要依靠人工完成，包括：①實(shí)例的搜集和篩選；②實(shí)例信息的分析、提取及規(guī)范表達(dá)；③建立異類信息的映射關(guān)系和同類信息的層次關(guān)系。

由圖4可知，設(shè)計(jì)需求可由對(duì)稱性直接實(shí)現(xiàn)，或者通過運(yùn)用設(shè)計(jì)原理或準(zhǔn)則間接實(shí)現(xiàn)。實(shí)例對(duì)稱性表達(dá)模型將設(shè)計(jì)需求、設(shè)計(jì)原理準(zhǔn)則和對(duì)稱性三者聯(lián)系在一起。

用戶根據(jù)需要選擇要獲取的對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)，軟件首先篩選出對(duì)應(yīng)的挖掘數(shù)據(jù)源，然后運(yùn)用作者研發(fā)的基于比較模式映射的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法［16］或改進(jìn)的eclat算法（另文發(fā)表）對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行知識(shí)挖掘，最后得到具有支持度和置信度信息的若干機(jī)械對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)。作為對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)的一種，表2和表3分別給出“結(jié)構(gòu)空間對(duì)稱類型—定速雙向可逆離合”和“結(jié)構(gòu)空間對(duì)稱類型—力的平衡原理”關(guān)聯(lián)知識(shí)列表的局部內(nèi)容，其中：支持度表示支持某關(guān)聯(lián)知識(shí)的實(shí)例數(shù)占總實(shí)例數(shù)的百分比；置信度則表示某關(guān)聯(lián)知識(shí)下各種對(duì)稱類型的實(shí)例數(shù)所占的百分比。

表2 “結(jié)構(gòu)空間對(duì)稱類型—定速雙向可逆離合”關(guān)聯(lián)知識(shí)列表（部分）

表3 “結(jié)構(gòu)空間對(duì)稱類型—力的平衡原理”關(guān)聯(lián)知識(shí)列表（部分）

3.4 對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)的應(yīng)用

基于對(duì)稱性知識(shí)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)不僅提供對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)，還可根據(jù)用戶需要，檢索滿足特定需求、原理或準(zhǔn)則的結(jié)構(gòu)對(duì)稱實(shí)例集，以進(jìn)一步獲取可行的原理解集或結(jié)構(gòu)解集。圖6［17］給出了檢索“定速雙向可逆離合”設(shè)計(jì)需求相對(duì)應(yīng)的實(shí)例集。

4 基于對(duì)稱性知識(shí)的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)

4.1 平臺(tái)主要功能的構(gòu)架

基于對(duì)稱性知識(shí)的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)架如圖7所示，其核心功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)的獲取及應(yīng)用。在平臺(tái)建設(shè)和維護(hù)階段，機(jī)械對(duì)稱實(shí)例的搜集分析、基礎(chǔ)知識(shí)體系的健全以及數(shù)據(jù)挖掘方法的研究，為獲取高質(zhì)量對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)并成功應(yīng)用于產(chǎn)品創(chuàng)新提供了技術(shù)保證。新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品又可作為新的對(duì)稱實(shí)例，收錄到平臺(tái)實(shí)例數(shù)據(jù)庫中。

4.2 平臺(tái)開發(fā)環(huán)境與功能模塊

平臺(tái)在Dephi 7環(huán)境下開發(fā)完成，由客戶端和服務(wù)器兩部分組成，客戶端主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的維護(hù)和各類信息的顯示，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、提取和挖掘功能則在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。兩者間采用TCP／IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)通訊。平臺(tái)包括4個(gè)功能模塊：

后壓漿對(duì)樁端承載力及樁側(cè)阻力增強(qiáng)的分析…………………………………………… 余俊，宋立，汪林（10-72）

（1）實(shí)例管理模塊 用戶不僅可以錄入新的對(duì)稱實(shí)例，還可以對(duì)已有任意實(shí)例的屬性進(jìn)行修改和完善，同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)例的查詢、檢索和導(dǎo)入／導(dǎo)出功能。

（2）基礎(chǔ)知識(shí)管理模塊 用戶可以對(duì)設(shè)計(jì)需求庫、設(shè)計(jì)原理庫、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則庫和對(duì)稱體系庫進(jìn)行修改和擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)基本知識(shí)的查詢與導(dǎo)入／導(dǎo)出功能。

（3）知識(shí)挖掘管理模塊 平臺(tái)依據(jù)用戶選擇的知識(shí)類型、挖掘算法和設(shè)定的最小支持度，對(duì)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)源進(jìn)行挖掘。

（4）系統(tǒng)設(shè)置模塊 平臺(tái)允許用戶以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式添加新的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法、修改知識(shí)模板，并對(duì)數(shù)據(jù)庫鏈接進(jìn)行設(shè)置。

