研究生课程CADCAM讲稿Ch产品设计方法学及计算机辅助设计S.ppt

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1、1,2 计算机辅助概念设计,2.2 概念设计的基本方法,2.3 计算机辅助概念设计的基本原理,2.1 概念设计的内涵,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,2,2.1 概念设计的内涵,两种基本定义,Palh和Beitz 于1984年在Engineering Design书中定义为：,在确定任务后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合，确定基本求解途径，得出求解方案，该部分设计工作称为概念设计,Frence在Conceptual Design for Engineers中定义为：,指在弄清设计要求和条件的基础上，生成框架式的广泛意义上的解。框架式的解指设计问题的一个轮廓，该框架只

2、需对一些特征或部件有一个相对明确的描述，但并不要求详细,3,2.1 概念设计的内涵,两种基本定义（续）,在此基础上，总结概念设计的定义为：,指根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计，进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计,功能创新、亲和、舒适,产品概念设计内涵,2.1 概念设计的内涵,概念设计的定位,概念设计的新内涵,2.1 概念设计的内涵,6,2.1 概念设计的内涵,概念设计的特点（续）,层次性（体现在两个方面）,概念设计分别作用于功能层和载体结构层，并完成由功能层向结构层的映射,各层中的自身的

3、层次关系,信息的不完备性,7,2.1 概念设计的内涵,概念设计的内容,功能创新,功能分析和功能结构图设计,工作原理解求解,功能载体方案构思和决策,诺基亚手机的概念设计,8,2 计算机辅助概念设计,2.2 概念设计的基本方法,2.3 计算机辅助概念设计的基本原理,2.1 概念设计的内涵,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,9,2.2 概念设计的基本方法,“构思”“设计”法,将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段：构思阶段：寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解设计阶段：具体实现构思阶段的原理解,Roper 将方案的构思描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解,功能结构

4、中的分功能由结构元素实现，并将结构元素间的物理联接定义为功能载体，这样功能载体和结构元素间的相互作用构成功能示意图,10,2.2 概念设计的基本方法,“构思”“设计”法（续）,Roper 将方案的设计描述为：根据功能示意图，限定性地描述所有的功能载体和结构元素，再定量地描述所有结构元素和联接件（功能载体）的形状及位置，得到结构示意图,Roper 采用图论，根据定义的总设计单元、功能载体、结构元素、功能结构元素、联接结构元素、结构零件、结构元素零件，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家的设计经验做出形式化的描述，形成一系列结构化方法，并应用于构思和设计阶段,11

5、,2.2 概念设计的基本方法,公理化设计,公理化设计的思想出现在70年代，1990年Suh提出了公理化设计理论,公理化设计是通过对大量成功设计实例进行分析归纳，抽象出设计过程的本质而形成的，是对产品设计的一种概念性的、抽象的描述,公理化设计中的设计空间被划分为依次相邻的四个域：顾客需求域、功能域、载体域和过程域,12,2.2 概念设计的基本方法,公理化设计（续）,四个域中包含的元素分别为：,顾客需求项（CNs)：表示顾客使用产品的目的,13,2.2 概念设计的基本方法,公理化设计（续）,功能需求项（FRs）：表示在功能层次上对产品设计 目标的说明,设计参数（DPs）：表示实现功能的载体,过程变

6、量（PVs）：表示制造过程所涉及的主要因素,设计过程被描述为以顾客需求为驱动的域之间的映射过程,14,2.2 概念设计的基本方法,质量功能部署（QFD）,质量功能部署（Quality Function DeploymentQFD）是日本三菱重工在神户造船厂1972年提出并使用,QFD是一个跨专业的团队过程，用于设计开发新的产品（服务）或改进原有的产品（服务），它主要焦聚在顾客需求上，将顾客需求转化成可量测的目标，保证正确的产品（服务）迅速进入市场,15,2.2 概念设计的基本方法,质量功能部署（QFD）（续）,将顾客需求转化成设计需求,将设计需求转化成产品/零部件特性,将产品/零部件特性转化成

7、制造操作步骤,将制造操作步骤转化成具体的操作/控制,QFD为一个结构化的、矩阵驱动的过程，其运行包括4个阶段：,16,2.2 概念设计的基本方法,质量功能部署（QFD）（续）,QFD开始于顾客需求，转化过程中使用4个相互关联的矩阵,美国部分企业实施QFD效益案例,2.2 概念设计的基本方法,QFD软件,2.2 概念设计的基本方法,QFD Capture的界面图,QFD Capture 美国ITI QFD Design 美国Qualisoft,19,2.2 概念设计的基本方法,功能方法树,系统的总功能是总任务的描述，可分解为分功能，分功能是分任务的描述。功能的解或实现称为方法,系统采用基于功能方

8、法树的功能模型描述。该树是一种分层结构，功能与方法构成不同的层，层与层之间用线段连接,20,2 计算机辅助概念设计,2.2 概念设计的基本方法,2.3 计算机辅助概念设计的基本原理,2.1 概念设计的内涵,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,21,2.3 计算机辅助概念设计的基本原理,概念设计的本质是创新,传统的CAD系统不能体现概念设计的创新过程，缺乏设计方法学的支持，只是一个概念化绘图工具,CACD产生，目的在于支持产品的创新设计,CACD的实现原理：,将设计过程看成在满足约束条件下由功能确定出结构的过程，或称为由功能到结构的映射,22,CACD系统的工作过程,2.3 计算机辅助概念设计

9、的基本原理,23,2.3 计算机辅助概念设计的基本原理,CACD的优点：,能满足设计师的各类特殊要求,能有效提高概念设计的效率,能简捷地生成设计对象,能提供一个进行信息交流和对象评价的平台,24,2 计算机辅助概念设计,2.2 概念设计的基本方法,2.3 计算机辅助概念设计的基本原理,2.1 概念设计的内涵,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,25,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,实现CACD，关键在于产品信息建模、推理技术和设计全过程集成,产品信息建模,实现设计对象的计算机抽象描述和表达，按描述产品的信息种类，产品信息建模分为：,功能信息建模,几何信息建模,设计意图建模,26,2.4

10、 计算机辅助概念设计的关键技术,功能信息建模,其重点是功能的表达和功能的分解与组合,功能的表达：指把市场需求和用户要求通过计算机分析，进行功能抽象和描述，突出任务核心,功能的表示方式：,动名词组。如：传递转矩,输入/输出流转换。如：物质流、信息流或能量流,输入/输出状态转换,27,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,功能信息建模（续）,功能的分解与组合：指在功能表达的基础上，依据一定的作用原理，将总功能逐级分解，并确定各子功能的相互关系，进行功能重组，实现功能结构的构思和设计,几何信息建模,指如何描述、表达及操作“残缺”的几何信息,研究功能模型到几何模型之间的映射关系、映射方式和映射机理,设

11、计意图建模,设计意图记录设计人员的思维过程，包含开发过程中的经验和技术设计意图建模用于方便概念设计中的设计知识查询和挖掘和重用,28,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,推理技术,基于产品信息模型，依据相关知识，根据相应的前提条件，采用相应推理策略最终求得结果（方案）的思维过程,常用的推理技术包括：,定性推理,基于实例的推理,基于知识的推理,基于约束的推理,29,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,设计全过程的集成,产品的开发是一个渐进和反复的过程，概念设计为产品开发的前期过程，需与其他阶段支持系统无缝集成,最终构建出一个支持产品开发全过程的高效系统,30,2.4 计算机辅助概念设计的关键技术,CACD系统的原理性框架结构,