機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維特點(diǎn)論文_優(yōu)秀論文

1、 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維特點(diǎn)論文摘要：根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn), 將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識和智能四種類型。指出四種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系, 提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；方案設(shè)計(jì)方法；發(fā)展趨勢引言科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展, 產(chǎn)品功能要求的日益增多, 復(fù)雜性增加, 壽命期縮短, 更新?lián)Q代速度加快。然而, 產(chǎn)品的設(shè)計(jì), 尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段, 則顯得力不從心, 跟不上時(shí)代發(fā)展的需要。目前, 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究, 并初見成效, 而產(chǎn)品開發(fā)初

2、期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。為此, 作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上, 概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法, 并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢。根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用方法的主要特征, 可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。一、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng), 每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性, 各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系, 并具有層次性, 所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后, 即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出,

3、 他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ), 制訂了設(shè)計(jì)的一般模式, 倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上, 制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式, 基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外, 我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想, 其中具有代表性的是：(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ), 從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā), 利用質(zhì)量功能布置方法, 系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。(2)將產(chǎn)

4、品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng), 并借助于生命系統(tǒng)理論, 把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求, 形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。(3)將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理, 最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng), 根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo), 正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同, 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。1.1設(shè)計(jì)元

5、素法用五個(gè)設(shè)計(jì)元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”, 認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后, 產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。1.2圖形建模法研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT, 用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息, 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模, 以及功能層之間的聯(lián)接。將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面, 利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn), 將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成,

6、 實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。文獻(xiàn)將語義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具, 在其開發(fā)的活性語義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中, 采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì), 結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等), 線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系, 由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型, 使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá), 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。1.3“構(gòu)思”“設(shè)計(jì)”法將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解

7、。將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu), 尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn), 并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”, “功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖, 先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”, 再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置, 得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper, H.利用圖論理論, 借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零

8、件(KET)”等概念, 以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖, 把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述, 形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法, 并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。從設(shè)計(jì)方法學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā), 將明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后的設(shè)計(jì)工作分為三步：1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(yīng)(簡稱為“效應(yīng)”)；3)尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此, 可以在各個(gè)工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案, 由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計(jì)者創(chuàng)建的規(guī)則)

9、關(guān)聯(lián), 單獨(dú)考慮功能(通常與設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān))。此時(shí), 辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應(yīng)需要有豐富的經(jīng)驗(yàn), 產(chǎn)生的方案譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)域, 如超小型機(jī)械、特大型機(jī)械、價(jià)值高的功能零件, 以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā), 通過零件間不同的排序和連接, 獲得預(yù)期功能。1.4矩陣設(shè)計(jì)法在方案設(shè)計(jì)過程中采用“要求功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系, 得到滿足要求的功能設(shè)計(jì)解集, 形成不同的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)“要

10、求功能”邏輯樹建立“要求功能”關(guān)聯(lián)矩陣, 以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系, 表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。Kotaetal將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ), 把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間分解為功能子空間, 每個(gè)子空間只表示方案設(shè)計(jì)的一個(gè)模塊, 在抽象階段的高層, 每個(gè)設(shè)計(jì)模塊用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣和一個(gè)可進(jìn)行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層, 每個(gè)設(shè)計(jì)模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個(gè)運(yùn)動(dòng)方程。1.5鍵合圖法將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型, 并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解, 希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合, 實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)

11、轉(zhuǎn)換, 尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。二、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ), 引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計(jì)任務(wù), 即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否存在對應(yīng)的產(chǎn)品解, 這樣, 能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾, 早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費(fèi)用, 以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整性, 由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性, 同時(shí)也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層, (1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄, 對功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描

12、述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解, 而具有新型解的專用功能只是少數(shù), 因此, 在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu), 對于評價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)十分有利。提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上, 將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu), 通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件, 甚至是一個(gè)系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部), 并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化, 具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù),

13、 將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合, 根據(jù)分級模塊化原理, 將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級, 并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊, 再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具, 提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排, 形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評論每一個(gè)解的附加信息, 非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)接特征, 將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位, 并具有自調(diào)整性的部件；2)結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化

14、元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則, 由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中, 用“功能建立”模塊對功能進(jìn)行分解, 并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機(jī)構(gòu)型式的一一對應(yīng)?！敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實(shí)現(xiàn)映射算法。三、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計(jì)方法基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗(yàn), 建立相應(yīng)的知識庫及推理機(jī), 再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征, 以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量

15、和決策, 完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì), 必須研究知識的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此, 國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作, 采用的方法可歸納為下述幾種。3.1編碼法根據(jù)“運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類, 并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別, 由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上, 將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合, 建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制, 并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計(jì)中。利用生物進(jìn)化理論, 通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理, 在機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中, 運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)圖論方法

