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機械產(chǎn)品變型設計的變形規則論文
0引言
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，制造業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式越來(lái)越趨向于樣品的多樣化和小批量，以更好的適應企業(yè)在新時(shí)期面對國內外競爭環(huán)境的各項要求。這時(shí)，變型設計理念的出現就顯得不足為奇，而且很好的適應了企業(yè)當前的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)策略。變型設計理念的核心就是要對原有的產(chǎn)品結構設計或系列產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng )新，實(shí)現新產(chǎn)品的快速設計和迅速推向市場(chǎng)。目前的變型設計主要是通過(guò)產(chǎn)品的有效配置和產(chǎn)品結構模型來(lái)實(shí)現的，而對變型設計中的創(chuàng )新設計、過(guò)程設計和變型修改等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節不夠重視，不利于變型設計理論的長(cháng)遠發(fā)展。本文結合機械產(chǎn)品的特點(diǎn)，將對產(chǎn)品結構與變型設計等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討，以求進(jìn)一步驗證變型設計的有效性和實(shí)用性。
1變型設計概述
1.1變型設計的基本概念簡(jiǎn)單的說(shuō)，變型設計就是一種設計方法，是一個(gè)設計過(guò)程，它的基本思想是通過(guò)改進(jìn)已有的系列產(chǎn)品或設計實(shí)例來(lái)適應新的設計需求，實(shí)現產(chǎn)品的快速設計和新產(chǎn)品的快速試制定型。就整體而言，變型設計就是運用一定的規則將整個(gè)產(chǎn)品的設計歸結為對其中各個(gè)部件、零件等功能模塊的設計。因此在進(jìn)行變型設計時(shí)建立一個(gè)合理的產(chǎn)品結構模型是實(shí)現產(chǎn)品快速變型的關(guān)鍵。
1.2方法體系
機械產(chǎn)品結構設計是一個(gè)系統、復雜、循序漸進(jìn)的過(guò)程，無(wú)論是用戶(hù)新的需求，還是機械產(chǎn)品在功能上的細小變化，都有可能引起很大改變，即在產(chǎn)品結構上的細小變動(dòng)都有可能導致產(chǎn)品結構設計上的重大變動(dòng)，這在機械產(chǎn)品的變型設計中表現的尤為明顯。有時(shí)企業(yè)為了更好的滿(mǎn)足各種用戶(hù)的不同需求，不得不對原有的產(chǎn)品結構進(jìn)行重新設計，以期獲得更多的收益，奠定自身的競爭優(yōu)勢。筆者認為，對機械產(chǎn)品結構進(jìn)行變型設計的關(guān)鍵就是要準確找到變型設計的根源，建立科學(xué)合理的方法體系，進(jìn)而保證變型設計和快速設計目標的實(shí)現。本文所要介紹的方法體系，是以變型規則為基礎，通過(guò)事物特性表技術(shù)的合理運用來(lái)構建合理的機械產(chǎn)品結構模型，該模型能夠對支持變型設計的機械產(chǎn)品及其構配件之間的關(guān)系和條件進(jìn)行準確的描述。事物特性表技術(shù)實(shí)現了機械產(chǎn)品結構數據通過(guò)二維表結構進(jìn)行標準化、科學(xué)化、規范化的組織，這對機械產(chǎn)品結構的變型設計無(wú)疑是非常有幫助的。
2事物特性表的應用
事物特性表是一種ASCII文件，它的格式是保持不變的，不僅能夠對事物的基本屬性進(jìn)行登記，還能對構配件的一些特性進(jìn)行針對性的描述。在國家的相關(guān)標準中，它被當作一種信息標準進(jìn)行應用，不僅能對事物的特性進(jìn)行描述，并嚴格按照相關(guān)規范和要求進(jìn)行記錄、存儲和顯現。表格形式如表1所示。正是因為事物特性表能夠詳細、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(kāi)展與尺寸變型相關(guān)的結構設計時(shí)，事物特性表更有利于產(chǎn)品結構從類(lèi)到實(shí)例的轉變，這對變型設計和相關(guān)檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對某種機械產(chǎn)品的內外徑、長(cháng)度等特性進(jìn)行描述，我們就可以得到一類(lèi)產(chǎn)品，而我們對以上特性參數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。事物特性表的應用不僅如此，我們還可以結合機械產(chǎn)品變型設計的具體實(shí)際進(jìn)行靈活擴展，盡量將事物特性表的作用最大化。
3機械產(chǎn)品結構模型分析
從某種意義上說(shuō)，我們可以把產(chǎn)品結構模型看成是能夠適應應有的的約束配置的構件的實(shí)例化集合。在具體應用過(guò)程中，企業(yè)應當立足于市場(chǎng)及用戶(hù)的各種需求，從企業(yè)原有的系列產(chǎn)品結構中進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng )新，進(jìn)而派生出更多的有效的產(chǎn)品結構。在對產(chǎn)品結構模型進(jìn)行分析和構建時(shí)，我們首先應當對產(chǎn)品的結構、特點(diǎn)、功能有個(gè)全面的把握和了解，并按照相關(guān)設計原則和理念把產(chǎn)品模塊化，然后通過(guò)面向對象的設計方法將所要進(jìn)行設計的產(chǎn)品進(jìn)行分解，進(jìn)而獲得相應的產(chǎn)品類(lèi)或零部件類(lèi)，最終得到科學(xué)、有效的產(chǎn)品模塊結構。產(chǎn)品結構模型的原理如圖1所示，其主要包含產(chǎn)品變型與約束規則、參數傳遞結構和構建集合等內容。而為了更好的對產(chǎn)品結構及其結構進(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，即構建產(chǎn)品裝配拓撲樹(shù)。
