面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的CAD方法綜述
來源：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)
發(fā)布時(shí)間：2014-05-26
對(duì)現(xiàn)有的與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)有關(guān)的CAD方法從4個(gè)方面進(jìn)行了分析和歸納，分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以期為深入研究實(shí)用的、符合工程設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)CAD方法提供有益的參考。
1、引 言
隨著科技的發(fā)展,產(chǎn)品更新?lián)Q代也越來越快，工廠中以往那種單一產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的狀況已經(jīng)無法適應(yīng)。目前生產(chǎn)中流行的是小批量、多種類的設(shè)計(jì)要求，這就要求工程設(shè)計(jì)人員建立一套有效的產(chǎn)品開發(fā)方法。為此，許多專家學(xué)者以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為理論基礎(chǔ)，以產(chǎn)品幾何（特征）模型為核心，提出了面向零件、面向裝配以及面向制造的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法等等模型。雖然，現(xiàn)有的許多CAD軟件在產(chǎn)品的分析、計(jì)算、繪圖以及制造方面發(fā)揮了很大的作用，但是產(chǎn)品開發(fā)更多更重要的是非數(shù)據(jù)計(jì)算的、通過思考、推理和判斷來解決的創(chuàng)新活動(dòng)。基于幾何（特征）模型的CAD技術(shù)能夠縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、改良已有設(shè)計(jì)、提供方便有效的制造接口，但是只有創(chuàng)新活動(dòng)才能真正從根本原理上進(jìn)行產(chǎn)品革新，才能為社會(huì)提供種類更多、功能更豐富、價(jià)格更經(jīng)濟(jì)、性能更有效的新產(chǎn)品，才能在產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、價(jià)格等方面產(chǎn)生質(zhì)的飛躍?？梢哉f現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心就是創(chuàng)新設(shè)計(jì), 它需要根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、根據(jù)新興技術(shù)所提供的新原理、新方法進(jìn)行產(chǎn)品的分析、設(shè)計(jì)。因此，許多專家學(xué)者試圖將人工智能技術(shù)融入CAD技術(shù)之中，并為之做了許多有益的嘗試，提出了許多種面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的CAD方法，對(duì)加速新產(chǎn)品的開發(fā)起了積極的作用?！?nbsp;
面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的CAD方法主要以現(xiàn)有的CAD技術(shù)以及人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品創(chuàng)新為目的，它以產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求為初始輸入，產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案為最終輸出，包含了概念設(shè)計(jì)方案的生成、功能單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、改良設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的生成等方面?！?nbsp;
產(chǎn)品開發(fā)過程包括市場調(diào)研、需求分析、功能方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、改良設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)、銷售等等環(huán)節(jié)。根據(jù)這一過程和面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的側(cè)重面，我們把現(xiàn)有對(duì)面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的CAD方法的研究歸納為基于分解的功能方案設(shè)計(jì)方法、面向功能單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、基于裝配的產(chǎn)品改良方法、面向全過程的設(shè)計(jì)方法及模型等4類。前3類是創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程的3個(gè)主要階段，第4類主要從設(shè)計(jì)方法學(xué)角度論述計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)過程模型。下面對(duì)這4種類型的研究分別加以敘述。
