宁波大学机械工程与力学学院研究会会会刊——绣山研志

机械产品结构对称性设计知识模型研究杨俊成;马志勇;张太霞【摘要】研究了机械产品结构对称性设计知识模型,建立了包含结构对称、对称破缺和弱对称在内的完整机械结构对称性层次性模型,以及结构对称性在实现机械产品功能、性能和约束中的设计知识模型,包括单种结构对称性不同层次的设计知识模型、同种对称性程度不同对称性类型的结构对称性设计知识模型以及同种对称性类型不同对称性程度的结构对称性设计知识模型.建立的结构对称性设计知识模型能较完整地描述不同层次、不同类型及不同对称性程度的结构对称性设计知识及其之间的关联关系,为进一步研究机械结构对称性设计知识的挖掘和应用规律的建立奠定了基础.【期刊名称】《宁波大学学报（理工版）》【年(卷),期】2017(030)004【总页数】6页(P23-28)【关键词】机械结构对称性;功能;性能;约束;设计知识模型【作者】杨俊成;马志勇;张太霞【作者单位】宁波大学机械工程与力学学院,浙江宁波 315211;浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室,浙江宁波 315211;宁波大学机械工程与力学学院,浙江宁波315211;浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室,浙江宁波 315211;宁波大学机械工程与力学学院,浙江宁波 315211;浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室,浙江宁波 315211【正文语种】中文【中图分类】TH122结构对称性是机械产品结构中一种常见的现象, 合理地利用结构对称性有助于更好地实现机械产品的功能、提高性能、满足约束. 从大量的机械产品结构对称性设计实例中挖掘结构对称性设计知识, 建立结构对称性应用规律, 可以指导结构对称性在机械产品设计中科学、系统的应用, 建立机械结构对称性模型是挖掘结构对称性设计知识的基础. 现有研究中, 对机械结构对称性的设计知识挖掘及提炼已有初步的研究. 如冯培恩、马志勇等已建立了以关联规则为基础的结构对称性设计知识模板、设计知识挖掘方法, 并从实例中挖掘出了若干结构对称性设计知识, 可在一定程度上指导结构对称性的科学应用[1-4]. 但是现有的设计知识模板多集中于结构对称, 比较简单, 并不能反映出结构对称破缺及弱对称的设计知识. 这些不足导致知识挖掘方法、挖掘结果及提炼的设计知识难以深入、系统地反映结构对称性在机械产品设计中的功用, 影响了结构对称性应用规律的建立.国内外学者针对知识建模已进行了大量的研究并建立了大量的设计知识模型. 例如, Kiriyama提出了一种产品信息元模型, 用元模型来表示设计者的设计意图[5]. Harmer针对通用组件产品建模技术进行了研究, 将功能需求约束转换为属性特征, 通过匹配比较建立模型[6]. 宋慧军等根据机械产品一般设计特点, 提出了多层次混合映射功能求解框架[7]. 本文借鉴这些现有的设计知识模型,结合结构对称性在机械产品中的存在形式及作用形式建立适用于机械结构对称性的设计知识模型.本文旨在理论分析和实例分析的基础上, 建立较为系统的结构对称性设计知识模型, 用以描述各种不同层次、不同类型的结构对称性在实现设计需求中的作用, 描述不同类型结构对称性在实现设计需求中的异同点, 描述对称性程度变化导致的结构对称性功效变化. 建立的模型具多维度、多角度、静态动态结合的特点, 能全面地反映结构对称性在实现机械产品设计需求中的作用, 为深入系统的挖掘结构对称性设计知识奠定基础.机械产品的设计需求可以分为功能、性能和约束3种类型. 结构对称性在机械产品设计中的作用主要体现在实现功能、提高性能及满足约束方面.要建立机械结构对称性设计知识模型, 首先就要建立设计需求模型.功能描述机械产品“做什么”[8], 性能描述的是功能实现的程度, 约束描述的是机械产品在实现功能及性能时需要满足的约束性条件. 机械产品功能的表达方法有很多[9-11], 本文采用动名词对法来表示功能、性能和约束, 并借鉴马志勇等[12]建立的适用于机械结构对称性知识发现体系的功能、性能和约束体系开展研究.现有研究已对结构对称性在机械产品中的存在形式做了较为完善的研究, 并建立了较为完整的机械结构对称性概论体系[1-2,4]. 本文借鉴现有体系, 建立结构对称性的层次性模型(图1). 将结构对称性表述为, 其中, 结构对称Ss、结构对称破缺Sb 和结构弱对称Sw又可细分为多种类型对称形式, 如(Sst为平移对称,Ssr为旋转对称,Ssm为镜射对称). 而每种具体的结构对称性类型都包含4种对称性要素：对称主体、对称组元、对称基准和对称操作, 如, 其中,Bst为平移对称主体,Est为平移对称组元,Rst为平移对称基准,Ost为平移对称操作.在机械产品中, 结构对称性用以实现产品功能、提高产品性能及满足设计约束. 因此建立的结构对称性设计知识都应该包含以下基本内容：某种结构对称性(或对称性要素)在何种条件(约束)下实现了何种功能、取得了何种效果(性能). 