复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法及装置

1.本发明涉及复杂传动系统的设计与评估技术领域，尤其是涉及一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法及装置。


背景技术：

2.目前，复杂传动系统向着多功能、多层次、多学科集成的方向发展，其结构越来越复杂，功能更加强大，对于性能、精度、稳定性、可靠性等指标的要求越来越高。在此背景下，对于复杂传动系统设计和评估的难度不断增大，要求日渐提高。传统的传动系统设计模式下，其设计的指标体系较为单一，系统结构布局简单，涉及技术学科较少，子系统和部组件的研制相对独立、缺乏联系，无法充分分析各个子系统之间、各项指标之间的相互影响而产生的复杂协同效应，极可能失去系统的整体最优解，不仅周期长、效率低，而且难以形成全面的规范性的设计体系，无法支撑装备的系列化发展。设计、优化、验证、评估等工作的关联性不强，设计-优化-评估的工作往往以各自并行、独立发展、互不相交的技术路线存在，未能形成有效的信息循环、流程迭代的闭环设计体系。
3.这一并行式模式不仅容易导致设计信息传递的失误，造成偏差，同时也导致研制周期的延长。在样机零件加工生产完成后，进行装配和性能试验，在这一过程中无论哪一环节出现错误或者不满足设计条件，都要返回到设计人员处进行修改。在最终样机确定前，“设计一优化一评估”这一过程往往需要多次反复，这无疑会使开发成本增加，研制周期延长。
4.针对以上研制模式的不足，逐渐形成了循环式的研制模式，此种研制模式下，设计-优化-评估形成了完整的闭环循环过程，互相之间实现了信息流动，使得彼此之间可以相互协调支持。从而提高了研制效率和精度，研制过程的可控性、可操作性和可协调性大大提高。但是，循环式的研制模式也存在一定不足，就是对复杂系统情况下的分析能力不足，由于复杂系统存在功能结构复杂的特点，其功能结构繁多，系统中分系统、部组件数量庞大，使得研制中难以把握设计重点，从而出现以下问题：
5.一是结构组成复杂，不易分解设计任务，难以确定设计重点和难点，大量的零部件参数使得指标体系异常复杂，对于总体技术指标难以通过设计流程进行把握，难于分析部件设计对于总体设计的影响。
6.二是复杂系统下，在设计基础上开展的优化工作更加复杂困难，优化工作涉及影响因素更多、指标更加庞大，并且需要考虑结构、动力学、强度、润滑等多学科优化问题。如何在多种约束要求之下开展优化，成为一个技术难题。
7.三是在复杂结构功能要求下，开展评估工作难度更大。如何系统准确的对设计-优化结果进行全面综合评估，如何利用评估结果更好的支持设计和优化，是设计人员需要考虑的问题。
8.由于复杂传动系统研制具有以上难点，决定了其研制过程必然是一个系统复杂的过程，必须进行全面系统的论证，提出系统科学的指标体系，形成切实可行的总体技术方
案，分析系统中的多种复杂因素对于总体指标和研制进程的影响。因此，传统的研制模式已不能适应现代复杂传动系统的研制要求，需要引入新的研制理念与设计方法。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法，旨在解决现有技术中的上述问题。
10.本发明提供一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法，包括：
11.根据复杂传动系统的结构功能特点和研制的需求，将复杂传动系统的研制分为评估模块、优化模块以及设计模块，在评估模块及设计模块中对复杂传动系统在空间上进行部件、单元以及系统三个层次的划分；
12.在评估模块与优化模块之间建立评估-优化关联关系；
13.在优化模块与设计模块之间建立设计-优化关联关系；
14.基于评估-优化关联关系以及设计-优化关联关系建立设计-优化-评估三层网络式设计评估技术模型；
15.基于三层网络式设计评估技术模型对复杂传动系统进行设计与评估。
16.本发明提供一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估装置，包括：
17.模块划分单元，根据复杂传动系统的结构功能特点和设计评估的需求，将复杂传动系统的研制分为评估模块、优化模块以及设计模块；
18.评估-优化关联关系单元，在评估模块与优化模块之间建立评估-优化关联关系；
19.设计-优化关联关系单元，在优化模块与设计模块之间建立设计-优化关联关系；
20.模型建立单元，基于评估-优化关联关系以及设计-优化关联关系建立设计-优化-评估三层网络式设计评估技术模型；
21.系统设计评估单元，基于三层网络式设计评估技术模型对复杂传动系统进行设计与评估。
22.本发明提供一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法的步骤。
23.本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法的步骤。
24.采用本发明实施例，根据复杂传动系统结构功能特点和研制的需求，采用设计-优化-评估的三层工作流程层次与系统-单元-部件的三层功能结构层次相互交联的方式，形成一体化的三层网络式设计评估技术架构，实现了结构功能层次与设计工作层次的有效集成，同时各层次之间有机结合、实时联系，具有整体性、层次性和交联性。
25.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例的一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法的流程图；
