CN107092755A - 一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于产品设计的技术领域，公开了一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，该方法包括对参数依赖模型进行参数更新和结构形式更新的步骤。参数更新包括步骤Ⅰ，建立所述参数依赖模型的参数依赖关系的拓扑层次表；步骤Ⅱ，利用参数依赖关系的拓扑层次表，对变化的参数进行参数更新。结构形式更新包括添加参数、删除参数和/或参数依赖关系变化的结构形式更新。本发明的更新方法可自动处理参数依赖模型的参数更新与结构形式更新，无需设计人员对参数依赖模型进行手动更新，这样能有效消除人工修改模型可能导致的错误，减轻了设计人员的负担，提高了设计效率。

Description

一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法
技术领域
本发明属于产品设计技术领域，具体涉及一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法。
背景技术
产品设计过程中，参数依赖模型是体现多域设计约束，维护产品多域参数一致性的重要依据，也是支持多域协同设计的重要基础。参数依赖模型的结构是随着设计变化而变化的。已有的参数依赖模型的缺乏相应的自动更新方法，参数依赖模型的更新还需要设计人员来人工完成，这将大大增加设计人员的负担，降低设计效率。更为重要的是，不能保证设计变化传播的自动性和实时性。
为此，有必要引入参数依赖模型的自动更新方法，以适应产品迭代设计模式中日益频繁的设计变化所引起的参数依赖变化。为设计人员提高设计效率提供辅助方法。
发明内容
本发明提供了一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，解决了现有参数依赖模型的自动性和实时性差，设计人员工作效率差等问题。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，包括：对参数依赖模型进行参数更新和结构形式更新的步骤。
进一步，所述参数依赖模型包括至少一个参数、至少一个参数依赖关系及多个参数依赖关系之间的关联，所述参数依赖关系表示一个或者多个所述参数作为自变量和一个因变量之间的关系。
进一步，所述参数更新包括步骤Ⅰ，建立所述参数依赖模型的参数依赖关系的拓扑层次表；步骤Ⅱ，利用参数依赖关系的拓扑层次表，对变化的参数进行参数更新。
进一步，所述步骤Ⅰ包括定义参数和参数依赖关系的分类规则，对所述参数依赖模型的参数和参数依赖关系进行分类的步骤；和定义参数依赖关系的拓扑层次计算规则，建立参数依赖关系的拓扑层次表的步骤。
进一步，所述分类规则为将不依赖于其他参数计算得到的参数定义为独立参数，否则定义为依赖参数；若前一个参数依赖关系的因变量是后一个参数依赖关系的自变量，则前一个参数依赖关系是后一个参数依赖关系的前继参数依赖关系。
进一步，所述拓扑层次的计算规则为对于自变量全部为独立参数的参数依赖关系，定义其拓扑层次为一；对于自变量部分或全部为依赖参数的参数依赖关系，定义其拓扑层次为所有的前继参数依赖关系的拓扑层次的最大值加一。
进一步，所述步骤Ⅱ中的对变化的参数进行参数更新包括以下步骤：
步骤ⅰ、从变化的参数集合SparsIn中任取一参数A，在所述参数依赖模型的参数依赖关系集合中，获取包括以所述参数A为自变量的参数依赖关系集合Sdep；
步骤ⅱ、利用如下式子，计算待执行的参数依赖关系集合Sdep4Exec
Sdep4Exec＝Sdep∩St_iterNum
其中，St_iterNum表示拓扑层次表中第iterNum行中的参数依赖关系集合，1≤iterNum≤N，N为拓扑层次表的最大行数；
步骤ⅲ、按照集合Sdep4Exec中的参数依赖关系，逐一计算对应的因变量，若因变量的值和原来的值不同，更新因变量，并将因变量加入变化的参数集合SparsIn；
步骤ⅳ、若iterNum＜N，iterNum＝iterNum+1，重复步骤ⅱ至步骤ⅲ，若iterNum＝N，执行步骤ⅴ；
步骤ⅴ、将所述参数A从变化的参数集合SparsIn删除，若变化的参数集合SparsIn为不空集，重复步骤ⅰ至步骤ⅳ，若变化的参数集合SparsIn为空集，结束参数更新。
进一步，所述结构形式更新包括添加参数、删除参数和/或参数依赖关系变化的结构形式更新。
进一步，所述参数依赖关系变化的结构形式更新包括以下步骤：
