本發(fā)明屬于產(chǎn)品設計的技術(shù)領域，具體涉及一種基于有限狀態(tài)機的參數(shù)依賴模型的生成方法。

背景技術(shù)：

產(chǎn)品的設計參數(shù)是各類設計決策的最終體現(xiàn)，也是決定產(chǎn)品各項設計需求是否得以滿足的根本。在產(chǎn)品設計過程中，存在大量的約束依賴關(guān)系，這些依賴關(guān)系最終均由參數(shù)的依賴來表示，參數(shù)依賴模型在傳播設計變化，支持多領域協(xié)同設計方面有著重要輔助作用。

已有的參數(shù)依賴模型僅包含靜態(tài)的參數(shù)依賴，參數(shù)之間的依賴關(guān)系是固定不變的。然而，設計變化可能導致參數(shù)依賴發(fā)生變化，為維護參數(shù)依賴模型的一致性，設計人員需進一步手動更新參數(shù)依賴模型，這將大大增加設計人員的負擔，降低設計效率。

針對傳統(tǒng)參數(shù)依賴模型的缺點，有必要引入新的建模方法，以適應產(chǎn)品迭代設計模式中日益頻繁的設計變化所引起的參數(shù)依賴變化，并為設計人員提高設計效率提供輔助方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于有限狀態(tài)機的參數(shù)依賴模型的生成方法，解決了傳統(tǒng)參數(shù)依賴模型需要手動更新參數(shù)，增加設計人員的負擔，降低設計效率等問題。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于有限狀態(tài)機的參數(shù)依賴模型的生成方法，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)產(chǎn)品系統(tǒng)的參數(shù)和設計約束，列出對應的參數(shù)依賴關(guān)系表達式，并加入?yún)?shù)依賴關(guān)系集合中；

步驟二、對于所述參數(shù)依賴關(guān)系集合中的各個參數(shù)依賴關(guān)系表達式，逐一建立對應的有限狀態(tài)機及其狀態(tài)，并為所述有限狀態(tài)機模型的狀態(tài)設置轉(zhuǎn)換條件；

步驟三、將產(chǎn)品系統(tǒng)的各個參數(shù)與對應的有限狀態(tài)機的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)相連，建立產(chǎn)品系統(tǒng)的參數(shù)依賴模型；

所述步驟二具體包括以下步驟：

步驟ⅰ、從所述參數(shù)依賴關(guān)系集合中任取一參數(shù)依賴關(guān)系表達式，所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式的自變量為對應的有限狀態(tài)機的輸入?yún)?shù)，其因變量為對應的有限狀態(tài)機的輸出參數(shù)；

步驟ⅱ、判斷所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式是否為分段函數(shù)，若是，則創(chuàng)建一個對應的有限狀態(tài)機的狀態(tài)，內(nèi)置所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式；若否，則創(chuàng)建與分段函數(shù)的分段個數(shù)相同的狀態(tài)，各個狀態(tài)內(nèi)置對應分段的參數(shù)依賴關(guān)系表達式；

步驟ⅲ、若狀態(tài)僅為一個，則其轉(zhuǎn)換條件始終處于激活狀態(tài)；若狀態(tài)個數(shù)大于一個，則其轉(zhuǎn)換條件為對應的所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式的分段函數(shù)的分段計算條件；

步驟ⅳ、重復步驟一至三，直至所述參數(shù)依賴關(guān)系集合為空集。

一種基于有限狀態(tài)機的倒立擺系統(tǒng)的建模方法，包括以下步驟：

步驟ⅰ、分析倒立擺系統(tǒng)，確定所述倒立擺系統(tǒng)的參數(shù)及表示參數(shù)之間關(guān)系的函數(shù)表達式；

步驟ⅱ、判斷函數(shù)表達式是否為分段函數(shù)及分段個數(shù)，確定函數(shù)表達式對應的有限狀態(tài)機的狀態(tài)的個數(shù)；

步驟ⅲ、根據(jù)函數(shù)表達式的自變量、因變量和分段函數(shù)的計算條件，分別確定函數(shù)表達式對應的有限狀態(tài)機的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件，建立函數(shù)表達式對應的有限狀態(tài)機；

