产品外形仿生设计研究现状与进展

创新是当前及未来发展的关键,而仿生是灵感来源的重要途径。仿生设计是工业设计中重要的研究方法,也是创新的重要手段。通过对国内外相关文献的研究,论述了产品外形仿生设计的相关概念,分析了产品外形仿生设计在形态仿生、功能仿生、结构仿生、肌理仿生、色彩仿生、意象仿生领域的发展,针对已有的产品外形仿生设计案例,提出了“自上而下”和“自下而上”两种设计过程,罗列了产品外形仿生设计中的主要方法。在产品外形仿生设计研究方法方面,提出了产品外形仿生设计的本体层、行为层和价值层三个层次模型,系统地探讨了产品外形仿生设计生物外形本征提取、产品外形设计与表达、生物外形本征与产品外形的融合三个方面的研究内容与体系结构,以及关键技术和存在的问题。针对仿生设计与信息技术的融合发展,提出产品外形仿生设计的研究热点和发展趋势。     

工业设计中仿生设计的应用

介绍了两门新兴的学科——仿生学和工业设计，在此基础上着重论述了这两门学科之间的关系以及工业设计中仿生设计的应用。指出，工业设计中的仿生设计极大地丰富了工业设计的设计方法，对工业设计的发展起着巨大的推动作用。     

产品造型的仿生设计研究

通过造型仿生研究,探寻提高产品造型艺术品质的有效途径,为产品造型设计提供参考与借鉴。在总结产品仿生中情感化设计和绿色设计等理念的基础上,分析仿生对象自然形态的属性及其应用特点,并阐明以抽象和简化为核心的仿生设计的基本方法,最后以长鼻子喷壶U-CAN为例,从形态、使用方式和情感等角度解析产品造型仿生设计的内涵。因此,造型仿生不仅仅是单纯的形态仿生,而需应用一系列设计理论,从行为、情感和文化等视角综合研究,以体现设计价值。     

大型载重卡车仿生造型设计与品牌文化塑造实务研究

介绍了仿生设计的概念与方法,以矿用载重汽车造型设计为例阐述了大型载重卡车仿生设计的方法,揭示了大型载重卡车仿生设计与企业品牌文化塑造的统一性以及通过仿生设计采塑造企业品牌文化的重要意义.     

文化仿生在汽车造型设计中的应用研究

文化仿生有助于从物质和精神两方面探讨传统文化在汽车造型设计中的延续问题。通过对文化仿生理念的背景、内容和研究现状的论述,分析了基于文化仿生的汽车造型设计模式,提出了文化仿生应用于汽车造型设计的3种设计方法。最后,以概念车设计为例进行了文化仿生的应用分析。     

机构层次上仿生型构形设计CAD系统的研究

论述了机械设计过程与生物发育过程、机械构形设计过程与生物胚胎发育过程之间的相似性 ,提出了借鉴生物胚胎发育的规律实现仿生型构形设计自动化的方法 ,并从功能面、零件和机构三个层次给予简要阐述。重点讨论了机构层次上的仿生型构形设计方法 ,分别是 :机构知识的表示方法 ;机构知识的文字驱动机制。机构层次上仿生型构形设计方法可实现装配结构的自顶向下设计 ,其实用性已得到验证。     

风力机塔架结构仿生设计及力学性能分析

针对柔性化发展以及随之而来的高耸结构稳定性问题,对结构仿生理论在风力机塔架设计中的应用进行了研究。选取竹子为生物原型,基于层次分析法计算出竹子与塔架具有较高的相似度,验证生物选型的合理性。在此基础上,提取竹子的节状特征应用于风力机塔架的结构,设计具有加强节特征的仿生塔架,并采用有限元方法对仿生设计前后的塔架结构力学性能进行对比分析。结果表明:具有5个加强节的仿生塔架较原型塔架在刚度和极限承载能力等方面均得到提高,应力分布特点更加合理。验证了仿生理论在塔架设计中的有效性,为风力机塔架的结构设计提供了新方法。     

矿山机械的仿生设计

在矿山机械使用过程中需要有极其的灵活性,采用仿生设计能满足矿山机械设计的需要,本文就矿山机械的仿生设计进行阐述。     

基于EQA和AD的产品仿生创新设计方法

针对分布式资源环境下仿生学与创新方法集成应用于产品创新设计问题,提出一种基于抽取式问答(Extractive question answering,EQA)和公理化设计(Axiomatic design,AD)的产品仿生创新方法。首先,构建基于知识挖掘的生物文本及工程设计信息数据库,实现生物及工程数据的处理与储存。其次,构建基于EQA的问答系统并提出一种生物参数获取方法,从设计功能的角度匹配合适的生物参数。然后,以融合EQA和AD的产品仿生创新设计流程为基础,实现从用户需求到设计方案的转换,获得可行的产品设计方案。最后,开发了相应的仿生创新设计辅助软件系统,辅助设计者进行产品创新设计,并以紫外线消毒车设计为例,验证了所提出的产品仿生创新设计方法的可行性与有效性。     

生物体承力结构的仿生设计研究概况

介绍了仿生设计的由来及发展过程,并对生物体承力结构从力学特征上进行了分类,综述了在机械工业、建筑行业上关于生物体承力结构的仿生设计研究概况、存在的问题和应用前景。     

Design justification of manufacturing systems—a review

The development of design systems which ensure economic feasibility has been the focus of recent research in the manufacturing area. Traditional design and justification approaches have been cited as having shortcomings; thus, there have been a variety of modifications and enhancements developed. An approach that is conceptually different from the traditional approaches seeks the integration of the economic analysis within the design process. We denote this approach as thedesign justification method. This paper reviews literature related to the explicit and implicit integration of economic factors in the manufacturing system design process, followed by supporting issues for the implementation of the design justification concept.     