2、基于分解的功能方案設(shè)計(jì)方法
產(chǎn)品的功能方案設(shè)計(jì)可以說是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最初的也是最重要的一步，它需要找出可以實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品功能的各種可能方案并進(jìn)行優(yōu)選，關(guān)鍵性的一步就是如何進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的功能分解，因?yàn)楫a(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求是最精煉的產(chǎn)品功能描述，而形成產(chǎn)品的卻是許許多多完成一定功能的零部件的組合。如何將抽象的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)換為具體的、現(xiàn)實(shí)的功能要求充分體現(xiàn)了人的創(chuàng)造活動(dòng)。對(duì)這方面的研究，焦點(diǎn)主要集中在功能分解的依據(jù)上，有2種方法比較典型：一種以Robert H Sturges為代表，以價(jià)值工程理論（VE）為背景，采用功能分解，稱為功能邏輯分解方法：另一種以Yasushi Umeda為代表，以人的認(rèn)知模型為背景，采用行為分解，稱為FBS方法。雖然兩者都處于發(fā)展之中，但是我們認(rèn)為后者的分解依據(jù)更貼近工程設(shè)計(jì)的思維模式。
2.1 功能邏輯分解方法
功能邏輯分解方法從價(jià)值工程理論演化而來，經(jīng)歷了基本功能邏輯分解到擴(kuò)展的功能邏輯分解2個(gè)階段。它的核心是認(rèn)為設(shè)計(jì)是一個(gè)以功能為基本單位的邏輯問題，認(rèn)為功能是代表做什么的符號(hào)，具有邏輯操作性。它把最終目標(biāo)，也就是整個(gè)產(chǎn)品的綜合功能認(rèn)為是初始功能，它可以被邏輯分解為N個(gè)第2層功能，繼而分解為第3層功能，直至完成某單一功能的理論上不必再分解的基本功能。整個(gè)分解過程被看作是不斷問HOW的一個(gè)邏輯求解過程，即怎樣來實(shí)現(xiàn)要被分解的功能，最終形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的功能擴(kuò)展結(jié)果。該邏輯操作依托于功能定義庫，功能定義庫進(jìn)行功能的描述以及定義該功能的后續(xù)功能，只有基本功能沒有后續(xù)功能，并且定義功能塊之間的關(guān)系。在這種功能擴(kuò)展中功能塊之間存在著：（1）與/或關(guān)系； （2）因果關(guān)系； （3）提供/接受信息關(guān)系等幾種關(guān)系。這種方法的關(guān)鍵在于如何建立一個(gè)豐富的功能定義庫以及定義一個(gè)全面的功能塊關(guān)系描述集。對(duì)這方面的研究基本上都集中在這兩點(diǎn)上。
2.2 FBS（Function-behavior-state）方法
這種方法基于以下3個(gè)定義之上：
定義11. 功能是人們從實(shí)際認(rèn)識(shí)中抽象出來的行為的描述，功能與行為之間是多對(duì)多關(guān)系。
定義22. 一個(gè)實(shí)體的狀態(tài)是一系列屬性以及與相關(guān)實(shí)體之間的關(guān)系?！?nbsp;
定義33. 行為是一系列隨時(shí)間變化的狀態(tài)?！?nbsp;
該方法的特點(diǎn)是以人的認(rèn)知模型為基礎(chǔ)，將功能的分解轉(zhuǎn)換為行為描述的分解，因而更符合人的思維活動(dòng)。正如定義3中所述，行為可以分解為一系列狀態(tài)，而任意2個(gè)狀態(tài)之間的變化則就是一個(gè)子行為的作用結(jié)果，同時(shí)2個(gè)狀態(tài)之間的變化往往能夠?qū)?yīng)于某一基本物理模型。比如力的小大2種狀態(tài)的變化對(duì)應(yīng)于力放大模型。這種功能—行為—狀態(tài)—基本物理模型的演化與人的設(shè)計(jì)原理創(chuàng)新思維過程非常相似，因此，行為的分解比功能分解更趨合理性。行為的分解主要基于2種分解之上：一種是基于經(jīng)驗(yàn)的分解，即某一行為可以分解為A、B2個(gè)子行為，A與B之間沒有必然的聯(lián)系，只是代表該行為的2個(gè)步驟；另一種是基于因果關(guān)系的分解，即某一行為可以分解為A、B兩個(gè)子行為，A與B之間存在因果關(guān)系，即有A必有B。因此，只需建立A與B之間的因果關(guān)系，一旦在分解中出現(xiàn)了A行為，則系統(tǒng)自動(dòng)會(huì)加上B行為，這種因果關(guān)系可由物理現(xiàn)象得出。對(duì)這種方法的研究主要集中在如何描述功能、行為、狀態(tài)、物理模型之間的關(guān)系，使之更符合人的認(rèn)知過程?！?nbsp;
