畢業(yè)論文- 基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程建模

誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。本人簽名：年月日

畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程建模系部：機(jī)械工程系專業(yè)：機(jī)械電子工程學(xué)號(hào)：學(xué)生：指導(dǎo)教師（含職稱）：設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)一、在多色集合的理論框架下，建立電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式化模型和推理矩陣，要求能通過算法實(shí)現(xiàn)其概念設(shè)計(jì)的流程；二、通過編程語(yǔ)言對(duì)上述設(shè)計(jì)模型進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，并通過案例驗(yàn)證原型系統(tǒng)的可行性，要求軟件能流暢運(yùn)行，并能對(duì)案例進(jìn)行設(shè)計(jì)。2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容通過閱讀文獻(xiàn)和圖紙、參觀實(shí)習(xí)等方式，掌握電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的主要組成、結(jié)構(gòu)和原理；熟悉多色集合理論，明確所設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容，并撰寫開題報(bào)告一篇。運(yùn)用多色集合理論建立針對(duì)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的形式化模型及對(duì)應(yīng)的推理矩陣，形成完整的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程模型，完成中期答辯報(bào)告一份。利用編程語(yǔ)言（推薦使用VB）對(duì)上述過程中建立的模型進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，編制基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)。對(duì)編制的原型系統(tǒng)進(jìn)行案例驗(yàn)證，以驗(yàn)證該模型和方法的可行性。撰寫畢業(yè)論文一篇。3．主要參考文獻(xiàn)1）VisualBasic6.0中文版編程方法詳解[M]，李鴻吉著，科學(xué)出版社，2001.2）WK系列大型礦用挖掘機(jī)特性介紹及應(yīng)用[J].有色設(shè)備，2013，4：12-15.3）《多色集合及其在仿真復(fù)雜對(duì)象和系統(tǒng)時(shí)的應(yīng)用》,李宗斌,信息與控制,2001,30（3）:204-208.4．進(jìn)度安排設(shè)計(jì)各階段名稱起止日期1開題階段（開題報(bào)告一篇）2014-12.01——2014.12.302設(shè)計(jì)過程建模階段（中期答辯報(bào)告一份）2015.01.01——2015.03.153程序設(shè)計(jì)階段2015.03.16——2015.04.304畢業(yè)論文撰寫及答辯準(zhǔn)備階段2015.05.01——畢業(yè)答辯審核人：年月日基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)過程建模摘要：長(zhǎng)期以來(lái)，散熱裝置的散熱效率在很大程度上并不能滿足國(guó)民生產(chǎn)需要。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈今天，我國(guó)裝備制造產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用備受關(guān)注。本論文基于多色集合理論，研究了電動(dòng)式挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的過程建模及推理技術(shù)，并且對(duì)該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了軟件實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：1）知識(shí)基礎(chǔ)部分：介紹了電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)。然后對(duì)建模所需的理論基礎(chǔ)--多色集合理論作了詳細(xì)介紹。2）建模部分：應(yīng)用多色集合理論，建立了散熱系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型以及推理模型。3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分：運(yùn)用上一部分所建立的多色集合層次和推理模型，設(shè)計(jì)得到相對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)。4）原型系統(tǒng)開發(fā)以及案例驗(yàn)證部分：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的各個(gè)主要模塊的功能，并用典型散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程為例對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了案例驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：多色集合，散熱系統(tǒng)，概念設(shè)計(jì)ElectricexcavatorcoolingsystemmodelingofconceptualdesignprocessbasedonPolychromaticSetsAbstract:Foralongtime,theefficiencyofthecoolingdevicecannotmeettheneedofnationalproduction.Today,China’sindustryisfacingahugechallenge.Thedesign,manufactureandapplicationofthecoolingsystemhavereceivedmuchattention.Therefore,thispaperisbasedonpolychromaticsetstheorysothispaperstudiedprocessmodelingandreasoningtechniques,andIfinishedthedesign.Themaincontentisasfollows:1)Basics:ThispapermadeasimplebriefaboutcommonstructureofCoolingsystemandthebasisformodeling;2)Modeling.Thepolychromaticsetstheorywasapplied,IsetuptheCoolingsystemhierarchicalstructuremodelandreasoningmodel;3)Design:Thispaperusedtheseinformationandestablishedthesoftwaresystem;4)Verification:Eachmainmoduleofcoolingsystemhasaccomplished,andthedesignprocessofcoolingsystemwastestedbyacase;Keywords:Thepolychromaticsets,Coolingsystem,Conceptualdesign目錄1緒論 11.1多色集合理論研究背景 11.2研究的目的和意義 21.2.1研究目的 