4.3 應(yīng)用舉例

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)電產(chǎn)品。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要在特定負(fù)載范圍內(nèi)工作，然而地域性或季節(jié)性的風(fēng)力波動(dòng)常造成電機(jī)輕載或過載，致使風(fēng)能利用效率下降或電機(jī)過熱損壞。為解決上述問題，基于調(diào)整葉片形狀、數(shù)量和掃掠面積的若干發(fā)明相繼出現(xiàn)［18－19］，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

為此，需要尋找一種更好的設(shè)計(jì)方案，其主要設(shè)計(jì)需求是：①功能，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；②約束，電機(jī)始終運(yùn)行在較佳功率區(qū)間。為滿足“始終運(yùn)行在較佳功率區(qū)間”的約束需求，平臺(tái)檢索獲得“冷水機(jī)組”這一原理效用對(duì)稱參考實(shí)例［20］，該實(shí)例將具有相同原理的大小水冷機(jī)組并聯(lián)，通過同種子原理的協(xié)同作用（即根據(jù)制冷負(fù)荷變化選擇性地單個(gè)開啟或同時(shí)開啟）解決制冷負(fù)荷季節(jié)性波動(dòng)問題。應(yīng)用該實(shí)例蘊(yùn)藏的對(duì)稱性基礎(chǔ)知識(shí)，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)分解為圖8［11］所示的原理標(biāo)度對(duì)稱發(fā)電機(jī)組，一臺(tái)功率較小，一臺(tái)功率較大。通過離合裝置a（圖8中2號(hào)）、離合裝置b（圖8中9號(hào)）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在小電機(jī)3工作、大電機(jī)8工作以及兩者同時(shí)工作這三種狀態(tài)間的切換。

離合裝置主要的設(shè)計(jì)需求是：①定速雙向可逆離合；②消除旋轉(zhuǎn)軸徑向離心力。運(yùn)用表2所給的結(jié)構(gòu)空間對(duì)稱性關(guān)聯(lián)知識(shí)，可采用空間旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)直接實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求1；依據(jù)表3，采用空間鏡射或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力的平衡原理的運(yùn)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求2。結(jié)合圖6所給的對(duì)稱實(shí)例集中原理解與結(jié)構(gòu)解的啟示，將離合裝置a設(shè)計(jì)為圖9［11］所示的結(jié)構(gòu)，離合裝置b則直接采用表1所示的實(shí)例結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)風(fēng)速匹配工作原理如下：

（1）小電機(jī)3工作 當(dāng)風(fēng)扇葉片1輸出端12的速度小于臨界速度V1時(shí)，內(nèi)離心塊14的離心力不足以克服受壓彈簧15的壓力，內(nèi)摩擦片13與小電機(jī)輸入軸18依舊處于結(jié)合狀態(tài)，離合裝置b因轉(zhuǎn)速較低處于斷開狀態(tài)，此時(shí)風(fēng)扇葉片1僅帶動(dòng)小電機(jī)工作。

（2）大電機(jī)8工作 當(dāng)風(fēng)扇葉片1輸出端12的速度大于臨界數(shù)值V1并小于臨界速度V2時(shí)，內(nèi)摩擦片13與小電機(jī)輸入軸18斷開，離合裝置b接合，此時(shí)風(fēng)扇葉片1僅帶動(dòng)大電機(jī)工作。

（3）小電機(jī)3和大電機(jī)8同時(shí)工作 當(dāng)風(fēng)扇葉片1輸出端12的速度大于臨界數(shù)值V2時(shí)，內(nèi)離心塊14的離心力克服受壓彈簧15的壓力，內(nèi)摩擦片13與小電機(jī)輸入端18分離；外離心塊17的離心力克服受拉彈簧19的拉力，外摩擦片16與小電機(jī)輸入端18結(jié)合，小電機(jī)3再次工作，離合裝置b依舊接合，此時(shí)風(fēng)扇葉片1帶動(dòng)小電機(jī)3和大電機(jī)8同時(shí)工作。

5 結(jié)束語

本文提出了基于對(duì)稱性知識(shí)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，并重點(diǎn)研究了結(jié)構(gòu)對(duì)稱知識(shí)的應(yīng)用。后續(xù)工作需要在平臺(tái)中增強(qiáng)功能和原理對(duì)稱知識(shí)的挖掘與提煉，形成自設(shè)計(jì)需求出發(fā)，經(jīng)功能設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整創(chuàng)新設(shè)計(jì)鏈。此外，在機(jī)械中對(duì)稱破缺的存在與對(duì)稱的存在同樣普遍，也是實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)需求的重要選擇，因此，在平臺(tái)中擴(kuò)充對(duì)稱破缺的應(yīng)用知識(shí)、增加對(duì)稱破缺的選擇，也是后續(xù)研究的一個(gè)任務(wù)。當(dāng)然，即使現(xiàn)有的對(duì)稱性應(yīng)用知識(shí)也還需要不斷地充實(shí)。這一平臺(tái)將在應(yīng)用中變得更加智慧和高效，也將在發(fā)展和提升中變得對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)更加有用。

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