計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)研究綜述

郭向杰

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，制造業(yè)企業(yè)都面臨著難以預(yù)測的市場競爭。研究表明，機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段對機(jī)械產(chǎn)品的有很大的影響，機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)工作的基礎(chǔ)，因此開展機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)研究具有極其重要的意義。本文就計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)展開探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī);輔助機(jī)械產(chǎn)品;關(guān)鍵技術(shù)

引言

計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)屬于一個(gè)相對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。首先，作為相關(guān)技術(shù)人員需要根據(jù)以前研究人員自己的經(jīng)驗(yàn)和想象來構(gòu)造一種能夠?yàn)槲覀兊娜粘Ｉ钐峁┍憷臋C(jī)械產(chǎn)品。同時(shí)，他們使用市場調(diào)查和其他方法來塑造產(chǎn)品本身的基本概念。技術(shù)人員利用當(dāng)前的科技支持將這種想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品。如果需要特殊操作，它還需要比以前更安全可靠。此外，還需要對產(chǎn)品的實(shí)際可用性進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y試，制定相應(yīng)的安全保證和維護(hù)計(jì)劃，了解產(chǎn)品不能使用后的處理方法，并以此實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化1、機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)

機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段的最大特點(diǎn)是創(chuàng)新性，這是設(shè)計(jì)的靈魂。創(chuàng)新這個(gè)過程不確定因素很多，約束也相對較少，也導(dǎo)致了概念設(shè)計(jì)階段的不確定性、多樣性和復(fù)雜性。設(shè)計(jì)初期，用戶需求是不完整的，要么漏掉了某些需求，要么還隱含了別的需求，需要進(jìn)一步完善和明確。需求的調(diào)整從設(shè)計(jì)的整個(gè)過程來看是貫穿始終的，不斷與各個(gè)設(shè)計(jì)階段相交互，用得到的反饋信息來調(diào)整需求信息，加入新生成的需求、刪除負(fù)面需求或者修改已有的需求。這些也造成了概念設(shè)計(jì)階段信息的殘缺性和變動(dòng)性。另外，概念設(shè)計(jì)階段的創(chuàng)新性，既可以是對以前同類型類似設(shè)計(jì)要求選擇或發(fā)明一種未使用過的實(shí)現(xiàn)原理，進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)，也可以是基于以往的設(shè)計(jì)進(jìn)行的修改以適應(yīng)變化了的要求或環(huán)境，而設(shè)計(jì)原理不變，創(chuàng)新還可以僅僅是產(chǎn)品的某個(gè)部件、組成元件的改變，或者是新技術(shù)、新材料的使用。

2、計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容

2.1、針對材料和加工成形工藝所進(jìn)行的設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品涉及到的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，其挑選的材料需要對以下幾點(diǎn)因素：在對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要對產(chǎn)品自身的多種材料特性給予有效的認(rèn)知和了解，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品其本身的設(shè)計(jì)使用壽命會(huì)會(huì)材料自身的性能產(chǎn)生極大的影響。材料自身的加工性能可以說是限制計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)所不能夠忽視的一個(gè)核心要素，在對計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品其構(gòu)成部件進(jìn)行加工制作的時(shí)候?yàn)榱四軌蚬?jié)省成本，需要適當(dāng)?shù)慕档驮趯?shí)際進(jìn)行加工過程里出現(xiàn)的副產(chǎn)品，或者是把副產(chǎn)品通過合理使用的方式去減少成本。諸如在對精度較高的零部件進(jìn)行制作的時(shí)候，使用一些較為先進(jìn)的冶金成型技術(shù)能夠極大程度的節(jié)約成本，同時(shí)制作產(chǎn)生的產(chǎn)品還可以對于計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)在應(yīng)用上的要求給予滿足。材料自身的價(jià)格性能可以說也是限制計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品材料選擇不可忽視的核心因素，在計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品其進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的時(shí)候，因?yàn)樾枰獙Σ牧蟽r(jià)格給予不斷的比對，通過這樣的方式去對比使用價(jià)格相對比較低廉的新型材料時(shí)機(jī)械其自身的使用壽命和價(jià)格較相對較高的原本設(shè)計(jì)材料機(jī)械使用壽命差距之間是不是存在較大的差異，假如其自身的壽命時(shí)間自檢存在的差異并不是很大，能夠完成替代化生產(chǎn)。因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)材料所進(jìn)行的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的聯(lián)系十分的緊密，產(chǎn)品自身的使用壽命和設(shè)計(jì)使用挑選的材料之間有著非常密切的聯(lián)系，所以在對其進(jìn)行具體使用的時(shí)候這一材料不能夠?qū)τ谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品自身使用要求給予滿足的時(shí)候，需要繼續(xù)挑選能夠被應(yīng)用的機(jī)械材料，當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的支持對于這一問題所采取的處置方式是不可忽視的。假如當(dāng)前的技術(shù)并不能夠?qū)ζ浣o予有效的解決，那么就需要完成設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

