蔡喜++李月鳳

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，可拓工程分析法在機(jī)械設(shè)計方案中的應(yīng)用越來越廣泛。通過對可拓論中物元理論的理解，建立了物元模型，并運(yùn)用關(guān)聯(lián)函數(shù)研究機(jī)械設(shè)計方案的質(zhì)量，建立了一套科學(xué)、客觀的設(shè)計方案評價尺度，可基本反映機(jī)械設(shè)計方案的整體屬性。基于可拓工程分析給出了一種機(jī)械設(shè)計方案決策方法。通過研究構(gòu)建物元模型，運(yùn)用在關(guān)聯(lián)函數(shù)計算基礎(chǔ)上的優(yōu)度評價方法計算優(yōu)度。比較每個評價等級的優(yōu)度值確定待評方案的優(yōu)劣?；诳赏乩碚摰臎Q策模型不僅能夠反映單項(xiàng)評價指標(biāo)的重要程度，而且能夠全面反映設(shè)計方案的整體屬性。實(shí)例證明該決策方法科學(xué)、清晰、合理，具有較好的可行性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：可拓工程；機(jī)械設(shè)計；物元理論；CAD

可拓工程是可拓論和可拓方法在實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用方法和技術(shù)。隨著第三次科技革命時代的到來，機(jī)械設(shè)計方式也越來越科技化，尤其是近些年智能 CAD 和虛擬樣機(jī)技術(shù)正在飛速進(jìn)入人們的視野，機(jī)械設(shè)計人員對傳統(tǒng)的邏輯思維的推理和演繹方式不再重視，逐漸開始將視線轉(zhuǎn)向案例推理。應(yīng)用可拓理論建立物元模型，通過關(guān)聯(lián)函機(jī)械新產(chǎn)品設(shè)計從提出任務(wù)到投放市場的全部程序要經(jīng)過調(diào)查決策、研究設(shè)計、試制和投產(chǎn)銷售四個階段，在設(shè)計階段要充分發(fā)揮創(chuàng)造性、構(gòu)思方案多樣化，然后經(jīng)過反復(fù)分析比較后做出決策，選出最佳的設(shè)計方案。決策是非常關(guān)鍵的一步，影響設(shè)計工作和產(chǎn)品的成敗。應(yīng)用可拓理論建立物元模型，為機(jī)械設(shè)計方案提供科學(xué)決策的有效新途徑。

1可拓學(xué)基本理論

1.1可拓學(xué)的主要內(nèi)容

可拓學(xué)是一門由可拓論、可拓方法和可拓工程構(gòu)成，研究創(chuàng)意產(chǎn)生規(guī)律和生產(chǎn)創(chuàng)意方法的學(xué)科。1983 年，中國學(xué)者蔡文在《科學(xué)探索學(xué)報》上發(fā)表的一篇文章中首次提出可拓論，通過研究可拓集合和不相容問題處理矛盾問題。可拓論研究事物拓展的可能性和開拓創(chuàng)新的規(guī)律，是可拓學(xué)的基本理論。目前，可拓學(xué)的快速發(fā)展已經(jīng)研究出了人們解決矛盾問題、產(chǎn)生創(chuàng)意的基本規(guī)律?？赏胤ㄒ呀?jīng)成為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計人員生產(chǎn)創(chuàng)意產(chǎn)品、提出新想法和新方案、開拓新思路、解決新問題的最主要、最實(shí)用的方法，不僅有利于決策者、管理者和工程技術(shù)人員，還對解決家庭矛盾有一定的幫助。

1.2物元理論

在物元理論中，將一維物元即描述事物的基本元，定義為以 Om 為對象、以 Cm 為特征時，Om 的量值 Vm 構(gòu)成的有序三元組。多元以多個物為基礎(chǔ)，所有對象及其量值會構(gòu)成一個矩陣，根據(jù)物元理論建立的物元數(shù)學(xué)模型，可對物元進(jìn)行定量和定性分析。在精確分析下，多維物元幾乎可以描述所有事物，是機(jī)械設(shè)計方案選擇的理論基礎(chǔ)。

1.3關(guān)聯(lián)函數(shù)

可拓集合將可拓學(xué)與可拓理論通過數(shù)學(xué)的方式聯(lián)系起來，從而以定性和定量的方式對決策過程進(jìn)行詳細(xì)描述。假定以 U 為論域，其中，任意一個元素設(shè)為x，則以函數(shù)形式表示可拓集A：A={（x，y）x∈U，y=K（x）∈（-∞，+∞）}. （1）式（1）中：y=K（x），為與可拓集合相關(guān)的關(guān)聯(lián)函數(shù)。將論域 U 中的各個元素都映射到（-∞，+∞）后，可按照一定的程序產(chǎn)生創(chuàng)意，利用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)創(chuàng)意，這必將在人類歷史上引發(fā)一場“創(chuàng)意革命”。