步驟ⅳ、重復步驟ⅱ至ⅲ，逐一建立函數(shù)表達式對應的有限狀態(tài)機，再將所述倒立擺系統(tǒng)的各個參數(shù)和對應的有限狀態(tài)機聯(lián)系起來，建立所述倒立擺系統(tǒng)的有限狀態(tài)機模型。

進一步，所述步驟ⅱ中的分段函數(shù)的分段個數(shù)和對應的有限狀態(tài)機的狀態(tài)個數(shù)相同，非分段函數(shù)對應的有限狀態(tài)機的狀態(tài)僅有一個。

進一步，所述步驟ⅲ中的所述輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)分別為對應的函數(shù)表達式的自變量和因變量，所述轉(zhuǎn)換條件為對應的分段函數(shù)的分段計算條件或者非分段函數(shù)始終處于激活狀態(tài)。

進一步，所述倒立擺系統(tǒng)包括支點和設置所述支點上的機械臂，所述機械臂的參數(shù)包括長len、寬wid、高heig、密度den、質(zhì)量mass和慣量iner，函數(shù)表達式包括質(zhì)量依賴關(guān)系和慣量依賴關(guān)系。

進一步，所述質(zhì)量依賴關(guān)系為非分段函數(shù)，對應的狀態(tài)結(jié)點僅有一個，且始終處于激活狀態(tài)；所述慣量依賴關(guān)系為分段函數(shù)，對應的狀態(tài)為兩個，其轉(zhuǎn)換條件分別為wid>len/20||heig>len/20，wid≤len/20||heig≤len/20。

本發(fā)明有益的技術(shù)效果如下：

本發(fā)明將參數(shù)之間的數(shù)學依賴關(guān)系表示為狀態(tài)，將各個數(shù)學依賴關(guān)系之間的計算條件表示為狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，支持多參數(shù)依賴關(guān)系建模，該模型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且當發(fā)生設計變化時，不同依賴關(guān)系可根據(jù)參數(shù)值動態(tài)切換，從而實現(xiàn)參數(shù)依賴關(guān)系的動態(tài)建模。這樣即可有效消除人工修改參數(shù)依賴模型中可能的人工錯誤，縮短設計周期，提高設計效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體方案流程圖；

圖2為本發(fā)明的實施例的倒立擺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的實施例的質(zhì)量依賴關(guān)系的有限狀態(tài)機示意圖；

圖4為本發(fā)明的實施例的質(zhì)量依賴關(guān)系的有限狀態(tài)機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的實施例的慣量依賴關(guān)系的有限狀態(tài)機示意圖；

圖6為本發(fā)明的實施例的慣量依賴關(guān)系的有限狀態(tài)機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的實施例的整個系統(tǒng)的有限狀態(tài)機模型。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實施例詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

在產(chǎn)品設計活動中，設計決策最終由參數(shù)體現(xiàn)，而設計約束則表現(xiàn)為參數(shù)依賴關(guān)系，通過分析不同依賴關(guān)系的適用條件，可利用有限狀態(tài)機對參數(shù)依賴關(guān)系進行精確表達，進而生成由有限狀態(tài)機表示的參數(shù)依賴模型。參數(shù)依賴模型主要包括兩類元素：參數(shù)和參數(shù)之間的數(shù)學依賴關(guān)系。有限狀態(tài)機是一種表示有限個狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學模型，本發(fā)明將參數(shù)之間的數(shù)學依賴關(guān)系表示為狀態(tài)，將各個數(shù)學依賴關(guān)系之間的計算條件表示為狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，支持多參數(shù)依賴關(guān)系建模，該模型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且當發(fā)生設計變化時，不同依賴關(guān)系可根據(jù)參數(shù)值動態(tài)切換，從而實現(xiàn)參數(shù)依賴關(guān)系的動態(tài)建模。這樣即可有效消除人工修改參數(shù)依賴模型中可能的人工錯誤，縮短設計周期，提高設計效率。