由于结构对称性本身具有复杂的层次关系和类型关系,因此建立的设计知识还需要表达出不同层次、不同类型及不同对称性程度结构对称性设计知识之间的关系. 从整体上, 结构对称性设计知识模型可表述为, 其中,Kl为单种结构对称性不同层次的设计知识,Kt为同种对称性程度不同类型结构对称性的设计知识,Kd为同种类型不同对称性程度的结构对称性设计知识.单种结构对称性的设计知识包含了某个结构对称性(或对称性要素)在何种条件(约束)下实现了何种功能、取得了何种效果(性能). 由于设计知识中的各个要素(结构对称性、功能、性能和约束)都具有层次性的体系, 低层次设计知识可向上抽象,得到高层次设计知识. 在向上抽象时, 既可抽象结构对称性, 又可将功能、性能或约束向上抽象, 当然, 抽象后的设计知识是否还具有实用性, 还需要进一步分析和验证. 因此Kl包含了所有结构对称性层次的单种结构对称性的设计知识, 可表述为, 其中,Kl1、Kl2、Kl3分别为3个层次的单种结构对称性设计知识,Kl3中的设计知识通过向上抽象可得到Kl2,Kl2中的设计知识通过向上抽象可得到Kl1(图2).取得单种结构对称性设计知识后, 将同种对称性程度的2种不同类型的结构对称性设计知识进行比较. 如果2种设计知识完全相同, 则可以向上抽象为更高层次结构对称性的设计知识; 如果2种设计知识不完全相同, 则可以将不同的功能或应用效果(性能)或应用条件(约束)进行抽象, 得到同种对称性程度不同类型结构对称性的设计知识.依据比较结果, 可将同种对称性程度不同类型结构对称性的设计知识表示为Kt={Ktr,Ktf,Ktp}, 其中,Ktr为2种不同结构对称性在同种应用条件下取得的不同功能和应用效果,Ktf为2种不同结构对称性在实现相同功能和应用效果时的不同应用条件,Ktp为2种不同结构对称性在相同应用条件下实现同样功能时的不同应用效果(图3).将同种类型不同对称性程度的结构对称性(如平移对称、平移对称破缺和平移弱对称)的设计知识进行比较, 可以得到同种类型不同对称性程度的结构对称性设计知识, 即结构对称性程度的变化所带来的结构对称性功效变化规律. 同种类型不同对称性程度的结构对称性设计知识可表述为Kd={Kdf,Kdr,Kdp}, 其中,Kdf为相同应用条件下对称性程度改变带来功效的变化知识,Kdr为相同功效时对称性程度改变带来应用条件的变化知识,Kdp为相同条件下实现相同功能时对称性程度改变带来应用效果的变化知识(图4、图5和图6).3种结构对称性设计知识Kl、Kt和Kd中, 以Kl为基础,Kt和Kd是在Kl基础上通过比较总结得到, 与Kl一样,Kt和Kd也具有层次性特征. 3种设计知识的相互关系如图7所示. 本文提出的结构对称性设计知识模型包含了结构对称性与产品功能、性能和约束间比较全面的知识关系, 能在不同层次、不同粒度上描述某种结构对称性(或对称性要素)在何种条件(约束)下实现何种功能, 具有何种效果(性能), 是对结构对称性在机械系统中作用的较完整描述. 以往研究中也有机械结构对称性设计知识模型被提出, 但多数关注结构对称性和产品功能之间的知识关系上, 没有系统考虑结构对称性与性能、约束间的关系, 如文献[12]提出的“基于功能-结构映射模型(FS)的结构对称性设计知识”和“功能-结构设计原理-结构映射模型(FPS)的结构对称性设计知识”. 显然, 仅仅研究结构对称性在实现产品功能中的设计知识并不能完整描述结构对称性在机械系统中的作用, 而是必须综合考虑结构对称性与功能、性能和约束之间的复杂、多层次、多粒度的知识关系, 这也正是本文提出设计知识模型所要描述和表达的, 也是其比以往设计知识更完整、更实用的体现所在.建立的结构对称性设计知识模型用以描述对称性结构在机械产品中的作用, 通过分析结构对称性设计实例, 从实例中提取设计知识, 作为知识发现的基础. 因此, 建立的结构对称性设计知识模型必须能完整描述实例中的对称性结构功用, 本节以实例来验证建立的设计知识模型, 验证模型的实用性、完整性及可分析性等.图8是一系列的蜗轮蜗杆结构[13]. 首先对每个蜗轮蜗杆机构的对称性结构、对称性要素及其实现的功能、性能和约束进行分析, 得到表1的单种结构对称性的层次性设计知识.图8(a)是基本的蜗轮蜗杆结构, 是一种完全对称的结构, 其余蜗轮蜗杆是在基本蜗轮蜗杆基础上通过一定程度的对称破缺变化得到. 基本蜗杆机构发生破缺后, 根据不同的破缺属性特征, 可获得不同的破缺效果. 对表1中的设计知识进行对比总结, 可以得到同种对称性程度不同类型结构对称性的设计知识和同种类型不同对称性程度的结构对称性设计知识.不同的破缺方式可得出不同的破缺结构, 图9列示了不同的蜗轮蜗杆机构在不同层次实现的功能、性能和约束, 随着破缺程度及破缺方式的变化,结构实现的功能、性能和约束也不完全相同, 但也有重叠的部分, 且部分破缺结构能够实现原理解的功能、性能及约束. 如普通蜗杆蜗轮机构组元分布程度发生破缺后形成有3个蜗轮的蜗轮机构, 在属性的很多方面都发生了变化, 但是无论是破缺前结构还是破缺后结构都属于旋转机构, 都具有传递垂直轴线单向旋转的功能. 