基于功能表面的生长型设计理论及技术研究

基于功能表面分解重构的生长型设计，是从原始功能需求开始功能表面逐渐分解创成执行模式、传动模式、定位模式的概念设计过程。功能表面分解过程中，不同的分解粒度会产生不同的概念结构，建立功能表面的分解控制策略是概念产品优化设计的关键。现有功能表面模型还不能完全满足现代化产品设计的需求，设计过程的优化和完善也需要各种知识来填充，特别是功能表面分解粒度的控制机制、生长方向选择以及从概念产品向实体产品的优化匹配等问题亟待解决。本项目拟建立集成产品生命周期信息的功能表面模型，完善现有功能模式的类型；建立有效的功能表面分解粒度控制策略和生长方向控制策略，控制概念产品中零件生成数量和复杂程度；建立面向产品生命周期的评价机制与方法，优选概念设计方案；建立高效的实体零件存储方式和编码方式，实现概念产品到实体产品的最优匹配，开发ACIS-DARFAD设计系统，以初步实现CAD系统对概念产品设计自动化的技术支持。

本项目所研究的基于功能表面的生长型设计理论，是自顶向下的产品概念结构设计方法的一种新的尝试。主要从生长型设计理论、关键技术与CAD系统开发三个方面开展了研究。.理论上，首先对生长型设计的理论基础——广义定位理论进行了深入研究，提出了概念设计过程中功能的广义定位表达方式，把产品功能定义为对被操作对象的广义变趋矢量的限制作用，并根据限制的广义变趋矢量数目的多少来量化产品功能；而功能表面的几何特性的存在使得功能有了直观的形式化表达方式。该表达方式避免了传统表达方式存在的歧义性，便于计算机辅助概念设计过程中对功能进行存储、检索与处理，也可以形式化表达概念设计结果。提出了建立功能表面集成产品生命周期信息模型的方法，使得基于功能表面的生长型设计在产品概念设计阶段就将产品生命周期信息考虑在内，实现生长型设计中的并行设计。.技术上，首先对功能表面的提取方法进行了研究，提出基于广义定位理论的功能表面提取方法；提出产品信息的提取方法以及产品信息量化方法，利用信息熵的概念对产品的信息量化计算，并将信息熵的计算结果用于控制生长型设计过程中的功能表面分解粒度；利用信息熵对产品复杂度量化评估，以最低综合复杂度为功能表面的分解结束准则，实现概念产品的最优化生长；并将信息熵的应用于概念产品向实体产品匹配过程之中。.开发了基于ACIS平台的生长型设计系统，包括输入与输出接口模块、建模与装配模块、设计与控制模块、逆向求解模块和产品信息管理模块等。该系统初步实现了产品的生长型设计，是对上述理论与技术研究的验证与具体的技术实现。.通过本项目的研究，发表论文4篇，其中EI已检索2篇；培养博士生1名，硕士生2名。