面向产品创新的计算机辅助概念设计技术的研究
|
摘要
随着全球化的进展，产品创新逐步成为企业竞争力的核心因素。作为产品创新的核心，概念设计日益受到人们的重视。而随着计算机技术的发展，计算机辅助的概念设计也日益成为研究的热点，人们在产品信息模型及求解方法作了大量的研究，但实际上主要还是针对概念设计后期提供方法学上的支持，而针对概念设计早期阶段的信息描述和求解还有很大的不足。
本文以国家863计划项目——“面向产品创新的计算机辅助概念设计技术的研究”为背景，以产品信息模型和求解方法为着眼点展开研究，主要贡献在于：(1)拓展了组件特征模型，使其可以支持概念早期设计阶段的信息表达和推理；(2)提出了一种基于约束驱动，结合约束图与人机合作的布局设计求解方法；(3)在CACD原型系统中，对上述两点进行了实践。
木文首先在第1章介绍了产品概念设计研究内容和现状，以及CACD原型系统的总体框架结构；接下来在第2章定义了组件特征模型的内容和结构；第3章里，引入组件空间的概念，详细说明了基于组件特征布局约束图，通过约束图和人机合作对布局方案进行求解的方法，以及该方法的优化，并以吸尘器为例，说明了整个过程；第4章里，基于CAXA实体设计二次开发，介绍了上述两点在CACD系统框架的实现情况；最后，在第五章里提出了本文的不足，以及本文相关的计算机辅助概念设计领域的一些重要问题和发展方向。
Product innovation has become the one of the most important aspects which affects enterprises' strength. Being the kfey element of innovation, conceptual design has gained more and more recogonition. Thus computer aided conceptual design has also become a hot spot of the area. Although many work has been done in product information model and its opteration, few work is made for early stage of conceptual design.
With the background of national hi-tech project(863) -Research on Technology
Computer Aided Conceptual Design Innovation Oriented, product modelling and computing is discussed in this article. Specifically following contributions has been made:
1. Definition of Component Feature Model
2. Andvancing of a constraints driven layout creation methodology
3. Inplementation of the above in a prototype system named CACDS
In the first part of the thesis the general contents of computer aieded conceptual design and its status quo is inrtoduced. Detailed definition of Component Feature Model(CFM) and its relative operations are described in chapter 2. In chapter 3 we invited ''Component Feature Space " as the key element in layout design, and a new constraints driven layout creation methodology, which is based on graph theory and human-computer cooperation, is discussed. Meanwhile an example of layout design of a vacuum is also introduced. Chapter 4 is mainly about the implementation of CFM and the creation methodology. In the last part the whole thesis is concluded, and some of the relevant directions for future work is discussed.
本文以国家863计划项目——“面向产品创新的计算机辅助概念设计技术的研究”为背景，以产品信息模型和求解方法为着眼点展开研究，主要贡献在于：(1)拓展了组件特征模型，使其可以支持概念早期设计阶段的信息表达和推理；(2)提出了一种基于约束驱动，结合约束图与人机合作的布局设计求解方法；(3)在CACD原型系统中，对上述两点进行了实践。
木文首先在第1章介绍了产品概念设计研究内容和现状，以及CACD原型系统的总体框架结构；接下来在第2章定义了组件特征模型的内容和结构；第3章里，引入组件空间的概念，详细说明了基于组件特征布局约束图，通过约束图和人机合作对布局方案进行求解的方法，以及该方法的优化，并以吸尘器为例，说明了整个过程；第4章里，基于CAXA实体设计二次开发，介绍了上述两点在CACD系统框架的实现情况；最后，在第五章里提出了本文的不足，以及本文相关的计算机辅助概念设计领域的一些重要问题和发展方向。
Product innovation has become the one of the most important aspects which affects enterprises' strength. Being the kfey element of innovation, conceptual design has gained more and more recogonition. Thus computer aided conceptual design has also become a hot spot of the area. Although many work has been done in product information model and its opteration, few work is made for early stage of conceptual design.
With the background of national hi-tech project(863) -Research on Technology
Computer Aided Conceptual Design Innovation Oriented, product modelling and computing is discussed in this article. Specifically following contributions has been made:
1. Definition of Component Feature Model
2. Andvancing of a constraints driven layout creation methodology
3. Inplementation of the above in a prototype system named CACDS
In the first part of the thesis the general contents of computer aieded conceptual design and its status quo is inrtoduced. Detailed definition of Component Feature Model(CFM) and its relative operations are described in chapter 2. In chapter 3 we invited ''Component Feature Space " as the key element in layout design, and a new constraints driven layout creation methodology, which is based on graph theory and human-computer cooperation, is discussed. Meanwhile an example of layout design of a vacuum is also introduced. Chapter 4 is mainly about the implementation of CFM and the creation methodology. In the last part the whole thesis is concluded, and some of the relevant directions for future work is discussed.
