機(jī)械產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的變形規(guī)則

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0引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制造業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營模式越來越趨向于樣品的多樣化和小批量，以更好的適應(yīng)企業(yè)在新時(shí)期面對國內(nèi)外競爭環(huán)境的各項(xiàng)要求。這時(shí)，變型設(shè)計(jì)理念的出現(xiàn)就顯得不足為奇，而且很好的適應(yīng)了企業(yè)當(dāng)前的生產(chǎn)經(jīng)營策略。變型設(shè)計(jì)理念的核心就是要對原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或系列產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)和迅速推向市場。目前的變型設(shè)計(jì)主要是通過產(chǎn)品的有效配置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型來實(shí)現(xiàn)的，而對變型設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)和變型修改等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)不夠重視，不利于變型設(shè)計(jì)理論的長遠(yuǎn)發(fā)展。本文結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn)，將對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與變型設(shè)計(jì)等相關(guān)問題進(jìn)行分析和探討，以求進(jìn)一步驗(yàn)證變型設(shè)計(jì)的有效性和實(shí)用性。

1變型設(shè)計(jì)概述

1.1變型設(shè)計(jì)的基本概念簡單的說，變型設(shè)計(jì)就是一種設(shè)計(jì)方法，是一個(gè)設(shè)計(jì)過程，它的基本思想是通過改進(jìn)已有的系列產(chǎn)品或設(shè)計(jì)實(shí)例來適應(yīng)新的設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的快速試制定型。就整體而言，變型設(shè)計(jì)就是運(yùn)用一定的規(guī)則將整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)歸結(jié)為對其中各個(gè)部件、零件等功能模塊的設(shè)計(jì)。因此在進(jìn)行變型設(shè)計(jì)時(shí)建立一個(gè)合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速變型的關(guān)鍵。

1.2方法體系

機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)、復(fù)雜、循序漸進(jìn)的過程，無論是用戶新的需求，還是機(jī)械產(chǎn)品在功能上的細(xì)小變化，都有可能引起很大改變，即在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的細(xì)小變動都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的重大變動，這在機(jī)械產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的尤為明顯。有時(shí)企業(yè)為了更好的滿足各種用戶的不同需求，不得不對原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以期獲得更多的收益，奠定自身的競爭優(yōu)勢。筆者認(rèn)為，對機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行變型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是要準(zhǔn)確找到變型設(shè)計(jì)的根源，建立科學(xué)合理的方法體系，進(jìn)而保證變型設(shè)計(jì)和快速設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本文所要介紹的方法體系，是以變型規(guī)則為基礎(chǔ)，通過事物特性表技術(shù)的合理運(yùn)用來構(gòu)建合理的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，該模型能夠?qū)χС肿冃驮O(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品及其構(gòu)配件之間的關(guān)系和條件進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。事物特性表技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通過二維表結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、規(guī)范化的組織，這對機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變型設(shè)計(jì)無疑是非常有幫助的。

2事物特性表的應(yīng)用

事物特性表是一種ASCII文件，它的格式是保持不變的，不僅能夠?qū)κ挛锏幕緦傩赃M(jìn)行登記，還能對構(gòu)配件的一些特性進(jìn)行針對性的描述。在國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，它被當(dāng)作一種信息標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用，不僅能對事物的特性進(jìn)行描述，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和要求進(jìn)行記錄、存儲和顯現(xiàn)。表格形式如表1所示。正是因?yàn)槭挛锾匦员砟軌蛟敿?xì)、有效的對事物的性能、特征、工藝特殊性等進(jìn)行描述，尤其是產(chǎn)品在開展與尺寸變型相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，事物特性表更有利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從類到實(shí)例的轉(zhuǎn)變，這對變型設(shè)計(jì)和相關(guān)檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對某種機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)外徑、長度等特性進(jìn)行描述，我們就可以得到一類產(chǎn)品，而我們對以上特性參數(shù)化之后就得到了某種產(chǎn)品的實(shí)例，最后將所有特性參數(shù)進(jìn)行組合后，我們就得到了該產(chǎn)品的事物特性表。事物特性表的應(yīng)用不僅如此，我們還可以結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的具體實(shí)際進(jìn)行靈活擴(kuò)展，盡量將事物特性表的作用最大化。

3機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型分析

從某種意義上說，我們可以把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型看成是能夠適應(yīng)應(yīng)有的的約束配置的構(gòu)件的實(shí)例化集合。在具體應(yīng)用過程中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)立足于市場及用戶的各種需求，從企業(yè)原有的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)而派生出更多的有效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析和構(gòu)建時(shí)，我們首先應(yīng)當(dāng)對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、功能有個(gè)全面的把握和了解，并按照相關(guān)設(shè)計(jì)原則和理念把產(chǎn)品模塊化，然后通過面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法將所要進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行分解，進(jìn)而獲得相應(yīng)的產(chǎn)品類或零部件類，最終得到科學(xué)、有效的產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的原理如圖1所示，其主要包含產(chǎn)品變型與約束規(guī)則、參數(shù)傳遞結(jié)構(gòu)和構(gòu)建集合等內(nèi)容。而為了更好的對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，我們首先要對產(chǎn)品以及組成產(chǎn)品的零配件關(guān)系進(jìn)行描述，即構(gòu)建產(chǎn)品裝配拓?fù)錁洹?/p>