3、面向功能單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
側(cè)重于這方面的研究包括MerviRanta、Zhao Wang等，主要強(qiáng)調(diào)如何將功能性的描述轉(zhuǎn)化為能實(shí)現(xiàn)這些功能的具有形狀、尺寸以及相互關(guān)系的零部件的描述，其核心是一個(gè)映射過程。一個(gè)典型的方法是基于功能—結(jié)構(gòu)—裝配3個(gè)層次的轉(zhuǎn)換方法。它認(rèn)為功能層表達(dá)功能分解的結(jié)果，主要體現(xiàn)的是產(chǎn)品功能描述，不涉及具體的零件形狀、尺寸等要素。基本功能單元由幾個(gè)共同完成該功能的功能實(shí)體和這些功能實(shí)體之間的關(guān)系（對(duì)應(yīng)于某個(gè)物理模型）組成。而裝配層應(yīng)該能體現(xiàn)該功能設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)效果，它應(yīng)該由具有形狀、尺寸的零件（可以是幾何模型，更多的是用特征模型表達(dá)）以及這些零件之間的關(guān)系組成。因此，在這種方法中轉(zhuǎn)換就是建立一個(gè)中間層，被稱為結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分2層，上層以功能實(shí)體為輸入，按照該功能實(shí)體所起的作用轉(zhuǎn)換為一系列特征單元，作為輸出在裝配層進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)生成零件；下層則以功能之間的關(guān)系為輸入，將它們轉(zhuǎn)換為一系列裝配特征，用來在裝配設(shè)計(jì)模塊生成裝配約束。這種轉(zhuǎn)換方法與工程設(shè)計(jì)比較符合，其功能—結(jié)構(gòu)—裝配3個(gè)層次充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)過程?！?nbsp;
4、基于裝配的產(chǎn)品改良設(shè)計(jì)方法
裝配設(shè)計(jì)將原先分散的功能零部件組合成產(chǎn)品，雖然該產(chǎn)品理論上能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)計(jì)的功能要求，但是由于受到外部環(huán)境的限制（比如空間位置限制等等），因此還需要在裝配模型級(jí)進(jìn)行產(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)?；谘b配的產(chǎn)品改良設(shè)計(jì)方法包括了產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)以及改良設(shè)計(jì)，它們統(tǒng)一于裝配模型之中，它要求裝配模型能夠描述產(chǎn)品的內(nèi)部組成以及各子部件之間的相對(duì)位置關(guān)系，要求能夠分離出某一子零部件進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，也可以調(diào)整部分子零部件的位置。當(dāng)裝配體內(nèi)部某一子零部件的形狀、尺寸、位置發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)該能將這種變化擴(kuò)展到所有零部件，即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的變動(dòng)設(shè)計(jì)，同時(shí)也要求實(shí)現(xiàn)子零部件的可重用性。裝配模型采用的約束方法有：坐標(biāo)系約束方法、位置約束方法、運(yùn)動(dòng)學(xué)方法、fits-against方法。這些方法各有千秋，在一定范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的變動(dòng)設(shè)計(jì)要求，但是又都存在各自的局限性。如何消除局限性，使之具有普遍意義，同時(shí)符合工程設(shè)計(jì)的習(xí)慣將是這方面的研究重點(diǎn)?！?nbsp;
4.1 坐標(biāo)系約束方法
該方法由Ram Anantha等提出，它的特點(diǎn)是采用特征模型描述被裝配零部件，認(rèn)為每個(gè)裝配零部件都應(yīng)該有代表其裝配特點(diǎn)的局部坐標(biāo)系，對(duì)整個(gè)零部件的幾何拓?fù)涿枋鼍⒃诖俗鴺?biāo)系上。同時(shí)認(rèn)為要被裝配在一起的幾個(gè)零部件共同存在于一個(gè)公共坐標(biāo)系之中。然后采用coincident(m1,m2)、in-line(m1,m2)、in-plane(m1,m2)、parallel-z(m1,m2) 、offset-z(m1,m2)等等以公共坐標(biāo)系為依據(jù)描述這些局部坐標(biāo)系之間的幾何位置關(guān)系。最后通過分步削減這些局部坐標(biāo)系的自由度至零，將它們逐個(gè)定位到公共坐標(biāo)系上，形成新的裝配部件，同時(shí)這個(gè)公共坐標(biāo)系成為新部件的裝配局部坐標(biāo)系。這種方法的不足之處主要有2個(gè)：（1）采用坐標(biāo)系之間的關(guān)系來描述裝配關(guān)系不直觀；（2）由于零部件的拓?fù)潢P(guān)系千變?nèi)f化，如何有效建立局部坐標(biāo)系是一個(gè)問題。