步骤一、遍历待添加的参数集合newSrcList和待变化的参数依赖关系集合chaDeLlist,按照筛选规则，找出与所述集合chaDeLlist中的参数依赖关系dep对应的，所述参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中待变化的参数依赖关系dep′；
步骤二、按照所述参数依赖模型中的参数依赖关系表示方法，建立所述参数依赖关系dep的表示模型Dep，将所述参数依赖关系dep′对应的表示模型从所述参数依赖模型中删除，再将所述表示模型Dep和所述参数依赖模型的相关参数连接，同时将所述参数依赖关系dep的自变量从所述集合newSrcList中删除，并将所述参数依赖关系dep加入所述集合DPlist中；
步骤三、重复步骤一至二，直至没有符合筛选规则的待变化的参数依赖关系dep′；
步骤四、重复步骤一至三，结合待删除的参数集合delSrcList和待变化的参数依赖关系集合chaDeLlist,进行结构形式更新。
进一步，所述步骤一中的筛选规则为若集合chaDeLlist中的参数依赖关系dep的自变量存在于集合newSrcList中，且其因变量存在于所述参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中，则所述因变量在所述集合DPlist中所处的参数依赖关系dep′为待变化的参数依赖关系。
进一步，所述添加参数的结构形式更新包括以下步骤：
步骤①、从待添加的参数集合newSrcList中任取一参数pari，从现有知识的参数依赖关系集合DKlist中获取以所述参数pari为自变量的参数依赖关系dp，若其因变量park不存在于所述参数依赖模型中，创建因变量park并将所述因变量park加入所述集合newSrcList中；
步骤②、按照所述参数依赖模型中的参数依赖关系表示方法，建设所述参数依赖关系dp的表示模型dp′，将所述表示模型dp′加入所述参数依赖模型中；
步骤③、重复步骤①和②，直至所述集合newSrcList为空集。
进一步，所述删除参数的结构形式更新包括
从所述参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中找出所有的自变量均包含在待删除的参数集合delSrcList中的参数依赖关系del，将所述参数依赖关系del的表示模型从所述参数依赖模型中删除，同时将所述参数依赖关系del的因变量加入所述集合delSrcList中，直至所述集合delSrcList为空集的步骤。
本发明有益的技术效果如下：
本发明的更新方法可自动处理参数依赖模型的参数更新与结构形式更新，无需设计人员对参数依赖模型进行手动更新，这样能有效消除人工修改模型可能导致的错误，减轻了设计人员的负担，提高了设计效率。
附图说明
图1为本发明的参数更新流程图；
图2为本发明的参数依赖关系变化的结构形式更新流程图；
图3为本发明的添加参数的结构形式更新流程图；
图4为本发明的实施例的二连杆平面机器人结构示意图；
图5为本发明的实施例的参数依赖网络示意图；
图6为本发明的实施例的系统结构模型示意图；
图7为本发明的实施例的参数依赖模型示意图；
图8为本发明的实施例的参数依赖模型的内部结构示意图；
图9为本发明的实施例的Depr_Inertia依赖关系结构示意图；
图10为本发明的实施例的参数依赖模式的定义示意图；
图11为本发明的实施例的发生设计变更后的系统结构模型示意图；
图12为本发明的实施例的更新后的参数依赖模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提供了一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，包括对参数依赖模型进行参数更新和结构形式更新。
该参数依赖模型包括至少一个参数、至少一个参数依赖关系及多个参数依赖关系之间的关联，参数依赖关系表示一个或者多个所述参数作为自变量和一个因变量之间的关系。
如图1所示，对于参数更新的方法包括以下步骤：
步骤Ⅰ，建立参数依赖模型的参数依赖关系的拓扑层次表；
首先，定义参数和参数依赖关系的分类规则，对参数依赖模型的参数和参数依赖关系进行分类。
该分类规则为将不依赖于其他参数计算得到的参数定义为独立参数，否则定义为依赖参数；若前一个参数依赖关系的因变量是后一个参数依赖关系的自变量，则前一个参数依赖关系是后一个参数依赖关系的前继参数依赖关系。
其次，定义参数依赖关系的拓扑层次计算规则，建立参数依赖关系的拓扑层次表。
该拓扑层次的计算规则为对于自变量全部为独立参数的参数依赖关系，定义其拓扑层次为一；对于自变量部分或全部为依赖参数的参数依赖关系，定义其拓扑层次为所有的前继参数依赖关系的拓扑层次的最大值加一。
步骤Ⅱ，利用参数依赖关系的拓扑层次表，对变化的参数进行参数更新，具体包括以下步骤：
