基于产品基因分解重构的生长型设计

将基因工程思想用于产品的进化设计过程,通过对产品基因的多级分解提出了产品组成单元的进化策略。在给出基于功能约束的产品基因分解数学模型的基础上,将装配复杂度及制造复杂度作为有效的控制约束引入其中,得出了产品基因的最优划分策略,在此基础上提出了基因重构方法。用滚子夹具设计实例验证了设计方法的有效性。

基于生长型设计的机械产品基因研究

自然界中生物的生长发育过程令人神往,在产品设计过程,我们通过与生物生长过程进行比较,将产品比作生物个体,将零件看作细胞,从而提出了基于细胞的生长型设计。进而通过对生物基因与产品基因的系统类比,总结出产品基因的特点,概括出产品基因、产品基因组的概念,提出了基于产品基因组的生长型设计,并利用DARFAD系统实现对虎钳夹具的设计。

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。

基于功能表面的生长型设计理论

生长型设计是把生物生长的机理用于产品概念结构设计的方法。首先介绍生长型设计的基础理论,从而提出基于功能表面的产品生长型设计方法,论述生长型设计的主要步骤。提出功能表面分解时遵循的原则,即在满足功能需求的前提下,实现装配复杂度和制造复杂度最优分配。提出基于匹配度的概念产品向实体产品的映射方法。给出具体实例,生长型设计方法的有效性得到验证,该方法可以部分实现概念设计的自动化,基于功能表面的概念设计结构模型可以应用于后续的详细设计。

基于功能模式的概念结构生长型设计研究

为解决功能—结构映射问题,首先提出了功能表面映射模型.功能表面作为功能—结构映射的信息载体,可分为定位表面和使定表面,进而提出了基于功能表面的功能传递链.通过对生物个体与产品的类比,提出了概念结构生长型设计方法,依据广义定位原理和分解重构理论,建立了基于功能表面的功能模式,具体包括执行模式、传动模式和定位模式,得到了基于功能模式的概念结构生长型设计过程模型.最后,以偶件滚字夹具设计为例,说明了基于功能模式的生长型设计过程.

产品基因生长型设计研究

生物基因是含有特定遗传信息的功能单位,而产品作为满足人们所需的功能产品,可分解为基本的功能单位——产品基因。在综述相关研究的基础上,特别是生长型设计的研究,提出了产品基因概念,给出了产品基因的定义、特征、作用以及数据结构,提出了产品基因的类型和模型,得到了产品基因生长型设计的过程模型。利用DARFAD系统实现了滚字夹具的设计。

生长型设计中的功能公差设计理论

在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则,提出将产品功能要求转化成零部件之间的几何约束关系,并最终表达为对功能尺寸约束的功能公差设计理论。建立成本一公差敏感函数的数学模型,将产品设计、制造、使用以及技术折旧成本作为公差分配的控制约束,并在其中引入产品使用磨损模型,以经济学中的贴现率来表征技术折旧成本,以成本最低为目标函数,以合理的工艺能力指数、装配功能、装配质量作为约束条件,实现基于功能与成本的面向产品全生命周期的尺寸公差分配。最后,设计实例说明所提出的功能公差设计理论能够在生长型设计中成功应用。

基于生长型设计的公差研究

当前的公差设计研究大多集中于详细设计阶段,对设计前期的公差研究较少。在设计前期的公差设计将减少设计修改并缩短设计周期。在生长型概念结构设计的基础上,将公差问题提前到概念设计阶段。首先介绍生长型设计的基本概念和模型,而后研究结构与公差并行设计的过程模型。分析在设计过程中自动生成局部尺寸链和全局尺寸链的方法,建立公差设计和反馈的整体框架。应用此方法实现了液压缸夹具的尺寸公差设计。

基于广义装配原理的产品生长型设计

通过研究生物生长与产品设计之间的相似性,提出了基于广义装配原理的生长型设计过程,研究了广义装配原理的三个理论构成。首先,在产品生长阶段,为实现生长过程中的自然选择,提出了以复杂度理论为控制因素的设计推理策略;其次,提出了功能公差设计理论,通过加工成本以及基于多因素的模糊质量损失成本体现广义装配成本,在确保产品功能的同时,以较低的装配与制造成本为公差的分配策略;在产品进化阶段,为保证产品良好的装配性能,采用了虚实结合设计技术。将以装配质量因素为核心的产品复杂度、精度以及制造、装配成本等众多设计因素并行集成于生长型设计过程中,实现了以全生命周期装配质量保障为核心的产品生长型设计。

产品生长型设计及其关键技术研究

计算机辅助概念设计是机械设计领域的研究热点。在生长型设计理论的基础上提出了生长型设计过程模型;研究了CAD系统中支持生长型设计的关键技术:产品信息数据结构,设计知识库建模和概念结构匹配为实体结构技术;在此基础上开发了相应的概念设计自动化软件;通过工程实例验证了上述理论和技术的有效性和实用性。