4.2 位置約束方法
該方法的特點(diǎn)是將一個(gè)裝配體描述為一棵二叉樹，其中樹的根節(jié)點(diǎn)表示最終裝配體，非葉節(jié)點(diǎn)表示子裝配體，最低層的葉節(jié)點(diǎn)則表示為零件。規(guī)定非葉節(jié)點(diǎn)上的左子女作為基體，位置不發(fā)生變化，同時(shí)描述右子女與左子女的位置約束關(guān)系，將右子女裝配到左子女上去，共同形成一個(gè)新的裝配部件。這些位置約束主要有：（1）面耦合及等距耦合；（2）對(duì)齊及等距對(duì)齊；（3）插入；（4）同軸；（5）定向等幾種約束。其裝配實(shí)施方法為將這些位置約束轉(zhuǎn)化為相互之間的點(diǎn)線關(guān)系，繼而生成一組非線性方程組，采用Newton-Raphson算法進(jìn)行求解。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是裝配操作比較直觀，但是當(dāng)裝配關(guān)系趨于復(fù)雜時(shí)，非線性方程組的求解將會(huì)異常?！?nbsp;
4.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)方法
該方法的特點(diǎn)是認(rèn)為任何裝配在一起的2個(gè)零部件之間一定存在著一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)副關(guān)系，以及一個(gè)初始位置約束，一旦去掉了初始約束它們就能以一定的方式產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。Joshua認(rèn)為工程設(shè)計(jì)存在的低級(jí)運(yùn)動(dòng)副有以下幾種：planar pair（平面副）存在2個(gè)移動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、prismatic pair（棱柱副）存在一個(gè)移動(dòng)自由度、spherical pair（球副）存在3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、cylindrical pair（圓柱副）存在一個(gè)移動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、revolute pair（外旋副），只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度等等。待裝配的2個(gè)零部件之間允許存在一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)副的組合（稱為高副）。在這種方法中，采用描述待裝配零部件之間存在的運(yùn)動(dòng)副關(guān)系減少它們之間的自由度，并且采用裝配尺寸進(jìn)行初始位置約束，從而使自由度降為零。但是有一個(gè)弱點(diǎn)，就是待裝配零部件之間必須能被描述為一個(gè)或多個(gè)簡單運(yùn)動(dòng)，從而能夠分解成一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)副關(guān)系?！?nbsp;
4.4 fits-against方法
該方法認(rèn)為任何裝配在一起的2個(gè)或多個(gè)零部件之間只存在2種基本的裝配關(guān)系：fits（表示2個(gè)零部件有向軸共線）、against（表示2個(gè)零部件有向平面共面），任何復(fù)雜的裝配關(guān)系均可從這2種裝配關(guān)系派生而出，因此只需建立這2種基本操作的求解方法。它與位置約束方法有些類似，都是描述待裝配零部件的拓?fù)渲g的關(guān)系。但是有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它在裝配操作時(shí)不直接采用fits、against操作，而是采用派生出的高級(jí)裝配關(guān)系，這些高級(jí)裝配關(guān)系可以與工程設(shè)計(jì)習(xí)慣保持一致。在進(jìn)行裝配操作時(shí)，先將高級(jí)裝配關(guān)系轉(zhuǎn)換為基本裝配關(guān)系，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為一組非線形方程組進(jìn)行求解。但是同樣存在與位置約束方法相同的缺陷?！?nbsp;
5、面向全過程的設(shè)計(jì)方法及模型