21.2.2研究意義 21.3電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng) 31.3.1電動(dòng)式挖掘機(jī)簡(jiǎn)介 31.3.2電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介及其重要性 51.4主要內(nèi)容 81.4.1信息建模 81.4.2方案推理 91.4.3方案生成 102多色集合及其在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用 112.1多色集合理論的起源與發(fā)展 112.2多色集合理論 122.2.1多色集合的概念 122.2.2個(gè)人著色和統(tǒng)一著色 122.2.3個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色的關(guān)系 132.2.4多色集合的數(shù)學(xué)表達(dá)式 142.3多色集合在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用 142.3.1建模思路 142.3.2多色集合概念設(shè)計(jì)模型 153.基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型的建立 163.1電氣柜內(nèi)冷卻管的信息建模及推理過程 173.2通風(fēng)裝置的信息建模和推理 194方案貼近度的建立 224.1方案貼近度的建立 224.2電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程 234.3應(yīng)用實(shí)例分析 255.電動(dòng)式挖掘機(jī)散設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及案例驗(yàn)證 275.1軟件框架 275.2原型系統(tǒng)設(shè)計(jì) 285.3方案驗(yàn)證 306.結(jié)論和展望 33參考文獻(xiàn) 34致謝 35太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論1.1多色集合理論研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展；各類學(xué)科，如機(jī)械、電子、材料都相互滲透融合。制造產(chǎn)業(yè)已然發(fā)生了極為迅速的變化，其已從傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品制造發(fā)展成了今天近乎包含所有產(chǎn)品生產(chǎn)的制造業(yè)，制造也從狹義的加工拓展成了包含有分析設(shè)計(jì)到銷售服務(wù)的一整套制造周期過程?！按笾圃臁钡母拍钜呀?jīng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)同。在這種情況下，普通的設(shè)計(jì)建模工具，如功能方法樹、單色圖以及功能結(jié)構(gòu)圖等，都很難對(duì)現(xiàn)在復(fù)雜的知識(shí)進(jìn)行形式化的表達(dá)描述，在模型的識(shí)別方面存在很多困難，且推理過程不夠流暢，還需要專業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)協(xié)助。針對(duì)上述問題，最終產(chǎn)生了多色集合理論。多色集合理論的發(fā)展：1976年俄羅斯的巴甫洛夫教授提出了多色集合的思想，這種思想能描繪出元素集合本身及元素的性質(zhì)，隨后這種思想應(yīng)用于開發(fā)對(duì)象仿真分級(jí)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，多色圖的概念、多色集合的概念先后產(chǎn)生；緊接著多色集合的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。該項(xiàng)研究不斷發(fā)展。俄羅斯在多色集合方面的研究從上世紀(jì)70年代開始并且持續(xù)到了今天，已經(jīng)發(fā)展的較為成熟。多色集合理論本質(zhì)是一種信息處理工具。其主要是運(yùn)用多色集合可表示性質(zhì)的模型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。運(yùn)用多色集合理論時(shí)，仿真系統(tǒng)更具柔性，且便于編程。相比較以往的建模方法，多色集合理論在系統(tǒng)的形式化領(lǐng)域更加先進(jìn)，有著很大的優(yōu)勢(shì)，這正是多色集合理論在方法和理論上的強(qiáng)大的地方。多色集合理論已經(jīng)成為了前蘇聯(lián)國(guó)家在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真等方面最主要的方向。相對(duì)來(lái)說，西方國(guó)家對(duì)于多色集合理論的了解不多。對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)來(lái)說，多色集合理論是一種有發(fā)展前景的信息處理工具。因?yàn)閭魅胛覈?guó)不久，所以在我國(guó)的發(fā)展?jié)摿艽?。其核心思想就是運(yùn)用模型來(lái)仿真對(duì)象及元素間的結(jié)構(gòu)及關(guān)系。利用多色集合完成模型后，運(yùn)用各種運(yùn)算法則，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嚴(yán)密的分析。因此多色集合理論在系統(tǒng)的形式化領(lǐng)域更加先進(jìn)，相對(duì)傳統(tǒng)理論有著很大的優(yōu)勢(shì)。前蘇聯(lián)國(guó)家已經(jīng)把多色集合理論方法確立為其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其在前蘇聯(lián)國(guó)家企業(yè)界中獲得廣泛的應(yīng)用。但對(duì)我國(guó)來(lái)說，多色集合理論是非常新穎的、有發(fā)展前景的信息處理工具，其傳入我國(guó)的時(shí)間較短，發(fā)展?jié)摿艽蟆?.2研究的目的和意義1.2.1研究目的首先；在多色集合的理論框架下，建立電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式化模型和推理矩陣，其獲得的推理矩陣要求通過算法能夠?qū)崿F(xiàn)其過程設(shè)計(jì)的流程。其次；通過VB編程語(yǔ)言對(duì)上述設(shè)計(jì)模型進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，編制基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)。并通過案例驗(yàn)證原型系統(tǒng)的可靠性，最終要求：軟件能流暢運(yùn)行，并能對(duì)案例進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中的重點(diǎn)是：利用多色集合理論能對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行形式化描述的特點(diǎn)，通過獲取散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能需求，分別建立兩個(gè)功能樹模型，對(duì)其功能特征進(jìn)行劃分。之后利用多色集合的層次結(jié)構(gòu)模型對(duì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行建模，構(gòu)建出電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)其中的各特征元素進(jìn)行著色。在獲得層次結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，建立與之相對(duì)應(yīng)的多色集合推理矩陣，以便與進(jìn)行設(shè)計(jì)推理過程。