馬 寧，楊 波，劉彥超，李金萍，高常青

（濟南大學機械工程學院，山東 濟南 250022）

產(chǎn)品建模包括零件建模和裝配建模兩方面［1］。目前，零件建模主要采用基于特征的方法，即基于CSG（constructive solid geometry，實體模型）、B-Rep（boundary representation，線框模型）等表示方法從幾何結構和幾何形狀的角度對零件進行描述。在零件建模過程中，一些隱含的表達幾何形狀特征的內(nèi)在設計知識無法直接傳遞到模型中。零件模型應是一個具有過程性、動態(tài)性和層次性的對象定義模型，它的合理構建有利于設計知識的有效傳遞以及系列產(chǎn)品間零件的有效借用，這在一定程度上有助于提高設計效率和精度。

零件的設計方法主要有基于功能的設計方法和基于結構的設計方法兩種。

基于功能的設計方法主要通過將目標功能轉化為零件之間的配合結構和配合行為，繼而轉化為零件的形狀特征，來完成零件主要功能結構的設計。例如：通過裝配接口和裝配語義元定義零件的幾何特征信息［2］；通過“使定表面”和“定位表面”等功能表面的幾何形狀約束實現(xiàn)功能的傳遞［3-4］；通過裝配特征偶的構建，實現(xiàn)設計意圖的傳遞，進而使得零件建模和裝配建模得到更好的集成［5-6］。

基于結構的設計方法主要從幾何結構構成的角度研究零件模型的構建及結構優(yōu)化。例如零件結構布局的設計方法［7-8］、基于幾何結構單元變異及重用的零件變異設計方法［9-11］和基于力學性能的零件結構拓撲優(yōu)化設計方法［12-13］。此外，學者也提出了在產(chǎn)品設計階段進行零件表面形貌建模的方法［14-15］、功能梯度材料零件的建模方法［16］和零件的再制造設計方法［17-19］。

上述研究主要聚焦于零件功能、行為與結構之間的映射表達及結構組織等，而對模型本身的輔助設計關注較少。零件模型應是體現(xiàn)自身不同形態(tài)、不同設計階段領域知識的載體，兼具描述零件幾何尺度信息的狹義特性，同時也應涵蓋功能要求、功能結構過渡信息、結構演化時序信息等頂層抽象特性。在自頂向下的設計過程中，隨著功能、結構等領域知識的引入，零件結構呈現(xiàn)不斷遞進轉換的設計狀態(tài)。在方案構思階段，處理的主要是抽象的功能及語義知識，通過概念設計方案反映零件的功能實現(xiàn)機理；在詳細結構設計階段，通過概念設計方案的實例化處理，構建零件幾何結構模型，這一階段處理的是幾何特征知識。兩者因處理對象的不同而存在脫節(jié)。如何將方案構思融入幾何模型，實現(xiàn)知識的有效傳遞，對于實現(xiàn)功能設計與結構設計的有效集成，進而實現(xiàn)設計自動化具有重要意義。

為此，筆者基于對零件模型拓撲結構和功能的解析，通過對零件構成單元幾何結構、形位和進化時序的分析，建立了基于功能與結構約束的零件約束模型；在此基礎上，基于零件設計過程中的狀態(tài)遞進轉換特性，將抽象語義知識進行結構化處理，構建由功能視圖模型、功能結構過渡視圖模型、結構約簡視圖模型和結構視圖模型組成的自頂向下的多層次零件視圖模型；提出了基于多域視圖模型的零件設計方法?；诙嘤蛞晥D模型，可形成產(chǎn)品結構的多重解釋，在功能驅動下實現(xiàn)零件結構的系列化設計，形成“方案產(chǎn)生—語義向知識轉化—結構設計”的設計知識有效傳遞過程，實現(xiàn)概念設計與詳細設計的初步集成。

1 零件建模過程和零件設計狀態(tài)演化過程解析

1.1 零件建模過程解析

產(chǎn)品設計是一個約束滿足問題，即：在給定設計要求的基礎上，通過擬定抽象化的功能結構，在功能滿足的條件下，充分考慮各種設計約束并形成諸多約束的有效組合，產(chǎn)生設計方案［20］。

而對于產(chǎn)品的基本組成單元——零件，其建模過程可解析為狀態(tài)轉換過程，如圖1所示。

圖1 零件建模過程解析Fig.1 Analysis of part modeling process

零件建模過程為：首先，基于已有的設計知識，通過多元沖突消解進行功能規(guī)劃，產(chǎn)生零件的功能模型；然后，對功能規(guī)劃方案進行基于知識擴展的層級演化，得到滿足功能要求的結構設計方案。即：首先，建立滿足基本功能要求的零件符號模型，并將其轉化為功能表面及其名義特征模型（即構成幾何要素的基本單元，如點、線、面，如圖1（a）所示），實現(xiàn)設計空間的初次約簡與構建；其次，根據(jù)零件符號模型中所隱含的功能和制造信息，將抽象的功能表面映射為結構實例單元（如圖1（b）所示），建立零件的標準模型；最后，將結構單元之間的幾何、形位等的約束信息進行擴展，建立實際的零件擴展結構模型（如圖1（c）所示），獲得符合約束要求的零件實例。

1.2 零件設計狀態(tài)演化過程解析

零件設計就是將設計意圖F映射成具有一定功能的幾何結構，并按照一定的規(guī)則合并成最終的幾何形態(tài)。零件設計的最終結果體現(xiàn)為幾何特征G與約束關系特征C的組合，用數(shù)學模型可表示為：

