摘要：根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能化四種類型。指出四種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系.提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。

引言

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使產(chǎn)品功能的要求日益增多、復(fù)雜性增加、壽命期縮短、更新?lián)Q代速度加快。然而產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段則顯得力不從心，跟不上時(shí)代發(fā)展的需求。在經(jīng)濟(jì)全球化的環(huán)境下，機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)。如何快速地進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)是提高制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的一個(gè)關(guān)鍵問題，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和應(yīng)用技術(shù)的研究是十分重要的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。

目前計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到廣泛深入地研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)需要。為此本文概括總結(jié)了國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采取的方法，并討論了各種方法間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。

機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法概括為以下四大類型：

1.系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成有若干設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)聯(lián)系，并具有層次性，所有要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。

1.1.設(shè)計(jì)元素法

用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。

1.2.圖形建模法

研制出設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的鏈接。

1.3.“構(gòu)思”一“設(shè)計(jì)”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分為“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

1.4.矩陣設(shè)計(jì)法

在方案設(shè)計(jì)過程中采用“要求一功能”邏輯樹描述要求與功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計(jì)解集，形成不同的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)“要求一功能”邏輯樹建立“要求一功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

1.5.鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。

2.結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解（如通用零部件等）描述設(shè)計(jì)任務(wù)，即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否存在對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品解。這樣能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力、費(fèi)用，以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整。由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)降低新產(chǎn)品的成本。

3.基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法

基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)，再利用已儲(chǔ)存的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。

機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。想要實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。

4.智能化設(shè)計(jì)方法

智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

在進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，把產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個(gè)階段。

4.1.產(chǎn)品規(guī)劃一構(gòu)思產(chǎn)品。任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特征，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機(jī)工程等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出來，建立能夠體現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品外形的簡(jiǎn)單模型。立體模型是檢驗(yàn)外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計(jì)變量的依據(jù)，同時(shí)還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。

4.2.開發(fā)一設(shè)計(jì)產(chǎn)品。該階段主要依據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素。將實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型之后，即可對(duì)產(chǎn)品的配置進(jìn)行分析。

4.3.產(chǎn)品規(guī)劃一加工和裝配產(chǎn)品。該階段主要是裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計(jì)算機(jī)圖形顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造型和裝配間的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)和問題，并找出解決問題的方法

5.總結(jié)

值得一提的是，上述各種設(shè)計(jì)方法并不是完全孤立的，各種方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系。如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時(shí)就蘊(yùn)含有系統(tǒng)化思想；建立產(chǎn)品特征及設(shè)計(jì)方法知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)時(shí)，通常也需運(yùn)用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法；此外，基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)同時(shí)又是方案智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求一設(shè)計(jì)一加工一裝配一成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。

機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造的需求方向邁進(jìn)。綜合運(yùn)用文中的四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)的有效途徑。國(guó)外在這方面的研究已初見成效，我國(guó)的設(shè)計(jì)學(xué)者應(yīng)該意識(shí)到與國(guó)際交流合作的重要性，并采取積極的措施。

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作者簡(jiǎn)介：

賈志蕓（1978.9）， 女，漢，天津市，機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)本科，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。