機(jī)械設(shè)計(jì)理念研究

機(jī)械設(shè)計(jì)理念研究引言科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功效規(guī)定的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加緊。然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，特別是機(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。現(xiàn)在，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進(jìn)一步的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)早期方案的計(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)采用的辦法，并討論了多個(gè)辦法之間的有機(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(shì)。根據(jù)現(xiàn)在國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用辦法的重要特性，能夠?qū)⒎桨傅漠?dāng)代設(shè)計(jì)辦法概括為下述四大類型。1系統(tǒng)化設(shè)計(jì)辦法系統(tǒng)化設(shè)計(jì)辦法的重要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)當(dāng)作由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素構(gòu)成的一種系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素含有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并含有層次性，全部的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完畢的任務(wù)。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz專家提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的普通模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)含有條理性。德國工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出原則VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)辦法”，其設(shè)計(jì)流程見圖1。圖1技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)辦法(德國工程師協(xié)會(huì)原則VDI2221)制訂的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式，基本上沿用了德國原則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)還借鑒和引用了其它發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，其中含有代表性的是：(1)將顧客需求作為產(chǎn)品功效特性構(gòu)思、構(gòu)造設(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)，運(yùn)用質(zhì)量功效布置辦法，系統(tǒng)地將顧客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)目的和作業(yè)控制規(guī)程的辦法，其質(zhì)量功效布置辦法概貌見圖2。圖2質(zhì)量功效布置辦法概貌(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)過程劃分成功效需求層次、實(shí)現(xiàn)功效規(guī)定的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地體現(xiàn)產(chǎn)品的功效規(guī)定，形成產(chǎn)品功效系統(tǒng)構(gòu)造。(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)品作為一種系統(tǒng)解決，最佳地?cái)M定其構(gòu)成部分(單元)及其互有關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程當(dāng)作一種系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目的，對(duì)的、合理地?cái)M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)采用的具體研究辦法亦存在差別。下面介紹某些含有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)辦法。1.1設(shè)計(jì)元素法用五個(gè)設(shè)計(jì)元素(功效、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)為一種產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值擬定之后，產(chǎn)品的全部特性和特性值即已擬定。我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似辦法描述產(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，用層次清晰的圖形描述出產(chǎn)品的功效構(gòu)造及其有關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)構(gòu)造、功效關(guān)系的圖形化建模，以及功效層之間的聯(lián)接。將設(shè)計(jì)劃分成輔助辦法和信息交換兩個(gè)方面，運(yùn)用Nijssen信息分析辦法能夠采用圖形符號(hào)、含有內(nèi)容豐富的語義模型構(gòu)造、能夠描述集成條件、能夠劃分約束類型、能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)辦法解與信息技術(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。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)和線條構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表達(dá)元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功效、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)節(jié)和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的全部活動(dòng)和成果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)規(guī)定的定義到每一種構(gòu)造的具體描述均可由關(guān)系間的定義體現(xiàn)，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)是謀求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的原理解。“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［12］。將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)適宜的功效構(gòu)造，謀求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的原理解。即功效構(gòu)造中的分功效由“構(gòu)造元素”實(shí)現(xiàn)，并將“構(gòu)造元素”間的物理聯(lián)接定義為“功效載體”，“功效載體”和“構(gòu)造元素”間的互相作用又形成了功效示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功效示意圖，先定性地描述全部的“功效載體”和“構(gòu)造元素”，再定量地描述全部“構(gòu)造元素”和聯(lián)接件(“功效載體”)的形狀及位置，得到構(gòu)造示意圖。Roper，H.運(yùn)用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“構(gòu)造元素(KE)”、“功效構(gòu)造元素(FKE)”、“聯(lián)接構(gòu)造元素(VKE)”、“構(gòu)造零件(KT)”、“構(gòu)造元素零件(KET)”等概念，以及描述構(gòu)造元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間互有關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的辦法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的辦法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。從設(shè)計(jì)辦法學(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)獲取功效和功效構(gòu)造(簡(jiǎn)稱為“功效”)；2)尋找效應(yīng)(簡(jiǎn)稱為“效應(yīng)”)；3)尋找構(gòu)造(簡(jiǎn)稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種方略描述機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：方略1：分別考慮“功效”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，能夠在各個(gè)工作環(huán)節(jié)中分別創(chuàng)立變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。方略2：“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(涉及設(shè)計(jì)者創(chuàng)立的規(guī)則)關(guān)聯(lián)，單獨(dú)考慮功效(普通與設(shè)計(jì)任務(wù)有關(guān))。此時(shí)，分辨典型的構(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)少于方略1的方案譜。方略3：“功效”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者親密有關(guān)。