引文
[1]邓家缇，韩晓建，曾硝等．产品概念设计[M]，北京：机械工业出版社，2002．5．
[2]潘云鹤，孙守迁，包恩伟．计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势．计算机辅助设计与图形学学报，1999，11 (3)：248-252．
[3]潘云鹤，陈蘅，包恩伟，孙守迁．计算机辅助概念设计研究现状和发展趋势，中国机械工程，1999 Vol．10 No．6
[4]邹慧君，汪利，王石刚，郭为忠．机械产品概念设计及其方法综述．机械设计与研究，1998，2：9-12
[5]冯培恩，张帅，陈泳等．复合功能原理方案特征建模及其求解过程研究．中国机械工程，2002 Vol．13 No．4：306-310
[6]王万良，赵燕伟．探索机械智能CAD系统的可拓决策方法．系统工程理论与实践，1998，2：114-117
[7]狄长春，王兴贵，杜中华．基于实验、神经网络和遗传算法的一种优化设计方法．机械设计与制造工程，2001 Vol．30 No．6：22-23，26
[8]Thomas Kvan, Marc Aurel Schnabel. Design, Communication & Collaboration in Immersive Virtual Environments, International Journal of Design Computing, 4, 2002 Special Issue on Designing Virtual Worlds
[9]左万利．复合时序事件及其基于Petri网的检测．系统工程学报，2003 Vol．18 No．3：262-267
[10]阮雪榆，周雄辉，袁国华，李祥．基于集成的协同设计冲突消解系统研究．计算机集成制造系统-CIMS，2000 Vol．6 No．4：61-64
[11]董志林，于鸿彬，王凤歧，郭伟．产品需求建模辅助工具系统的研究与开发．计算机辅助设计与图形学学报，1999(1)
[12]Liu Yutuang. Restructuring Shapes:A Study of Symbolic and Connection ist Computations in Design: (Doctor Dissertation). Boston:Graduate School of Harvard University, 1994
[13]杨晨晖，应道宁．变动产品模型及其研究内容．计算机辅助设计与图形学学报，1997，9(1)：66-71
[14]Csabai A.; Stroud I.; Xirouchakis P.C. Container spaces and functional features for top-down 3D layout design. Computer-Aided Design, Vol. 34 Issue 13:1011-1035
[15]Foulds L.R, Tran H V. Library Layout Via Graph Theory. Computers &
Industrial Engineering, 1986,10(3):245-252
[16]FENG Enmin, WANG Xilu, WANG Siumei et al. Algorithm of Global Optimization for Solving Layout Problems. European Journal of Operational Research, 1999,114(2):430-436
[17]吴慧中，王英林．一种立体空间布局模型及布局算法．计算机学报，1994．17(11)：835-841
[18]王英林，吴慧中．空间布局的约束图方法．软件学报，1998，9(3)：200-204
[19]钱志勤，滕弘飞．复杂布局设计问题的算法．中国机械工程，2002Vol．13(8)：696-699
[20]杨勤，罗世鉴，朱上上．产品空间布局设计研究．贵州工业大学学报(自然科学版)，2001，30(4)：19-22
[21]DONG She-qin, Hong Xian-long, HUANG Gang, et al. A Non-Slicing Floor Planning and Placement Algorithm Using a New Constraint Graph Based Model. Journal of Software, 2001,12(11):1586-1594
[22]唐明，孙守迁，潘云鹤．基于功能面的产品布局与人机工程协同设计的研究．中国图象图形学报．2001，6 (A)：604-607
[23]孙守迁，包恩伟，潘云鹤．基于组合原理的概念创新设计．计算机辅助设计与图形学学报，1999，11(3)：262-265
[24]许宇荣，孙守迁，潘云鹤．基于约束的智能协同设计的系统模型的研究，中国机械工程，2002，13 (4)：333-336．
[25]宋玉银，蔡复之，张伯鹏．面向并行工程的产品装配模型．清华大学学报(自然科学版)，1999，Volume39 No．4
[26]潘云鹤．智能CAD方法与模型[M]，北京：科学出版社，1997
[27]徐俊明．图论及其应用[M]，合肥：科大出版社，1998
[28]R. Tavakkoli-Moghaddain, E. Shayan. Facilities Layout Design By Genetic Algorithms. Computers ind. Engng, 1998,35(3-4):527-530