基于企业资源的设计重用研究

在中国国家“十五”科技攻关重大项目《沈阳市用高新技术改造传统装备制造业示范工程》支持下，研发大型成套装备产品设计开发支持系统技术，解决产品设计开发方法问题，报告基于企业资源的设计重用研究成果。 通过对当前中国大陆机械制造企业产品开发设计现状的分析，基于产品并行和协同设计理论，提出设计关系模型，以体现产品设计的并行、协同、面向全生命周期等属性；突出设计师对设计过程的触发和参与——在从概念设计到详细设计的过程中，设计师应能简捷有效地在一定层位对设计进行修改。 借助产品创新设计原理、方法及合理化工程等理论，分析产品开发与建模过程。以最大限度实现并行工程与协同工作环境的设计重用，提出基于并行工程的机械产品创新设计平台PDM概念。平台PDM由基础环境层、应用支持层、应用工具层及应用界面层组成。提出产品设计过程及产品结构物理模型，基于实例与特征技术、产品结构与PDM映射，建立数学模型、映射模型及实例模型，明确设计过程关系，使PDM系统成为实现概念设计重用的系统。     

Conceptual Design Using Evolution Strategy

Conceptual design is one of the most important activities in new product development. Inappropriate design concepts could result in high redesign cost and delay in product realisation. The generation of conceptual designs is a time-consuming and mentally exhausting process. It involves combining design features to generate as many potential design concepts as possible. As not all features combinations are feasible, decision-makers have to narrow down the potential solutions and subsequently select appropriate concept(s) for further development. This work concerns the automation of the conceptual design process using an evolutionary strategy. The paper proposes a design attribute encapsulation method, which is applied to the chromosome representation of the design concept, to facilitate the search for a promising combination of features. The design of golf clubs for children is used to illustrate the application of the proposed approach. Mathematical analysis shows that with the proposed approach, the probability of generating a feasible concept during the mutation and crossover is higher with better use of the feasibility rules. ID="A1" Correspondence and offprint requests to: S. C. Fok, School of Mechanical and Production Engineering, Nanyang Technological University, 50 Nanyang Avenue, Singapore 639798. E-mail: mscfok@ntu.edu.sg     

A Clamping Design Approach for Automated Fixture Design

In this paper, an innovative clamping design approach is described in the context of computer-aided fixture design activities. The clamping design approach involves identification of clamping surfaces and clamp points on a given workpiece. This approach can be applied in conjunction with a locator design approach to hold and support the workpiece during machining and to position the workpiece correctly with respect to the cutting tool. Detailed steps are given for automated clamp design. Geometric reasoning techniques are used to determine feasible clamp faces and positions. The required inputs include CAD model specifications, features identified onthe finished workpiece, locator points and elements.     

产品设计重用策略

产品的系统化及在此基础上的变型产品设计是企业产品开发的基本策略.产品设计人员在产品开发的各个阶段重用已有的知识、经验,设计重用成为产品设计的基本特征.探讨产品设计重用策略,给出了产品设计重用层次、设计重用空间的概念,研究总结了基于重用的产品设计策略及技术,包括CBR、KM/KBE及基于重用的产品设计模型框架,对产品设计重用研究、应用及开发支持产品快速设计的设计重用工具和系统具有指导意义.     

以生命为原型的产品概念结构设计

面向产品概念设计自动化,把生命系统的创造性和创新智能充分利用到产品设计中,提出了以生命为原型的设计原理和基于生命体结构与过程原型的生长型产品概念结构设计方法,构建了支持该观点的产品结构模型和信息模型,讨论了实施生长型设计系统原型的关键技术,包括人类需求处理和生长型设计过程,开发了生长型概念结构设计系原型,以滚字夹具设计为例验证了该方法的有效性。     

质量管理在产品设计和开发中的应用

随着科学技术的发展,用户对产品质量的要求越来越高,产品的质量很大程度上依赖于产品设计的质量,众所周知,如果设计存在缺陷,即使生产过程控制再严格,也制造不出高质量的产品。因此,质量管理在产品设计过程中显得尤为重要,在产品设计中应用质量管理的方法和理念,是提高产品设计和开发质量的唯一途径和方法。     

Development of Expert System for Concurrent Product Design and Planning for Assembly

This paper addresses the development of an expert system for concurrent product design and assembly planning (CDAPFAES) including conceptual design, detailed design, assemblability analysis and design for assembly, assembly system design, assembly process planning and stimulation, and technical–economics justification. This approach is implemented through an agent-based framework with concurrent integration of multiple cooperative knowledge sources and software. This intelligent system can offer systematic assistance for assembly design and planning in the early stage of product development and facilitate, as far as possible, the use of flexible assembly equipment, including robots. Finally, this new design methodology is illustrated with a successful implementation of a switch product design.     

Design creativity in product innovation

The traditional design methods mainly focus on product or technical system themselves, but seldom recognise and plan design process from creative cognition approach point of views. This paper presents a qualitative model of creativity for product innovation. The factors that affect individual creativity are analyzed. Based on the characteristics of product design, incorporating cognitive psychology, information technology and computer application technology into design technology, a qualitative model of creativity for product innovation is developed. The key attributes of the model, named thinking styles and computer support tool, are analyzed, as well as the approaches of enhancing designer’s creativity for product innovation are presented. Based on the cognising process, the design activities were defined and represented, then, suitable creative strategies were selected. A systematic man-machine interactively creative design approach was established and a preliminary prototype software system of computer-aided design for product innovation was developed.