【文章內(nèi)容簡介】 通?？梢詫崿F(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)。因此，若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設(shè)計人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計經(jīng)驗和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識。 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(jī)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(jī)制，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機(jī)制實現(xiàn)計算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。 10 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機(jī)輔助設(shè)計，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)計學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計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：編碼法、知識的混合型表達(dá)法、設(shè)計目錄法等。 智能化設(shè)計方法 智能化設(shè)計方法的主要特點是：根據(jù)設(shè)計方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。 在進(jìn)行自動取款機(jī)設(shè)計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段。 1)產(chǎn)晶規(guī)劃一構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，并將最初的設(shè)想用 CAD立體模 __型表示，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型。 2)開發(fā)一設(shè)計產(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)計目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素，也可以是復(fù)合元素，還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(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)劃一加工和裝配產(chǎn)品。這一階段主要論述了裝配過程中 cAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計算機(jī)圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，可以使設(shè)計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。 我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計還處于剛剛起步階段。重點研究了按時序合成的機(jī)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(jìn)行觀察。 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稱為快速成 11 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)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計算機(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，例如三維圖形代替裝配、拆 卸和設(shè)計聯(lián)接件時所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等。 上述各種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(jī)時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，在機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計中，將能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機(jī)構(gòu)看作結(jié)構(gòu)模塊，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計有關(guān)層次的具體設(shè)計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計方法中，不僅可以保證設(shè)計的規(guī)范化，而且可以簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本。 