机械产品概念设计推理技术研究综述.pdf

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1、现代制造工程2010年第2期试验研究机械产品概念设计推理技术研究综述‘杨艳华，朱祖平，姚立纲(福州大学机械工程及自动化学院，福州350002)摘要：有效的推理技术是机械产品概念设计研究的关键。在分析概念设计内涵和本质的基础上，分析了目前概念设计常用的推理技术及其特点，并指出未来概念设计推理技术的研究方向。关键词：概念设计；方案生成；推理技术中图分类号：THl22文献标识码：A文章编号：1671—3133(2010)02—0004—05Surveyofreasoningtechnologyofconceptualdesignformechanical

2、productYANGYan—hua，ZHUZu-ping，YAOLi·gang(CortegeofMechanicalEngineeringandAutomation，FuzhouUniversity，Fuzhou350002，China)Abstract：EffectivereasoningtechnologyispivotaltOthestudyofconceptualdesignformechanicalproduct．Basedonintroducingthemeaningandessenceofconceptualdesign，some

3、importantreasoningtechnologiesandtheircharacteristicsareanalyzed．Fur-thermore，thefuturedevelopmentofreasoningtechnolo画esisindicated．Keywords：conceptdesign；designschemegeneration；reasoningtechnology0引言当前，我国工业仍将以制造业为主导，机械产品是许多工业企业生产的核心，而设计则是提升机械产品竞争力的前提和基础。概念设计是产品设计过程中最关键、最复杂且最具

4、综合性、决定性和创造性的设计阶段，在整个生命周期中占有越来越重要的地位。概念设计的结果直接影响到产品制造过程中能源的消耗、对环境的影响、制造过程的柔性、可操作性和安全性等，更重要的是，概念设计导致的设计缺陷无法由后续的设计过程弥补¨瑚J。因此，概念设计成为现代机械产品设计理论的研究重点，是实现产品创新的重要阶段，概念设计对后续详细设计以及加工生产有着举足轻重的作用。为了获得高质量的设计，减少反复，选择有效的设计工具来支持概念设计是概念设计研究中关键的一环。1概念设计的内涵虽然从不同的角度有多种定义，但一般认为：概念设计是以设计要求为输入、满意方案为

5、输出的一个设计-分析一再设计的螺旋式的反复过程。通过概念设计可以得到设计问题的概要性解，确定实现主要功能的手段以及产品主要部件的空间和结构关系。从概念设计包含的内容来看，广义上的概念设计包含了根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能设计、工作原理设计和初步的结构设计，另外还包括最近发展起来的人机工程设计以及对概念设计各个环节进行协调和管理的概念设计管理；从概念设计的本质来看，概念设计是人性化的设计，是用户全程参与概念设计、设计师超越用户导向的产品创新设计，在设计方法上更加全面地融合各种现代设计方法，寻求综合最优方案；从概念设计流程来看，

6、概念设计不仅与需求分析、详细设计紧密相连，其内部的各个环节也相互依赖，互为驱动，因而概念设计是一个相当复杂的过程¨1。自洲和Beitz于1984年提出概念设计以来，人2概念设计推理技术们已经对概念设计进行了20多年的研究。概念设计概念设计是一个典型的问题求解过程。概念设·4·国家自然科学基金资助项目(70372023)试验研究现代制造工程2010年第2期计阶段不仅要处理设计概念和功能需求等高层抽象表达从而有效地捕捉思维演化，而且要生成实现设计功能的基本物理构造从而显式地表达设计意图，尤其重要的是要实现由抽象到具体、由模糊到精确的转化。产品概念设计方

7、案的生成过程就是一个从模糊的需求到具体结构的映射过程，合理而有效的推理方法和技术，往往可以达到事半功倍的效果。根据设计过程中信息的种类不同，推理过程可分为知识驱动和数据驱动两种方式。知识驱动通过预先给出的领域知识实现设计，应用于存在大量领域知识的情况，强调规则的使用和知识的推理，通常用因果关系、逻辑思维等加以推理。而数据驱动的推理则摒弃规则，依赖于大量实际数据参与和执行推理过程。人工智能技术的发展不断推动概念设计推理技术研究的发展，众多学者将进化算法、定性推理、启发式推理、神经网络技术和基于实例的推理等知识表达、知识处理和知识推理等相关技术，引入概

8、念设计，并进行了有益的尝试。常用概念设计方案生成推理技术见表1。表1常用概念设计方案生成推理技术推理技术特点研究人员代表实