對(duì)面向全過程的設(shè)計(jì)方法及模型的研究，根據(jù)其發(fā)展過程可以分為3種觀點(diǎn)：（1）面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型，它代表著設(shè)計(jì)方法學(xué)的組裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段；（2）GDT（General Design Theory）模型，它能夠體現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法學(xué)的創(chuàng)新思維過程（分解、映射、綜合），代表著開環(huán)創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段；（3）逐步求精模型，它充分體現(xiàn)了人的創(chuàng)新思維模式：繼承中創(chuàng)新、反復(fù)迭代，代表著工程設(shè)計(jì)方法學(xué)的閉環(huán)控制創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段?！?nbsp;
5.1 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模型［13，14］
它認(rèn)為設(shè)計(jì)建立在已有的專家經(jīng)驗(yàn)之上，是對(duì)原有設(shè)計(jì)方案的演變或者簡單地對(duì)部分功能以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。因此，在設(shè)計(jì)之初對(duì)設(shè)計(jì)要求的功能分解方案以及各功能的實(shí)現(xiàn)方案都有一定了解。整個(gè)設(shè)計(jì)過程變成從功能分解的高層往低層不斷地進(jìn)行基于專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫的虛功能的特化（當(dāng)知識(shí)庫中存在能夠滿足該虛功能的對(duì)象時(shí)，即產(chǎn)生該對(duì)象的實(shí)例）或者分解（當(dāng)知識(shí)庫中不存在能夠滿足該虛功能的對(duì)象時(shí)，即按照知識(shí)庫中的分解方案將這項(xiàng)虛功能分解為幾個(gè)子虛功能）過程，直到所有功能都由特化對(duì)象實(shí)例來完成。整個(gè)設(shè)計(jì)過程生成一棵多叉樹，每個(gè)分叉點(diǎn)就是一次分解過程，而每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)是一個(gè)特化對(duì)象。這種設(shè)計(jì)方法一般針對(duì)某一類設(shè)計(jì)對(duì)象的再生設(shè)計(jì)，需要建立待設(shè)計(jì)對(duì)象的特化對(duì)象知識(shí)庫以及功能分解知識(shí)庫?！?nbsp;
5.2 GDT（General Design Theory）模型［15—17］
它認(rèn)為設(shè)計(jì)的核心是一個(gè)分解（decompose）過程、一個(gè)映射（MAP）過程和一個(gè)綜合（synthesis）過程，它以功能目錄為依據(jù)，功能目錄列出了所有的基本功能單元，以及一對(duì)多對(duì)應(yīng)的各種實(shí)現(xiàn)方案，無論設(shè)計(jì)方案千變?nèi)f化，它的基本組成都出自該功能目錄庫。功能分解過程就是將設(shè)計(jì)要求進(jìn)行逐層分解，直至功能目錄中存在的基本功能單元為止。映射過程就是根據(jù)所要設(shè)計(jì)的基本功能的特點(diǎn)從功能目錄中挑選能夠完成該設(shè)計(jì)要求的子功能零部件組。它需要建立一個(gè)功能目錄庫，輸入為抽象的功能要求描述以及一些約束條件，輸出為符合設(shè)計(jì)要求的零部件。綜合過程則是根據(jù)分解過程提供的各基本功能單元之間的關(guān)系將各個(gè)子功能零部件組合成一個(gè)整體。這種設(shè)計(jì)方法是一種典型的開環(huán)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，體現(xiàn)了人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的3個(gè)階段，它適用于各種設(shè)計(jì)類型，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品很大程度上取決于功能分解方法以及功能目錄庫。但是它是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，無法對(duì)設(shè)計(jì)解進(jìn)行控制，而在實(shí)際生活中一次創(chuàng)新設(shè)計(jì)的結(jié)果是很難實(shí)用的。
5.3 逐步求精模型