具体来看, 普通蜗杆蜗轮机构的对称主体有传递周向旋转运动的功能, 受物料位置约束, 对称基准能够提高传动稳定性, 而在3个蜗轮机构中, 其对称主体同样能实现传递周向旋转运动的功能, 但对称主体受运动形式约束, 其对称组元和对称基准受到物料位置约束, 而对称组元能够用于提高传动稳定性.文中提出的结构对称性设计知识模型包含了结构对称性的横向(单种对称性、不同种类对称性)设计知识、纵向(不同层次的同种对称性)设计知识以及不同对称性程度变化导致功效演变的设计知识, 能对结构对称性在机械系统中的各种应用进行比较完整的涵盖. 基于此模型建立的设计知识可指导结构对称性在机械系统中的合理应用, 更好满足设计需求, 提高产品的技术性、经济性和社会性.在机械产品中, 对称性结构是一种常见结构.机械结构对称性有多种多样的存在形式, 其对称性类型和对称性形式丰富多样, 并对机械产品功能、性能和约束的实现起着重要的作用. 系统地建立机械结构对称性设计知识和应用规律可以指导结构对称性在机械产品设计中的应用, 有助于更好实现设计需求. 要建立机械结构对称性设计知识, 首先要建立机械结构对称性设计知识模型, 用以描述结构对称性的功用. 本文针对机械结构对称性的结构特征及其在机械产品设计需求实现中的作用方式, 建立了较为完整的机械结构对称性设计知识模型, 包括单种结构对称性不同层次的设计知识模型、同种对称性程度不同类型结构对称性的设计知识模型及同种类型不同对称性程度的结构对称性设计知识模型. 该模型可以描述不同层次的对称性, 对称性要素的功用, 不同类型的对称性功用的异同, 不同对称性程度的对称性功用的异同, 为全面深入挖掘结构对称性设计知识, 建立结构对称性设计知识库, 总结结构对称性应用规律奠定基础.【相关文献】[1] 冯培恩, 马志勇, 邱清盈. 从自然科学到工程科学的对称性本体论研究[J]. 自然科学进展, 2008,18(12)：1441-1450.[2] 马志勇, 邱清盈, 冯培恩. 机械对称性的概念体系及其应用方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2010, 44(12)：2354-2359.[3] 马志勇. 机械对称的概念、作用及其应用知识获取的研究[D]. 杭州：浙江大学, 2010.[4] 刘帆, 马志勇, 张太霞. 机械结构静态对称概念体系及功能分析研究[J]. 机械设计与研究, 2015(5)：141-147.[5] 伊国栋. 产品信息符号建模理论、方法及其应用研究[D]. 杭州：浙江大学, 2003.[6] HARMER Q J, WEAVER P M, WALLACE K M. Designled component selection[J]. Computer-Aided Design,1998, 30(5)：391-405.[7] 宋慧军, 林志航. 机械产品概念设计多层次混合映射功能求解框架[J]. 机械工程学报, 2003, 39(5)：82-87.[8] 何斌. 有助于产品创新的概念设计理论与方法的研究[D]. 杭州：浙江大学, 2006.[9] PAHL G, BEITZ W, FELDHUSEN J, et al. Engineering Design[M]. 3rd ed. London：Springer, 2007：31-44.[10] UMEDA Y, MASAKI I, TOMIYAMA T. Supporting conceptual design based on the function-behavior-state modeler[J]．Artificial Intelligence for Engineering Design Analysis & Manufacturing, 1996, 10(4)：275-288.[11] FENG P E, XU G R, ZHANG M J. Feature modeling based on design catalogues for principle conceptual design[J]．Artificial Intelligence for Engineering Design Analysis & Manufacturing, 1996, 10(4)：347-354.[12] MA Z Y, ZHANG T X, LIU F, et al. Knowledge discovery in design instances of mechanical structure symmetry[J]. Advances in Mechanical Engineering, 2015,7(11)：1-19.[13] 李宗良, 林永立. 现代机构百科(下册)[M]. 北京：世界图书出版公司, 1990：154-156.[14] 刘伟平. 机械结构对称破缺的概念、作用及其应用[D].杭州：浙江大学, 2012.。