產(chǎn)品設(shè)計過程模型 企業(yè)競爭是圍繞產(chǎn)品的 時間（ T）、成本 (C)、質(zhì)量 (Q)、售后服務(wù) (S)j幾個因素進(jìn)行的，如果認(rèn)為 S是 Q的組成部分， T、 Q、 C這三個因素都可能是企業(yè)選擇設(shè)計過程模型時的支配因素。按選擇支配因素的不同，把設(shè)計過程模型分為順序過程模型、設(shè)計為中心的模型、并行設(shè)計模型和動態(tài)過程模型四類。 順序過程模型 傳統(tǒng)的設(shè)計過程模型為順序模型， 如圖 2－ 3所示。企業(yè)選擇該類模型的支配因素是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量與降低成本。 12 圖 2－ 3 順序結(jié)構(gòu)模型 按這種模型，新產(chǎn)品設(shè)計在交給 制造部門之前，按照圖中順序在企業(yè)的不同部門內(nèi)完成。經(jīng)過試驗或后續(xù)的制造發(fā)現(xiàn)設(shè)計的不合理之處，在返回到設(shè)計的某個階段，如詳細(xì)設(shè)計階段，進(jìn)行再設(shè)計，一直到滿足要求為止。 設(shè)計為中心的模型 圖 2－ 4 是設(shè)計為中心的的模型。企業(yè)選擇該模型的支配因也是產(chǎn)品的質(zhì)量與成本。與上述模型的不同點為：設(shè)計人員在設(shè)計階段要更詳細(xì)的考慮到制造、裝配、環(huán)境、全生命周期的成本等，使設(shè)計反復(fù)的過程盡可能短。 產(chǎn)品定義 概念設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 詳細(xì)設(shè)計 原型試制及試驗 時間 13 圖 2－ 4 設(shè)計為中心的模型 分析的該類模型的重要特征。有 限元計算、運動學(xué)與動力學(xué)仿真、加工過程仿真、裝配過程仿真等都是分析的內(nèi)容。 并行設(shè)計模型 圖 2－ 5 是并行設(shè)計模型。企業(yè)選擇該類模型的支配因素搜產(chǎn)品質(zhì)量及推向市場的時間。 圖 2－ 5 并行設(shè)計模型 該模型與設(shè)計為中心的模型不同點為：該模型為小組工作方式，小組成員要具有不同的知識結(jié)構(gòu)，要有產(chǎn)品開發(fā)的下游人員參加，為了共同的目的 —— 盡快開發(fā)新產(chǎn)品而努力。 該類模型不僅適用于具備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的大中型企業(yè)，也適用于不具備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境概念設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 詳細(xì)設(shè)計與分析 原型試制與試驗 時間 時間 概念設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 詳細(xì)設(shè)計及分析 原型試制及試驗 DFX 14 的小企業(yè)。 動態(tài)過程模型 圖 2－ 6 是產(chǎn)品設(shè)計的動態(tài)過程模型。與并行設(shè)計模型相比，各個設(shè)計階段一起開始，小組之間的消息交流更加重要，因此需要更好的設(shè)計與過程的集成環(huán)境。企業(yè)選用這種模型的驅(qū)動力是產(chǎn)品推向市場的時間。 圖 2－ 6 動態(tài)過程模型 第 三 章 關(guān)鍵質(zhì)量特性 質(zhì)量特性 產(chǎn)品質(zhì)量是一組固有特性滿足要求的程度，它由適用性和符合性兩個層次構(gòu)成。適用性是指這組特性滿足顧客需求的程度，符合性是指這組特性符合標(biāo)準(zhǔn)要求的程度，適用性決定了符合性，符合性使適用性得以 實現(xiàn)，符合性只有在適用性前提下才有價值。設(shè)計階段質(zhì)量保證主要任務(wù)是提高其適用性，制造階段質(zhì)量保證的主要任務(wù)是保證符合性。 為了更加清晰描述產(chǎn)品質(zhì)量， Iso9000標(biāo)準(zhǔn)引人質(zhì)量特性 (Quality Characteristics， QCs)概念，它們是有關(guān)要求的產(chǎn)品、過程或體系的固有特性，概念設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 詳細(xì)設(shè)計與分析 原型試制與試驗 時間 15 具有多維性特點和演化性特點，多維性特點主要體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量特性集合參數(shù)種類和數(shù)量上；演化性特點主要體現(xiàn)在產(chǎn)品各級質(zhì)量特性信息相互傳遞和反饋過程中。 Juran 強(qiáng)調(diào)：質(zhì)量特性是產(chǎn)品質(zhì)量的載體，它們可以分為設(shè)計質(zhì)量類、符合性質(zhì)量類、 可信性等時間能力類和現(xiàn)場售后服務(wù)類等四類。其中設(shè)計類質(zhì)量特性主要體現(xiàn)在產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)中，它們決定著其他三類特性，其他三類質(zhì)量特性是設(shè)計類質(zhì)量特性在制造、使用和售后階段的具體體現(xiàn)，為完善設(shè)計類質(zhì)量特性提供有益的反饋，就為從質(zhì)量特性層來保證產(chǎn)品質(zhì)量提供了理論依據(jù)，特別是明確了在產(chǎn)品設(shè)計階段就應(yīng)重視質(zhì)量特性的重要實踐意義。 