它認(rèn)為設(shè)計(jì)過程是一個(gè)逐步求精過程。這種方法以GDT模型為理論背景，同時(shí)綜合了從認(rèn)知設(shè)計(jì)過程實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果。它與GDT模型不同，不認(rèn)為設(shè)計(jì)是簡單的功能映射，而是從需求描述（requirement）入手，需求被描述為功能（functions）、行為(behaviors)和屬性(attributes)，在設(shè)計(jì)過程中這3種描述被逐漸細(xì)化、修正、測試，直到能夠形成產(chǎn)品為止。整個(gè)設(shè)計(jì)過程是一個(gè)不斷遞歸循環(huán)的子單元設(shè)計(jì)過程。每個(gè)子單元設(shè)計(jì)過程又可分為5個(gè)子過程：Awareness of the problem：將當(dāng)前問題域進(jìn)行分解，分離出已經(jīng)解決的部分，將未解決的子問題送入下一層；Suggestion：對(duì)子問題進(jìn)行求解，從滿足子問題要求的設(shè)計(jì)知識(shí)中挑選侯選解；Development：對(duì)侯選解進(jìn)行修改；Evaluation：對(duì)侯選解進(jìn)行測試、評(píng)價(jià)；Conclusion：決定是接受還是放棄該解，若放棄則返回Suggestion層重新選解，若接受則返回Awareness of the problem層進(jìn)行下一個(gè)問題的求解。這種設(shè)計(jì)方法的最大優(yōu)點(diǎn)是存在解的評(píng)價(jià)層，允許對(duì)解進(jìn)行反饋控制，進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化，因此它是一個(gè)閉環(huán)設(shè)計(jì)方法，比較符合工程設(shè)計(jì)人員的思維模式。我們覺得對(duì)設(shè)計(jì)模型的進(jìn)一步研究可以集中在這種方法上，關(guān)鍵是如何使認(rèn)知模型的理論適應(yīng)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)?！?nbsp;
6、結(jié) 論
目前，對(duì)面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的CAD方法的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。在功能方案設(shè)計(jì)方面，基于行為的分解方法巧妙地將功能-行為-狀態(tài)-基本物理模型結(jié)合在一起，使功能分解具有認(rèn)知理論的依據(jù)，在文獻(xiàn)［3］中給出了機(jī)械手的功能分解實(shí)例。在功能單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采用功能—結(jié)構(gòu)—裝配3個(gè)層次的轉(zhuǎn)換方法完成從功能視圖向裝配體視圖的遷移，比較符合工程設(shè)計(jì)習(xí)慣，在文獻(xiàn)［5］中給出了電磁離合器的轉(zhuǎn)換例子。在產(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)方面提出在裝配層上進(jìn)行產(chǎn)品改良，有助于從整體功能、結(jié)構(gòu)上把握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程及模型方面提出的逐步求精設(shè)計(jì)方法能夠較好地模擬創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的繼承中創(chuàng)新、反復(fù)循環(huán)優(yōu)化的設(shè)計(jì)過程。總的說來，采用上述方法應(yīng)該能夠完成簡單的部件級(jí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，但是也存在著一些不足：（1）研究局限于某一方面，沒有將整個(gè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程的方方面面集成在一起；（2）所作的研究有許多建立在人的思維模式之上，脫離了工程設(shè)計(jì)的習(xí)慣。進(jìn)一步地研究可以在下面3個(gè)層次上展開：
（1） 設(shè)計(jì)方法論層：應(yīng)該著重研究如何建立從產(chǎn)品需求分析入手，繼而進(jìn)行功能分解，功能-裝配映射轉(zhuǎn)換，最后生成基于約束的變動(dòng)裝配體結(jié)構(gòu)，并且允許在功能-裝配之間不斷循環(huán)選優(yōu)的一體化閉環(huán)設(shè)計(jì)模型；
（2） 計(jì)算模型層：有2個(gè)方面值得研究：Ⅰ.如何建立以功能視圖-裝配體視圖為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，允許從功能視圖、裝配體視圖進(jìn)行產(chǎn)品的局部功能創(chuàng)新以及局部改良設(shè)計(jì)；Ⅱ.研究如何統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型與力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；
（3） 人工智能技術(shù)層：主要研究如何提供有效的認(rèn)知行為模型，更好地解釋人類的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維過程，為建立創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)推理模型以及產(chǎn)品知識(shí)表達(dá)模型提供理論依據(jù)。 |
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