步骤ⅰ、从变化的参数集合SparsIn中任取一参数A，在参数依赖模型的参数依赖关系集合中，获取包括以参数A为自变量的参数依赖关系集合Sdep；
步骤ⅱ、利用如下式子，计算待执行的参数依赖关系集合Sdep4Exec
Sdep4Exec＝Sdep∩St_iterNum
其中，St_iterNum表示拓扑层次表中第iterNum行中的参数依赖关系集合，1≤iterNum≤N，N为拓扑层次表的最大行数；
步骤ⅲ、按照集合Sdep4Exec中的参数依赖关系，逐一计算对应的因变量，若因变量的值和原来的值不同，更新因变量，并将因变量加入变化的参数集合SparsIn；
步骤ⅳ、若iterNum＜N，iterNum＝iterNum+1，重复步骤ⅱ至步骤ⅲ，若iterNum＝N，执行步骤ⅴ；
步骤ⅴ、将参数A从变化的参数集合SparsIn删除，若变化的参数集合SparsIn为不空集，重复步骤ⅰ至步骤ⅳ，若变化的参数集合SparsIn为空集，结束参数更新。
针对结构形式更新包括添加参数、删除参数和/或参数依赖关系变化的结构形式更新。
1、如图2所示，参数依赖关系变化的结构形式更新包括以下步骤：
步骤一、遍历待添加的参数集合newSrcList和待变化的参数依赖关系集合chaDeLlist,按照筛选规则，找出与所述集合chaDeLlist中的参数依赖关系dep对应的，参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中待变化的参数依赖关系dep′；
其中，筛选规则为若集合chaDeLlist中的参数依赖关系dep的自变量存在于集合newSrcList中，且其因变量存在于所述参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中，则所述因变量在所述集合DPlist中所处的参数依赖关系dep′为待变化的参数依赖关系。
步骤二、按照参数依赖模型中的参数依赖关系表示方法，建立参数依赖关系dep的表示模型Dep，将参数依赖关系dep′对应的表示模型从参数依赖模型中删除，再将表示模型Dep和所述参数依赖模型的相关参数连接，同时将参数依赖关系dep的自变量从所述集合newSrcList中删除，并将参数依赖关系dep加入所述集合DPlist中；
步骤三、重复步骤一至二，直至没有符合筛选规则的待变化的参数依赖关系dep′；
步骤四、重复步骤一至三，结合待删除的参数集合delSrcList和待变化的参数依赖关系集合chaDeLlist,进行结构形式更新。
2、如图3所示，添加参数的结构形式更新包括以下步骤：
步骤①、从待添加的参数集合newSrcList中任取一参数pari，从现有知识的参数依赖关系集合DKlist中获取以参数pari为自变量的参数依赖关系dp，若其因变量park不存在于参数依赖模型中，创建因变量park并将因变量park加入所述集合newSrcList中；
步骤②、按照参数依赖模型中的参数依赖关系表示方法，建设参数依赖关系dp的表示模型dp′，将表示模型dp′加入所述参数依赖模型中；
步骤③、重复步骤①和②，直至集合newSrcList为空集。
3、删除参数的结构形式更新包括以下步骤：
从参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中找出所有的自变量均包含在待删除的参数集合delSrcList中的参数依赖关系del，将参数依赖关系del的表示模型从所述参数依赖模型中删除，同时将所述参数依赖关系del的因变量加入所述集合delSrcList中，直至所述集合delSrcList为空集。
本发明以使用二连杆平面机器人来说明依赖模型的建模过程为例具体说明更新方法。该系统建模由MagicDraw 16.5平台完成，该机构结构如图4所示。系统目标是将机械臂移动至给定目标位置θA，θB，且满足位置误差精度(Controlled Position Accuracy，CPA)。系统设计变量包括：杆的长度LA，LB；宽度WA，WB；厚度TA，TB；材料密度ρ；致动马达转矩TorA，TorB；传感器精度SA，SB；机械手臂的期望位置θA和θB决定；系统包括两个PD控制器(控制增益CG)，控制机械臂的误差精度CPA。
建立上述系统设计参数构成的系统依赖网络，如图5所示。在该依赖网络中，几何设计参数均为独立参数，直接依赖为InertiaCal和ResCstr，其余依赖关系为间接依赖。在依赖网络中，部分依赖关系存在可确定的计算公式，如InertiaCal，具有唯一的输出值。然而，由于部分依赖关系的可行解不唯一，其参数需设计人员给定，如图5中带交叉标记箭头所指的SA，SB，CG等参数。