16、將機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達(dá)為拓?fù)鋱D, 再通過編碼技術(shù), 把機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個(gè)體染色體的二進(jìn)制數(shù)串, 并根據(jù)設(shè)計(jì)要求編制適應(yīng)值, 運(yùn)用生物進(jìn)化理論控制繁殖機(jī)制, 通過選擇、交叉、突然變異等手段, 淘汰適應(yīng)值低的不適應(yīng)個(gè)體, 以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個(gè)體, 即最符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)方案。3.2知識的混合型表達(dá)法針對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì), 采用混合型的知識表達(dá)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識尤為適合, 這一點(diǎn)已得到我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者的共識。在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中, 將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起, 以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)

17、方法(規(guī)則、框架和過程), 按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t, 用框架的槽表示對象的屬性, 用規(guī)則表示對象的動(dòng)態(tài)特征, 用過程表示知識的處理, 組成一種混合型的知識表達(dá)型式, 并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。3.3利用基于知識的開發(fā)工具在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中, 利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT, 借助于面向?qū)ο蟮姆椒? 創(chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫, 為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容, 由此尋求出基于知識

18、的解, 并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。3.4設(shè)計(jì)目錄法構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄, 并將這三級遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄作為機(jī)械傳動(dòng)原理方案智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設(shè)計(jì)的輔助工具。3.5基于實(shí)例的方法在研制設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識庫中, 采用基本謂詞描述設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件和選取的方案, 用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實(shí)例”和各種“概念實(shí)體”, 通過基于實(shí)例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。四、智能化設(shè)計(jì)方法智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論, 借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù), 以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的

19、結(jié)構(gòu)。在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時(shí), 考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221, 研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。在進(jìn)行自動(dòng)取款機(jī)設(shè)計(jì)時(shí), 把產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個(gè)階段, 并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。1)產(chǎn)品規(guī)劃構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性, 如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機(jī)工程等等, 并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出, 建立能夠體現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品外形的簡單模型, 該模型可以在虛擬環(huán)境中建立, 借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo), 用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中, 并且能夠迅速地生成不同的造型

20、和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù), 也是幾何圖形顯示設(shè)計(jì)變量的依據(jù), 同時(shí)還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理, 在立體模型上配置和集成解元素, 解元素根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素, 如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復(fù)合元素, 如機(jī)、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后, 即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計(jì)模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析, 產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中, 主要論述了裝配過程中

21、CAD技術(shù)的應(yīng)用, 提出用計(jì)算機(jī)圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程, 即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系, 由此發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)和問題, 并找出解決問題的方法, 并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個(gè)階段, 可以使設(shè)計(jì)過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進(jìn)行。因此, 可以較早地發(fā)現(xiàn)各個(gè)階段中存在的問題, 使產(chǎn)品在開發(fā)進(jìn)程中不斷地細(xì)化和完善。我國利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù), 重點(diǎn)研究了按時(shí)序合成的機(jī)構(gòu)組合方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng), 并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術(shù), 在三維環(huán)境中從各個(gè)角度對專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行

22、觀察, 如運(yùn)動(dòng)中機(jī)構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個(gè)階段求解過程需要的場合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的不斷完善, 應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中, 例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計(jì)聯(lián)接件時(shí)所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺, 將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì), 并以變量設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ), 建立了膠印機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介

23、紹的研究工作看, 其概念模型是在確定了機(jī)構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上, 借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計(jì)功能, 使原理圖隨著機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化, 并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計(jì)。五、各類設(shè)計(jì)方法評述及發(fā)展趨勢綜上所述, 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進(jìn)行層次劃分, 擬定出每一層欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和方法, 由淺入深、由抽象至具體地將各層有機(jī)地聯(lián)系在一起, 使整個(gè)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化, 使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循, 有方法可依, 易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法視具有某種功能的實(shí)現(xiàn)為一個(gè)結(jié)構(gòu)模塊, 通過結(jié)構(gòu)模塊的組合

24、, 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。對于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品, 由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定, 結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易, 因此, 采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)較為合適。由于實(shí)體與功能之間并非是一一對應(yīng)的關(guān)系, 一個(gè)實(shí)體通常可以實(shí)現(xiàn)若干種功能, 一個(gè)功能往往又可通過若干種實(shí)體予以實(shí)現(xiàn)。因此, 若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì), 結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難, 而且要求設(shè)計(jì)人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識。機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行, 也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述, 而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述, 借助于設(shè)計(jì)專家的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和決策。因此, 欲實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì), 必須解決計(jì)算機(jī)存儲和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識和專家設(shè)計(jì)決策等有關(guān)方面的問題, 由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計(jì)方法。目前, 智能化設(shè)計(jì)方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì), 直觀性較好, 開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計(jì)中, 但系統(tǒng)性較差, 且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定, 要求軟件具有較高的智能化程度, 或