在產(chǎn)品設(shè)計過程中，驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計方案產(chǎn)生的設(shè)計要求分為兩類引：功能型需求和技術(shù)型需求。功能型需求描述了待設(shè)計產(chǎn)品的功能和使用目的，是產(chǎn)品存在的根本；技術(shù)型需求以定量或定性的方法描述產(chǎn)品設(shè)計方案需要 滿足的約束條件，是評估產(chǎn)品設(shè)計方案質(zhì)量的首要依據(jù)。在產(chǎn)品設(shè)計階段，產(chǎn)品存在形式為設(shè)計方案，而技術(shù)型 設(shè)計需求是設(shè)計方案質(zhì)量的載體，技術(shù)需求的主體是技術(shù)指標(biāo)。依據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量特性是產(chǎn)品質(zhì)量載體的道理，可以認(rèn)為，技術(shù)需求是產(chǎn)品質(zhì)量特性的載體，質(zhì)量特性約束著技術(shù)需求。 為了有效表征產(chǎn)品質(zhì)量，明確其技術(shù)內(nèi)涵，質(zhì)量特性需要表達(dá)顧客、企業(yè)和技術(shù)人員對產(chǎn)品質(zhì)量的多視角的認(rèn)識與度量，為此，提出如圖 3－ 1所示產(chǎn)品質(zhì)量特性 3層結(jié)構(gòu)的概念模型。如圖中所示，質(zhì)量特性由反映用戶需求的質(zhì)量特性維度 (Quality Dimensionality， QD)、反映企業(yè)評價與競爭要求的質(zhì)量特性要素(Quality Essential， QE)和反映工程師設(shè)計要求的質(zhì)量特性屬性 (Quality Attribute， QA)所構(gòu)成，它們構(gòu)成了產(chǎn)品質(zhì)量特性的集合。它們從不同層次反映對產(chǎn)品質(zhì)量的認(rèn)識與要求為性能 (即功能性 )、可靠性、安全性、耐用性、可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及美感性等方面的質(zhì)量需求和特征。與產(chǎn)品性能關(guān)聯(lián)的質(zhì)量特性要素是質(zhì)量特性的核心，其承上啟下，是聯(lián)系顧客和設(shè)計人員的橋梁。為了將產(chǎn)品質(zhì)量特性合成到產(chǎn)品中去，需要和產(chǎn)品設(shè)計工程緊密關(guān)聯(lián)，從產(chǎn)品設(shè)計 數(shù)據(jù)中構(gòu)建產(chǎn)品質(zhì)量特性，實現(xiàn)質(zhì)量特性維度、質(zhì)量特性要素到質(zhì)量特性屬性等不同屬性的質(zhì)量需求的依次轉(zhuǎn)化，明確產(chǎn)品保質(zhì)設(shè)計質(zhì)量目標(biāo)。 16 圖 3－ 1 產(chǎn)品質(zhì)量特性概念模型 關(guān)鍵質(zhì)量特性的定義 為了有效地在產(chǎn)品設(shè)計階段開展質(zhì)量保證工作，需要從質(zhì)量工程“關(guān)鍵少數(shù)，次要多數(shù)”的角度準(zhǔn)確地把握質(zhì)量保證的重點和對象，為此在質(zhì)量特性的基礎(chǔ)上，提出如下關(guān)鍵質(zhì)量特性 (Key Quality Characteristics， KQCs)的定義： KQCs是影響和決定產(chǎn)品質(zhì)量的 關(guān)鍵的少數(shù)質(zhì)量特性，它們是產(chǎn)品相關(guān)性能技術(shù)指標(biāo)及其參數(shù)的集合，它們來源于顧客對產(chǎn)品質(zhì)量的需求。當(dāng)然，上述需求也包括產(chǎn)品在使用和生產(chǎn)過程中的重大事故和功能進(jìn)化的需求：例如“挑戰(zhàn)者”和“哥倫比亞”號航天飛機(jī)的失事對“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機(jī)安全性能的改進(jìn)。 KQCs形成于產(chǎn)品規(guī)劃階段的技術(shù)規(guī)范，在概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與詳細(xì)設(shè)計不同階段可不斷傳遞與細(xì)化，產(chǎn)生相關(guān)變粒度功能參數(shù)和結(jié)構(gòu) 設(shè)計參數(shù)，最后在制造和裝配階段通過檢驗體現(xiàn)出來，它們具有宏觀和微觀特性，宏觀的質(zhì)量特性依靠微觀的特性參數(shù)來保證，微觀質(zhì)量特性起源于宏觀質(zhì)量特性。 關(guān)鍵質(zhì)量特性是決定和記錄產(chǎn)品質(zhì)量的基本信息單位，是產(chǎn)品質(zhì)量主要載體，是產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)階段質(zhì)量保證的主要對象。它們能夠極大地影響產(chǎn)品的 使用 需求 產(chǎn)品性能 技術(shù)需求 質(zhì)量特性維度 質(zhì)量特性要素 產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量 質(zhì)量特性屬性 產(chǎn)品使用質(zhì)量 產(chǎn)品設(shè)計工程 來源 確定 確定 來源 來源 產(chǎn)品質(zhì)量工程 多對多 一對多 體現(xiàn) 17 顧客滿意度、安全性、相關(guān)規(guī)定的符合性、一致性、功能性和性能滿足程度等，它們需要必要的保證手段來減少潛在的質(zhì)量問題和失效成本，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。 