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1、第6卷第1期计算机集成制造系统Vol.6,No.12000年2月CIMSFeb.,2000文章编号:1006-5911(2000)01-0014-04①产品概念设计过程的研究韩晓建,邓家提(北京航空航天大学机械工程与自动化学院,北京100083)摘要:在分析产品设计及其过程的基础上,利用集合与映射的理论与方法,依次提出了产品设计过程和产品概念设计过程的模型,并详细定义了后者的分解与综合的流程。结合实例给出了产品概念设计过程及其推理决策模型,为产品设计过程的模型化、规律化及其计算机软件支持工具的开发提供了有益的
2、探索。关键词:产品设计;概念设计;推理与决策;集合与映射中图分类号:TH12文献标识码:A[1]产品设计是一种创造性活动,其本质是创造和革新,它是一个有目的的人类主动行为,设计的目标是有使用价值的产品。设计的一系列活动表现为设计过程。由于设计是人类大脑复杂的思维过程的结果,所以搞清机械产品的设计过程,尤其是产品的概念设计过程,并使之规律化、系统化、模型化,成为开发新型计算机辅助支持工具的前提和基础,并日益受到广泛的关注。1虚拟产品设计过程定义在产品设计过程中,有许多处于中间阶段的思维成果———状态。中间思维状
3、态的形成过程,在功能上表现为一系列设计步骤,称之为活动环节。活动环节从前到后,其抽象度不断降低,后续环节是前一环节的精化、进化与展开,从而在宏观上表现为一连串相连的问题求解活动———产品设计过程。(1)产品设计系统可用如下模型表示:M={I,P,Q,O,Φ}式中:I/O———输入/输出集,可为物质、能量和信息;P———过程集,它包含有子过程元素P={P1,P2,P3,P4,⋯};Q———状态集,它包含有子状态元素Q={Q1,Q2,Q3,Q4,⋯},Qi与Pi对应;Φ———映射集,Φi:Qi→Qi+1,它包含有
4、子映射元素Φ={Φ1,Φ2,Φ3,Φ4,⋯},Φi与Qi对应;Φi状态经过映射发生转换,表现为过程,即Pi=QiQi+1;子过程的有机结合形成过程P=ΣPi输入经过过程得到输出I×P→O。(2)针对具体情况,各集合的内容如下:I={市场需求,材料,资金,设备,人员,法律标准化,经济性,时间要求,社会,环境⋯}={I1,I2,I3,⋯};O={图纸,说明书,信息,软件产品⋯};P={需求分析过程,概念设计过程,总体装配设计过程,详细设计过程}={P1,P2,P3,P4};①收稿日期:1999-04-12;修订日
5、期:1999-07-20基金项目:863/CIMS主题资助项目第1期韩晓建等:产品概念设计过程的研究15Q={需求技术说明,概念产品方案,三维总体装配模型,二维工程图}={Q1,Q2,Q3,Q4};(3)产品设计过程可大体概括成如图1所示的四个阶段:[2]上述四个过程P1,P2,P3,P4即有顺序上的逻辑性,又有重叠性,在宏观上表现为一种并行设计模式。2产品概念设计模型概念产品是企业根据市场及用户的需要,对产品的市场可竞争性、可生产性、经济性及主要尺寸、形状、功能进行描述,通常,伴随一系列说明书、竞争性产品分
6、析、项目的经济理由等。概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的过程。传统的CAD设计系统提高了工厂设计开发阶段的生产效率与质量“,而决定着产品最终价值80%以上[3]的产品概念设计阶段⋯目前尚没有任何CAD设计系统可以提供设计支持”。“而详细设计阶段很难甚[3]至不能纠正概念设计阶段的缺陷”,它严重影响了新产品开发,以及选择新产品方案的决策效率,所以需要一种可支持创新产品设计的新CAD系统,以适应日益加快的新产品开发要求。开发一种符合人类进行产品创新设计的一般思维过程的、支持产品概念设计及决策的、高效率的CA
7、D设计系统成为一种必然的趋势。[4]当前“,概念设计日益引起人们的广泛关注和重视”。产品的概念设计是产品设计过程中最重要、最复杂,同时又是最活跃、最富创造性的设计阶段。一般情况下,设计人员在进行创造性思维的过程中,总是在已有经验和知识的基础上,根据用户的产品需求,按照一定的有规律的设计步骤和流程,结合贯穿始终的想象力与灵感,设计出符合用户需要的概念产品方案。在产品的概念设计过程中,自由度是整个产品开发过程中最大的。自由度大,对设计人员的约束相对较少,不确定因素多,创新的空间大,设计的知识相应也较少,是最可能发
8、挥创造力的时候。如上所述,产品概念设计过程集P2是虚拟产品设计过程P的元素,P2可以被描述为从需求到概念产品解的过程并同样拥有自己的子过程元素:P2={形式化需求,功能分解,寻求子原理解,组合评审原理解}={P21,P22,P23,P24}与P2相对应,产品概念设计状态集Q2是虚拟产品设计的状态集Q的元素,Q2拥有自己的子状态元素:Q2={需求说明书,功能解答,原理解答,组合原理解答}={Q21,Q