基于产品基因的概念结构生长型设计研究

在产品概念设计过程中,通过与生物个体生长过程的类比,将产品比作生物个体,将零件看作细胞,提出了产品基因概念、特征。又从产品概念结构生长型设计中,提出了产品基因的表示方法和技术支持,并建立了基于产品基因组的概念结构生长型设计过程模型。最后利用软件系统实现了对虎钳夹具的设计。

面向生长型设计的制造信息模型

针对生长型设计过程对功能表面分解粒度控制的需求,应用功能模式的几何特性表达了产品的几何结构信息,并以其为载体集成了产品制造过程信息,建立了基于功能表面的产品制造信息模型。利用信息熵理论对该模型信息进行了量化,将概念产品制造信息熵的最小值作为功能表面分解粒度的控制指标,来决定是否终止概念产品生长,并通过具体产品的设计验证了该模型的正确性。

生长型设计中的复杂度设计策略

通过对生物进化复杂性与产品复杂度的对比,提出了生长型设计中的复杂度设计策略,定义了描述产品基因复杂性的分类指标,给出了描述产品基因单元自身约束复杂度的单元复杂度,以及描述进化设计每一阶段产品各组成单元总体复杂度的种群复杂度。应用信息熵,建立了定量评价产品复杂度的数学模型,给出了产品功能信息量、几何结构信息量、装配复杂度、制造复杂度的量化方法。最后,为实现生长过程中的自然选择,通过对产品基因的多级分解,提出了以复杂度为控制因素的产品组成单元的进化策略。

机械产品生长型设计过程的研究

产品概念设计自动化已成为机械设计领域研究的重点。首先引入了广义定位原理和功能表面的概念,而后将实际零部件中表现产品形状、结构的特定表面抽象为功能模式,支持概念结构生成;将生物生长的机理用于产品设计过程,通过功能表面的分解重构进行产品概念设计;给出了功能原型和原理库的数学表达。通过工程实例,验证了上述理论的有效性和实用性。

基于生长型设计的产品反求

当前的反求工程研究大多集中于三维重构和快速成型方面,而针对产品的反求设计理论与系统研究较少。文中引入了产品功能结构分解重构原理与广义定位原理的生长型设计理论,在此基础上开发了支持后续创新设计的产品反求系统。从已有产品的实体模型出发,应用生长型设计理论对产品设计过程进行回溯,将产品分解为由功能元组成的功能原型,然后通过功能元之间的耦合作用实现对需求原型的反求,支持基于产品功能结构进行的产品结构方案的创新设计。

生长型设计中的层次式产品建模

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生长型产品结构设计方法。在生长型设计中,随着设计过程的演绎,产品模型所包含的信息呈开放式膨胀。根据生长型设计过程的特点,在产品结构设计自动化技术基础上,研究了生长型设计中产品的结构组成及其装配模型的表达,提出了机械产品分层结构模型和建模方法。首先,将生长型设计过程中的信息传递单元分解为动态装配体、功能表面副、功能表面以及功能表面的名义特征四个层次,在此基础上从生长型设计的基本组成单元、产品装配关系模型、零件模型以及公差模型等角度分层次建立了产品模型,解决了生长型设计过程中产品信息的组织、表达及规划问题,为基于产品信息传递的产品概念结构生长、公差分配奠定了基础。最后,实例证明了该产品模型的有效性。

概念结构生长型设计的力学分析研究

提出一种在概念设计阶段进行产品力学分析的新方法。生长型设计是模拟生物生长机制,利用功能表面作为功能-结构映射的信息载体。通过生物个体与机械产品的类比,提出了概念结构生长型设计的传动链模型。以转动-移动的杠杆结构为例,详细分析其力学模型,并以虎钳夹具设计为例验证其效果的有效性。

基于Pro/TOOLKIT的生长型设计中产品反求系统

Pro/Engineer是基于ACIS几何模型内核的三维造型软件,其自带Pro/TOOLKIT开发接口,并支持自顶向下设计方法。结合功能表面、广义定位及生长型设计理论,采用动态连接模式开发出支持创新设计的反求系统,详细介绍反求系统的求解过程。

生长型产品族设计平台

分析了面向大批量定制要求和开展产品族设计的研究现状,提出了用生长型设计自动化技术开展产品族设计研究,以解决产品族设计中共性与个性之间、模块化与创新之间的矛盾,从而提高定制的灵活性。介绍了生长型产品族设计平台及其主要功能:需求分解与可操作标准化、按需创成结构、标准化广义定位模式运用、现有零件资源匹配等。通过设计过程实例说明了生长型产品族设计平台的应用潜力。

结构与公差同步设计的产品概念设计优化

为保证概念结构设计的可行性与经济性,提出了将公差设计研究提前到概念设计阶段的思想,并研究了其中的关键技术。首先基于一种结构不断生长的独特设计思路,建立了结构与公差同步设计的过程模型和相应的公差表示模型;然后研究了在设计过程中自动生成局部尺寸链和全局尺寸链的方法,给出了公差同步设计,并根据设计结果提出了概念设计优化的整体框架,实现了基于公差的概念设计优化;最后以活塞夹具设计为例,验证了本方法的有效性。