現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃及可視優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、產(chǎn)品設(shè)計是產(chǎn)品開發(fā)過程最重要的一個環(huán)節(jié)，設(shè)計效果的好壞會直接影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量。先進而實用的設(shè)計理論方法對很好地完成產(chǎn)品設(shè)計工作有很大的促進作用，因而備受科研人員和企業(yè)界的重視。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前學者們已經(jīng)提出了近60種設(shè)計方法，這些設(shè)計方法對提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量都起到了不同程度的作用。在一個具體的產(chǎn)品設(shè)計中，應(yīng)用所有的設(shè)計方法進行設(shè)計是不現(xiàn)實的，也是不必要的?，F(xiàn)代機械綜合設(shè)計理論方法在總結(jié)現(xiàn)有設(shè)計理論方法的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃

2、、功能優(yōu)化設(shè)計、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計、智能優(yōu)化設(shè)計、可視優(yōu)化設(shè)計、設(shè)計質(zhì)量檢驗等主要技術(shù)手段來對產(chǎn)品進行設(shè)計，以確保和提升產(chǎn)品的廣義質(zhì)量（全部功能與性能）。綜合設(shè)計理論方法的提出避免了設(shè)計方法選擇的隨意性和不規(guī)范性，因而有著重要的意義。
　　 目前，對綜合設(shè)計法總體框架的研究已經(jīng)較為完善，部分研究成果已經(jīng)被廣大學者和企業(yè)界人士所接受。但是，在其理論框架下，一些具體的設(shè)計理念、技術(shù)和方法還有待進一步深入研究。本文重點研究綜合設(shè)計法理論框架

3、下的產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃和可視優(yōu)化設(shè)計法，力圖通過對這兩個環(huán)節(jié)進行深入研究，來完善產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃和可視優(yōu)化設(shè)計的具體技術(shù)或方法。本文的研究工作得到了國家自然科學基金重點項目(編號：50535010)的支持。其研究結(jié)論對于綜合設(shè)計法的進一步豐富以及推廣與應(yīng)用都有著重要意義。具體研究內(nèi)容如下：
　　 對綜合設(shè)計法的理論框架做了進一步深入研究與概括。詳細介紹了產(chǎn)品的廣義質(zhì)量與廣義優(yōu)化兩個重要概念。將綜合設(shè)計法的理論體系按產(chǎn)品設(shè)計的流程劃分為設(shè)計

4、規(guī)劃、功能優(yōu)化、技術(shù)設(shè)計（動態(tài)優(yōu)化設(shè)計、智能優(yōu)化設(shè)計、可視優(yōu)化設(shè)計）和設(shè)計質(zhì)量檢驗四部分。提出創(chuàng)建設(shè)計集成平臺是應(yīng)用綜合設(shè)計方法的重要手段，并給出了設(shè)計平臺的體系結(jié)構(gòu)，即將平臺分為界面層、應(yīng)用層、技術(shù)層和環(huán)境層四個層面。
　　 在總結(jié)和分析與產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，提出了3L/8D產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃理論方法，即從設(shè)計戰(zhàn)略、設(shè)計業(yè)務(wù)、設(shè)計質(zhì)量檢驗三個層面，具體包括：設(shè)計環(huán)境、設(shè)計思想、設(shè)計目標、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計方法、設(shè)計過程、設(shè)

5、計的潛在問題分析和設(shè)計質(zhì)量評價等8個環(huán)節(jié)，來對產(chǎn)品設(shè)計進行全面規(guī)劃，以提高設(shè)計效率和設(shè)計的成功率。對產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃工作進行了細致地研究，提出了產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃各階段的決策模型及具體的規(guī)劃方法，從而初步建立了3L/8D設(shè)計規(guī)劃的理論框架，為進一步深入研究產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃提供了參考。
　　 圍繞3L/8D產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃相關(guān)理論，用計算機技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)計規(guī)劃幾個重要環(huán)節(jié)的輔助規(guī)劃系統(tǒng)的開發(fā)，具體包括創(chuàng)建顧客需求重要度評判系統(tǒng)、顧客的模糊聚類分析系統(tǒng)

6、、設(shè)計實例搜索系統(tǒng)、設(shè)計任務(wù)分解及相關(guān)性評判系統(tǒng)、設(shè)計質(zhì)量的模糊評判系統(tǒng)。研究中具體論述了每個系統(tǒng)的功能模塊、實現(xiàn)原理和實現(xiàn)過程。以上系統(tǒng)均具有可視化的操作界面，能自動生成相關(guān)報告，從而可以輔助產(chǎn)品開發(fā)人員快還獲得可以指導制定設(shè)計規(guī)劃的決策信息。
　　 進行了現(xiàn)代機械可視優(yōu)化設(shè)計方法及實現(xiàn)措施研究。通過對現(xiàn)代機械設(shè)計特點的具體分析以及在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，確定了可視優(yōu)化法的研究內(nèi)涵、研究內(nèi)容、技術(shù)流程、關(guān)鍵技術(shù)、研發(fā)支撐軟

7、件以及具體的應(yīng)用原則，從而建立了可視優(yōu)化設(shè)計法的理論框架。進一步，對可視優(yōu)化設(shè)計的具體環(huán)節(jié)，即運動學和動力學狀態(tài)、工作過程和控制過程、加工制造和裝配過程等可視優(yōu)化的內(nèi)容和方法也進行了討論，詳細介紹了其原理、目標和方法。
　　 在介紹產(chǎn)品設(shè)計平臺內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，重點研究了搭建可視優(yōu)化設(shè)計平臺的策略與技術(shù)。研究中，提出了可視優(yōu)化設(shè)計平臺的體系結(jié)構(gòu)及功能模塊。可視優(yōu)化設(shè)計平臺，從體系結(jié)構(gòu)上看可以分為4個層次，分別是：技術(shù)操作層、主要功能

8、層、輔助功能層和技術(shù)支持層。平臺按需要可以分為快速建模系統(tǒng)、加工過程可視化仿真系統(tǒng)、裝配過程可視化仿真系統(tǒng)、運動學可視化仿真系統(tǒng)等10個功能模塊。確立了搭建可視優(yōu)化設(shè)計平臺的構(gòu)建策略，可以概括為16字方針，即“自我評價、追求效益、力求節(jié)約、分步實現(xiàn)”。提出了搭建可視優(yōu)化設(shè)計平臺的一般流程，包括6個關(guān)鍵步驟，分別是：現(xiàn)場調(diào)研、需求分析、制定規(guī)劃、實際開發(fā)、功能測試和投入使用。
　　 以東北大學自主研制3-TPT并聯(lián)運動機床為實例，