机械产品概念设计多层次混合映射功能求解框架宰

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1、第39卷第5期机械工程学报v。1．39No．52003年5月ESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING机械产品概念设计多层次混合映射功能求解框架宰宋慧军林志航(西安交通大学CIM研究所西安710049)摘要：根据机械产品概念设计的特点，归纳总结了概念设计过程中普遍存在于功能、行为和载体之间的七种基本映射单元类型；通过建立不同基本映射单元类型之间的逻辑联系构造了多层次混合映射功能求解框架；讨论了该框架与现有功能求解模型之间的关系。以对服装行业中的功能需求——“结合面料”进行求解

2、为例，对所提出的多层次混合映射求解框架的有效性进行说明。关键词：概念设计基本映射单元类型多层次功能求解混合映射中图分类号：TH122TP391．72段功能建模框架为代表的行为辅助(Behavior-assisted)0前言模型。概念设计功能求解模型必须能够根据不同创新性要求以及当前设计资源的状况，对不同设计层概念设计是对设计问题加以描述，并以方案的次上具有不同求解特点的功能需求进行不同的处形式提出众多解的设计阶段f“。通过抽象化过程，理。现有模型在这一点上缺乏应有的灵活性，它们设计问题被描述为功能需

3、求。功能求解是概念设计认为某一种映射类型只能出现在概念设计的一个阶的核心问题，其目的是寻求满足功能需求(以及各段上：第一类模型将概念设计求解分为功能一子功种约束条件)的设计方案。目前普遍认为概念设计能映射(功能分解)、功能一载体映射两个阶段；功能求解模型应描述以下3类设计元素信息：功能、第二类模型将概念设计求解定义为功能一载体映行为和载体【2]，其中功能是指使用产品的目的；行射和载体一子功能映射交替进行的单一阶段；第为是指功能的实现方式(原理)；载体是指提供行为三类模型将概念设计求解过程划分为功能一

4、子功的物理实体[3]。例如锅炉上的安全阀，其功能为防能映射(功能分解)和行为一子行为映射(行为分解)止锅炉爆炸；实现功能的行为是当检测到一定的压两个阶段。而在事实上，概念设计的不同设计阶力差时，阀门开启；其载体为组成阀门的物理实体段(或层次)可能包含相同的映射类型。例如，功及其连接关系[41。而概念设计求解过程可以认为是能分解可能在多个设计层次上进行(每次功能分解功能、行为和载体3种设计信息之间的映射转换过操作之间可以是不连续的，即不必组成一个单一程【，对该过程(即求解模型)进行研究应包含两个部的功

5、能层次结构)。另外，现有模型并没有明确地分：①映射求解过程中所涉及的基本映射单元(指两区分出映射求解过程中的基本映射单元类型，以种设计元素之间的一次映射)。②基本映射单元之间及每种映射单元类型存在的情况。本文归纳了概的关系(映射过程中基本映射单元的组织方式)。念设计映射求解过程中存在的基本映射单元类已有的概念设计功能求解模型基本可以分为3型，并构造了多层次混合映射功能求解框架，其种类型：①以Pahl和Beitz[】提出的系统模型(Sys．包容了现有模型的求解方法，并克服了其存在的tematicmod

6、e1)、Kota和Lee[】提出的功能分解一载问题。体映射模型为代表的功能一载体直接映射模型。②以Freeman-Newell[0】模型和Sub[91提出的“之”字1基本映射单元类型映射(Zigzagging)模型为代表的功能～载体往复映射模型。③以Umeda[o]建立的功能一行为～状态(Func．通过对多种机械产品进行分析研究，我们归纳tion．behavior．state)模型和Dengt¨】提出的两阶出了概念设计过程中存在的几种基本映射单元类型，下面逐一加以说明。·国家自然科学基金(59775

7、O83)和国家863计划~(2002AA413520)资(1)功能一载体映射(记为F—S)助项目。20021008收到初稿，20021202收到修改稿旦宋慧军等：机械产品概念设计多层次混合映射功能求解框架83其含义为根据功能需求直接获得实现功能的载体。当对某功能的求解过程较为成熟时，设计人员2多层次混合映射功能求解框架逐渐将设计结果作为一种设计资源所接纳，而忽略了该功能的最初求解过程(可形象地比喻为“知其本节在前述基本映射单元类型的基础上，给出然，不知其所以然”)，F—S映射实际上即描述了了一种功能

8、求解模型，称为多层次混合映射功能求这种求解模式。解框架(HierarchicalandHybrid框架，以下简称H(2)功能一行为映射(记为F—B1框架)，如图l所示，其描述了概念设计映射过程其含义为在行为(原理)层次对功能进行求解，中基本映射单元的组织方式。下面就映射过程中对获得实现该功能的一种或多种行为方式。该映射描功能、行为和载体的处理方法分别加以讨论。述了创新性功能求解(不同于已有的功能解)过程的第一个步骤，接下来通过行为求解载体。(3)功能一子功能映射(记为