基于公理设计的产品设计解耦方法

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1、万方数据第14卷第6期2007年12月工程设计学报JournalofEngineeringDesignV01．14No．6Dec．2007基于公理设计的产品设计解耦方法田启华，杨红梅(三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌443002)摘要：针对利用公理设计理论进行产品设计时存在的很多耦合问题，综合应用公理设计理论与创新问题解决理论，提出利用创新问题解决理论中的矛盾矩阵来解决公理设计中耦合问题的一般方法，并通过打桩机的解耦设计对这一方法进行说明．关键词：公理设计；创新问题解决理论(TRIZ)；矛盾矩阵；解耦；打桩机中图分类号：T

2、Hl22文献标识码：A文章编号：1006—754X(2007)06一0435一05ResearchondecouplingmethodOfprOductdesignbasedOnaxiomaticdesignTIANQi—hua，YANGHong—mei(C011egeofMechanical8LMaterialEngineering，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China)Abstract：Aimingatmanycoupledproblemsinproductdes

3、ignbasedonaxiomaticdesign，bothaxiomaticdesignandTRIZaresyntheticallyapplied．AgeneraldecouplingmethodinaxiomaticdesignbyusingthecontradictionmatrixofTRIZisproposedandtheprocessofthedecouplingdesignwas订lustratedbythedecouplingproblemofthepiledrivingmachine．Keywords：

4、axiomaticdesign；theoryofinventiVeproblemsolVing(TRIZ)；contradictionmatrix；decoupling；piledriVingmachine公理设计(axiomaticdesign，AD)为设计过程提供了一种科学的思维方法，对设计行为起着由始至终的指导作用[1]．AD包括独立公理和信息公理两条最主要的设计公理，可以用来指导设计和评价设计的优劣性．AD中的独立公理表明，在设计过程中产品功能要求之间的相互影响越小，则产品最终的性能越好，而且可以降低生产成本、提高

5、生产率[2]．在实际设计过程中，设计师经常会遇到一些违背独立公理的问题，很多设计参数通常会影响到2个以上的功能要求，为了使设计满足独立公理，设计师就要想办法找到新的设计参数使其仅仅影响与之相对应的功能要求．传统的设计中，设计师一般仅凭着自己的直觉和经验对设计参数进行修改，这样不仅浪费了大量时间，而且很多时候得出的设计参数不能满足独立公理的要求，造成设计的耦合．创新问题解决理论(TRIZ)是由苏联学者A1tshuller及其领导的一批研究人员在分析世界各国专利的基础上提出的，由解决技术问题和实现创新发明的各种方法、工具和算法

6、组成．TRIZ认为任何发明问题都有着一定的规律可寻，人们如果掌握了这些规律，就可以能动地进行产品设计，并能预测产品未来的发展趋势口4]．TRIz为设计师提供了大量的知识及分析工具来产生新的概念设计和解决技术问题，其中矛盾矩阵就是其中的一种有力工具，它是在分析大量发明专利的基础上得出的．TRIZ的一些观点和公理设计的思想有内在的相似之处，例如TRIZ中的矛盾对应着AD中的耦合[5。6]，合理地利用TRIZ中的相关知识及工具可以在很大程度上解决AD中的耦合问题．本文将主要研究利用TRIZ中的矛盾矩阵解决AD中耦合问题的一般步骤

7、．收稿日期：2007一07—18．作者简介：田启华(1962一)，男，湖北宜昌人，教授，博士生，从事机械设计及理论、CAD／CAM技术等研究，E—mail：tqh@ctgu．edu．cn．万方数据工程设计学报第14卷1设计耦合与矛盾矩阵表1．1设计耦合AD中的耦合是指在进行产品设计的过程中，2个或2个以上的功能之间存在着相互影响，即某个设计参数在影响与之相对应的功能要求的同时，还影响到了其他的功能要求．在AD中利用设计矩阵来判断设计是否存在耦合问题．满足独立公理的设计矩阵有对角阵和三角阵两种形式，如图1所示．当设计矩阵为对

8、角阵时，说明每个设计参数仅仅影响一个功能要求，能够完全满足独立公理，设计为无耦合设计，也是最希望得到的设计结果；当设计矩阵为三角阵时，说明仅仅按照某一个特定的顺序选择设计参数时才能满足独立公理的要求，此时设计为准耦合设计，是可以接受的结果．FR，=0凤一卜无耦合没计准耦合漫计图l满足独立公理的两种设计矩