摘 要： 機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒(méi)有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且涉及系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。
　　關(guān)鍵詞： 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì) 系統(tǒng)化 結(jié)構(gòu)模塊化 產(chǎn)品特征 智能化
　　
　　隨著近年來(lái)人類科學(xué)技術(shù)水平的加速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)軟硬件性能的持續(xù)提高，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)各行各業(yè)全面深入的滲透，各技術(shù)領(lǐng)域的思維、觀念和方法不斷得以更新。機(jī)械設(shè)計(jì)作為一個(gè)具有幾百年歷史的技術(shù)領(lǐng)域，也在世界科技進(jìn)步的大潮中獲得了新生。目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效。
　　根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用方法的主要特征，我們可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。
　　一、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
　　系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性。所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
　　系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于上世紀(jì)70年代由德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制定了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制定出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
　　由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問(wèn)題的角度以及考慮問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法有設(shè)計(jì)元素法、圖形建模法、“構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法、矩陣設(shè)計(jì)法、鍵合圖法，等等。
　　二、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法
　　從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解（如通用零件部件等）描述設(shè)計(jì)任務(wù)，即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否存在對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品解。這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力、費(fèi)用，以及開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層：（1）產(chǎn)品→（2）功能組成→（3）主要功能組件→（4）功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對(duì)功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。
　　這種方法認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)。因此，在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)十分有利。
　　這種方法提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口（連接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
　　這種方法以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
　　根據(jù)機(jī)械零部件的連接特征，將其歸納成四種類型：
　　1）元件間直接定位，并具有自調(diào)整性的部件；
　　2）結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；
　　3）具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的連接；
　　4）具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的連接，并采用準(zhǔn)符號(hào)表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。
　　在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)時(shí)，用“功能建立”模塊對(duì)功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機(jī)構(gòu)型式的一一對(duì)應(yīng)?！敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對(duì)象，以便于實(shí)現(xiàn)映射算法。
　　三、基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法
　　基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
　　機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。
　　四、智能化設(shè)計(jì)方法
　　智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時(shí)，我們考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系。
　　機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒(méi)有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。我認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)的有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且涉及系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］鄒慧君，藍(lán)兆輝，王石剛，郭為忠機(jī)構(gòu)學(xué)研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景.
　　［2］基于WEB的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究.畢業(yè)論文網(wǎng).計(jì)算機(jī)類.計(jì)算機(jī)應(yīng)用.
　?。?］機(jī)械產(chǎn)品方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及發(fā)展趨勢(shì).中國(guó)畢業(yè)論文網(wǎng).其它.創(chuàng)新論文.
　?。?］唐林，鄒慧.君機(jī)械產(chǎn)品方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及發(fā)展趨勢(shì).機(jī)械科學(xué)，2006，9，18.
　?。?］雷永剛，彭穎紅，阮雪輸.機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)：綜述與分析.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，9，13.
　?。?］劉曉敘，陳敏.機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)理念.機(jī)械設(shè)計(jì)，2006，4，12.
　?。?］韓忠愿，熊模華，鐘毅芳，周濟(jì).現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及CAD技術(shù)的走向淺.華中理工大學(xué)CAD中心.
　?。?］何慶.代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新思維的開發(fā).淮南工業(yè)學(xué)院.現(xiàn)代機(jī)械，1999，1.
　?。?］鄒慧君.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，北京科學(xué)出版社，2003.