3.1產(chǎn)品裝配拓撲樹(shù)的構建
對于產(chǎn)品裝配拓撲樹(shù)的描述來(lái)說(shuō)，我們可以把它看作是一種類(lèi)結構，具體如圖2所示。在裝配拓撲樹(shù)中，基本模塊是產(chǎn)品結構設計中必不可少的，必選模塊則是在嚴格遵循相關(guān)規則的基礎上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結構模塊中指定一定數量的模塊加入到產(chǎn)品中；可選模塊則是在嚴格遵循相關(guān)規則的基礎上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結構模塊中選擇一定數量的模塊加入到產(chǎn)品中。O2表示在組成部件BNode2時(shí)必須且只能在A(yíng)node6和Anode7中選擇一個(gè)零件構件，并且以該構件與CNode2的關(guān)系裝配到BNode2中。R1表示在組成產(chǎn)品族CNode1時(shí)，可以根據一定的規則在A(yíng)node4和Anode5中選擇一個(gè)零件。將構件（Node）的概念引入到裝配拓撲樹(shù)中，主要是為了更好的表達產(chǎn)品對象以及零部件等子對象，而構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識號；Sel表示該構件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構件是可選構件，Inc=1表示該構件是必選構件。Num表示零部件在產(chǎn)品中的配置數目；Des表示構件的屬性描述信息，Type表示該構件的類(lèi)型。At-tr_name表示該構件的一個(gè)屬性名稱(chēng)；Data_Type表示屬性的取值類(lèi)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(lèi)的構造
在完成裝配拓撲樹(shù)的構建后，能夠從結構上很好地支持產(chǎn)品對象的變異性。然后采用面向對象的方法對由PSMTree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(lái)構造描述PSMTree的類(lèi)屬性，從而通過(guò)類(lèi)的繼承得到描述產(chǎn)品的類(lèi)。在對類(lèi)進(jìn)行構造時(shí)，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個(gè)類(lèi)來(lái)分別描述PSMtree中的產(chǎn)品及其零部件構件。提取3個(gè)類(lèi)的標識碼ID、名稱(chēng)NAME、變型規則等共同屬性構造基類(lèi)O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構成分類(lèi)結構，具體如圖3所示。
3.3機械產(chǎn)品的變型設計規則
從產(chǎn)品結構模型的構建過(guò)程來(lái)看，變型設計離不開(kāi)以知識表達為基礎的變型規則，規則表達的規范與好壞在很大程度上決定了產(chǎn)品的變型設計的質(zhì)量，對此我們可以從兩個(gè)方面進(jìn)行研究。首先，對于變型規則，我們是針對產(chǎn)品模塊內來(lái)說(shuō)的，變性規則大體可以分為三種形式，即條件表達式、邏輯關(guān)系式和數學(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，條件表達式主要是用在產(chǎn)品構配件的更換或構配件數目的更改，通常表現出一定的因果聯(lián)系，規則的具體形式可以表述為：<規則>：：＝<規則id><規則名稱(chēng)><事件><條件><動(dòng)作><事件>：：＝<事件id><事件描述><事件規則><條件>：：＝<表達式><事實(shí)><動(dòng)作>：：＝{(<陳述>|<操作>)}：其次，產(chǎn)品族模塊間相互約束規則通常只會(huì )出現在部件或產(chǎn)品中，其對應的事物特性表中的信息主要是依靠指針通過(guò)配置文件的形式保存。機械產(chǎn)品的設計人員可以充分利用模塊間相互約束的規則，對產(chǎn)品組合的各種模塊進(jìn)行靈活的選擇，進(jìn)而實(shí)現對主要系列產(chǎn)品結構進(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、組成、選擇等，產(chǎn)品設計人員可以更加產(chǎn)品變型設計的實(shí)際，立足于滿(mǎn)足用戶(hù)的基本需求以及產(chǎn)品功能的豐富進(jìn)行靈活選擇。
4結論
綜上所述，通過(guò)對支持變型設計的機械產(chǎn)品結構的相關(guān)分析，我們不僅對變型設計有了一個(gè)新的理解，更加認識到了變型設計技術(shù)以及方法體系選擇與構建的重要性。對此，相關(guān)技術(shù)人員應當不斷加強自身的綜合素質(zhì)，不斷更新自身的理論知識結構，提高自身對原有系列產(chǎn)品及其產(chǎn)品結構進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng )新的能力，持續改進(jìn)自身的變型設計能力，進(jìn)而更好的滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，豐富產(chǎn)品的職能，為變型設計的快速、廣泛應用提供更多的便利條件和支持，促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品線(xiàn)的豐富和經(jīng)濟效益的提高。
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