機械產品變型設計的變形規則論文

　　0引言

隨着社會經濟的發展，製造業的生產經營模式越來越趨向於樣品的多樣化和小批量，以更好的適應企業在新時期面對國內外競爭環境的各項要求。這時，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當前的生產經營策略。變型設計理念的核心就是要對原有的產品結構設計或系列產品進行改進和創新，實現新產品的快速設計和迅速推向市場。目前的變型設計主要是通過產品的有效配置和產品結構模型來實現的，而對變型設計中的創新設計、過程設計和變型修改等幾個關鍵環節不夠重視，不利於變型設計理論的長遠發展。本文結合機械產品的特點，將對產品結構與變型設計等相關問題進行分析和探討，以求進一步驗證變型設計的有效性和實用性。

　　1變型設計概述

1.1變型設計的基本概念簡單的説，變型設計就是一種設計方法，是一個設計過程，它的基本思想是通過改進已有的系列產品或設計實例來適應新的設計需求，實現產品的快速設計和新產品的快速試製定型。就整體而言，變型設計就是運用一定的規則將整個產品的設計歸結為對其中各個部件、零件等功能模塊的設計。因此在進行變型設計時建立一個合理的產品結構模型是實現產品快速變型的關鍵。

　　1.2方法體系

機械產品結構設計是一個系統、複雜、循序漸進的過程，無論是用户新的'需求，還是機械產品在功能上的細小變化，都有可能引起很大改變，即在產品結構上的細小變動都有可能導致產品結構設計上的重大變動，這在機械產品的變型設計中表現的尤為明顯。有時企業為了更好的滿足各種用户的不同需求，不得不對原有的產品結構進行重新設計，以期獲得更多的收益，奠定自身的競爭優勢。筆者認為，對機械產品結構進行變型設計的關鍵就是要準確找到變型設計的根源，建立科學合理的方法體系，進而保證變型設計和快速設計目標的實現。本文所要介紹的方法體系，是以變型規則為基礎，通過事物特性表技術的合理運用來構建合理的機械產品結構模型，該模型能夠對支持變型設計的機械產品及其構配件之間的關係和條件進行準確的描述。事物特性表技術實現了機械產品結構數據通過二維表結構進行標準化、科學化、規範化的組織，這對機械產品結構的變型設計無疑是非常有幫助的。

　　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行登記，還能對構配件的一些特性進行鍼對性的描述。在國家的相關標準中，它被當作一種信息標準進行應用，不僅能對事物的特性進行描述，並嚴格按照相關規範和要求進行記錄、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、特徵、工藝特殊性等進行描述，尤其是產品在開展與尺寸變型相關的結構設計時，事物特性表更有利於產品結構從類到實例的轉變，這對變型設計和相關檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對某種機械產品的內外徑、長度等特性進行描述，我們就可以得到一類產品，而我們對以上特性參數化之後就得到了某種產品的實例，最後將所有特性參數進行組合後，我們就得到了該產品的事物特性表。事物特性表的應用不僅如此，我們還可以結合機械產品變型設計的具體實際進行靈活擴展，儘量將事物特性表的作用最大化。

　　3機械產品結構模型分析

從某種意義上説，我們可以把產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例化集合。在具體應用過程中，企業應當立足於市場及用户的各種需求，從企業原有的系列產品結構中進行改進和創新，進而派生出更多的有效的產品結構。在對產品結構模型進行分析和構建時，我們首先應當對產品的結構、特點、功能有個全面的把握和了解，並按照相關設計原則和理念把產品模塊化，然後通過面向對象的設計方法將所要進行設計的產品進行分解，進而獲得相應的產品類或零部件類，最終得到科學、有效的產品模塊結構。產品結構模型的原理如圖1所示，其主要包含產品變型與約束規則、參數傳遞結構和構建集合等內容。而為了更好的對產品結構及其結構進行分析，我們首先要對產品以及組成產品的零配件關係進行描述，即構建產品裝配拓撲樹。

　　3.1產品裝配拓撲樹的構建

對於產品裝配拓撲樹的描述來説，我們可以把它看作是一種類結構，具體如圖2所示。在裝配拓撲樹中，基本模塊是產品結構設計中必不可少的，必選模塊則是在嚴格遵循相關規則的基礎上，從企業主要的系列產品結構模塊中指定一定數量的模塊加入到產品中；可選模塊則是在嚴格遵循相關規則的基礎上，從企業主要的系列產品結構模塊中選擇一定數量的模塊加入到產品中。O2表示在組成部件BNode2時必須且只能在Anode6和Anode7中選擇一個零件構件，並且以該構件與CNode2的關係裝配到BNode2中。R1表示在組成產品族CNode1時，可以根據一定的規則在Anode4和Anode5中選擇一個零件。將構件（Node）的概念引入到裝配拓撲樹中，主要是為了更好的表達產品對象以及零部件等子對象，而構件不能完全等同於具體的零部件，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四元組：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示產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表示該構件的類型。At-tr_name表示該構件的一個屬性名稱；Data_Type表示屬性的取值類型，如浮點型（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類的構造

在完成裝配拓撲樹的構建後，能夠從結構上很好地支持產品對象的變異性。然後採用面向對象的方法對由PSMTree描述的產品原型進行建模，在建模時採用事物特性表技術來構造描述PSMTree的類屬性，從而通過類的繼承得到描述產品的類。在對類進行構造時，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個類來分別描述PSMtree中的產品及其零部件構件。提取3個類的標識碼ID、名稱NAME、變型規則等共同屬性構造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構成分類結構，具體如圖3所示。

　　3.3機械產品的變型設計規則

從產品結構模型的構建過程來看，變型設計離不開以知識表達為基礎的變型規則，規則表達的規範與好壞在很大程度上決定了產品的變型設計的質量，對此我們可以從兩個方面進行研究。首先，對於變型規則，我們是針對產品模塊內來説的，變性規則大體可以分為三種形式，即條件表達式、邏輯關係式和數學關係式。其中，邏輯關係式主要是為了判斷產品中具體零件的必要性和可行性，進而決定零部件的增加或取消，條件表達式主要是用在產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繫，規則的具體形式可以表述為：<規則>：：＝<規則id><規則名稱><事件><條件><動作><事件>：：＝<事件id><事件描述><事件規則><條件>：：＝<表達式><事實><動作>：：＝{(<陳述>|<操作>)}：其次，產品族模塊間相互約束規則通常只會出現在部件或產品中，其對應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。機械產品的設計人員可以充分利用模塊間相互約束的規則，對產品組合的各種模塊進行靈活的選擇，進而實現對主要系列產品結構進行變型的目的。其中，主要的約束關係主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實現、組成、選擇等，產品設計人員可以更加產品變型設計的實際，立足於滿足用户的基本需求以及產品功能的豐富進行靈活選擇。

　　4結論

綜上所述，通過對支持變型設計的機械產品結構的相關分析，我們不僅對變型設計有了一個新的理解，更加認識到了變型設計技術以及方法體系選擇與構建的重要性。對此，相關技術人員應當不斷加強自身的綜合素質，不斷更新自身的理論知識結構，提高自身對原有系列產品及其產品結構進行改進和創新的能力，持續改進自身的變型設計能力，進而更好的滿足用户的需求，豐富產品的職能，為變型設計的快速、廣泛應用提供更多的便利條件和支持，促進企業產品線的豐富和經濟效益的提高。