2機(jī)械設(shè)計方案決策模型的建立

在經(jīng)典數(shù)學(xué)的運(yùn)用中，用來描述論域中的元素沒有具備某種性質(zhì)需要用到的為特征函數(shù)。然而，在模糊數(shù)學(xué)中，用來表達(dá)事物性質(zhì)程度的為隸屬函數(shù)。不同于經(jīng)典數(shù)學(xué)模型和模糊數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，在可拓數(shù)學(xué)中，用來表達(dá)此性質(zhì)的為使用關(guān)聯(lián)函數(shù)，即表達(dá)論域中元素具有的性質(zhì)程度。在可拓學(xué)中，簡單、快捷的決策方法之一為優(yōu)度評價，該評價系統(tǒng)正是建立在關(guān)聯(lián)函數(shù)的計算基礎(chǔ)上。在機(jī)械設(shè)計方案中，以可拓學(xué)理論為根基建立物元模型，并使用優(yōu)度評價法可快速評估各個指標(biāo)的關(guān)系。確定決策模型指標(biāo)體系在機(jī)械設(shè)計方案中，通常會包括多個設(shè)計性能指標(biāo)，這些指標(biāo)應(yīng)符合機(jī)器運(yùn)作本身需要的量和度。以此為前提條件，盡可能地使操作滿足方便、安全、經(jīng)濟(jì)、適用、形象和美觀等外在要求。最理想的情況為，將機(jī)器的質(zhì)量設(shè)計盡可能減輕，從而降低耗能、提高效率。在實(shí)際的模型指標(biāo)體系的建立過程中，要考慮制造難度、維修費(fèi)用和維修周期，創(chuàng)造科學(xué)、合理的設(shè)計方案評價指標(biāo)體系。

根據(jù)可拓學(xué)理論，關(guān)聯(lián)函數(shù)包括 2 種：最優(yōu)點(diǎn)在區(qū)間中點(diǎn)的關(guān)聯(lián)函數(shù)；不再區(qū)間中點(diǎn)的函數(shù)。前者可使用在機(jī)械制造工藝方案評價中，但在設(shè)計方案的評估中通常無法使用，這是因?yàn)樵趯?shí)際評價指標(biāo)中的最優(yōu)點(diǎn)不在區(qū)間的中點(diǎn)，比如，機(jī)械設(shè)計產(chǎn)品需要控制成本、提高機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)效率。因此，在機(jī)械設(shè)計方案評價模型建立后，應(yīng)使用后者進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計算。

3 可拓理論的意義

在科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會，創(chuàng)意的產(chǎn)生只需要靈機(jī)一動，便可以創(chuàng)造出新奇的物品。在現(xiàn)代社會中，創(chuàng)意是需要借助一定的規(guī)律和工具的，而計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展剛好為創(chuàng)意的產(chǎn)生提供了工具，這是難得的好機(jī)會。計算機(jī)具備運(yùn)行速度快和儲存量大的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，利用新方法和新科技來創(chuàng)造便于人們生活的物品。在第一次的工業(yè)革命中，蒸汽機(jī)解放了人類的雙手；第二次工業(yè)革命解放了人類的雙腿；第三次科技革命中，電話、互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)拓展了人類的大腦和視野。此后，創(chuàng)意的產(chǎn)生是人類智力的拓展，可拓論研究事物拓展的可能性和開拓創(chuàng)新的規(guī)律是可拓學(xué)的基本理論?？赏乩碚摰漠a(chǎn)生是為了解決人類在生產(chǎn)過程中的矛盾，不斷開拓創(chuàng)新。研究用形式化的模型分析事物拓展的可能性和開拓創(chuàng)新的規(guī)律，從而形成解決矛盾問題的方法，這對提高人類智能有重要的意義。根據(jù)這些研究成果，探討用計算機(jī)解決矛盾的理論和方法對提高機(jī)器智能水平有重要的價值。有了這套理論和方法，便可以利用一定的程序借助互聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)產(chǎn)生無盡的創(chuàng)意。

4 結(jié)束語

使用可拓工程分析法來決策機(jī)械設(shè)計方案的可行性，將定量分析法與定性分析完美結(jié)合，這樣不僅能如實(shí)反映各項(xiàng)指標(biāo)的重要程度，更能體現(xiàn)決策方案的整體性特點(diǎn)。在評價指標(biāo)層

級涵蓋的內(nèi)容寬泛時，使用可拓理論有助于決策者進(jìn)行層次性的評價和分析，進(jìn)而做出正確、合理的決策，從而推動企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。該方法操作簡單、價值含量高，有助于計算機(jī)程

序化理論為實(shí)際，從而為決策者提供更加切合實(shí)際的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊春燕，蔡文.可拓工程[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[2]劉開第，趙奇，周少玲，等.機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計模糊綜合評價中隸屬度轉(zhuǎn)換的新方法[J].機(jī)械工程學(xué)報，2009，45（12）.

[3]徐蕾，姚金輝，趙嵩正，等.非標(biāo)設(shè)備制造企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代制造工程，2011（10）：18—20.