28.图2为本发明实施例的评估-优化关联关系示意图；
29.图3为本发明实施例的设计-优化关联关系示意图；
30.图4为本发明实施例的三层网络式设计与评估技术模型示意图；
31.图5为本发明实施例的设计-优化-评估层次与系统-单元-部件层次的交联关系图；
32.图6为本发明实施例的直升机传动系统功能和单元组成图；
33.图7为本发明实施例的直升机传动系统三层网络式的设计与评估技术模型；
34.图8为本发明实施例的一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估装置的示意图；
35.图9为本发明实施例的装置实施例二的示意图。
具体实施方式
36.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.方法实施例
38.根据本发明实施例，提供了一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法，图1为本发明实施例的一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法的流程图，根据图1所示，本发明实施例的一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估方法具体包括：
39.步骤s101，根据复杂传动系统的结构功能特点和研制的需求，将所述复杂传动系统的设计与评估分为评估模块、优化模块以及设计模块，在评估模块及设计模块中对复杂传动系统在空间上进行部件、单元以及系统三个层次的划分；其中，在评估模块及设计模块中对复杂传动系统在空间上进行部件、单元以及系统三个层次的划分具体包括：
40.系统划分子模块，体现复杂传动系统的输入输出关系，从而反映系统向外施加作用的情况和外部对系统作用的情况，对复杂传动系统进行系统级建模和设计；
41.单元划分子模块，按照复杂传动系统的功能和结构划分功能单元，对复杂传动系统进行单元级建模和设计；
42.部件划分子模块，按照复杂传动系统的功能和结构划分部件，对复杂传动系统进行部件级建模和设计。
43.步骤s102，在所述评估模块与所述优化模块之间建立评估-优化关联关系，步骤s102具体包括：
44.评估模块通过复杂传动系统的评估模型以及测试方法获取所述复杂传动系统的第一评估参数，优化模块对复杂传动系统的第一评估参数进行优化，从而建立评估-优化关联关系；
45.图2为本发明实施例的评估-优化关联关系示意图，根据图2所示，评估过程中，需要建立复杂传动系统的评估模型和软件，同时建立复杂传动系统的测试方法和手段以便进行实例验证。通过实例验证，形成复杂传动系统的验证数据库，从而支持形成复杂传动系统的评价指标体系并完善评估方法，对于评估指标体系和评估方法，优化过程对其进行交联，对指标体系和方法进行优化，从而影响评估过程，对评估方法进行优化调整。
46.步骤s103，在所述优化模块与所述设计模块之间建立设计-优化关联关系，步骤s103具体包括：
47.设计模块基于三个层次的划分形成复杂传动系统的第二设计参数；优化模块对复杂传动系统的第二设计参数进行优化从而建立设计-优化关联关系。
48.图3为本发明实施例的设计-优化关联关系示意图，根据图3所示，设计过程中，需要进行系统-单元-部件三个层次的设计和建模，形成初步设计方案和工程边界条件。优化过程对其进行交联，对设计方法和方案进行优化，从而影响设计过程，对设计方法进行优化调整，
49.步骤s104，基于所述评估-优化关联关系以及设计-优化关联关系建立设计-优化-评估三层网络式设计评估技术模型；
50.图4为本发明实施例的三层网络式设计与评估技术模型示意图，根据图4所示，设计和优化之间通过设计方法和优化调整模块进行交联，在其中，设计和优化进行信息交互和方法优化调整；评估和优化之间通过评估方法和实例验证模块进行交联，在其中，评估和优化进行信息交互、实例验证和方法优化调整。
51.步骤s105，基于所述三层网络式设计评估技术模型对所述复杂传动系统进行设计与评估。
52.图5为本发明实施例的设计-优化-评估层次与系统-单元-部件层次的交联关系图，根据图5所示，设计-优化-评估在横向层次展开，系统-单元-部件在纵向层次展开，同时进行交联。按照从下到上的部件-单元-系统的三个不同层次，分别进行设计和分析研究，三个层次相互联系，底层部分支持上层的研究，最终实现系统的集成。在系统层次上，体现系统的输入输出关系，从而反映系统向外施加作用的情况和外部对系统作用的情况。在单元层次上，按照功能和结构划分若干功能单元；在部件层次上，按照功能和结构划分若干部件。利用优化技术的研究分析方法串联各个层次实现最终的集成。
53.以直升机传动系统为例，详细说明本发明实施例，传动系统是直升机三大关键动部件之一直升机三大关键动部件为发动机、传动系统和旋翼，是涡轴发动机动力输出必不可少的动力传输部件。传动系统的基本功能是将发动机的输出转速按传动比的需要降低，同时将发动机的输出功率传递给尾桨和旋翼，以满足直升机平台飞行的要求。
54.图6为本发明实施例的直升机传动系统功能和单元组成图，传动系统的基本结构特点就是“三轴三器”，即发动机输入轴、旋翼轴、尾传动轴和主减速器、中减速器和尾减速器。主要单元涉及减速器、传动轴等，主要部件涉及齿轮(圆柱齿轮、圆锥齿轮、面齿轮、斜齿轮等)、轴承(滚动、滑动轴承)、轴(刚性、柔性轴)和联轴器(包括离合器)以及密封、减振和
其他元件等。
