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.     

生长型设计中的复杂度设计策略

通过对生物进化复杂性与产品复杂度的对比,提出了生长型设计中的复杂度设计策略,定义了描述产品基因复杂性的分类指标,给出了描述产品基因单元自身约束复杂度的单元复杂度,以及描述进化设计每一阶段产品各组成单元总体复杂度的种群复杂度.应用信息熵,建立了定量评价产品复杂度的数学模型,给出了产品功能信息量、几何结构信息量、装配复杂度、制造复杂度的量化方法.最后,为实现生长过程中的自然选择,通过对产品基因的多级分解,提出了以复杂度为控制因素的产品组成单元的进化策略.     

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。     

基于功能表面分解重构的产品信息模型

针对设计自动化领域中一些问题 (概念设计、功构映射 ) ,提出了基于功能表面分解重构的产品设计过程的观点 ,并相关地构建了支持该观点的产品信息模型 ,以期求得对现行 CAD系统的本质突破 ,真正达到对概念设计过程自动化的支持     

基于功能-行为-结构的产品概念模块设计研究

为更好地实现产品的模块化设计,在基于功能-行为-结构的产品概念设计过程中引入模块划分技术,提出了一种基于功能-行为-结构的产品概念模块设计方法和过程模型;分析了根据产品的总体技术目标特征,进行产品功能、行为、概念结构求解与功能分解的迭代过程的产品概念设计分解方法。为描述概念产品,将黑箱法和IDEF0功能描述方法相结合,建立了产品功能-概念结构模型。在此基础上,建立了产品概念要素（功能、行为、概念结构、接口）的相关关系分析方法,进而采用模糊聚类算法进行产品概念要素聚合,以实现产品概念模块的划分。该方法应用于堆垛机货叉机构的概念设计过程,实现了货叉机构的概念模块的设计。     

机械产品生长型设计过程的研究

产品概念设计自动化已成为机械设计领域研究的重点.首先引入了广义定位原理和功能表面的概念,而后将实际零部件中表现产品形状、结构的特定表面抽象为功能模式,支持概念结构生成;将生物生长的机理用于产品设计过程,通过功能表面的分解重构进行产品概念设计;给出了功能原型和原理库的数学表达.通过工程实例,验证了上述理论的有效性和实用性.     

基于功能表面的产品基因形式化表达

利用功能表面来形式化表达产品基因以支持机械产品概念创新设计。用数学方法描述了功能表面模型和产品基因模型,提出了一种变长度的产品基因层次编码方案,构建了基于功能表面的产品基因形式化表达过程,并用设计实例对提出的方法进行了验证。     

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。     

现代产品几何技术规范(GPS)的数字化理论基础

现代产品几何技术规范(generation geometrical product specification and verification，GPS)是ISO／TC213针对产品的设计与制造而规定的一系列宏观和微观的几何技术规范，它包括产品的规范过程、生产过程、认证(检验)过程以及不确定度的评定和控制。表面模型是ISO／TC213GPS语言中新提出概念，它是实现GPS系统阶段功能的操作基础和系统关联基础，表面模型需要由相应的“要素”和“特征”予以定义和描述。ISO／TC213GPS将工件／要素分为七种恒定类，所有的理想要素都属于七种恒定类中的一种，且可由其位置要素和本质特征进行定义与描述；位置特征则定义了要素之间的关系。第二代GPS系统通过表面模型、恒定类、恒定度、特征等概念的引入和互补应用，实现了几何要素从定义、描述、规范到实际检验评定过程中数字化控制功能的飞跃，比较有效地解决了产品在“功能描述、规范设计、检验评定”过程中数学表达统一规范的难题。     

基于功能实例推理的敏捷夹具设计

为提高夹具设计的敏捷性,提出了一种基于夹具功能分解的实例推理方法。该方法根据元件的不同功能和装配特征,建立了一种基于层次的敏捷夹具设计模型。采用基于实例推理方法,通过对产品信息的相似性计算,获取有相似产品信息的夹具实例,再通过几何冲突裁决法和功能冲突裁决法来解决相似实例与实际要求之间的冲突,最后修改夹具实例以满足设计要求。以轴类工件为研究对象进行了应用验证,显示该设计方法可以使敏捷夹具很容易修改,实现重用。     

产品概念设计过程中信息映射模型的研究

概念设计中的功能求解过程是产品设计中最能体现创新性的环节。在建立产品功能域、原理解域、结构域之间三层映射关系的基础上,通过引入逆映射、功能虚元、原理解虚元、虚链等概念,将域间复杂的信息映射过程简单化,以产品功能分解树的分解过程表示设计过程,以功能基、原理解、结构之间的对应关系表达设计知识,实现概念设计阶段与详细设计阶段产品信息表达的一致性。     

