基于产品基因的概念结构生长型设计研究

在产品概念设计过程中,通过与生物个体生长过程的类比,将产品比作生物个体,将零件看作细胞,提出了产品基因概念、特征。又从产品概念结构生长型设计中,提出了产品基因的表示方法和技术支持,并建立了基于产品基因组的概念结构生长型设计过程模型。最后利用软件系统实现了对虎钳夹具的设计。     

基于生长型设计的机械产品基因研究

自然界中生物的生长发育过程令人神往,在产品设计过程,我们通过与生物生长过程进行比较,将产品比作生物个体,将零件看作细胞,从而提出了基于细胞的生长型设计。进而通过对生物基因与产品基因的系统类比,总结出产品基因的特点,概括出产品基因、产品基因组的概念,提出了基于产品基因组的生长型设计,并利用DARFAD系统实现对虎钳夹具的设计。     

概念结构生长型设计的力学分析研究

提出一种在概念设计阶段进行产品力学分析的新方法。生长型设计是模拟生物生长机制，利用功能表面作为功能一结构映射的信息载体。通过生物个体与机械产品的类比，提出了概念结构生长型设计的传动链模型。以转动一移动的杠杆结构为例，详细分析其力学模型，并以虎钳夹具设计为例验证其效果的有效性。     

基于功能表面的生长型设计理论

生长型设计是把生物生长的机理用于产品概念结构设计的方法.首先介绍生长型设计的基础理论,从而提出基于功能表面的产品生长型设计方法,论述生长型设计的主要步骤.提出功能表面分解时遵循的原则,即在满足功能需求的前提下,实现装配复杂度和制造复杂度最优分配.提出基于匹配度的概念产品向实体产品的映射方法.给出具体实例,生长型设计方法的有效性得到验证,该方法可以部分实现概念设计的自动化,基于功能表面的概念设计结构模型可以应用于后续的详细设计.     

结构与公差同步设计的产品概念设计优化

为保证概念结构设计的可行性与经济性,提出了将公差设计研究提前到概念设计阶段的思想,并研究了其中的关键技术。首先基于一种结构不断生长的独特设计思路,建立了结构与公差同步设计的过程模型和相应的公差表示模型;然后研究了在设计过程中自动生成局部尺寸链和全局尺寸链的方法,给出了公差同步设计,并根据设计结果提出了概念设计优化的整体框架,实现了基于公差的概念设计优化;最后以活塞夹具设计为例,验证了本方法的有效性。     

基于生长型设计的公差研究

当前的公差设计研究大多集中于详细设计阶段,对设计前期的公差研究较少。在设计前期的公差设计将减少设计修改并缩短设计周期。在生长型概念结构设计的基础上,将公差问题提前到概念设计阶段。首先介绍生长型设计的基本概念和模型,而后研究结构与公差并行设计的过程模型。分析在设计过程中自动生成局部尺寸链和全局尺寸链的方法,建立公差设计和反馈的整体框架。应用此方法实现了液压缸夹具的尺寸公差设计。     

面向生长型设计的制造信息模型

针对生长型设计过程对功能表面分解粒度控制的需求,应用功能模式的几何特性表达了产品的几何结构信息,并以其为载体集成了产品制造过程信息,建立了基于功能表面的产品制造信息模型。利用信息熵理论对该模型信息进行了量化,将概念产品制造信息熵的最小值作为功能表面分解粒度的控制指标,来决定是否终止概念产品生长,并通过具体产品的设计验证了该模型的正确性。     

概念结构生长型设计的力学分析

研究在概念结构生长型设计过程中,如何根据产品设计的功能要求抽取出力和速度等运动属性,并依此对产品结构进行力学计算、分析,进而对产品结构进行性能评价与生长决策,保证了产品结构的优化生长。     

生长型产品族设计平台

分析了面向大批量定制要求和开展产品族设计的研究现状,提出了用生长型设计自动化技术开展产品族设计研究,以解决产品族设计中共性与个性之间、模块化与创新之间的矛盾,从而提高定制的灵活性。介绍了生长型产品族设计平台及其主要功能:需求分解与可操作标准化、按需创成结构、标准化广义定位模式运用、现有零件资源匹配等。通过设计过程实例说明了生长型产品族设计平台的应用潜力。     

基于广义装配原理的产品生长型设计

通过研究生物生长与产品设计之间的相似性,提出了基于广义装配原理的生长型设计过程,研究了广义装配原理的三个理论构成.首先,在产品生长阶段,为实现生长过程中的自然选择,提出了以复杂度理论为控制因素的设计推理策略;其次,提出了功能公差设计理论,通过加工成本以及基于多因素的模糊质量损失成本体现广义装配成本,在确保产品功能的同时,以较低的装配与制造成本为公差的分配策略;在产品进化阶段,为保证产品良好的装配性能,采用了虚实结合设计技术.将以装配质量因素为核心的产品复杂度、精度以及制造、装配成本等众多设计因素并行集成于生长型设计过程中,实现了以全生命周期装配质量保障为核心的产品生长型设计.     

