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基于约束网络的机械产品设计方法原理木

摘要：将产品设计看作为约束满足问题，提出基于约束网络的产品设计方法。通过对设计过程中涉及的变量和约

束进行研究，并结合设计环境和设计本体系统理论，抽象出设计约束系统表达设计实质。对产品设计过程中的约

束进行分类，通过用图论表示并进行网络构造，在统一约束机制下通过网络运算获得设计链。提取设计链信息得

到概念设计方案，为实现机械产品设计自动化提供新途径。

关键词：约束设计约束网络概念设计设计自动化设计方法

中图分类号：TH122

量集，D={Do，D一，D一。}是有限变量域集，

0前言C={C。，C一，C}是有限变量约束集。

其中有限变量集，是约束系统的核心元素，也

产品设计是用户需求域、功能域、物理域与过是与设计参数直接相关系的元素，通过域集D与

程域之间的映射与回溯的过程[“，其关键问题是约约束集C的限制，将约束系统和设计系统相关联，

束抽象、约束分类、约束表述和约束检测[。产品因此设计问题可用式(1)进行描述。

设计核心问题是：在功能满足的条件下寻求诸多约IoptF()=n(()，()，…，())…l

束的有效组合，从一定意义上来说，设计就是约束fs．t．X∈P

满足问题，因此，研究多重约束的产品设计方案就式中，，…——多种设计需求

成为概念设计阶段的关键环节所在。卜有限变量集

机械产品设计过程分为三个阶段：信息分析阶P——约束系统

段、概念设计阶段和详细设计阶段，其中约束条件设计系统早期的原始信息以及衍生信息通过不

的处理在概念设计阶段具有重要作用[。设计约束同途径和约束系统相作用，如图1所示。约束系统

提取、管理和应用就是基于约束的工程设计问题的包含了设计系统大多数信息，在辅助方法(如设计

核心技术，研究人员从不同方面研究此问题：约束方法库、优化设计技术和智能决策系统等)帮助下

版本对象(cvo)方法通过全程跟踪设计过程，记录构成设计环境，通过设计目标与设计环境之间的交

各阶段的约束变化，实现设计全过程中约束的管互，利用约束满足性获得设计方案。

理[引。在约束满足机制的研究中引入多智能体技

设计系统

术，通过多智能体的协同工作并行处理设计约

束[。此外，图论方法也是设计约束处理的一种有衍生信息约束系统IJ设计信息

效手段[61。设计规则有集器嚣霎柰

推理技术

中间约束属求

1设计约束系统…一(…一一

1．1约束系统图1设计系统与约束系统的关系

产品设计是一个有限约束的综合过程，其中一1．2约束抽象

系列相关约束共同构成设计环境的约束系统(Con—