计算机辅助产品设计的方法.ppt

第三章 计算机辅助产品设计的方法 概述 计算机辅助设计过程 计算机辅助概念设计 参数化与模块化设计 产品设计的可视化技术 3.1 概述 计算机辅助产品设计： 将计算机科学与工程领域的专业技术以及人的智慧和经验以现代科学方法为指导结合起来，在设计的全过程中各尽所长，尽可能地利用计算机系统来完成那些重复性高、劳动量大、计算复杂以及单纯靠人工难以完成的工作，辅助而非代替工程技术人员完成整个设计过程。 设计过程需要合理化、科学化、算法化、规律化 3.2 计算机辅助设计过程分析 一、设计过程及阶段划分 1.任务规划阶段（需求分析、可行性论证、制订任务书） 2.概念设计阶段（构造设计模型、功能划分、确定方案、审查评价） 3.结构设计阶段（结构草图设计、分析计算优化、审查评价、确定装配草图） 4.详细设计阶段（技术图样绘制、工艺设计、性能试验、用户使用、鉴定） 5.定型生产阶段（设计定型、生产规划、生产制造） 3.3 计算机辅助概念设计 一、产品概念设计内涵 二、概念设计的过程模型 三、计算机辅助概念设计的关键技术 四、基于知识的产品创新设计 五、产品概念设计中的美学设计 一、产品概念设计内涵 概念设计 是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具体、不断进化的过程。 产品设计的60%~70% 成本和时间占20%以下 二、概念设计的过程模型 D={I,P,Q,O,Φ} 例如：P2为概念设计过程={需求分析，功能求解，寻求子原理解，概念产品评价} Q2={需求说明书，功能解答，原理解答，概念产品解答} 概念设计的特点：方案选择自由度大，创新空间大，决策风险大，决定产品最终价值的80%。 计算机辅助概念设计 定义： 以计算机为手段从事符合人类进行产品创新设计的思维过程，支持产品概念设计及设计决策。 人机工作分配： 计算机：有规律的设计工作，创造性主要体现在依据规则和知识对问题求解的分析综合。 人：原创性的设计工作 三、计算机辅助概念设计的关键技术 原理方案设计技术 概念设计建模技术 设计创新技术 并行和协同概念设计技术 四、基于知识的产品创新设计 概念设计本质：推理与决策的过程 概念设计的基础：应用合理有效的知识处理（表达、获取、推理），进行创新 创新设计方法： 基于功能分解与重组的设计方法 TRIZ理论 五、产品概念设计中的美学设计 概念车 概念车 3.4 参数化与模块化设计 最大限度地利用已有设计成果，修改不合要求的部分. 一、 参数化与模块化设计概念 二、 参数化、变量化设计的实现方法 三、模块化设计方法 一、 参数化与模块化设计概念 研究目的： 将只有几何图素的“死图”变为含设计构思、设计信息的产品几何模型。 1.参数化和变量化设计的基本概念 参数化设计 是指设计图形拓朴关系不变，尺寸形状由一组参数进行约束，参数与图形的控制尺寸有显式对应，不同的参数值产生不同的图形。适应于规格化、系列化产品设计。 变量化设计 是指设计图形的修改自由度不仅是尺寸形状参数，还有拓朴结构关系，甚至工程计算条件，设计结果受到一组约束方程控制和驱动。适应新产品的开发。 相同：在约束的基础上驱动产生新的设计结果 不同：约束自由度的范围。参数化设计方法中要严格的逐个连续求解参数；变量化设计中则是方程式的联立求解。 2.模块化设计的基本概念 概念： 对产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列相对通用的功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品，以满足市场的不同需求。 例如：组合夹具、系列化机床、家具 衣橱模块化设计 衣橱模块化设计 二、 参数化、变量化设计的实现方法 几何和拓扑参数化 （一）参数化设计的实现方法 1.参数化设计的步骤 建立几何拓朴模型 进行参数化定义 推导参数表达式 编制程序 2.几何图形的参数化分析与定义 注重参数序列的设计含义 参数标注与工程图标注一致 参数序列与几何图形尺寸序列数据结构具有对应关系 工程图中的关键尺寸应作为自变量参数 参数定义不能出现过约束 3.参数化绘图实现方式 建立模型过程中，直接将参数序列定义其中； 利用草图器绘制草图，然后再加约束，定义参数； 对成熟的、定型的、常用的产品图形，将模型建成参数化图素。 4.参数取值方式 设置缺省尺寸值 预先设计建立系列化变量值表，绘图时从表中取值 由用户实时修改输入 （二）变量化设计的实现原理 本质 是在数字化建模时动态地建立、编辑和识别约束，并在此约束下求解各特征点。 整体求解法 将几何约束转变为一系列以特征点为变元的非线性方程组的方法 局部求解法 作图过程中同步建立结构图形约束的方法 几何推理法 采用谓词表示几何约束，在专家系统的支持下，求出求和约束，检查约