最后開發(fā)出相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。1.2.2研究意義長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在機(jī)械散熱方面的技術(shù)水平不高，自動(dòng)化程度較低，散熱裝置的散熱效率在很大程度上不能滿足國(guó)民生產(chǎn)的需要。很多挖掘機(jī)由于散熱不好的原因，造成設(shè)備容易老壞、生產(chǎn)效率較低的狀況。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈今天，我國(guó)的裝備制造產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。伴隨著我國(guó)于2001年加入世界貿(mào)易組織和全球經(jīng)濟(jì)融為一體，各類企業(yè)所面臨的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，為了在新的挑戰(zhàn)中獲得勝利，許多企業(yè)都開始重視用各種新觀念、新技術(shù)來(lái)改造企業(yè)。在我國(guó)工藝設(shè)計(jì)仍處于較為落后的階段，其設(shè)計(jì)方法依舊采用著分步驟設(shè)計(jì)方法，其恪守著“概念產(chǎn)生——細(xì)節(jié)描述——工藝設(shè)計(jì)——加工制造——案例檢驗(yàn)——方案改正”的步驟。這種傳統(tǒng)串行流程的產(chǎn)品開發(fā)模式存在著很多不足，如：一：各部門之間信息交流存在障礙二：產(chǎn)品開發(fā)過程產(chǎn)生了許多不增值的環(huán)節(jié)三：產(chǎn)品的準(zhǔn)備周期過長(zhǎng)，更改反饋過于頻繁四：缺乏數(shù)字化的產(chǎn)品定義五：缺少跨平臺(tái)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)建模工具，如功能方法樹、功能樹、單色圖以及功能結(jié)構(gòu)圖等，都難以對(duì)復(fù)雜的知識(shí)進(jìn)行形式化的描述，使其在模型的識(shí)別方面存在很多困難，且推理過程不夠流暢，還需要專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)協(xié)助，這樣的話就顯得很較為復(fù)雜。相對(duì)于傳統(tǒng)的建模工具，多色集合理論采用層次式的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化約束，且利用形式化的布爾矩陣作建模工具，形成一整套可以系統(tǒng)的描述對(duì)象信息及推理的方法，這對(duì)方案的推理過程以及信息模型的形式化表述很有利，這樣可以幫助識(shí)別計(jì)算機(jī)模型。在多色集合中是通過矩陣運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)方案推理過程，在建立層次模型后，根據(jù)具體的需求功能輸入，利用多色集合理論中統(tǒng)一顏色與個(gè)人顏色之間的關(guān)系矩陣進(jìn)行推導(dǎo)，即可從推導(dǎo)矩陣的橫元素得到符合需求的豎元素，從而實(shí)現(xiàn)功能需求到方案元的推導(dǎo)過程?？偟膩?lái)說，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先決條件就是概念設(shè)計(jì)，它是整個(gè)產(chǎn)品形成中有意義的階段，是我們要研究的重點(diǎn)。1.3電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)1.3.1電動(dòng)式挖掘機(jī)簡(jiǎn)介電動(dòng)挖掘機(jī)一般是由機(jī)械和電氣兩個(gè)部分組成。其中機(jī)械部分主要包含：提升機(jī)構(gòu)、中央樞軸、履帶裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)及潤(rùn)滑室、司機(jī)室及其空調(diào)、開斗機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、欄桿、機(jī)棚、上部其余組件、下部其余組件、斗桿、鏟斗、輥盤、底架、起重臂和推壓機(jī)構(gòu)、走臺(tái)、壓氣操縱系統(tǒng)、梯子、通風(fēng)除塵裝置、配重等[2]。其中推壓裝置一般用的是：齒輪——齒條推壓結(jié)構(gòu)。電氣控制系統(tǒng)部分主要包括：加熱及通風(fēng)裝置、變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助變壓器、AFE變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、低壓集電環(huán)、高壓開關(guān)柜、輔助電氣系統(tǒng)、供電、PLC控制及綜合監(jiān)控系統(tǒng)、高壓集電環(huán)、照明及通訊系統(tǒng)、主變壓器、避雷器、電纜等[2]

。電動(dòng)式挖掘機(jī)的工作狀態(tài)：

在露天礦開采工藝過程中，挖掘機(jī)用斗桿上的鏟斗鏟取爆破后的礦石(或原煤)、待鏟斗裝滿后再將其提高、運(yùn)轉(zhuǎn)到放料的地方，將礦石卸載到汽車上，接下來(lái)回轉(zhuǎn)到平面上，這樣就完成了一個(gè)循環(huán)。

大型礦用電動(dòng)式挖掘機(jī)主要用途：用于冶金、煤炭等行業(yè)露天礦場(chǎng)的開采，與大型的礦用汽車(載重量一般為180到360噸)或移動(dòng)式破碎機(jī)器配套使用，完成礦山表層的剝離和采礦工作。電動(dòng)式挖掘機(jī)是大型露天礦開采成套設(shè)備內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備。

對(duì)國(guó)外而言：目前國(guó)外電動(dòng)挖掘機(jī)廠商著名的有美國(guó)和俄羅斯的幾家公司。其中，技術(shù)較先進(jìn)、競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)的主要是美國(guó)的P&H公司、B-E公司。P&H公司的大型電動(dòng)式挖掘機(jī)在全球銷量是排在第一位的，其生產(chǎn)的挖掘機(jī)水平基本保持了世界領(lǐng)先的地位。公司用了齒輪——齒條式的推壓方式，裝備產(chǎn)生的作用力很大，裝載系數(shù)很高，工作穩(wěn)定，性能好，效率高，設(shè)備維修和保護(hù)容易，使用起來(lái)壽命較長(zhǎng)。但相對(duì)于其在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的先進(jìn)性，在電氣及控制系統(tǒng)方面則由于該公司多年來(lái)一直采用的可控硅供電以及直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，相比較現(xiàn)在流行的交流變頻電機(jī)及控制系統(tǒng)來(lái)說是比較落后的。B-E公司同樣是世界著名的礦用挖掘機(jī)設(shè)備企業(yè)，其挖掘機(jī)主要運(yùn)用鋼繩推壓的方式，而斗桿用了截面為圓形地免扭裝置，最近這幾年研制出的挖掘機(jī)電氣系統(tǒng)則安裝了較為先進(jìn)的交流電機(jī)及其控制裝置，這對(duì)設(shè)備主要結(jié)構(gòu)件和傳動(dòng)件的保護(hù)較好，大大提高了主要結(jié)構(gòu)部件、傳動(dòng)部件和基礎(chǔ)部件的使用壽命，使得挖掘機(jī)整體的壽命得到提升，維護(hù)與保養(yǎng)變得簡(jiǎn)單，出現(xiàn)問題的幾率降低(特別是其電氣控制裝置)，裝備工作效率提升，運(yùn)行成本降低。

