机械模糊设计讲义--绪论.doc

机械模糊设计机械模糊设计绪论一、 事物的模糊性 所谓模糊性是指事物本身的概念不清楚，在质上没有确切的定义在量上没有确定的界限的一种客观属性。如自然现象中的“大雨”、“中雨”、”小雨”，“多云”、“少云”，“冷”、“热”等；工程设计中的产品状态与评价：“正常”、”故障”，“稳定”、“不稳定”，“安全”、“不安全”，“适用”、“不适用”，性能“好”、”坏”，效率“高”、低”、造型“美观”、“不美观”等。以上事物均表现出外延不明确，即事物从差异的一方到另一方存在着中间连续过渡的过程，呈现出“亦此亦彼”的状态即事物所包含的成员是否符合这个事物的概念是难以确定的，也就是说一个集合到底包含哪些对象是模糊的。如安全系数大于l的实数的集合，6是这个集合的一个元素吗?齿轮齿面点蚀疲劳状态的集合10的齿面点蚀的集合是其中的一个状态吗? 研究和处理模糊事物的方法是模糊数学，模糊性发生可能性的大小，在模糊数学中用0，1之间一个数来度量，即模糊事物中的某个对象属于这个模糊集的资格程度。这是与随机性发生可能性大小用0，1之间的一个数(概率)度量具有完全不相同意义的非确定性概念。二、机械模糊设计的研究内容 1965年美国LAZadeh教授创立了模糊集合论基于模糊集合论而形成的模糊数学，其应用的范围已遍及理、工、农、医及社会科学等众多领域，显示了强大的生命力，特别是对工程设计、自动控制、信息技术、人工智能能等学科产生了极大影响，并取得了许多令人振奋的新成果，当前市场上出现了模糊洗衣机、模糊电冰箱等模糊家电产品热潮，1988年北京师范大学研制成功第二台快速模糊控制器，以及全国38所高等学校和研究机构开展的“模糊信息处理与机器智能”重大联合项目的研究成果，这些既标志着模糊理论与技术在工程应用中所取得的巨大经济效益，也向人们展示了它的广阔应用前景。经有关专家论证，一致认为模糊系统理论及应用将成为21世纪的核心技术之一。机械模糊设计是模糊数学应用于机械设计的产物，是模糊系统理论的一个分支学科，由于它问世不久，至今尚无一致公认的定义。我们认为，所谓机械模糊设计是运用模糊数学原理针对机械中研究对象的特点，分析、量化、研究、决策设计中的模糊因素，模拟人的经验、思维与创造力，设计模糊化、智能化最优的软件与硬件产品的综合性学科”。因此，机械模糊没计的研究内容大体有以下几个方向： (1)机械模糊决策，主要是运用模糊变换原理，综合选择、评价、决策机械设计方案、类型和各种设计因素。 (2)机械模糊优化设计 主要是运用模糊理论对机械设计中的单目标及多目标进行优化设计。 (3)机械模糊可靠性优化设计 主要是运用模糊概率理论研究机械产品的模糊失效概率及模糊可靠性。 (4)机械模糊专家系统及模糊控制 主要是运用模糊理论研究机械智能领域及自动控制方面的内容。本书主要介绍前三方面内容。三、机械模糊设计的特点在常规的工程设计中人们却将（一）中阐述的种种模糊现象处理成二值0，1逻辑状态，用它们的集合的特征函数来描述(图1)，即图1 特征函数这就是说，从某一状态到另一状态的这些现象(因素)有一明确的分界线，这种“一刀切”的”刚性”处理是不符合事实的。众所周知，零件从正常工作到失效存在着一个渐变的连续中介过渡过程，应力引起的失效如此，其它条件引起的失效，如变形、磨损、速度、振动稳定性等也都是这样。因此，为了描述这些客观存在的种种模糊现象，对这种确定的二值0，1逻辑状态进行模糊化处理，将图l的特征函数的取值范围扩大，由此产生了模糊集合的隶属函数的概念，见图2。图2 隶属函数或表示为这样对于任一元素x，即机械设计中任一物理量，如应力、强度、刚度、变形等，属于相应的模糊集合的程度，便可由隶属函数及其取值隶属度来描述和量化。 我们知道，设计过程中任一设计因素、概念或特征均可用集合表示，其中的模糊性便构成了模糊集合，一个模糊集合是完全以隶属函数和隶属度来描述与量化的。从工程设计角度看，某一设计因素(变量或参数)、隶属于某一设计空间中的模糊子集(模糊允许范围)的隶属程度，可看作一种设计判据。这种隶属程度越高，相当于安全系数越大，或表示某一设计因素，某一设计方案的满足度越高。运用截集的概念截取，便实现了模糊集向普通集的转化，给出某一，便有了一个确定的数学模型，从而得到一定安全水平下的设计变量的取值，即获得一种设计方案，若给出一系列不同的，便获得一系列不同安全水平下的设计方案，设计者可从中选取合适的满意方案，这种“柔性”的分析和选择也是模糊设计的一个显著特点。 近年来我国广大工程技术人员在模糊优化设计、模糊可靠性设计、模糊自动控制设计、人