面向关键结构的装配体组合设计方法研究

Aiming at the problem that traditional modular design method focuses on cost control and rapid design and manufacture, but lacks effective support for product innovation design, the assembly combinatorial design method by key structures is presented. Assemblies are divided into substructures to form key structures based on assembly certainty and not integral part. The assembly key structures and region face shell case bases constructed based on large scale real assemblies and parts are taken as basic structure libs. First constructing structure design scheme space and then reusing global or local structure of parts to reconstruct assemblies are taken as basic design process. A combinatorial design method which can not only help the structural innovation design but also limit designer to invent new parts is presented. The key structure adjacent conditions based on examples and based on reconfiguration are presented. On the basis of referring to algorithm on compounds isomer exhaustive generation and redundancy analysis, the structure design scheme space is constructed. The feasibility analysis for the.assembly combinatorial project is realized by qualitative spatial reasoning. The assembly structure project generation method based on substituting of replaceable key structures is presented. Part retrieval reconstruction, structure variable reconstruction and region combinatorial reconstruction for partly contained parts are used to realize assembly reconstruction. As a result, a new theory and method for the assembly combinatorial design is developed.

针对传统的模块化设计方法侧重于成本控制和快速设计与制造，而对产品创新设计缺乏有效支持的问题，提出不以整体零件划分装配体，根据装配确定性分解装配体形成装配体关键结构，以基于大规模真实零部件构建的装配体关键结构、区域面壳实例库为基本结构库，通过先构建结构设计方案空间，再重用零部件整体或局部结构，重构装配体的结构与形状为基本设计流程，寻求一种既有利于结构创新设计同时又能限制设计师对“新”零部件“发明”的装配体组合设计方法。提出基于实例的关键结构邻接条件，提出基于可重构的关键结构邻接条件，借鉴化合物异构体穷举生成和冗余性处理算法，构建装配体方案空间，通过定性空间推理，对装配体组合方案进行可行性分析，提出基于可替换关键结构置换的装配体结构方案生成方法，通过部分包含零部件的零件检索重构、结构变异重构以及区域组合重构，实现装配体结构形状的重构，从而形成一种新的装配体组合设计理论体系与方法。

针对传统模块化设计方法侧重于成本控制和快速设计与制造，而对产品创新设计缺乏有效支持的问题，本项目围绕着装配体组合设计理论中装配体关键结构的获取、面向关键结构的装配体方案空间的构建、结构方案的生成、结构形状的重构，以及装配体组合设计原型系统软件的设计与实现，这些重要问题展开研究工作，取得了一系列有特色的创新性成果。.本项目的主要研究内容包括：以装配确定性划分机械结构，将装配体分解为联接结构、运动副结构和装配体结构单元；提出了关键结构的邻接和组合条件、关键结构邻接条件的扩展方法、关键结构组合方案的装配确定性处理方法；借鉴化合物异构体穷举生成和冗余性处理算法，形成关键结构组合方案族，构造装配体方案空间；通过分类检索、关键结构集合匹配检索，以及装配体检索生成装配体方案；发现相互交叉凹凸边环存在包围型和外交叉型两种结构，将凹凸边链(环)用于多面体零件表面剖分，提出含曲面零件表面剖分应该优先采用凹凸边链(环)剖分方法；提出可以满足关系覆盖的用对象（属性）概念分解形式背景对应的布尔矩阵的新方法，给出概念格因子生成的基本原理及其算法，并将其应用于零件三维CAD模型检索中；提出以B样条曲面等参数线为中心的曲面类型表示与识别方法，拓展如运动生成曲面这类能以曲线定义和表示的曲面种类，并为自由曲面的分类检索提供了新方法。在理论研究的基础上，开发面向关键结构的装配体组合设计的原型系统软件。.本项目取得的主要成果包括：面向关键结构的装配体方案空间构建方法；基于关键结构置换的轴系组件方案生成方法；零件B-rep模型区域分割方法；基于等参数线的B样条曲面类型识别方法；基于概念格因子分解的零件三维CAD模型检索方法；装配体组合设计的原型系统软件。.本项目的科学意义是将传统的面向产品族的侧重于成本控制和快速设计与制造的模块化设计方法，发展为一种既有利于结构创新设计同时又能限制设计师对“新”零部件“发明”的装配体组合设计方法。