對(duì)我國(guó)而言：目前我國(guó)制造的電動(dòng)式挖掘機(jī)廠家主要是太重。雖然還有一些公司能夠生產(chǎn)，但這些企業(yè)都沒有核心技術(shù)，沒有能力自主研發(fā)，只是同國(guó)外企業(yè)聯(lián)合制造。因此我們主要來(lái)介紹太重產(chǎn)的電動(dòng)式挖掘機(jī)。下圖就是太重的WK系列電動(dòng)式挖掘機(jī)。圖1.1WK系列電動(dòng)式挖掘機(jī)1.3.2電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介及其重要性電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)是確定電動(dòng)式挖掘機(jī)能夠穩(wěn)定工作的重要組成部分。首先，我們要了解熱的傳播方式分為三種：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。傳導(dǎo)是指分子之間的動(dòng)能互相交換，一般是采用散熱管來(lái)實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)；對(duì)流是指透過熱物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱的傳遞，一般來(lái)說是通過風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)流；輻射是指熱能從熱源以電磁的形式傳遞出去，其取決與散熱源的材料很表面顏色。對(duì)照我們研究的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)可知，其主要是通過冷卻管循環(huán)裝置和通風(fēng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱。冷卻管通過制冷液體循環(huán)來(lái)進(jìn)行傳導(dǎo)散熱；通風(fēng)裝置通過風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)對(duì)流散熱。散熱系統(tǒng)的主要作用：通過冷卻液的循環(huán)裝置及通風(fēng)裝置,使挖掘機(jī)在運(yùn)行過程中多余的熱量能夠通過傳導(dǎo)和對(duì)流快速的被帶走,避免大量熱量累積在產(chǎn)品內(nèi)部，從而造成的機(jī)械材料疲勞脆化、機(jī)械使用壽命的減少以及工作效率的降低。之前對(duì)散熱系統(tǒng)性能的選擇，主要是采用試驗(yàn)驗(yàn)證的方法,但是這不僅加大試驗(yàn)的難度及工作量,且沒有辦法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在不同環(huán)境下散熱系統(tǒng)性能變化的情況。隨著機(jī)械電子工程技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,世界各國(guó)對(duì)節(jié)能、排放的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都有所提高,智能可控型的散熱系統(tǒng)已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展的主要方向。因此以往的方法已跟不上時(shí)代的步伐，終究會(huì)將逐步淘汰。通過建立散熱系統(tǒng)散熱模型,利用VB設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析軟件,不僅可以直觀地對(duì)散熱系統(tǒng)溫度變化進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),降低了試驗(yàn)研究強(qiáng)度,而且為智能可控型散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制提供必要的輔助手段。在進(jìn)行電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱裝置設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)設(shè)計(jì)方法存在的缺陷，如：通風(fēng)口通風(fēng)的快慢不均、通風(fēng)效率太低、電器室內(nèi)一些電氣設(shè)備產(chǎn)生的高溫都會(huì)使散熱器的溫度升高，制冷最終導(dǎo)管制冷效果不好等，致傳統(tǒng)散熱系統(tǒng)不能達(dá)到預(yù)計(jì)的散熱效果。然而等散熱效果不佳時(shí)，會(huì)造成溫度過高，超過了敏感電氣元件的工作要求溫度，會(huì)出現(xiàn)過熱報(bào)警，不能正常工作，影響使用壽命，甚至?xí)龤承╆P(guān)鍵元件，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。這些問題不解決，我國(guó)在散熱系統(tǒng)方面就不可能邁入國(guó)際先進(jìn)行列。機(jī)械的散熱是世界通用的難題，如何改進(jìn)散熱系統(tǒng)，進(jìn)而提高散熱效率，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。而本項(xiàng)目就是在利用多色集合理論建立一個(gè)形式化設(shè)計(jì)模型，對(duì)電動(dòng)式挖掘機(jī)的散熱裝置進(jìn)行形式化的設(shè)計(jì)，以改變目前所存在的問題，希望其能在環(huán)境惡劣的條件下提高散熱效率、延長(zhǎng)使用壽命、從而減少經(jīng)濟(jì)成本。改變機(jī)械散熱不佳這個(gè)難題。為了詳細(xì)的了解并研究電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)，在指導(dǎo)老師的幫助下，我們?nèi)チ颂乜疾炝送诰驒C(jī)的運(yùn)作情況，參觀了挖掘機(jī)散熱器的試運(yùn)行過程，并與專業(yè)的研究人員進(jìn)行了深刻的探討，通過對(duì)各個(gè)方面的測(cè)量我們發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在問題；如：通風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量和出風(fēng)量、器室內(nèi)空氣的流動(dòng)、和一些電氣設(shè)備產(chǎn)生的高溫都會(huì)導(dǎo)致散熱器的溫度升高等。在獲得第一手資料后，針對(duì)這些問題開始對(duì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)進(jìn)行下一步的研究，為之后的建模做好充分的準(zhǔn)備。圖1.2一般散熱系統(tǒng)中的散熱管裝置圖1.3散熱系統(tǒng)中通風(fēng)裝置的風(fēng)道圖1.4散熱系統(tǒng)中風(fēng)道彎頭設(shè)計(jì)1.4主要內(nèi)容1.4.1信息建模采用功能方法樹和多色集合理論相結(jié)合的方法，對(duì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程建立模型。將散熱系統(tǒng)按照功能——方法進(jìn)行逐步解析，分為多層，其中每層都含有目標(biāo)產(chǎn)品功能需求及方法，其用多色集合來(lái)表達(dá)，這種方式就是布爾矩陣。建模方法：首先采用功能方法樹的方法，按照其中功能與子功能的概念，將產(chǎn)品功能需求分層分組逐步分解，每組都表示一個(gè)功能需求模塊，每層都要包括設(shè)計(jì)的需求、方案的表達(dá)、從產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能需求得到推理矩陣及限制條件，其中功能需求就是這層的讀入，對(duì)應(yīng)需求就是這層方案統(tǒng)一顏色，方案表達(dá)為這層的個(gè)人顏色，其中的推理矩陣則是個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色之間相互關(guān)聯(lián)的矩陣。