[2]潘云鹤，孙守迁，包恩伟．计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势．计算机辅助设计与图形学学报，1999，11 (3)：248-252．
[3]潘云鹤，陈蘅，包恩伟，孙守迁．计算机辅助概念设计研究现状和发展趋势，中国机械工程，1999 Vol．10 No．6
[4]邹慧君，汪利，王石刚，郭为忠．机械产品概念设计及其方法综述．机械设计与研究，1998，2：9-12
[5]冯培恩，张帅，陈泳等．复合功能原理方案特征建模及其求解过程研究．中国机械工程，2002 Vol．13 No．4：306-310
[6]王万良，赵燕伟．探索机械智能CAD系统的可拓决策方法．系统工程理论与实践，1998，2：114-117
[7]狄长春，王兴贵，杜中华．基于实验、神经网络和遗传算法的一种优化设计方法．机械设计与制造工程，2001 Vol．30 No．6：22-23，26
[8]Thomas Kvan, Marc Aurel Schnabel. Design, Communication & Collaboration in Immersive Virtual Environments, International Journal of Design Computing, 4, 2002 Special Issue on Designing Virtual Worlds
[9]左万利．复合时序事件及其基于Petri网的检测．系统工程学报，2003 Vol．18 No．3：262-267
[10]阮雪榆，周雄辉，袁国华，李祥．基于集成的协同设计冲突消解系统研究．计算机集成制造系统-CIMS，2000 Vol．6 No．4：61-64
[11]董志林，于鸿彬，王凤歧，郭伟．产品需求建模辅助工具系统的研究与开发．计算机辅助设计与图形学学报，1999(1)
[12]Liu Yutuang. Restructuring Shapes:A Study of Symbolic and Connection ist Computations in Design: (Doctor Dissertation). Boston:Graduate School of Harvard University, 1994
[13]杨晨晖，应道宁．变动产品模型及其研究内容．计算机辅助设计与图形学学报，1997，9(1)：66-71
[14]Csabai A.; Stroud I.; Xirouchakis P.C. Container spaces and functional features for top-down 3D layout design. Computer-Aided Design, Vol. 34 Issue 13:1011-1035
[15]Foulds L.R, Tran H V. Library Layout Via Graph Theory. Computers &
Industrial Engineering, 1986,10(3):245-252
[16]FENG Enmin, WANG Xilu, WANG Siumei et al. Algorithm of Global Optimization for Solving Layout Problems. European Journal of Operational Research, 1999,114(2):430-436
[17]吴慧中，王英林．一种立体空间布局模型及布局算法．计算机学报，1994．17(11)：835-841
[18]王英林，吴慧中．空间布局的约束图方法．软件学报，1998，9(3)：200-204
[19]钱志勤，滕弘飞．复杂布局设计问题的算法．中国机械工程，2002Vol．13(8)：696-699
[20]杨勤，罗世鉴，朱上上．产品空间布局设计研究．贵州工业大学学报(自然科学版)，2001，30(4)：19-22
[21]DONG She-qin, Hong Xian-long, HUANG Gang, et al. A Non-Slicing Floor Planning and Placement Algorithm Using a New Constraint Graph Based Model. Journal of Software, 2001,12(11):1586-1594
[22]唐明，孙守迁，潘云鹤．基于功能面的产品布局与人机工程协同设计的研究．中国图象图形学报．2001，6 (A)：604-607
[23]孙守迁，包恩伟，潘云鹤．基于组合原理的概念创新设计．计算机辅助设计与图形学学报，1999，11(3)：262-265
[24]许宇荣，孙守迁，潘云鹤．基于约束的智能协同设计的系统模型的研究，中国机械工程，2002，13 (4)：333-336．
[25]宋玉银，蔡复之，张伯鹏．面向并行工程的产品装配模型．清华大学学报(自然科学版)，1999，Volume39 No．4
[26]潘云鹤．智能CAD方法与模型[M]，北京：科学出版社，1997
[27]徐俊明．图论及其应用[M]，合肥：科大出版社，1998
[28]R. Tavakkoli-Moghaddain, E. Shayan. Facilities Layout Design By Genetic Algorithms. Computers ind. Engng, 1998,35(3-4):527-530