3.1產(chǎn)品裝配拓?fù)錁涞臉?gòu)建

對于產(chǎn)品裝配拓?fù)錁涞拿枋鰜碚f，我們可以把它看作是一種類結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示。在裝配拓?fù)錁渲?，基本模塊是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的，必選模塊則是在嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中指定一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中；可選模塊則是在嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中選擇一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中。O2表示在組成部件BNode2時(shí)必須且只能在Anode6和Anode7中選擇一個(gè)零件構(gòu)件，并且以該構(gòu)件與CNode2的關(guān)系裝配到BNode2中。R1表示在組成產(chǎn)品族CNode1時(shí)，可以根據(jù)一定的規(guī)則在Anode4和Anode5中選擇一個(gè)零件。將構(gòu)件（Node）的概念引入到裝配拓?fù)錁渲?，主要是為了更好的表達(dá)產(chǎn)品對象以及零部件等子對象，而構(gòu)件不能完全等同于具體的零部件，我們可以把它看成是零部件的抽象，是擁有一定共同特性的的集合，我們可以將其表述為一個(gè)四元組：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示產(chǎn)品對象或其零部件子對象的唯一標(biāo)識號；Sel表示該構(gòu)件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構(gòu)件是可選構(gòu)件，Inc=1表示該構(gòu)件是必選構(gòu)件。Num表示零部件在產(chǎn)品中的配置數(shù)目；Des表示構(gòu)件的屬性描述信息，Type表示該構(gòu)件的類型。At-tr_name表示該構(gòu)件的一個(gè)屬性名稱；Data_Type表示屬性的取值類型，如浮點(diǎn)型（float）、整型（int）、字符型（char）、布爾型（bool）等；In_cons表示屬性的取值限定約束。

3.2PSMTree類的構(gòu)造

在完成裝配拓?fù)錁涞臉?gòu)建后，能夠從結(jié)構(gòu)上很好地支持產(chǎn)品對象的變異性。然后采用面向?qū)ο蟮姆椒▽τ蒔SMTree描述的產(chǎn)品原型進(jìn)行建模，在建模時(shí)采用事物特性表技術(shù)來構(gòu)造描述PSMTree的類屬性，從而通過類的繼承得到描述產(chǎn)品的類。在對類進(jìn)行構(gòu)造時(shí)，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個(gè)類來分別描述PSMtree中的產(chǎn)品及其零部件構(gòu)件。提取3個(gè)類的標(biāo)識碼ID、名稱NAME、變型規(guī)則等共同屬性構(gòu)造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構(gòu)成分類結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。

3.3機(jī)械產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)規(guī)則

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程來看，變型設(shè)計(jì)離不開以知識表達(dá)為基礎(chǔ)的變型規(guī)則，規(guī)則表達(dá)的規(guī)范與好壞在很大程度上決定了產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對此我們可以從兩個(gè)方面進(jìn)行研究。首先，對于變型規(guī)則，我們是針對產(chǎn)品模塊內(nèi)來說的，變性規(guī)則大體可以分為三種形式，即條件表達(dá)式、邏輯關(guān)系式和數(shù)學(xué)關(guān)系式。其中，邏輯關(guān)系式主要是為了判斷產(chǎn)品中具體零件的必要性和可行性，進(jìn)而決定零部件的增加或取消，條件表達(dá)式主要是用在產(chǎn)品構(gòu)配件的更換或構(gòu)配件數(shù)目的更改，通常表現(xiàn)出一定的因果聯(lián)系，規(guī)則的具體形式可以表述為：<規(guī)則>：：＝<規(guī)則ID><規(guī)則名稱><事件><條件><動作><事件>：：＝<事件ID><事件描述><事件規(guī)則><條件>：：＝<表達(dá)式><事實(shí)><動作>：：＝{(<陳述>|<操作>)}：其次，產(chǎn)品族模塊間相互約束規(guī)則通常只會出現(xiàn)在部件或產(chǎn)品中，其對應(yīng)的事物特性表中的信息主要是依靠指針通過配置文件的形式保存。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員可以充分利用模塊間相互約束的規(guī)則，對產(chǎn)品組合的各種模塊進(jìn)行靈活的選擇，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對主要系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行變型的目的。其中，主要的約束關(guān)系主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實(shí)現(xiàn)、組成、選擇等，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可以更加產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的實(shí)際，立足于滿足用戶的基本需求以及產(chǎn)品功能的豐富進(jìn)行靈活選擇。

4結(jié)論

綜上所述，通過對支持變型設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的相關(guān)分析，我們不僅對變型設(shè)計(jì)有了一個(gè)新的理解，更加認(rèn)識到了變型設(shè)計(jì)技術(shù)以及方法體系選擇與構(gòu)建的重要性。對此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不斷加強(qiáng)自身的綜合素質(zhì)，不斷更新自身的理論知識結(jié)構(gòu)，提高自身對原有系列產(chǎn)品及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新的能力，持續(xù)改進(jìn)自身的變型設(shè)計(jì)能力，進(jìn)而更好的滿足用戶的需求，豐富產(chǎn)品的職能，為變型設(shè)計(jì)的快速、廣泛應(yīng)用提供更多的便利條件和支持，促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品線的豐富和經(jīng)濟(jì)效益的提高。