圖1.5多色集合層次結(jié)構(gòu)模型1.4.2方案推理根據(jù)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、功能結(jié)構(gòu)逐層分解的設(shè)計(jì)方法以及多色集合理論，提出一種基于多色集合理論分層次的推理機(jī)制。將設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行功能模塊的劃分，將電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)劃分為電氣柜內(nèi)散熱管裝置和散熱通風(fēng)裝置兩個(gè)功能模塊，各功能模塊之間相對(duì)獨(dú)立，且具有層次性，在層次結(jié)構(gòu)的最低層應(yīng)是方案元，在這里的方案元與材料、尺寸、形狀等設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的概念相對(duì)應(yīng)，它們就是用戶定義最基本的功能需求推理過程就是運(yùn)用多色集合理論對(duì)模型中各層之間相互關(guān)聯(lián)的具體表述，從而實(shí)現(xiàn)從功能需求到生成方案的逐步解析。其是通過統(tǒng)一顏色與個(gè)人顏色的關(guān)系矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1.4.3方案生成當(dāng)遇到給出的條件在已有的方案內(nèi)找不到符合其需求方案的情況下，就需要一種新方案匹配其需求。這是我們需要通過運(yùn)用“發(fā)明問題解決”理論來(lái)解決遇到的問題，對(duì)當(dāng)前的基本功能進(jìn)行不斷的分析，借助方案驗(yàn)證得到與系統(tǒng)已有方案的相互矛盾所在；然后分析得到新方案形成原理，再由目前的已知問題將其細(xì)化得到其相對(duì)應(yīng)符合條件的方案。針對(duì)方案可能很少的情況，以方案元為散熱性能的前提下，采用功能與結(jié)構(gòu)的方法，從底層著手，不以功能為先導(dǎo)，在之前系統(tǒng)的方案元上，運(yùn)用基于散熱效率圖譜的推理方法進(jìn)行對(duì)比創(chuàng)造，得到一些與原本方案元不同的新方案元來(lái)，以增加最終方案的選擇，并成功得到功能推理的設(shè)計(jì)過程模型。2多色集合及其在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用2.1多色集合理論的起源與發(fā)展前蘇聯(lián)的巴甫洛夫教授于在1976年提出了色集合的思想。其本意在于擴(kuò)大傳統(tǒng)集合仿真，隨后將這個(gè)思想用于開發(fā)對(duì)象仿真的分級(jí)系統(tǒng)。緊接著1988年多色圖概念被提出，1995年多色集合的概念產(chǎn)生，2000年多色集合的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，2005年該研究又有了新的進(jìn)展[4]。對(duì)國(guó)內(nèi)而言：2000年左右多色集合理論傳入國(guó)內(nèi)，相關(guān)項(xiàng)目研究滲透到制造系統(tǒng)學(xué)、制造信息學(xué)、面向概念設(shè)計(jì)、零件加工工藝的建模、仿真等各個(gè)方面，項(xiàng)目完成并投入社會(huì)生產(chǎn)后，將會(huì)取得一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)中國(guó)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生重要的影響。傳統(tǒng)集合理論與多色集合理論之間有著很大不同，主要是傳統(tǒng)集合就是元素的全體，元素所不同的僅是名字，它們?nèi)魏蝿e的性質(zhì)形式上都沒被表示出來(lái)[5]。而在多色集合理論中，其通過對(duì)集合整體以及集合元素涂上不同顏色，用來(lái)表示所研究對(duì)象及元素的性質(zhì)。因此，普通的集合理論數(shù)學(xué)工具的不足之處是在技術(shù)系統(tǒng)建模時(shí)不能夠描繪元素、子系統(tǒng)及整個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)，這就限制了其在仿真復(fù)雜對(duì)象和復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)運(yùn)用傳統(tǒng)集合論的可能性[4]。而多色集合就能夠避免這個(gè)不足的方面。多色集合理論的就是通過傳統(tǒng)集合方法、邏輯等工具用來(lái)表述集合及元素的性質(zhì)，并通過矩陣闡述了集合整體與組成元素兩者性質(zhì)之間的關(guān)系。多色集合理論是一種系統(tǒng)理論和信息處理數(shù)學(xué)工具，其主要思想是運(yùn)用在形式上相同的數(shù)學(xué)模型來(lái)仿真出不相同的對(duì)象，如概念設(shè)計(jì)的過程、工藝設(shè)計(jì)的過程、生產(chǎn)系統(tǒng)等[6]。多色集合理論的思想和方法會(huì)在產(chǎn)品整個(gè)周期仿真、產(chǎn)品概念的設(shè)計(jì)、過程建模的過程中有極大的用途。相比傳統(tǒng)建模方式，多色集合理論在問題的形式化研究方面更具高度概括性，這是該理論的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，也是其在理論發(fā)展上的一個(gè)突出貢獻(xiàn)，這種形式化的方法有利于加工工藝過程中的系統(tǒng)仿真[6]。另外，由于其數(shù)據(jù)的表示采用邏輯變量0和1，因此有利于利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和程序本身的實(shí)現(xiàn)，隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)它的應(yīng)用性研究也將不斷取得新的突破，從而開拓出更大的發(fā)展空間。2.2多色集合理論2.2.1多色集合的概念傳統(tǒng)集合就是元素的全體：(2.1)元素，其中各個(gè)元素都是不一樣的，元素具有的性質(zhì)沒能體現(xiàn)出了來(lái)。但對(duì)多色集合理論而言，其本身及元素都可以用不同顏色區(qū)分，因此其整體及元素的性質(zhì)都可體現(xiàn)出來(lái)。顏色的元素是多色集合中的元素。集合對(duì)應(yīng)元素，顏色集合則對(duì)應(yīng)集合整體。(2.2)在多色集合中：整體顏色成分和元素顏色成分被稱為著色,它們包含在統(tǒng)一的顏色集合中，在運(yùn)用多色集合理論對(duì)系統(tǒng)仿真的過程中，必須要使用圍道的概念，其表示純數(shù)學(xué)中的“顏色”一詞。圍道概念指的是諸如性質(zhì)、屬性、指標(biāo)、參數(shù)、特征等技術(shù)概念的抽象與概括[6]。2.2.2個(gè)人著色和統(tǒng)一著色在多色集合中，屬于元素本身的顏色集合被稱作這個(gè)元素的個(gè)人著色。多色集合中所有元素的個(gè)人著色都可以用布爾矩陣來(lái)表示[4]：（2.3）其中，如果,并且（2.4）將顏色用邏輯變量來(lái)表達(dá)就是，根據(jù)上述內(nèi)容，則可以將公式（2.4）中和之間的關(guān)系式轉(zhuǎn)換成方便于計(jì)算機(jī)仿真的形式:元素的個(gè)人著色由矩陣公式(2.3)中第行的元素的成分確定。相對(duì)應(yīng)的，多色集合整體顏色被稱作統(tǒng)一顏色,顏色所有組成則就是多色集合的統(tǒng)一顏色[4]。2.2.3個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色的關(guān)系簡(jiǎn)單來(lái)說，統(tǒng)一顏色是以元素個(gè)人顏色為前提條件。但統(tǒng)一顏色的存在不僅是取決于元素的同名的個(gè)人顏色，還取決于別的顏色。在多色集合中理論中：統(tǒng)一顏色的元素組成(2.2)和個(gè)人顏色的元素組成(2.4)是相互關(guān)聯(lián)的,用相關(guān)公式表示為:（2.5）其中的,如果統(tǒng)一顏色的存在受到個(gè)人顏色的作用。