使用MagicDraw工具构建基于SysML的系统模型，如图7所示，在图6中的系统结构定义了相关设计参数。系统依赖关系包含转动惯量的计算Depr_Inertia，控制增益计算Depr_CtrlGain，致动马达的输出转矩Depr_Torque以及传感器分辨率Depr_SenRes计算。该模型的内部连接如图8所示，表示了如图5所示的系统参数依赖网络。
在上述依赖关系中，基于有限状态机表示的Depr_Inertia根据杆的尺寸分别调用不同类型惯量计算方法，如图9所示，其切换条件即为不同依赖计算的适用条件。
当系统机械结构发生变化，依赖模型应根据依赖模式自动更新，基于SysML的系统依赖模式，如图10所示，其中，DepPtn_Inertia表示当系统物理结构RobotAssembly中增加“Arm”类型的属性时，与之相对应，RobotDynamics模型应生成“ArmDynamics”属性。其转换方法由约束定义中的转换关系完成。
这里假定设计人员新加入一连杆，系统变为三连杆机器人结构。系统机械和控制子系统结构变为如图11所示。与如图6所示的系统初始结构相比，机械子系统RobotAssembly新加入的模型有：(1)属性arm_C，模型类型为Arm；(2)属性joint_C，模型类型为RotJoint；(3)属性motor_C，模型类型为Motor。控制子系统RobotControl中新加入的模型包括属性contr_C和sensor_C，模型类型分别为PD和RotSensor。除此之外系统模型无其他变化。
依赖模型构建完毕后，可执行该模型以维护模型的一致性。若系统仅发生参数变化，则仅需根据设计参数更新算法逐层计算系统依赖参数。若系统结构发生改变，则根据依赖模式定义，先调用结构更新算法改变依赖模型拓扑结构，然后计算模型中依赖关系，更新系统依赖参数。由变更辨别结果可知，arm_C为新加入模型。根据图10中的依赖模式DepPtn_Inertia定义，应在RobotDynamics中生成ArmDynamics类型属性，并在依赖模型中加入新的Depr_Inertia依赖关系depr_inter_c。而ArmDynamics属性进一步应用DepPtn_Tor，DepPtn_Cg和DepPtn_Sen等依赖模式，分别创建对应的目标属性和依赖关系，并加入依赖模型。结构更新后的依赖模型如图12所示。针对新加入的arm_C，图12中实线框即为变更的依赖模型，包含了如图10中依赖模式定义的所有依赖关系。
本发明的更新方法可自动处理参数依赖模型的参数更新与结构形式更新，无需设计人员对参数依赖模型进行手动更新，这样能有效消除人工修改模型可能导致的错误，减轻了设计人员的负担，提高了设计效率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于包括：对参数依赖模型进行参数更新和结构形式更新的步骤。
2.根据权利要求1所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于：所述参数依赖模型包括至少一个参数、至少一个参数依赖关系及多个参数依赖关系之间的关联，所述参数依赖关系表示一个或者多个所述参数作为自变量和一个因变量之间的关系。
3.根据权利要求1所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于：所述参数更新包括步骤Ⅰ，建立所述参数依赖模型的参数依赖关系的拓扑层次表；步骤Ⅱ，利用参数依赖关系的拓扑层次表，对变化的参数进行参数更新。
4.根据权利要求3所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ包括定义参数和参数依赖关系的分类规则，对所述参数依赖模型的参数和参数依赖关系进行分类的步骤；和定义参数依赖关系的拓扑层次计算规则，建立参数依赖关系的拓扑层次表的步骤。
5.根据权利要求4所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于：所述分类规则为将不依赖于其他参数计算得到的参数定义为独立参数，否则定义为依赖参数；若前一个参数依赖关系的因变量是后一个参数依赖关系的自变量，则前一个参数依赖关系是后一个参数依赖关系的前继参数依赖关系。
6.根据权利要求5所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于：所述拓扑层次的计算规则为对于自变量全部为独立参数的参数依赖关系，定义其拓扑层次为一；对于自变量部分或全部为依赖参数的参数依赖关系，定义其拓扑层次为所有的前继参数依赖关系的拓扑层次的最大值加一。
