一种基于场景定制化的功能实体设计方法与流程

本发明涉及功能实体设计方法领域，特别涉及一种基于场景定制化的功能实体设计方法。

背景技术：

1、当前，机械装备的设计范式多遵循“技术驱动”或“平台通用”的理念。设计流程始于已有的技术平台或核心部件，通过叠加功能来定义装备，最终尝试将其推广至多种应用场景。此种模式存在三大核心弊端：其一，装备功能与形态在设计阶段即被固化，难以精准契合特定场景的独特约束与需求，导致性能不足或资源浪费；其二，装备缺乏在运行过程中根据环境反馈进行自我调整与优化的能力；其三，多装备系统的协同策略多为预先静态编排，无法应对复杂场景的动态变化。

2、尽管模块化设计理念和群体智能算法已有长足发展，但现有技术多聚焦于装备本体的模块替换或多机通信协议，尚未形成一个以场景需求为原点，逆向驱动装备形态与功能一体化生成，并贯穿其全生命周期迭代优化的完整方法论。因此，本领域迫切需要一种创新的精益设计方法，以解决智能装备与应用场景深度适配的根本问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有工业装备设计方法的不足，提供一种基于场景定制化的功能实体设计方法。该方法将设计逻辑从“技术推送”彻底转变为“场景牵引”，并引入了数据闭环反馈机制，实现了功能实体设计方案的持续演进与自我优化。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于场景-形态-功能耦合的功能实体动态协同设计方法，包括以下步骤：

4、s1、场景建模与需求量化：对目标应用场景进行数字化建模，提取场景的特征参数，并将该应用场景的作业需求，量化为一个或多个装备性能指标；

5、s2、形态-功能协同设计方案生成：基于所述场景特征参数和装备性能指标，通过预建立的映射规则，从预构建的模块化构型库中调用并组合匹配的功能模块，生成至少一个装备的形态与功能协同设计方案；其中，所述模块化构型库存储有多个封装了不同使能技术且具有标准化接口的功能模块的构型信息；

6、s3、群体协同策略制定：当作业需要由多个装备构成的装备群体执行时，基于所述场景特征参数和作业目标，为所述装备群体制定任务分配方案与协同作业策略；

7、s4、作业执行与数据反馈：基于所述形态与功能协同设计方案及所述协同作业策略，控制装备或装备群体进入应用场景执行作业，并实时采集作业过程中的场景反馈数据与装备运行数据；

8、s5、动态迭代优化：将采集到的所述场景反馈数据及装备运行数据与预期的所述装备性能指标进行比对，并根据比对结果，对所述形态与功能协同设计方案和/或所述协同作业策略进行迭代优化。

9、其中，所述步骤s2中生成可配置实体的形态与功能协同设计方案的具体步骤包括：

10、s21、功能投射：将量化的所述功能实体性能指标，分解为对感知、决策、执行功能模块的具体技术要求；

11、s22、形态生成：基于所述具体技术要求及所述场景特征参数中的物理约束，从所述模块化构型库中选择匹配的功能模块，并进行三维空间布局与结构优化，生成功能实体的物理形态；

12、s23、耦合验证：在虚拟环境中对生成的所述形态与功能协同设计方案进行仿真验证，确保其在该应用场景下满足所有所述功能实体性能指标。

13、与现有技术相比，本发明提供了一种基于场景定制化的功能实体设计方法，具备以下有益效果：

14、1.精准设计：通过从场景需求到功能实体设计的正向、量化映射，确保了最终生成的设计方案与特定应用场景的高度契合，从设计源头提升了功能实体的适用性和作业效能；

15、2.动态自适应：通过“设计-部署-反馈-优化”的数据闭环，使功能实体的设计方案不再是静态的蓝图，而是能够根据实际运行数据不断演进和调优的“活”的方案，具备了应对场景变化的能力；

16、3.高效的群体协同：将群体智能的决策过程与单个实体的形态-功能设计相结合，使得实体集群能够从设计阶段就考虑协同性，从而在运行时表现出更高效、更可靠的整体性能。

1.一种基于场景定制化的功能实体设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于场景定制化的功能实体设计方法，其特征在于，所述步骤s2中生成可配置实体的形态与功能协同设计方案的具体步骤包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于场景定制化的功能实体设计方法，其特征在于，所述步骤s3中，为实体集群制定协同作业策略的优化目标包括：任务完成效率最大化、系统总能耗最小化、或实体集群鲁棒性最大化中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于场景定制化的功能实体设计方法，其特征在于，所述步骤s5中的迭代优化包括但不限于：对功能实体的功能模块进行软件参数的在线更新或为实体集群重新分配任务。

5.根据权利要求1所述的一种基于场景定制化的功能实体设计方法，其特征在于，所述模块化构型库中的功能模块所封装的使能技术包括环境感知技术、运动控制技术、人工智能算法、能源管理技术中的至少两种。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种基于场景定制化的功能实体设计方法，其特征在于，所述应用场景包括但不限于：太空在轨微重力环境激光增材制造场景、风电机组高空现场增材制造场景、海洋工程大型备件增材制造场景、高速铁路关键制动件增材修复再制造场景。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的一种基于场景定制化的功能实体设计方法，其特征在于，所述功能实体包括但不限于：移动机器人、增材制造设备或检测设备。