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世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念 來源 中國科技期刊 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 這 幾種方法的特點(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 設(shè)計(jì)文件是將語義設(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 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)看成由若干個設(shè)計(jì)要素組成的一個 系統(tǒng) 每個設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性 各個要素間存在著有機(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 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 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)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)用歸納為兩個基本問題 一是把要設(shè)計(jì)的 產(chǎn)品作為一個系統(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 方面的工作和各個不同的設(shè)計(jì)階段 由于每個設(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 4 設(shè)計(jì)元素法 用五個設(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)為一個產(chǎn)品的五個設(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 5 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 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 6 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) 兩個階段 構(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 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)元素零件 KET 等概念 以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸 位置和傳動參數(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 7 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)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換 尋 求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計(jì)方案的方法 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或幾個 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 甚至是一個系統(tǒng) 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) 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 個解的附加信息 非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展 異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造 以及從用戶對產(chǎn)品的功能需 求 設(shè)計(jì) 加工 裝配 成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能 但是 達(dá)到這些 目標(biāo)的重要前提條件之一 就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化 為此 不僅三維圖形軟件 智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中 虛 擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體 超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒 目前 德國等發(fā)達(dá)國家正著力于研究超媒體技術(shù) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn) STEP 以及標(biāo)準(zhǔn) 虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn) 智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同 設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn) 由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚 目前還沒有成熟的 能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件 作者認(rèn)為 綜合 運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑 雖然這些方法的綜合運(yùn) 用涉及的領(lǐng)域較多 不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識有關(guān) 而且還涉及到系統(tǒng)工程 理論 人工智能理論 計(jì)算機(jī)軟硬件工程 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識 但 仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向 國外在這方面的研究已初見成效 我國 設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識到 CAD 技術(shù)與國際交流合作的重要性 及其應(yīng)當(dāng)采取的措 施 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?知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策 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