如圖1所示，本發(fā)明的總體方案流程圖。本發(fā)明提供了一種基于有限狀態(tài)機的參數(shù)依賴模型的生成方法，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)產(chǎn)品系統(tǒng)的參數(shù)和設計約束，列出對應的參數(shù)依賴關(guān)系表達式，并加入?yún)?shù)依賴關(guān)系集合中；

步驟二、對于所述參數(shù)依賴關(guān)系集合中的各個參數(shù)依賴關(guān)系表達式，逐一建立對應的有限狀態(tài)機及其狀態(tài)，并為所述狀態(tài)設置轉(zhuǎn)換條件；

步驟三、將產(chǎn)品系統(tǒng)的各個參數(shù)與對應的有限狀態(tài)機的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)相連，建立產(chǎn)品系統(tǒng)的參數(shù)依賴模型；

所述步驟二具體包括以下步驟：

步驟ⅰ、從所述參數(shù)依賴關(guān)系集合中任取一參數(shù)依賴關(guān)系表達式，所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式的自變量為對應的有限狀態(tài)機的輸入?yún)?shù)，其因變量為對應的有限狀態(tài)機的輸出參數(shù)；

步驟ⅱ、判斷所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式是否為分段函數(shù)，若是，則創(chuàng)建一個對應的有限狀態(tài)機的狀態(tài)，內(nèi)置所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式；若否，則創(chuàng)建與分段函數(shù)的分段個數(shù)相同的狀態(tài)，各個狀態(tài)內(nèi)置對應分段的參數(shù)依賴關(guān)系表達式；

步驟ⅲ、若狀態(tài)僅為一個，則其轉(zhuǎn)換條件始終處于激活狀態(tài)；若狀態(tài)個數(shù)大于一個，則其轉(zhuǎn)換條件為對應的所述參數(shù)依賴關(guān)系表達式的分段函數(shù)的分段計算條件；

步驟ⅳ、重復步驟一至三，直至所述參數(shù)依賴關(guān)系集合為空集。

下面依倒立擺系統(tǒng)為例具體說明其的建模方法，如圖2所示，該倒立擺系統(tǒng)包括支點和設置在支點上的機械臂，該機械臂的參數(shù)包括長len、寬wid、高heig、密度den、質(zhì)量mass和慣量iner，函數(shù)表達式包括質(zhì)量依賴關(guān)系和慣量依賴關(guān)系，如下列式子所示。

質(zhì)量依賴關(guān)系：

mass＝f(len,wid,heig,den)；

慣量依賴關(guān)系：

質(zhì)量依賴關(guān)系為非分段函數(shù)，則對應的有限狀態(tài)機的狀態(tài)僅有一個，且其轉(zhuǎn)換條件始終處于激活狀態(tài)，建立對應的有限狀態(tài)機如圖3所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

慣量依賴關(guān)系為，則對應的有限狀態(tài)機的狀態(tài)和分段個數(shù)相同，即兩個，轉(zhuǎn)換條件為分段的計算條件，即wid>len/20||heig>len/20，wid≤len/20||heig≤len/20，建立對應的有限狀態(tài)機如圖5所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示。

該機械臂的參數(shù)長len、寬wid、高heig、密度den、質(zhì)量mass和慣量iner，與對應的有限狀態(tài)機聯(lián)系起來，進而建立整個倒立擺系統(tǒng)的有限狀態(tài)機模型，如圖7所示。

基于有限狀態(tài)機建立的倒立擺系統(tǒng)的模型，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，可根據(jù)輸入?yún)?shù)長len、寬wid和高heig的數(shù)值變化，實時計算狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件，判斷是否切換至相應狀態(tài)，從而實現(xiàn)保持模型的結(jié)構(gòu)不變的情況下，參數(shù)依賴關(guān)系的動態(tài)變更。這樣即可有效消除人工修改參數(shù)依賴模型中可能的人工錯誤，縮短設計周期，提高設計效率。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術(shù)人員應當理解，這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，因此，本發(fā)明的保護范圍由所附權(quán)利要求書限定。