多色集合的統(tǒng)一顏色和的個(gè)人顏色的聯(lián)系可用矩陣表示:(2.6)在此矩陣中由上述關(guān)系可知：矩陣(2.6)中第行的元素組成確立了與統(tǒng)一顏色同名個(gè)人顏色的組成。同樣，所有元素的組成是由矩陣(2.6)中第j列的元素組成所決定的，因此所有元素中同名個(gè)人顏色決定著統(tǒng)一顏色存在與否。當(dāng)元素存在如的存在，元素的組成就是統(tǒng)一顏色體。多色集合中統(tǒng)一顏色體的元素的組成用矩陣表示為：(2.7)其中組合是統(tǒng)一顏色體形成的。2.2.4多色集合的數(shù)學(xué)表達(dá)式由上述可知：多色集合由多個(gè)成分確定(2.8)在進(jìn)行仿真時(shí),公式(2.8)中的一部分組成有時(shí)會(huì)忽略。在進(jìn)行系統(tǒng)仿真時(shí)，必須表示出式(2.8)存在的性質(zhì)，而且還要表達(dá)出其它性質(zhì)：統(tǒng)一顏色與個(gè)人顏色的聯(lián)系及結(jié)構(gòu)組成等。這些性質(zhì)的表達(dá)不僅需要運(yùn)用多色集合理論，還需要運(yùn)用其他數(shù)學(xué)邏輯工具[4]。2.3多色集合在設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用2.3.1建模思路散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一般會(huì)分為三個(gè)步驟：首先，從功能需求中獲取產(chǎn)品方案的技術(shù)要求，而這些技術(shù)要求是根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的要求去構(gòu)建，利用功能特征值來(lái)進(jìn)行表示[6]。其用途是：表達(dá)其整體性質(zhì)（功能、特點(diǎn)等）。這個(gè)步驟需要通過不斷的分析判斷及功能設(shè)置等方法去實(shí)現(xiàn)。其次，用上個(gè)步驟得到得準(zhǔn)確功能值，用其去構(gòu)建散熱系統(tǒng)的模型，在根據(jù)已有推導(dǎo)方法從原本的可行方案庫(kù)（任意的可行方案都是由功能需求和合理的改進(jìn)方法所組成）中尋到符合其功能需求規(guī)范的合理方案。在整個(gè)系統(tǒng)中技術(shù)方案可描述為功能值徐群毆和結(jié)構(gòu)分解值所得到的集合。其中查詢方案是基于技術(shù)方案和相應(yīng)準(zhǔn)則規(guī)范相似的基礎(chǔ)上。通常最終的到的方案不會(huì)只有一種，會(huì)有很多種，形成方案集。最后，在方案近似度評(píng)價(jià)的篩選下，在上面獲得的可行產(chǎn)品方案中選擇合理的可行方案。2.3.2多色集合概念設(shè)計(jì)模型對(duì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程將采用功能方法樹與多色集合理論結(jié)合的方法來(lái)建立模型。將系統(tǒng)按照功能、方法逐層的分解，分為若干層，每層包含功能方法，功能與方法、層與層之間用線段來(lái)連接，在圖中，節(jié)點(diǎn)之間的連接弧是“合取”的意思，用“∧”表達(dá)，沒有連接弧的則是“析取”的意思，用“∨”來(lái)表達(dá)，從多色集合的角度來(lái)看，將每個(gè)方法當(dāng)作一個(gè)元素，其具有個(gè)人顏色。在多色集合理論中，元素與集合是用著色來(lái)區(qū)分表達(dá)的，其可以較方便的敘述出層次方面的關(guān)系，所以可利用多色集合理論來(lái)進(jìn)行功能分解以及帶得到推理機(jī)制，完成散熱系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。其統(tǒng)一顏色就是第二層所求完成的任務(wù)，同樣也是上一層向這層的讀入。3.基于多色集合的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型的建立對(duì)于多色集合理論來(lái)說，其本質(zhì)是一種全新的系統(tǒng)理論以及信息處理的數(shù)學(xué)工具，它是通過使用相同的數(shù)學(xué)工具用來(lái)仿真不同對(duì)象，對(duì)象可以是產(chǎn)品、設(shè)計(jì)過程、工藝過程以及生產(chǎn)系統(tǒng)等[4]。在多色集合的模型中，對(duì)象、元素、性質(zhì)及其相互關(guān)系之間可以建立起邏輯關(guān)系、隸屬關(guān)系以及數(shù)量關(guān)系，這幾種關(guān)系可以只用了表示部分，或者在不同層次上的分別表示。通過這幾種關(guān)系就可以很好的表達(dá)出各種設(shè)計(jì)過程或者產(chǎn)品的組成。多色集合層次結(jié)構(gòu)模型是將產(chǎn)品按照功能特征逐層的分解，分成了各不相同的若干層，每一層都對(duì)相應(yīng)的特征按照功能和方法的形式進(jìn)行描述。將不同特征元素和集合之間染成不同的顏色，能形式化的描述不同層次之間的關(guān)系。在建立多色集合層次結(jié)構(gòu)模型前，首先要對(duì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的總功能進(jìn)行功能上的分解，我們需要按照設(shè)計(jì)元素的特征對(duì)總功能進(jìn)行逐步的分解。經(jīng)過認(rèn)真的分析對(duì)比，在進(jìn)行概電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我是主要考慮散熱系統(tǒng)中對(duì)散熱效果較大的兩個(gè)裝置，即在電氣柜內(nèi)的冷卻管裝置、通風(fēng)裝置兩個(gè)方面。冷卻管裝置主要是通過散熱管內(nèi)液體循環(huán)流動(dòng)將電氣柜內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去；而通風(fēng)裝置則是通過風(fēng)扇的快速轉(zhuǎn)動(dòng)形成強(qiáng)制對(duì)流將散熱系統(tǒng)內(nèi)的熱量通過通風(fēng)管道排出去。在我們對(duì)總功能進(jìn)行分解，得到“冷卻裝置”、“通風(fēng)裝置”兩個(gè)基本特征后，我們要進(jìn)一步對(duì)可能功能需求進(jìn)行劃分（即第一層的劃分），通過查閱資料，我將“冷卻裝置”的功能需求劃分為“外部溫度”、“外部濕度”和“負(fù)載大小”三部分；將“通風(fēng)裝置”的功能需求劃分為“風(fēng)速大小”、“粉塵多少”和“海拔高低”共三部分。然后對(duì)每個(gè)特征進(jìn)一步劃分，得到第二層的特征，將“冷卻裝置”劃分為“冷卻管橫截面形狀”、“冷卻管長(zhǎng)度”和“冷卻管材料”三個(gè)部分；而“通風(fēng)裝置”劃分為“通風(fēng)口大小”、“風(fēng)道彎頭半徑”和“風(fēng)道長(zhǎng)度”三個(gè)部分。而第二層最后則是對(duì)應(yīng)的方案元描述。依據(jù)以上的功能分解，建立了如4.1所示的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能樹模型。圖3.1散熱系統(tǒng)功能樹模型3.1電氣柜內(nèi)冷卻管的信息建模及推理過程在電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)中，冷卻管在散熱系統(tǒng)的電氣柜內(nèi)，通過冷卻管內(nèi)制冷液體的循環(huán)流動(dòng)，來(lái)帶走散熱系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的大量余熱。其是散熱系統(tǒng)中最為重要的裝置，是不可缺少的重要部分。冷卻管的設(shè)計(jì)主要與外部環(huán)境所產(chǎn)生的因素有著重大關(guān)系，其決定著冷卻管裝置設(shè)計(jì)的方向。通過查詢資料，得到了對(duì)冷卻管散熱效果產(chǎn)生影響的主要因素有：散熱系統(tǒng)外溫度的高低、外部濕度的大小以及外部負(fù)載的大小等。