基于能量转换的机械产品概念设计自动化研究与实现

提出了能量链原理，从设计本质的层面上指出，机械产品创新设计求解的本质过程即是选择合适的能量转换原理及确定支持相应能量转换的结构方案的过程。在广义定位原理与能量链原理的基础上，建立了相应的概念设计产品信息模型，构建了支持能量转换推理的机械产品概念设计过程模型以及支持功能结构自动映射过程的概念零件编码体系。介绍了基于该原理开发的概念设计CAD软件系统——DARFAD。     

产品概念设计的计算机辅助功能建模

阐述了用于功能表达的功能基;描述了功能分类及功能表达方法;建立了用于功能分析的原理库及用于运动元求解的功能转换传递元库;以自主开发的计算机辅助功能建模软件Concept Design对概念设计功能建模进行了说明,得到了满足功能要求的多方案.     

概念结构设计过程中功能表面重构技术研究

在基于功能表面分解重构原理的生长型设计过程中，产品概念结构中功能表面的重构即功能表面的类型、数量及其相互炎系的选择与确定直接决定了零件的概念结构，并且从概念上基本确定了后续结构能否经济制造的空间约束。由于相关知识支持技术的缺乏，仍需要设计人员靠经验决定，降低了生长型设计的效率。文章分析了功能表面间的位置关系、联接方式的含义及其可制造性评价，与实际工艺技术知识相联系，提出了功能表面之间空间位置关系和联接方式的并行确定方法，开发了基于知识的设计支持模块，促进概念结构生长式设计效率的进一步提高。     

基于功能表面的概念设计产品模型研究

为解决功能向结构映射存在的多解性、不确定性等问题，引入功能表面作为功能到结构映射的媒介。在描述功能表面和产品功能模型的基础上，构建了一种机械产品概念设计产品模型（功能-功能表面-结构），实现了功能到结构的稳定映射关系。该模型可用于开发计算机辅助设计工具来支持机械产品概念设计过程，实例验证了该产品模型的有效性。     

基于产品基因分解重构的生长型设计

将基因工程思想用于产品的进化设计过程，通过对产品基因的多级分解提出了产品组成单元的进化策略。在给出基于功能约束的产品基因分解数学模型的基础上，将装配复杂度及制造复杂度作为有效的控制约束引入其中，得出了产品基因的最优划分策略，在此基础上提出了基因重构方法。用滚子夹具设计实例验证了设计方法的有效性。     

机械产品方案设计自动化研究

研究并提出了一种基于遗传算法的机械方案计算机辅助设计系统模型，该模型利用面向对象的方法将各个机构进行封装而形成机构类。通过把机械方案设计过程看作是一个状态空间的求解问题，用遗传算法控制其搜索过程，利用复制，交换和变异等操作进行一次次迭代，最终自动生成一组最优的设计方案，该系统经过了大量的实例验证，具有很高的有效性，准确性和实用性。     

机械产品概念设计的协同设计研究

在机械产品概念设计中应用协同设计是日益激烈的全球性市场竞争的结果，是概念设计发展的要求，介绍了基于网络协同设计的机械产品概念设计的基本思想，初步讨论了系统结构及实现方式，并对基于协同设计的机械产品概念设计中协同技术，异构环境下数据共享，基于实例和规则混合推理的机械产品概念设计过程等关键技术进行了研究。     

可变功能机械产品功能设计及功能转换过程研究*

针对可变功能机械产品相关设计方法研究中的不足,提出可变功能机械产品的功能设计方法与步骤,并对功能相似性进行探讨。可变功能机械产品实现功能转换时需要进行零件的拆卸、装配,因此有必要对其开展拆卸-装配序列的研究。将可变功能机械产品的结构构件分为共享件与非共享件,明确拆卸-装配序列规划对象为非共享件。根据可变功能机械产品实现各可变功能所需的零件列表,建立功能零件关系表。用集合干涉矩阵(Aggregated interference matrix, AIM)表示非共享零件在各自拆卸或装配方向的干涉情况,并提出包围盒与投影相结合的方法进行干涉检查,在此基础上生成AIM。然后根据生成的AIM建立目标函数,应用遗传算法对拆卸-装配序列进行优化。最后,利用Matlab编写相应的程序,以某可变功能微耕机为例对提出的方法进行验证。     

产品概念设计过程研究

产品的概念设计直接影响产品的质量、成本和性能,是产品设计的核心阶段。文章结合科学效应叙述了产品概念设计的一般过程,通过科学效应给出产品总功能的实现途径,在此基础上对产品总功能进行分解并且列出功能分解图和功能结构图,再利用科学效应求出产品功能结构图中功能元的解。之后列出形态学矩阵并从中组合出多种可行性方案,经过对可行性方案的评价验证选出最佳的方案。最后通过实例验证了过程的有效性。     

机电产品的现代概念设计

阐述了现代概念设计的重要性，介绍计算机辅助概念设计的内容，方法，步骤和使用的工具。最后介绍了几个运用CACD开发机电产品的实例。