2.2、計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)（CACD）技術(shù)

總結(jié)AD、GDT和UDT等設(shè)計(jì)理論和方法，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)范圍分為需求域、功能域、技術(shù)原理域和結(jié)構(gòu)域，而概念設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)即是實(shí)現(xiàn)這4個(gè)域之間的映射：用戶需求對產(chǎn)品功能的映射，產(chǎn)品功能對技術(shù)原理的映射，技術(shù)原理對結(jié)構(gòu)（即功能載體）的映射。本文采用概念設(shè)計(jì)過程模型，它根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)書，對產(chǎn)品功能分解，獲得功能目標(biāo)樹，再搜索匹配出實(shí)現(xiàn)各子功能的相應(yīng)的原理解，組合成概念產(chǎn)品并進(jìn)行評價(jià)。（1）確定設(shè)計(jì)任務(wù)書。包括明確規(guī)定設(shè)計(jì)目標(biāo)和子目標(biāo)，以及它們之間的關(guān)系，可采用目標(biāo)樹分析方法。（2）功能分解。進(jìn)行功能分解，明確新設(shè)計(jì)所需要的功能和子功能，可采樣“自頂向下”的設(shè)計(jì)分析方法。（3）子設(shè)計(jì)任務(wù)求解。搜索出子解決方案來實(shí)現(xiàn)子設(shè)計(jì)任務(wù)，人工智能方法在此可獲得應(yīng)用，如應(yīng)用基于事例推理和基于規(guī)則推理方法，可部分實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能創(chuàng)新設(shè)計(jì)。（4）總體方案合成。在生成各子設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，合成出若干個(gè)總體方案。（5）產(chǎn)品概念生成。從多個(gè)總體方案中優(yōu)選出一套，生成產(chǎn)品概念，可采樣WOM方法輔助分析。6）評價(jià)概念。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面對產(chǎn)品概念進(jìn)行評價(jià)，如DFX方法，建立利益價(jià)值模型等。

2.3、安全可監(jiān)測性設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品里的機(jī)械結(jié)構(gòu)在不能夠承擔(dān)外部添加的大量荷載的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)機(jī)械失穩(wěn)的問題，假如其使用的是脆性材料那么則會(huì)突然產(chǎn)生破碎，這樣的一種情況對于操作人員自身的人身安全和企業(yè)財(cái)產(chǎn)都會(huì)帶去非常大的威脅，所以在對計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品安全性進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要求使用與其相對的措施處置這一問題。使用當(dāng)前的技術(shù)檢測手段對于可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的位置完成全天候的檢測，或使用傳感器去完成電信號(hào)的有關(guān)測試，安裝報(bào)警裝置，在出現(xiàn)危險(xiǎn)的時(shí)候快速的發(fā)出預(yù)警，通過這樣的方式為操作人員提供充足的逃生時(shí)間。

3、機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢

機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)的發(fā)展方向現(xiàn)階段大體上分成了兩大部分，一是致力于在原先計(jì)算機(jī)輔助繪圖為主的輔助設(shè)計(jì)軟件基礎(chǔ)上，發(fā)展機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)階段的草圖繪制輔助與自動(dòng)生成三維圖形等技術(shù)，而另一部分的重點(diǎn)放在機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)的過程方面，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)過程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，并最終形成一個(gè)完整的機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)在信息化的基礎(chǔ)上正朝著數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化的方向高速前進(jìn)。機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)的理論和內(nèi)涵都會(huì)上升到新的層次。從整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展來看，機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)必將與其它的設(shè)計(jì)階段一起，無縫地集成為一個(gè)覆蓋機(jī)械產(chǎn)品全生命周期的的智能集成設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，從產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)過程的發(fā)展趨勢來看，機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，必然與上述發(fā)展趨勢相一致，因此，建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)模型也將是機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

結(jié)語

當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展以及開發(fā)當(dāng)?shù)陌l(fā)展新趨勢為：將光機(jī)電一體化作為主要特點(diǎn)的的高新技術(shù)不斷的滲透到了計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品;產(chǎn)品其自身的小型化和多功能化以及智能化與低成本化;產(chǎn)品便于制造并且生命的周期持續(xù)變短，便于更新?lián)Q代。因此，進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新活動(dòng)要求有較多的跨學(xué)科知識(shí)作為支撐，同時(shí)也需要有更為復(fù)雜的技術(shù)支撐以及較為完善的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論方式，和一個(gè)十分有效的計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的軟工具對其給予適當(dāng)?shù)闹С帧?/p>

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