合用于功效、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、含有特殊規(guī)定的領(lǐng)域，如超小型機(jī)械、特大型機(jī)械、價(jià)值高的功效零件，以及有特殊功效規(guī)定的零部件等等。方略4：針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行構(gòu)造化求解。該方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)期功效。1.4矩陣設(shè)計(jì)法在方案設(shè)計(jì)過程中采用“規(guī)定—功效”邏輯樹(“與或”樹)描述規(guī)定、功效之間的互有關(guān)系，得到滿足規(guī)定的功效設(shè)計(jì)解集，形成不同的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)“規(guī)定—功效”邏輯樹建立“規(guī)定—功效”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足規(guī)定所需功效之間的復(fù)雜關(guān)系，表達(dá)出規(guī)定與功效間一一對(duì)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)空間分解為功效子空間，每個(gè)子空間只表達(dá)方案設(shè)計(jì)的一種模塊，在抽象階段的高層，每個(gè)設(shè)計(jì)模塊用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣和一種可進(jìn)行操作的約束矢量表達(dá)；在抽象階段的低層，每個(gè)設(shè)計(jì)模塊被表達(dá)為參數(shù)矩陣和一種運(yùn)動(dòng)方程。1.5鍵合圖法將構(gòu)成系統(tǒng)元件的功效分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等多個(gè)類型，并借用鍵合圖體現(xiàn)元件的功效解，但愿將基于功效的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功效構(gòu)造的自動(dòng)生成和功效構(gòu)造與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，謀求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。2構(gòu)造模塊化設(shè)計(jì)辦法從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)以功效化的產(chǎn)品構(gòu)造為基礎(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)與否存在對(duì)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(cè)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)節(jié)性，由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)也減少新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功效化產(chǎn)品構(gòu)造分為四層，(1)產(chǎn)品→(2)功效構(gòu)成→(3)重要功效組件→(4)功效元件。并采用面對(duì)應(yīng)用的構(gòu)造化特性目錄，對(duì)功效元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)早期使用的工具軟件STRAT。認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功效能夠采用已有的產(chǎn)品解，而含有新型解的專用功效只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功效化的產(chǎn)品構(gòu)造，對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)十分有利。倡導(dǎo)在產(chǎn)品功效分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成含有某種功效的一種或幾個(gè)模塊化的基本構(gòu)造，通過選擇和組合這些模塊化基本構(gòu)造組建成不同的產(chǎn)品。這些基本構(gòu)造能夠是零件、部件，甚至是一種系統(tǒng)。抱負(fù)的模塊化基本構(gòu)造應(yīng)當(dāng)含有原則化的接口(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，含有交換性、相容性和有關(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(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并運(yùn)用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功效模塊，再由這些功效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)械構(gòu)造的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、構(gòu)造化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一種解的附加信息，非常有助于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)接特性，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調(diào)節(jié)性的部件；2)構(gòu)造上含有共性的組合件；3)含有嵌套式構(gòu)造及嵌套式元件的聯(lián)接；4)含有模塊化構(gòu)造和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號(hào)表達(dá)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“功效建立”模塊對(duì)功效進(jìn)行分解，并規(guī)定功效分解的最佳“粒化”程度是功效與機(jī)構(gòu)型式的一一對(duì)應(yīng)?！皹?gòu)造建立”模塊則作為功效解的選擇對(duì)象方便于實(shí)現(xiàn)映射算法。3基于產(chǎn)品特性知識(shí)的設(shè)計(jì)辦法基于產(chǎn)品特性知識(shí)設(shè)計(jì)辦法的重要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特性及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立對(duì)應(yīng)的知識(shí)庫及推理機(jī)，再運(yùn)用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)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)重要是根據(jù)產(chǎn)品所含有的特性，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完畢機(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(shí)的自動(dòng)獲取、體現(xiàn)、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(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化解決做了大量的研究工作，采用的辦法可歸納為下述幾個(gè)。3.1編碼法根據(jù)“運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”功效(簡(jiǎn)稱功效元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，并運(yùn)用代碼描述功效元和機(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(shí)庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與含糊綜合評(píng)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。運(yùn)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)圖論辦法將機(jī)構(gòu)的構(gòu)造體現(xiàn)為拓?fù)鋱D，再通過編碼技術(shù)，把機(jī)構(gòu)的構(gòu)造和性能轉(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)規(guī)定編制適應(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、忽然變異等手段，裁減適應(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)規(guī)定的機(jī)構(gòu)方案。3.2知識(shí)的混合型體現(xiàn)法針對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，采用混合型的知識(shí)體現(xiàn)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識(shí)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(shí).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(shí)表達(dá)辦法有機(jī)地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識(shí)的描述。將多個(gè)單一的知識(shí)體現(xiàn)辦法(規(guī)則、框架和過程)，按面對(duì)對(duì)象的編程原則，用框架的槽表達(dá)對(duì)象的屬性，用規(guī)則表達(dá)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，用過程表達(dá)知識(shí)的解決，構(gòu)成一種混合型的知識(shí)體現(xiàn)型式，并成功地研制出“面對(duì)對(duì)象的數(shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱構(gòu)造設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。