基于SolidWorks软件二次开发的齿轮零件参数化设计目登臣;孙宝寿;黄吉平;刘韶华;刘忠洋
【期刊名称】《机械制造》
【年(卷),期】2018(56)11
【摘要】为了快速实现渐开线齿轮零件的精确建模,在对齿廓渐开线和齿根过渡曲线成型原理进行分析的基础上,利用应用程序接口函数对SolidWork8软件进行二次开发,建立齿轮全齿廓精确成型的程序算法,进而实现齿轮零件的参数化设计.构建了四种不同类型齿轮零件的快速三维造型模块,形成了一套可独立运行的齿轮零件参数化造型系统.
【总页数】5页(P91-95)
【作者】目登臣;孙宝寿;黄吉平;刘韶华;刘忠洋
【作者单位】宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211;宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211;宁波镇海减变速机制造有限公司浙江宁波315211;宁波镇海减变速机制造有限公司浙江宁波315211;宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211
【正文语种】中文
【中图分类】TH132.41;TP391.7
【相关文献】
1.基于Creo二次开发的侧墙零件参数化设计应用 [J], 宫洪磊;张绍东;郭玉亮;母印亨;朱东伟
2.基于SolidWorks软件二次开发的通用零件库 [J], 江宇;周雄;刘志华
3.基于CARD和Pro／E二次开发的轧机零件参数化设计 [J], 曾庆芦;李铂涛;刘昊;帅美荣
4.基于SolidWorks的零件参数化设计二次开发方法 [J], 王宣;董玉德
5.基于Creo和Excel二次开发零件参数化设计系统 [J], 胡迪; 罗辉; 张伟; 申逸骋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