因此，我們?yōu)槟獜闹羞@些因素著手，想辦法抽取其需要的基本功能，用來(lái)滿足其建模的需求，我們將所有的性質(zhì)、功能都用布爾矢量來(lái)進(jìn)行描述得到：外部溫度：低溫——中溫——高溫——外部濕度：較低——適中——較高——負(fù)載大?。狠^小——較大——很大——如圖3.1所示，散熱系統(tǒng)內(nèi)冷卻管裝置的概念設(shè)計(jì)一共分為兩層。第一層1）統(tǒng)一顏色：可對(duì)冷卻管總功能進(jìn)行描述，即--所代表的含義，這是系統(tǒng)在該層上面的求解目標(biāo)。2）元素：方案1——方案n3）個(gè)人顏色：就是每個(gè)方案的描述，即冷卻管，橫截面形狀：圓形——方形——三角形——長(zhǎng)度：短——適中——長(zhǎng)——所用材料：鋁管——鋼管——銅管——4）約束條件：對(duì)冷卻管的橫截面形狀，長(zhǎng)度，所用材料各為一組。在推理時(shí)，在以上各組選擇一個(gè)且只能選擇一個(gè)。5）推理機(jī)制：方案的選擇是用統(tǒng)一顏色和個(gè)人顏色的關(guān)系矩陣推理得到，從矩陣中我們可以有功能需求推導(dǎo)出相應(yīng)的方案（即由橫元素得到豎元素）。這里用了直觀的形態(tài)來(lái)表示布爾矩陣，在矩陣中布爾值用1，0來(lái)表示，在下面的矩陣中我們用符號(hào)“”來(lái)表示通過（即布爾值1），否則為不通過（即布爾值0）。圖3.2矩陣1（2）第二層1）統(tǒng)一顏色：即第一層中的個(gè)人顏色。2）元素：對(duì)應(yīng)的冷卻管的橫截面形狀、長(zhǎng)度以及材料的方案。3）約束條件：都是關(guān)于橫截面形狀的方案元，都是關(guān)于長(zhǎng)度的方案元，是關(guān)于材料的方案元。在推理是要按照步驟原則得到方案元4）推理矩陣：統(tǒng)一顏色與元素的關(guān)系矩陣2，方案元的選擇是由它推理得到的。圖3.3矩陣23.2通風(fēng)裝置的信息建模和推理在電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)中，通風(fēng)裝置是通過風(fēng)扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)形成強(qiáng)制對(duì)流，是散熱系統(tǒng)內(nèi)外的空氣快速流動(dòng)，從而來(lái)帶走散熱系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的大量余熱。其是散熱系統(tǒng)中最為重要的裝置，是不可缺少的重要部分。通風(fēng)裝置主要有通風(fēng)管道、風(fēng)扇等組成。對(duì)通風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)，我們要先了解對(duì)通風(fēng)效率產(chǎn)生重要影響的因素，如：所在環(huán)境風(fēng)速的大小、外部粉塵的多少以及工作環(huán)境所處的海拔高度等。針對(duì)這些因素，我們對(duì)通風(fēng)裝置中通風(fēng)口大小（對(duì)應(yīng)風(fēng)扇的半徑大?。⑼L(fēng)管道的長(zhǎng)短以及管道彎頭半徑大小進(jìn)行研究改進(jìn)。從影響通風(fēng)裝置的通風(fēng)效率入手，抽象出通風(fēng)裝置的基本需求功能，用多色集合來(lái)進(jìn)行表示：風(fēng)速：微風(fēng)——中風(fēng)——大風(fēng)——粉塵：微量——較多——很多——海拔：低——適中——高——由圖4.1可知通風(fēng)裝置的概念設(shè)計(jì)分為兩層（1）第一層1）同一顏色：對(duì)通風(fēng)裝置功能的描述2）元素：方案1—方案n3）個(gè)人顏色：是每個(gè)方案的描述，即通風(fēng)口半徑：小——適中——大——風(fēng)道彎道半徑：小——適中——大——通風(fēng)道長(zhǎng)短：短——較長(zhǎng)——長(zhǎng)——4）約束條件：通風(fēng)裝置中的通風(fēng)口半徑，風(fēng)道彎頭半徑，通風(fēng)口長(zhǎng)短各為一組。在進(jìn)行推理的時(shí)后，在以上各組選擇一個(gè)且只能選擇一個(gè)。5）推理矩陣：是統(tǒng)一顏色和個(gè)人顏色的關(guān)系矩陣3，同矩陣1的推理方法一樣，有此可推理出能滿足功能需求的方案來(lái)（即由橫元素推出豎元素）。圖3.4矩陣3（2）第二層1）統(tǒng)一顏色：即第一層中方案的個(gè)人顏色--，其就是這第二層的統(tǒng)一顏色。2）元素：對(duì)應(yīng)著通風(fēng)裝置中設(shè)計(jì)方案，即通風(fēng)口半徑，風(fēng)道彎道半徑以及風(fēng)道的長(zhǎng)短3）約束條件：都是關(guān)于通風(fēng)口半徑大下的方案元，都是關(guān)于風(fēng)道彎頭半徑大小的方案元，是關(guān)于風(fēng)道長(zhǎng)短的方案元。在推理時(shí)是要按照步驟原則來(lái)得到相應(yīng)的方案元4）推理矩陣：是第二層統(tǒng)一顏色與元素間的關(guān)系矩陣4，與矩陣2一樣，方案元的選擇是由它推理得到的。圖3.5矩陣44方案貼近度的建立4.1方案貼近度的建立方案的生成是通過推理矩陣選出，能夠符合其功能需求，但是很有可能出現(xiàn)有功能重復(fù)的狀況，而貼近度計(jì)算就是生成方案對(duì)于需求重復(fù)程度計(jì)算的數(shù)學(xué)函數(shù)，在方案過多的情況下，確定重復(fù)允許值可以去掉不合理的方案[5]。為了計(jì)算貼近度我們?cè)O(shè)置了函數(shù)。其中的是表示被研究元素或圍道點(diǎn)之間的長(zhǎng)度。在多色集合數(shù)學(xué)模型之中，元素之間的尺寸通過與元素圍道，的組合對(duì)比來(lái)進(jìn)行確定的。這時(shí)將修改過的尺寸記作，它等于是在矢量和中不一致數(shù)位的多少。則函數(shù)圍道對(duì)要求的成分貼近度計(jì)算可作為方案對(duì)需求功能重復(fù)度的標(biāo)準(zhǔn)，在假設(shè)的目標(biāo)產(chǎn)品的方案技術(shù)規(guī)范已經(jīng)獲得的基礎(chǔ)上，再按照多色集合理論，為數(shù)學(xué)模型尋找設(shè)計(jì)方案時(shí)，其距離記為。的取值為，其中的n是布爾矢量或中二進(jìn)制位數(shù)的個(gè)數(shù)。由上述三個(gè)公式中計(jì)算出，否則得出：本文中采用的是第一公式用作貼近度計(jì)算，因?yàn)檎麄€(gè)散熱系統(tǒng)是用多色集合理論建模的，則方案貼近度計(jì)算步驟為：將該層布爾矩陣中的全部橫元素總數(shù)（即該層統(tǒng)一顏色之和）記作n，接著將這層的功能需求之和（即矩陣中符合需求的橫元素總數(shù)）記作FAXQ，矩陣中符合橫元素（統(tǒng)一顏色）可以正向推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的豎元素（即該層的個(gè)人顏色），再運(yùn)用反向推導(dǎo)的方法，有豎元素得到橫元素，進(jìn)行上述計(jì)算，就得到這層所有方案符合的橫元素總數(shù)，記做FAMZ；這時(shí)將FAMZ與功能需求FAXQ之差記作，此時(shí)貼近度計(jì)算中各數(shù)舉都已知道，其貼近度參數(shù)的確定流程圖為：圖4.1貼近度方案確立流程圖4.2電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程如圖4.2所示，系統(tǒng)將采用規(guī)定的設(shè)計(jì)過程，該過程一共有七個(gè)步驟所組成，每一步都規(guī)定了相對(duì)應(yīng)的任務(wù)以及特定的工作結(jié)果，這對(duì)每一階段的完成，都提供了可用的資源以及支持。而當(dāng)有一部進(jìn)行不下去的時(shí)侯，就可以返回上一步來(lái)重新進(jìn)行求解。第一步；在設(shè)定的客戶功能需求已滿足的基礎(chǔ)上，從客戶需求中抽象出來(lái)基本需求功能，用布爾矢量來(lái)進(jìn)行表示，選擇客戶所需要的基本功能，如果具體客戶需求中具有該功能則記作1，否則記為0第二步；根據(jù)個(gè)人顏色與統(tǒng)一顏色之間的關(guān)系矩陣以及約束條件，找出相對(duì)應(yīng)的方案。