3.3運(yùn)用基于知識(shí)的開發(fā)工具在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，運(yùn)用基于知識(shí)的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面對(duì)對(duì)象的辦法，創(chuàng)立了面對(duì)對(duì)象的設(shè)計(jì)辦法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)辦法譜。則運(yùn)用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容，由此謀求出基于知識(shí)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“功效模塊”、“功效元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄，并將這三級(jí)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(shí)庫和開發(fā)設(shè)計(jì)的輔助工具。3.5基于實(shí)例的辦法在研制設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識(shí)庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計(jì)規(guī)定、設(shè)計(jì)條件和選用的方案，用框架構(gòu)造描述“工程實(shí)例”和多個(gè)“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)規(guī)定。4智能化設(shè)計(jì)辦法智能化設(shè)計(jì)辦法的重要特點(diǎn)是：根據(jù)設(shè)計(jì)辦法學(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)、體現(xiàn)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的構(gòu)造。文獻(xiàn)［39］在運(yùn)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)辦法學(xué)VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。文獻(xiàn)［40］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，并且充足運(yùn)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)是擬定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機(jī)工程等等，并將最初的構(gòu)想用CAD立體模型表達(dá)出，建立能夠體現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品外形的簡(jiǎn)樸模型，該模型能夠在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo)，顧客還可在一定程度上參加到這一環(huán)境中，并且能夠快速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測(cè)外部形狀效果的根據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計(jì)變量的根據(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。該階段重要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配備和集成解元素，解元素根據(jù)設(shè)計(jì)目的的不同有不同的含義：能夠是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也能夠是復(fù)合元素，如機(jī)、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)；還能夠是規(guī)定、特性、形狀等等。將實(shí)現(xiàn)功效的核心性解元素配備到立體模型上之后，即可對(duì)產(chǎn)品的配備(設(shè)計(jì)模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析，產(chǎn)品配備分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”成果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，文獻(xiàn)［40］重要敘述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計(jì)算機(jī)圖像顯示解元素在對(duì)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，并找出解決問題的辦法，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，能夠使設(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”中持續(xù)地交替進(jìn)行。因此，能夠較早地發(fā)現(xiàn)各個(gè)階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進(jìn)程中不停地細(xì)化和完善。我國運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)還處在剛剛起步階段。運(yùn)用面對(duì)對(duì)象的技術(shù)，重點(diǎn)研究了準(zhǔn)時(shí)序合成的機(jī)構(gòu)組合方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，并借助于含有高性能圖形和交換解決能力的OpenGL技術(shù)，在三維環(huán)境中從各個(gè)角度對(duì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行觀察，如運(yùn)動(dòng)中機(jī)構(gòu)間的銜接狀況與否產(chǎn)生沖突等等。將構(gòu)造原則模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用闡明的擬訂(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)以及虛擬體現(xiàn)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(chǎng)合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的不停完善，應(yīng)盡量地將多媒體圖形解決技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)替代裝配、拆卸和設(shè)計(jì)聯(lián)接件時(shí)所需的立體構(gòu)造想象力等等。運(yùn)用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺(tái)，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)介紹的研究工作看，其概念模型是在擬定了機(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)功效，使原理圖隨著機(jī)構(gòu)的構(gòu)造參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級(jí)的裝配模型、零件設(shè)計(jì)。5各類設(shè)計(jì)辦法評(píng)述及發(fā)展趨勢(shì)總而言之，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)辦法將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計(jì)的任務(wù)規(guī)定到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或構(gòu)造)進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實(shí)現(xiàn)的目的和辦法，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，有辦法可依，易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。構(gòu)造模塊化設(shè)計(jì)辦法視含有某種功效的實(shí)現(xiàn)為一種構(gòu)造模塊，通過構(gòu)造模塊的組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。對(duì)于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品，由于其構(gòu)成部分的功效較為明確且相對(duì)穩(wěn)定，構(gòu)造模塊的劃分比較容易，因此，采用構(gòu)造模塊化辦法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)較為適宜。由于實(shí)體與功效之間并非是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，一種實(shí)體普通能夠?qū)崿F(xiàn)若干種功效，一種功效往往又可通過若干種實(shí)體予以實(shí)現(xiàn)。因此，若將構(gòu)造模塊化設(shè)計(jì)辦法用于普通意義的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)，構(gòu)造模塊的劃分和選用都比較困難，并且規(guī)定設(shè)計(jì)人員含有相稱豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)普通無法采用純數(shù)學(xué)演算的辦法進(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)品特性進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計(jì)專家的知識(shí)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(chǔ)和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)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)品特性知識(shí)的設(shè)計(jì)辦法?，F(xiàn)在，智能化設(shè)計(jì)辦法重要是運(yùn)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)早期顧客能夠在一定程度上直接參加到設(shè)計(jì)中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的構(gòu)造、形狀、尺寸、位置的合理擬定，規(guī)定軟件含有較高的智能化程度，或者