55.直升机传动系统设计采用三层网络式的设计与评估技术，研究对象是动力传动系统的动力传动特性。针对设计-优化-评估的研究任务要求，不同结构层次具备不同功能。在空间范围，涉及“部件-单元-系统”的三个层面；在研究流程范围，涉及“设计-调整-验证”三项工作。因此，整个研究工作也就是在三个层面开展三项工作。
56.图7为本发明实施例的直升机传动系统三层网络式的设计与评估技术模型，根据图7所示，在技术框架中，设计过程是给定初值完成初步设计的过程，评估过程是进行比较给出评估结果的过程，优化过程是在设计-评估之间完成内部结构参数和外部边界条件的优化，进行协调控制调整的过程。
57.优化过程是从直升机的发动机-旋翼的输入-输出关系获得外部影响关系(外部边界条件或外部影响参数)，从设计过程获得初步设计的方案，从而初步确定内部结构参数，利用评价与验证模块中的评价方法和准则，经过在部件-单元-系统三个层次内进行循环调整，完成总体结构-单元-部件的优化设计调整，并可将调整结果和经验反馈给设计过程。
58.其技术特征按照结构层次、具有输入输出的耦合循环过程；在整个技术框架的整体空间层次上，按照系统-单元-部件的纵向循环进行。在系统-单元-部件的每个层次中，按照设计-优化-评估的横向循环进行。从上到下呈现“三纵三横”的循环模式。
59.按照部件-单元-系统的三个不同层次，分别进行设计和分析研究，三个层次相互联系，底层部分支持上层的研究，最终实现设计体系的集成。
60.按照三个层次的关系，首先进行部件层次的典型部件的分析，也就是进行齿轮、轴、轴承和联轴器等基本部件的设计。
61.在单元层次，根据传动系统的结构特点，将减速器部分作为一个功能单元，将传动轴系作为一个功能单元。两个单元的结构特点和功能不同。单元层次主要研究能量和运动传递关系、频谱结构分析。
62.在系统层面，将以部件和单元层次分析研究的结果作为基础，重点研究结构和功能集成之后的设计-评估-优化问题。
63.本发明实施例采用设计-优化-评估的三层工作流程层次与系统-单元-部件的三层功能结构层次相互交联的方式，形成一体化的三层网络式设计评估技术模型，能够有效解决并行式模式设计信息传递的失误的问题，同时也能大大缩减产品研制周期，显著降低研发成本，能够有效解决循环式模式产品设计由于结构复杂导致的设计任务不易分解难题，有效解决通过设计流程对总体技术指标把握问题，有效解决部件设计对于总体设计的影响分析问题，有效解决考虑结构、动力学、强度、润滑等多学科、多种约束条件下的结构优化问题，有效解决复杂结构功能要求下，系统准确地对设计-优化结果进行全面综合评估问题。
64.装置实施例一
65.根据本发明实施例，提供了一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估装置，图8为本发明实施例的一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估装置的示意图，根据图8所示，本发明实施例的一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估装置具体包括：
66.模块划分单元80，根据复杂传动系统的结构功能特点和设计评估的需求，将复杂传动系统的设计与评估分为评估模块、优化模块以及设计模块，在评估模块及设计模块中
对复杂传动系统在空间上进行部件、单元以及系统三个层次的划分；
67.其中，模块划分单元80将复杂传动系统的设计与评估分为评估模块、优化模块以及设计模块具体包括：
68.系统划分子模块，用于体现复杂传动系统的输入输出关系，从而反映系统向外施加作用的情况和外部对系统作用的情况，对复杂传动系统进行系统级建模和设计；
69.单元划分子模块，用于按照复杂传动系统的功能和结构划分功能单元，对复杂传动系统进行单元级建模和设计；
70.部件划分子模块，用于按照复杂传动系统的功能和结构划分部件，对复杂传动系统进行部件级建模和设计。
71.评估-优化关联关系单元82，在评估模块与优化模块之间建立评估-优化关联关系，评估-优化关联关系单元具体用于：
72.评估模块通过复杂传动系统的评估模型以及测试方法获取复杂传动系统的第一评估参数，优化模块对复杂传动系统的第一评估参数进行优化，从而建立评估-优化关联关系。
73.优化-设计关联关系单元84，在优化模块与设计模块之间建立优化-设计关联关系；优化-设计关联关系单元84具体包括：
74.设计参数单元，用于通过设计模块基于所述三个层次的划分形成复杂传动系统的第二设计参数；
75.设计参数优化单元，优化模块对复杂传动系统的初第二设计参数优化从而建立优化-设计关联关系。
76.模型建立单元86，基于评估-优化关联关系以及优化-设计关联关系建立设计-优化-评估三层网络式设计评估技术模型；
77.系统设计评估单元88，基于三层网络式设计评估技术模型对复杂传动系统进行设计与评估。
78.装置实施例二
79.本发明实施例提供一种复杂传动系统的三层网络式设计与评估装置，如图9所示，包括：存储器90、处理器92及存储在所述存储器90上并可在所述处理92上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器92执行时实现如方法实施例中所述的步骤。
80.装置实施例三
81.本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器92执行时实现如方法实施例中所述的步骤。
82.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
83.以上所述仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。