Tolerance evolutionary model and algorithm in product growth design

To guarantee the successful transformation from product functional requirement to geometry constraints and finally to dimension constraints between components in a product, an evolutionary tolerance design strategy is proposed on the basis of automation technology in product structure design. In the first part of this paper, the theory of the growth design and the process of tolerance evolutionary design are introduced. Following the evolution of product structure, product tolerance grows from its initial state, defined by accuracy requirements, to its final state, defined as dimension tolerance and geometric tolerance. In this growing process, the basic units in the product growth design, known as functional surfaces and their nominal features, are used as evolutionary carriers. With the help of these basic units, the method for the construction of a two-layer correlation network is proposed. In the second part, the tolerance assertions to assist tolerance evolutionary design are given, based on which the basic process for an evolutionary design of dimensions chain and geometric tolerance are presented. In order to optimize the allocation of the dimension tolerance, a mathematical model is developed in which a correlated sensitivity function between the cost and the tolerance is created. In the model, the design cost, the manufacturing cost, the usage cost, and the depreciation cost of the product are used as constraints to the tolerance allocation. Considering these costs, a multifactor cost function to express quality loss of the product is developed and is applied into the model. The minimum cost is used as the objective function, and the depreciation cost in the objective function is expressed by the discount rate—terminology in economics. The aim was to achieve a final and ideal balance around assembly, manufacturing, and usage through the control of product precision. In the last part, the successful usage of the proposed tolerance evolutionary strategy in the incremental growth product design is demonstrated through a design example.     

Genetic model for conceptual design of mechanical products based on functional surface

Computer-aided conceptual design (CACD) aims to increase efficiency and quality of design work but with little essential progress due to the gap between abstract concept and detailed structure. In order to tackle the problem concerned with conceptual design process and automation, this paper introduces the concept of functional surface as the information carrier to link together product function and structure and describes a product genetic model to represent and organize product information. Functional surface is used to formalize the product gene, a varied-length coding scheme for functional surface and product gene is proposed, and the design process model for conceptual design is established based on product gene. Finally, a prototype system for CACD is introduced to demonstrate how a product can be designed based on the proposed model.     

网络化协作环境下机械产品加工任务粒度分析

面向网络化协作制造环境，分析了产品任务规划与制造资源配置的关系，建立了机械产品加工任务粒度模型。针对机械产品网络化协作制造成本、产品功能组件和工艺方法、任务制造周期等3方面的影响因素，从宏观角度定性、定量地分析了产品制造任务粒度的规划问题，建立了它们与制造任务粒度之间的数学关系式，得出了在相应条件下任务粒度的最佳值。从这些数量化的结果与关系中，得出一些在网络化制造环境中对机械产品制造任务设计有意义的结论，为进一步的制造资源优化配置打下了理论基础。     

产品概念设计重用研究

在对设计重用的基本理论进行研究的基础上 ,建立了能够记录概念设计历史的基于功能 -行为 -结构框架的概念设计信息模型 ,实现了功能、行为和结构的形式化表示 ,并通过与 PDM模型集成 ,建立了多粒度层次的概念设计重用框架 ,使 PDM系统成为概念设计重用的系统平台 ,同时还研究了概念设计重用信息的检索方法。     

基于过程控制的设计更改控制系统研究

针对航空制造企业的特点,利用工作流技术,提出了一种基于过程控制的设计更改控制系统的体系结构,采用面向对象的Rational统一过程方法对业务过程进行分解和离散化,从中抽取基于业务角色的、粒度合适的过程元模型,将其开发成符合工作流管理联盟接口规范的软件组件,并以此构建相应的工作流模型。用该体系结构所开发的飞机制造设计更改控制系统,实现了信息集成、过程集成、过程控制、过程分析和系统柔性。     

生长型设计中的功能公差设计理论

在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则,提出将产品功能要求转化成零部件之间的几何约束关系,并最终表达为对功能尺寸约束的功能公差设计理论。建立成本—公差敏感函数的数学模型,将产品设计、制造、使用以及技术折旧成本作为公差分配的控制约束,并在其中引入产品使用磨损模型,以经济学中的贴现率来表征技术折旧成本,以成本最低为目标函数,以合理的工艺能力指数、装配功能、装配质量作为约束条件,实现基于功能与成本的面向产品全生命周期的尺寸公差分配。最后,设计实例说明所提出的功能公差设计理论能够在生长型设计中成功应用。     

现代产品开发中的概要工艺规划研究

根据产品设计和工艺设计活动的并行效果和产品信息变化规律,提出了初始工艺规划、粗略工艺规划和详细工艺规划3阶段的工艺设计模型。提出了基于关键特性表示粗粒度的非完备产品信息,并建立了概要工艺规划的策略框架。对概要工艺规划的关键技术,即基于关键特性的产品信息识别、具有多级分辨率的制造工艺分类与选择、具有可扩展性的核心工艺设计和基于差异度的可生产性评价,提出了解决方案。