7.根据权利要求3所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于所述步骤Ⅱ中的对变化的参数进行参数更新包括以下步骤：
步骤ⅰ、从变化的参数集合SparsIn中任取一参数A，在所述参数依赖模型的参数依赖关系集合中，获取包括以所述参数A为自变量的参数依赖关系集合Sdep；
步骤ⅱ、利用如下式子，计算待执行的参数依赖关系集合Sdep4Exec
Sdep4Exec＝Sdep∩St_iterNum
其中，St_iterNum表示拓扑层次表中第iterNum行中的参数依赖关系集合，1≤iterNum≤N，N为拓扑层次表的最大行数；
步骤ⅲ、按照集合Sdep4Exec中的参数依赖关系，逐一计算对应的因变量，若因变量的值和原来的值不同，更新因变量，并将因变量加入变化的参数集合SparsIn；
步骤ⅳ、若iterNum＜N，iterNum＝iterNum+1，重复步骤ⅱ至步骤ⅲ，若iterNum＝N，执行步骤ⅴ；
步骤ⅴ、将所述参数A从变化的参数集合SparsIn删除，若变化的参数集合SparsIn为不空集，重复步骤ⅰ至步骤ⅳ，若变化的参数集合SparsIn为空集，结束参数更新。
8.根据权利要求1所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于：所述结构形式更新包括添加参数、删除参数和/或参数依赖关系变化的结构形式更新。
9.根据权利要求8所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于所述参数依赖关系变化的结构形式更新包括以下步骤：
步骤一、遍历待添加的参数集合newSrcList和待变化的参数依赖关系集合chaDeLlist,按照筛选规则，找出与所述集合chaDeLlist中的参数依赖关系dep对应的，所述参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中待变化的参数依赖关系dep′；
步骤二、按照所述参数依赖模型中的参数依赖关系表示方法，建立所述参数依赖关系dep的表示模型Dep，将所述参数依赖关系dep′对应的表示模型从所述参数依赖模型中删除，再将所述表示模型Dep和所述参数依赖模型的相关参数连接，同时将所述参数依赖关系dep的自变量从所述集合newSrcList中删除，并将所述参数依赖关系dep加入所述集合DPlist中；
步骤三、重复步骤一至二，直至没有符合筛选规则的待变化的参数依赖关系dep′；
步骤四、重复步骤一至三，结合待删除的参数集合delSrcList和待变化的参数依赖关系集合chaDeLlist,进行结构形式更新。
10.根据权利要求9所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于所述步骤一中的筛选规则为若集合chaDeLlist中的参数依赖关系dep的自变量存在于集合newSrcList中，且其因变量存在于所述参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中，则所述因变量在所述集合DPlist中所处的参数依赖关系dep′为待变化的参数依赖关系。
11.根据权利要求8所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于所述添加参数的结构形式更新包括以下步骤：
步骤①、从待添加的参数集合newSrcList中任取一参数pari，从现有知识的参数依赖关系集合DKlist中获取以所述参数pari为自变量的参数依赖关系dp，若其因变量park不存在于所述参数依赖模型中，创建因变量park并将所述因变量park加入所述集合newSrcList中；
步骤②、按照所述参数依赖模型中的参数依赖关系表示方法，建设所述参数依赖关系dp的表示模型dp′，将所述表示模型dp′加入所述参数依赖模型中；
步骤③、重复步骤①和②，直至基于所述集合newSrcList中的参数pari找不出参数依赖关系dp。
12.根据权利要求8所述的用于产品设计的参数依赖模型的更新方法，其特征在于所述删除参数的结构形式更新包括
从所述参数依赖模型的参数依赖关系集合DPlist中找出所有的自变量均包含在待删除的参数集合delSrcList中的参数依赖关系del，将所述参数依赖关系del的表示模型从所述参数依赖模型中删除，同时将所述参数依赖关系del的因变量加入所述集合delSrcList中，直至基于所述集合delSrcList的参数找不出参数依赖关系del的步骤。
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