面向机械产品概念形状设计残缺信息建模的研究

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1、华中科技大学博士学位论文面向机械产品概念形状设计残缺信息建模的研究姓名：舒慧林申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：钟毅芳;周济2001.1.1．华中科技大学博士学位论文摘要I作为产品设计过程重要阶段之一的概念设计。愈来愈受到广泛的重视：而作为概念设计重要组成部分之一的概念形状设计，也具有极其重要的地位。正因如此，本文主要进行计算机辅助概念形状设计的研究，其目的在于：在概念设计阶段，特别是在产品信息残缺的情况下，探索产品概念形状的计算机表达和操作方法，为产品的概念形状提供决策方案，并为后续设计阶段提供有效支持的设计信息。本文认为，概念设计区别于其它设计阶段的显

2、著特点之一是在该阶段产品信息是残缺的(即：定性的、不确定的和不精确的)。在分析了概念设计的特性及其关键技术，尤其是概念形状设计国内外的研究概况的基础上，探讨了实现计算机辅助概念形状设计对形状的表达要求，进而提出了面向产品概念形状设计的残缺信息建模体系框架，其包括定性立体建模、不确定关系建模和不精确区域建模。基于J．F．A11en研究的时间逻辑，提出了一种立体定性表达的基本思想和操作方法，即定性立体建模，也即是从定性的角度上对产品的概念形状进行定性的描述和表达。为了方便有效地建立定性立体模型，借鉴传统几何建模中诸如集合演算等操作的思想，提出和论述了一系列有效的定性立体操作

3、方法。针对定性立体建模过程中出现的领域关系不确定性问题，采用证据理论进行领域关系的不确定关系建模，即对多种可能的领域关系进行决策。其中，借鉴层次分析法的思想，提出了一种比较权重法来确定其概率分配函数；并且，基于产生式规则，探讨了领域关系的不确定性在不确定关系建模过程中的传递与合成。为了直观地显示定性立体模型所表达的形体，提出了对定性立体模型进行一定程度上的定量化，并首次提出了对定性的时间逻辑进行一定程度上的定量化。针对定量化过程中出现的不精确特性，基于区间代数，提出了不精确区域建模的思想；基于规则的几何推理方法，提出了不精确区域建模相应的求解算法。此外，为了更好地表达和

4、显示产品及其零部件的几何形状特征，相应地扩充了“领域”的概念。最后，为了实现和验证本文提出的思想和方法，开发了面向产品概念形状设计的残缺信息建模原型系统，并对残缺信息建模的实际应用作了初步的探讨和研究。关键词：概念形状设计，定性立体模型，不确定关系模型，不精确区域模型，领域，领域关系。海f。f《k≯loIr，，1．■。L蠢r!，f华中科技大学博士学位论文ABSTRACTKeywords：Conceptualsh印edesign，Qualitativesolidmodel，Uncertainrelationmodel，Impred瞻regionmodeI，Domai玛Do

5、mainrel砒ionⅡ华中科技大学博士学位论文?。7．‘r’第一章绪论·§1．1课题的来源、研究目的及意义E’：}、。1、}◇二；·，，本课题来源于国家自然科学基金重大项目课题——“支持产品创新的先进制造技术中的若干基础性研究”(项目编号：59990470)，其中第二子课题“支持产品创新设计的知识获取、组织、传递及运用研究”(课题编号：59990470一2)。随着科学技术和生产技术的飞速发展，产品市场竞争日益激烈，对产品的性能、质量、规格、品种等源源不断地提出新的需求。各企业为了较好地满足顾客的需要以及快速响应市场的瞬息万变，纷纷采取相应措施，或者采用先进的设计技术，

6、提商设计质量，如计算机辅助设计(cAD)技术等；或者采用先进的制造技术，改进生产工艺，如虚拟制造技术、快速原型制造技术等；或者改变企业组织结构和管理模式，充分重视和发挥人的作用，如并行工程等：以期达到缩短产品开发周期、提商产品质量、降低产品成本的目标。从而增强产品的竞争力，最终达到占领和扩大市场的根本目的。产品设计是产品开发过程中最重要的环节之一，占据着极为重要的地位。1991年美国国家材料顾问团对美国航天工业作出一份调查报告，该报告指出产品全生命周期的成本在概念设计阶段即有70％被决定，到基本设计、详细设计结束时分别有85％和95％的成本业已被决定，而生产以后的阶段只

7、决定5％左右的成本Il。2l。如图Il示。英国OpenUniversity的设计革新研究小组(theDesjgnInnovationGroup)经过数年(1976一1982年)的调查发现，重视设计的企业在经济效益与投资回报方面成绩显著。正因如此，提高产品设计水平，愈来愈受到世界各国、各企业和设计人员的普遍重视。计算机辅助设计(cAD)是利用计算机系统来辅助一项设计的建立、修改、分析和优化等。cAD技术发展至今已有三十多年的历史，从初期的交互式计算机图形开始，到CAD系统的实用化和商品化，再到当前cAD系统的集成化、智能化和网络化，其研究和