【正文】 機械產(chǎn)品方案的現(xiàn)代設(shè)計方法及發(fā)展趨勢 摘要 ：根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進行機械產(chǎn)品設(shè) 計時的主要思維特點，將產(chǎn)品方案的設(shè)計方法概括為系統(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。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、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)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠遠不能滿足設(shè)計的需要。 系統(tǒng)化設(shè)計思想于 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)計的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。 (2)將產(chǎn)品看作有機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)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。 將設(shè)計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、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。 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)計任務(wù)要求的原理解。 從設(shè)計方法學(xué)的觀點出發(fā)，將明確了設(shè)計任務(wù)后的設(shè)計工作分為三步： 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” )。此時，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，產(chǎn)生的方案譜遠遠少于策略1 的方案譜。 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 。 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，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(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)計方案的方法。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件 STRAT。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標準化的接口 (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)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。 基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法 基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理 機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。 利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，重點研究了按時序合成的 機構(gòu)組合方案設(shè)計專家系統(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)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設(shè)計出的方案進行觀察，如運動中機構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。由于實體與功能之間并非是一一對應(yīng)的關(guān)系，一個實體通常可以實現(xiàn)若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現(xiàn)。 機械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、 智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進，由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設(shè)計工具軟件。 。雖然這些方法的綜合運用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機械設(shè)計的領(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、計算機軟硬件工程、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)計必須努力的方向。 值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方 法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之一。 結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法視具有某種功能 的實現(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)模塊，通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。 以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。 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。 Feldmann 將描述設(shè)計任務(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。再根據(jù)“要求 — 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。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，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。方案的“設(shè)計”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。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。我國亦有設(shè)計學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。 (3)將機械設(shè)計中系統(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)計過程看成一個 系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。制定的機械產(chǎn)品方案設(shè)計進程模式，基本上沿用了德國標準 VDI2221 的設(shè)計方式。根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進行機械產(chǎn)品方案設(shè)計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計方法概括為下述四大類型。 關(guān)鍵詞： 機械產(chǎn)品；方案設(shè)計方法；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。 3) Find structure (referred to as the configuration Rules). And the following four strategies used to describe the conceptual stage machinery products workflow: Strategy 1 : The consideration functional Effect and configuration rules. Therefore, it can be in various steps were created variant programs, which have an extensive understanding of the original spectrum. Strategy 2: Effect and configuration rules (including designers create the rules) Association, considered in isolation function (usually associated with the design task). At this time, identify typical configuration rules and their effect needs plenty of experience. The program is far less than the spectrum of a strategy program spectrum. Strategy 3: functional and effect, configuration closely related. Applicable to the function and effects of configuration rules and there is no room for choice, with special requirements, such as ultrasmall machinery, extra large machinery, highvalue functional ponents, and special functional requirements of the parts and so on. Strategy 4: According to the structural design requirements of the solution. The strategy from the existing parts, through different parts of the order and connect to achieve the desired function. matrix design: In the program design process requirementsfunction logic tree (or tree) Description, function of the interaction between, met the requirements of the functional design solution set to provide different design. According the Requestfunctional logic tree requirement function associated matrix, Description to meet the functional requirements for the plex relationship between shows that the functional requirements and the relationship between he gathers. Kotaetal matrix mechanical system as a basis for designing programs, include mechanical systems design space for the functional deposition of space, each of which only said that the design of a module, abstract stage in