12月14日下午，柯力与宁波大学机械工程与力学学院共建力学研究生教育创新实践基地揭牌仪式暨产学研联合培养研究生座谈会在物联网学院举行。

宁波大学机械工程与力学学院副院长王骥、宁波柯力传感科技股份有限公司传感器及智能元件产品总监姚玉明共同为研究生教育创新实践基地揭牌。

基地相关师生、工程师出席本次活动。

宁波大学机械工程与力学学院该基地负责人王骥副院长在致辞中表示，与柯力公司已有多年的合作基础，希望通过研究生教育创新实践基地建设，培养科教结合、产学结合的应用型高层次人才。

希望研究生教育创新实践基地建设内容从广度和深度上进一步拓展，不断深化合作，做到资源共享、优势互补、共同发展。

柯力公司传感器及智能元件产品总监姚玉明作技术需求报告时讲到，依托研究生教育创新实践基地，以多物理量智能传感器、智能衡器相关产品构建、CAD/CAE/CAM 方面协作设计、大数据和人工智能为研究方向，联合对接需求，合作推进项目。

传感器开发经理胡文辉以学长的身份，向学弟学妹们分享了个人的经验。

双方希望通过力学研究生教育创新实践基地建设，合作开设一门研究生课程，设立力学学科柯力与宁波大学机械工程与力学学院共建力学研究生教育创新实践基地技术、产业链资源、人才培养方面的优势以及江苏博昊在工业信息化领域的专业运营服务能力共同合作建设的。

创新中心旨在打造常州工业互联网平台，针对常州高新区的产业特点，提供一个智能制造云平台。

依托华为云以及华为云的合作伙伴，完善常州工业互联网平台的解决方案能力，构建完整的“智能制造”生态体系。

此次签约是常州国家高新区紧紧围绕全市“重大项目攻坚年”活动部署，以高质量的实质成果向新中国成立70周年献礼的重要开局。

与会领导包括常州市委书记汪泉，常州高新区党工委书记、新北区委书记周斌，华为公司政企云副总裁赵峰等重要党政领导及企业负责人。

中共常州市委书记汪泉强调，推进重大项目建设是常州增强发展后劲、加快结构调整、培育新动能的关键所在，作为全市改革开放的重要窗口，常州高新区要加快提档升级，着力提升自主创新和引领发展能力，努力为常州高质量发展走在全国全省前列多做贡献、再立新功赛摩电气此次牵手华为云，以赛摩协同制造工业互联网平台为载体助力量大面广的中小企业升级。

创新之路50 科学中国人 2023年7月破增材难题强创新之基 著时代文章引行业浪潮——记宁波大学机械工程与力学学院教授、学术领军人才所新坤　杜月娇　唐慧乔增材制造技术被认为是“一项改变世界的技术”，也是《中国制造2025》提出要重点发展的代表性新兴技术之一。

宁波大学机械工程与力学学院教授、学术领军人才所新坤在这一领域深耕多年，每一步都走得十分坚定：埋首技术攻关、带领团队以创新之力弥合国内外技术差距，解决了领域内多个关键瓶颈问题；致力产业转化，带领团队以践行之心打通科学与应用的“最后一公里”，让增材制造技术切实服务于高端工程领域零部件的快速制造。

