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1、第9卷第8期计算机集成制造系统)CIMSVol.9No.82003年8月ComputerIntegratedManufacturingSystemsAug.2003文章编号:1006-5911(2003)08-0613-08产品概念设计的研究现状及其发展方向121张建明,魏小鹏,张德珍(1.大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116023;2.大连大学先进设计技术中心,辽宁大连116622)摘要:概念设计对产品设计的成功与否有着决定性的影响。在分析概念设计内涵和基本过程的基础上,从过程建模、信息表达、方案生成、方案选择和系统开发等五个方面提出了概念设计的关键技术,综述
2、了目前国内外研究现状,比较了涉及各种方法的优缺点,并总结出目前存在的主要问题。最后,从深度和广度两方面探讨了产品概念设计的发展方向,提出了未来研究的重点,以及相应的实现方法和技术。关键词:概念设计;模型;表达;推理;评价中图分类号:TH122;TP391.72文献标识码:A0引言1产品概念设计的内涵概念设计处于产品设计的早期,目的是提供产概念设计对产品生命周期的其他环节,如制造、品方案。研究表明,产品大部分成本在概念设计阶使用等有着重要的影响。概念设计从不同的角度有[1][3]段就已确定。概念设计不仅决定着产品的质量、多种定义。一般认为,概念设计是指以设计要求成本、
3、性能、可靠性、安全性和环保性,而且产生的设为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流[2]计缺陷无法由后续设计过程弥补。但是,概念设程。通常,概念设计输入功能要求输出结构方案,因计对设计人员的约束最少,具有较大的创新空间,最此,它是一个由功能向结构的转换过程。能体现设计者的经验、智慧和创造性。因此,概念设从设计过程看,概念设计被认为是设计过程中最重要、最关键、最具创造性计具有创新性、多样性和递的阶段。归性的特点;从设计对象看,基于几何模型的传统CAD方法与技术,主要是概念设计又具有层次性和残面向详细设计和造型绘图阶段,尚无法对概念设计缺性的特点。其中,创新性进行有
4、效支持。CAD技术的这种不足,不仅制约了是概念设计的本质和灵魂。其在实际生产中的应用,而且限制了产品设计技术图1描述了一般概念设计的的发展,成为设计自动化的瓶颈。为了弥补这一缺工作流程,它包含综合与评陷,从20世纪80年代中期起,人们逐渐开始重视产价两个基本过程。综合是指品概念设计问题,至今,已成为设计领域的研究热点由设计要求推理而生成的多之一。个方案,是个发散过程;评价则从方案集中择出最优,是收稿日期:2002-10-15;修订日期:2003-05-06。基金项目:国家自然科学基金资助项目(60174037;50275013);高等学校骨干教师资助项目。作者简介:
5、张建明(1973-),男,山西文水人,大连理工大学机械工程学院博士研究生,主要从事概念设计和人机协同等方面的研究。E-mail:zjm_james@163.com。614计算机集成制造系统)CIMS第9卷个收敛过程。212信息表达产品概念信息主要包括功能、行为、结构及其关2产品概念设计的关键技术与研究现状系。功能主要描述产品完成的任务,行为描述实现实现概念设计所涉及的关键技术,除了一般工功能所需的原理或执行的动作,结构则描述产品组作流程包含的综合和评价过程外,还包括过程建模、成要素及其相互关系。信息表达和系统开发。(1)功能表达概念设计是由功能驱动的,对功211过程
6、建模能的表达主要有输入/输出转换和语言表达两种方实现概念设计首先需要建立过程模型,以描述式。完成概念设计所需的工作步骤。概念设计的主要任输入/输出转换是对功能的一种数学表达形式,务是功能到结构的映射,多数概念设计过程模型都共包括三种类型:¹输入/输出流转换,包括能量流、[4]物料流和信号流的转换;º输入/输出状态转换,是基于以下两个基本框架扩展而来。包含属性、方向、位置等信息的初始状态和目标状态(1)功能)结构功能)结构框架描述的是产[16,17]的转换;»输入/输出特征转换,包括种类、方品功能与结构所具有的直接对应关系,因此,这类模[18]向、位置、大小特征的转换
7、和对象特征的转换型的主要思想是直接寻求能实现对应功能的结构。[19]等。输入/输出转换表达易于实现功能的推理和它通常包括功能分解、功能结构映射和结构组合三计算,但有许多功能却无法用这种方式表达,如夹具个基本步骤,并将概念设计描述为功能和结构两个/夹持工件使其固定0的功能。另外,这种表达形式设计层次。也不太符合设计者的习惯。基于功能)结构框架的典型概念设计模型,包[4][5]语言表达源于价值工程,通常采用动名词组描括系统化设计模型、公理设计模型、分布层次网[6][7]述,即/做什么0。词组中动词表示操作,名词表示操络模型和智能优化设计模型等。虽然功能)结作的对象,