這些方案是用下一層需要實(shí)現(xiàn)功能的形式來(lái)進(jìn)行描述的[7]。第三步；對(duì)每個(gè)方案分別用個(gè)人顏色和統(tǒng)一顏色之間的關(guān)系矩陣反推理出它們的對(duì)應(yīng)統(tǒng)一顏色，接下來(lái)計(jì)算各個(gè)方案的貼近度。然后再根據(jù)貼近度，去除那些不合理的方案而保留下合理方案。第四步；找到方案的個(gè)人顏色，通過其個(gè)人顏色對(duì)下一層進(jìn)行子功能的分解，這層個(gè)人顏色就是下一層的統(tǒng)一顏色。第五步；此時(shí)就到了第二層（即最底一層），根據(jù)之前的關(guān)系矩陣以及約束條件，就可得到符合條件的方案元。第六步；根據(jù)上一步獲得的方案元，得到對(duì)應(yīng)方案，之后對(duì)每個(gè)方案都進(jìn)行冗余計(jì)算，從中篩選出可行方案。第七步；根據(jù)上述運(yùn)算得到方案集，最后在從方案集合中選出來(lái)最佳的方案。這樣就完成了設(shè)計(jì)流程。圖4.2散熱系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程圖4.3應(yīng)用實(shí)例分析電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)需求：在外部溫度適中、外部濕度較低、負(fù)載較小，外部風(fēng)速較小、粉塵很多、海拔適中；因?yàn)檫^該信息模型的建立是采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，因此將其功能設(shè)計(jì)按照需求相應(yīng)的劃分為冷卻管裝置與通風(fēng)裝置的功能設(shè)計(jì)需求。用多色集合理論的布爾表達(dá)方式如下所示：冷卻管裝置的功能設(shè)計(jì)需求矩陣：圖4.3通風(fēng)裝置的功能設(shè)計(jì)需求矩陣：圖4.4方案設(shè)計(jì)的步驟一般包括以下幾個(gè)步驟：第一步，所設(shè)需求與基本需求功能相對(duì)應(yīng)的為，就是第一層的方案中滿足所設(shè)需求的統(tǒng)一顏色，用布爾矢量來(lái)表示，其相對(duì)應(yīng)的值是1。第二步，根據(jù)關(guān)系矩陣1，3以及與其約束條件，我們可得到對(duì)應(yīng)的方案為:圖4.5第三步，在上一步得到方案中，運(yùn)用關(guān)系矩陣1，3反推理出其統(tǒng)一顏色為:圖4.6第四步，貼近度函數(shù)計(jì)算方案一，距離：所設(shè)功能需求的布爾矢量為8位，就可實(shí)現(xiàn)其符合的功能為10位，因此，這里運(yùn)用公式=1\*GB3①，則方案二，同方案一，，第五步，依據(jù)方案一與方案二的個(gè)人顏色對(duì)第二層進(jìn)行功能上的分解，將方案一與方案二中的個(gè)人顏色就是第二層的統(tǒng)一顏色，然后通過關(guān)系矩陣2，4及約束條件，就可得到方案一，二對(duì)應(yīng)的方案元。通過對(duì)上一層的方案可知，冷卻管橫截面選用的是方形、冷卻管的長(zhǎng)度選用短的其材料選用鋁管或銅管，其統(tǒng)一顏色為，其中都是關(guān)于冷卻管材料的，約束條件都是冷卻管材料的方案元，在求解時(shí)只能選擇其中一項(xiàng)，通過矩陣2以及約束條件的推理可得到兩個(gè)方案；而通風(fēng)裝置選擇通風(fēng)口較小、彎道半徑選大的、風(fēng)道長(zhǎng)度選長(zhǎng)的，其統(tǒng)一顏色為，根據(jù)約束條件的均相互對(duì)應(yīng)，根據(jù)矩陣4及約束條件可得:滿足初始功能需求冷卻管方案為：同樣，可以得出滿足功能需求通風(fēng)裝置方案是：。第六步，有以上步驟可知，系統(tǒng)方案有兩種最終選擇最佳方案為：5.電動(dòng)式挖掘機(jī)散設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及案例驗(yàn)證5.1軟件框架對(duì)于電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)是基于多色集合的基礎(chǔ)上，利用多色集合理論便于對(duì)設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行形式化描述的特點(diǎn)，通過獲取產(chǎn)品的基本功能需求，再對(duì)功能特征進(jìn)行詳細(xì)的劃分。利用多色集合的層次結(jié)構(gòu)模型對(duì)電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行建模，構(gòu)建出散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)模型，然后對(duì)其中各特征元素進(jìn)行多色集合的著色。在層次結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，建立與之相對(duì)應(yīng)的多色集合推理矩陣，以便于進(jìn)行設(shè)計(jì)推理過程。最后，開發(fā)相應(yīng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)方法。如5.1所示為散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)目標(biāo)進(jìn)行功能需求的分析，再確定設(shè)計(jì)特征信息，然后對(duì)設(shè)計(jì)特征要求進(jìn)行二進(jìn)制編碼，將得到的編碼信息輸入設(shè)計(jì)系統(tǒng)，最后在多色集合推理矩陣中進(jìn)行搜索，最終就會(huì)得到備選方案。圖5.1散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)5.2原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)建好的模型及推理矩陣，運(yùn)用vb語(yǔ)言編程軟件，對(duì)其進(jìn)行軟件的編程。最終會(huì)得到相應(yīng)程序，如下圖，打開界面，進(jìn)入程序。圖5.2按照功能需求選擇電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)選項(xiàng)。其中的功能選擇條件有外部溫度、濕度、負(fù)載大小、風(fēng)速大小、粉塵多少以及海拔高度總共六個(gè)方面的選擇，我們可以根據(jù)不同的功能需求，來(lái)選擇選項(xiàng)進(jìn)行下一步的運(yùn)算。圖5.3在輸入相應(yīng)的功能需求之后，即可生成相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相對(duì)應(yīng)的方案，對(duì)應(yīng)在結(jié)果生成界面。圖5.4結(jié)果生成界面5.3方案驗(yàn)證在系統(tǒng)軟件中引入實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。首先輸入相對(duì)應(yīng)的功能需求，其需求如下：在外部溫度適中、外部濕度較低、負(fù)載較小，外部風(fēng)速較小、粉塵很多、海拔適中。然后在軟件的功能輸入框輸入電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)選項(xiàng)。圖5.5在輸入相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)的功能需求后，確定無(wú)誤，然后點(diǎn)擊“確定”鍵，我們就可以獲得相對(duì)應(yīng)的方案結(jié)果。圖5.66.結(jié)論和展望本設(shè)計(jì)基于多色集合，運(yùn)用VB編程，建立了電動(dòng)式挖掘機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。本篇論文完成了：一，在多色集合理論框架下