破增材难题强创新之基，著时代文章引行业浪潮，行走于科研和实践的前沿，他正用实际行动书写着新时代的创新答卷。

路漫漫其修远兮， 吾将上下而求索2002年，所新坤进入西安交通大学材料科学与工程学院，开始了为期7年、充实而纯粹的求学生活。

在这7年的时光里，导师李长久教授的教诲和引导对所新坤影响至深，论文中有用词、标点、上下标等细微错误，李长久教授都会很认真批改，这种精益求精、细致认真的精神让所新坤受益至今。

与此同时，旺盛的求知欲也敦促所新坤去探索更多未知的领域——电脑编程、电气自动化、人工智能……专业学习之外，他涉猎极为广泛。

这段“博采众长”的学习经历，在不经意间为他打下了坚实的交叉学科研究基础，并在日后的实践中发挥了“触类旁通”的积极作用。

“学者有益，须是日新”，本硕学习期间磨砺出的对科研的热爱和对探索前沿的渴望，让所新坤决定远赴法国贝尔福蒙贝利亚尔技术大学攻读博士学位。

在那里，所新坤又遇到了一位对他影响深远的恩师——廖汉林教授。

作为法国评选的表面工程和增材制造技术领域内最具国际影响力的教授之一，廖汉林教授的言传身教让所新坤体验到了另一种对于“极致”的追求——尽管工作繁忙，廖汉林教授从未缺席过学生的重要实验。

只要学生的实验进程中涉及一些相对有挑战或者有创新性的想法或实验方案时，他总会亲自到场，和学生站在一起，为整个实验过程“保驾护航”。

宁波大学力学与材料科学研究中心简介
佚名
【期刊名称】《宁波大学学报：教育科学版》
【年(卷),期】1998(000)001
【总页数】1页(P51-51)
【正文语种】中文
【中图分类】O31-4
【相关文献】
1.让疾病早期诊断成为可能——记宁波大学材料科学与化学工程学院研究员梁洪泽[J], 武光磊
2."宁波市新农村建设研究中心"在宁波大学成立 [J],
3.宁波大学海洋教育研究中心 [J],
4.宁波大学教育管理与政策研究中心简介 [J],
5.海洋教育是推进海洋强国的战略基础——访宁波大学海洋教育研究中心执行主任刘训华教授 [J], 郭瑞
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教育科学研究的重要园地——纪念《宁波大学学报》(教育科
学版)改版10周年
杨心德
【期刊名称】《宁波大学学报（教育科学版）》
【年(卷),期】2008(30)1
【摘要】1997年，原宁波大学、宁波师范学院和浙江水产学院宁波分院合并为新的宁波大学。

经国家出版署批准，创办于1979年的《宁波师范学院学报》于1998年正式转版为《宁波大学学报》（教育科学版）。

转版前的学报经过朱彰年先生和徐季子教授及原师范学院全体教师的共同努力，已经形成了特色，在当时已经是全国较有影响的高校综合性学报。

对这样一个大学学报进行转版，这在当时是屈指可数的，办刊的难度可想而知。

可是，经过近10年的努力，教科版已经成为影响因子和文章引用率都不断提高的教育研究理论刊物，这是令人感到十分欣慰的一件事，是可庆可贺的。

【总页数】1页(P1)
【作者】杨心德
【作者单位】《宁波大学学报》（教育科学版）原主编
【正文语种】中文
【中图分类】G237.5
【相关文献】
1.我校召开纪念《宁波大学学报》人文版、理工版创刊20周年暨教科版改刊10周年座谈会 [J],
2.担当新时代教育使命共话高品质期刊建设
——《宁波大学学报》(教育科学版)改革发展座谈会顺利举行 [J], 周密;胡小娟3.峥嵘岁月四十载满怀信心攀新高——纪念《宁波大学学报》(教育科学版)创刊40周年暨出刊200期 [J], 本刊编辑部
4.富有时代气息和导向性的教育理论刊物——庆贺《华东师范大学学报(教育科学版)》创刊10周年 [J], 程学超;王洪美
5.《宁波大学学报(教育科学版)》2022年选题要点 [J], 无
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