關(guān)鍵質(zhì)量特性的作用與意義 關(guān)鍵質(zhì)量特性的提出，有利于明確設(shè)計階段質(zhì)量保證的重點和主線，更有利于理清產(chǎn)品設(shè)計過程和質(zhì)量保證過程之間的關(guān)系，將關(guān)鍵質(zhì)量因素設(shè)計進(jìn)產(chǎn)品方案，其過程如圖 3－ 2所示。 從圖 2 可以看出，設(shè)計質(zhì)量控制即是保證 產(chǎn)品質(zhì)量特性的設(shè)計進(jìn)入產(chǎn)品方案。由于市場競爭的需要的，針對日益復(fù)雜的產(chǎn)品，在產(chǎn)品設(shè)計階段采用額外的手段保證所有的產(chǎn)品質(zhì)量特性顯然是不可能也是不現(xiàn)實的，為此，我們以其中關(guān)鍵質(zhì)量特性為目標(biāo)來建立系統(tǒng)化的設(shè)計質(zhì)量保證方法，在設(shè)計周期和成本允許的情況下，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可以用此方法按照重要度依次循環(huán)來保證其它質(zhì)量特性。 圖 3－ 2 基于關(guān)鍵質(zhì)量特性的產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量保證 關(guān)鍵質(zhì)量特性的分類與演化 依據(jù)具體產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)過程，關(guān)鍵質(zhì)量特性可以分為 4級，即產(chǎn)品級關(guān)鍵產(chǎn)品需求 產(chǎn)品級關(guān)鍵質(zhì)量特性 產(chǎn)品方案 產(chǎn)品設(shè)計 關(guān)鍵質(zhì)量特性合成 產(chǎn)品設(shè)計 質(zhì)量仿真與評估 滿意方案 產(chǎn)品需求 18 質(zhì)量特性 (Key Quality Characteristics of Product， KQCsP)：指決定和影響產(chǎn)品整體質(zhì)量的少數(shù)關(guān)鍵工程技術(shù)指標(biāo)集合；設(shè)計級關(guān)鍵質(zhì)量特性 (Key Quality Characteristics of Design， KQCsD)：指產(chǎn)品部件、零件和特征級影響產(chǎn)品級關(guān)鍵質(zhì)量特性的參數(shù)集合，包括功能和結(jié)構(gòu)兩類；制造級關(guān)鍵質(zhì)量特性(KeyQuality Characteristics of Manufacturing， KQCsM)：指制造過程及工夾具參數(shù)等影響設(shè)計 級關(guān)鍵質(zhì)量特性實現(xiàn)的各級制造參數(shù)集合；裝配級關(guān)鍵質(zhì)量特性 (Key Quality Characteristics of Assembling， KQesA)：指裝配線的特征、工具、夾具和過程等影響設(shè)計級關(guān)鍵質(zhì)量特性實現(xiàn)的裝配參數(shù)。產(chǎn)品級質(zhì)量特性決定設(shè)計級質(zhì)量特性，設(shè)計級質(zhì)量特性決定制造級和裝配級質(zhì)量特性，產(chǎn)品設(shè)計階段質(zhì)量保證的首要任務(wù)是識別出產(chǎn)品級關(guān)鍵質(zhì)量特性，完成設(shè)計級關(guān)鍵質(zhì)量特性的逐級分解，明確質(zhì)量保證對象；制造級和裝配級關(guān)鍵質(zhì)量特性是生產(chǎn)階段質(zhì)量保證的重點，為設(shè)計級關(guān)鍵質(zhì)量特性的有效保證提供反饋與支持。 設(shè)計階段產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性演化始于產(chǎn)品設(shè)計早期，在需求識別和產(chǎn)品規(guī)劃階段，系統(tǒng)分析產(chǎn)品質(zhì)量特性現(xiàn)狀，識別出影響產(chǎn)品質(zhì)量的少數(shù)關(guān)鍵產(chǎn)品定義參數(shù) (性能要求、技術(shù)規(guī)范或重大缺陷等 )，即實現(xiàn)產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性的提?。粸榱藢崿F(xiàn)將所提取的產(chǎn)品級關(guān)鍵質(zhì)量特性合成到產(chǎn)品方案中去，實現(xiàn)質(zhì)量信息的完備演化與映射，需要在產(chǎn)品設(shè)計過程中，明確與產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性關(guān)聯(lián)的各級功能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，并落實到具體的組件、零件與特征上，為此，需要為實現(xiàn)產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性的分解，即在產(chǎn)品設(shè)計過程中更加細(xì)化質(zhì)量保證對象 (分解特征 )；在分解出設(shè)計級關(guān)