在零件設計過程中，零件設計狀態(tài)為一遞進的演化過程（如圖2所示），并具有以下特征：

1）在最初的問題狀態(tài)，零件設計狀態(tài)為抽象的功能信息。

2）在概念設計階段，通過初始功能信息的傳遞，零件的設計要求可符號化地表示為功能知識，通過對功能區(qū)域的操作形成零件的最初解狀態(tài)。

3）在從功能到結構的轉化過程中，零件將歷經(jīng)多個狀態(tài)的轉變。其間功能知識演化為零件各構成單元的結構信息以及各單元間的拓撲約束關系、形位約束關系，并在功能信息的約束下形成多個中間解狀態(tài)。

4）在詳細結構設計階段，基于幾何及約束的可行性，零件的初始結構信息以及各單元間的關聯(lián)約束信息不斷擴展，零件結構設計呈現(xiàn)為一個漸進的、結構信息不斷豐富并具有時序特征的擴展過程，并形成最終解。

圖2 零件設計狀態(tài)演化過程解析Fig.2 Analysis of evolution process of part design status

零件功能的實現(xiàn)依賴于其幾何特征及其之間的有序關聯(lián)。從模型構成的角度看，零件模型除了其外在幾何特征的表現(xiàn)，還應蘊含功能、拓撲以及形位等關聯(lián)約束信息。在設計過程中，通過功能的分解和重構，形成對幾何特征、關聯(lián)約束的定義；在此基礎上，幾何特征和關聯(lián)約束不斷分解、重構與演化，最終形成零件實體的結構模型。因此，廣義上的零件模型應包括結構維度、關聯(lián)約束維度和功能維度三方面的信息，如圖3所示。

2 零件關聯(lián)約束模型

產(chǎn)品功能在宏觀上通過裝配結構設計得以實現(xiàn)，在微觀上則依賴于零件自身幾何特征的性質(zhì)和特征之間的約束關系。零件可被視為具有內(nèi)部相互作用關系的裝配結構通過幾何特征面對間的相互作用、有序裝配，在空間及形位等幾何約束下實現(xiàn)功能要求。其設計約束除功能約束外，一般還包括為滿足功能目標而設定的結構、配合和設計序列等約束。因此，零件約束模型應從功能、進化序列、拓撲和形位關系等多個角度加以描述。

圖3 零件模型的信息構成Fig.3 Information composition of part model

2.1 功能約束模型

2.1.1 功能約束關系

構成零件的功能單元在相互結合形成總功能的過程中，存在著時序關系和邏輯關系。

1）時序約束關系。

零件功能的實現(xiàn)并非是無序的，而是按照其目標功能實現(xiàn)的規(guī)律或路線存在著進化序列，體現(xiàn)為一種“流”的傳遞過程。按照相鄰功能單元是否存在功能與結構之間的約束關系，時序約束關系分為有序列約束關系和無序列約束關系兩種。有序列約束關系是指功能單元為上下層特征關系，子層功能的性質(zhì)、結構由父層特征來限定，如圖4（a）所示。無序列約束關系是指相關功能單元處于同一等級，單元之間無父子或繼承關系，而僅存在結構上的連接關系，如圖4（b）所示。

圖4 功能時序約束關系Fig.4 Functional time sequence constraint relationship

圖5所示為零件支架的功能時序約束關系。該零件目標功能包括軸支撐P1、底面支撐P2，兩者是無序列約束關系；在此基礎上演化的連接和加強兩個功能依賴于上層功能P1、P2，因此與P1、P2形成有序列約束關系。

2）邏輯組合關系。

零件的目標功能一般可逐級分解為若干個相互關聯(lián)的子功能，由物料流、能量流和信息流將這些子功能聯(lián)系起來，按照一定的約束條件和相互關系組成一個整體。各子功能相互協(xié)調(diào)和配合實現(xiàn)總功能，子功能之間的邏輯約束關系主要包括并聯(lián)、串聯(lián)等模式［21］。

2.1.2 功能約束單元模型

圖5 支架的功能時序約束關系Fig.5 Functional time sequence constraint relationship of bracket

根據(jù)相鄰功能單元之間的時序約束和邏輯組合關系，從功能單元之間的約束關系角度出發(fā)，建立構成功能模型的基本單元——功能約束單元。常見的功能約束單元包括串行無序列、有序列單元，并行無序列、有序列單元，合并串行無序列、有序列單元和分支并行無序列、有序列單元，如圖6所示。功能約束單元根據(jù)特定的功能要求進行組合即構成零件功能模型。

2.2 結構約束模型

復雜零件往往是由多個子結構在滿足結構約束的條件下組合而成的。結構約束主要包括子結構的幾何屬性及結構關聯(lián)所限定的拓撲關系約束，以及功能約束作用于子結構而產(chǎn)生的形位約束。

2.2.1 拓撲關系約束

用于描述零件幾何要素間的方位關聯(lián)、零件模型各分量間的結構關聯(lián)等的約束為拓撲關系約束。拓撲關系約束是由子結構的物理屬性所限定的粗粒度幾何約束，主要表現(xiàn)為點、線、面、體等幾何要素間的鄰接及邊界關系。幾何要素關系的定性描述主要包括相容、相交、相離和相接四種類型。拓撲關系約束單元如表1所示。

零件構成單元可以通過多個拓撲關系約束確定與其他單元的相對位置。這種結構性連接關系一方面保證了特定功能的實現(xiàn)，另一方面用以保證零件結構的穩(wěn)定性。

2.2.2 形位關系約束

零件功能是通過對一系列離散的子特征單元進行有目標的選擇，并按照特定的位置關系進行組合而實現(xiàn)的。功能約束間接作用于子特征單元的組合過程形成了形位關系約束。

圖6 功能約束單元模型Fig.6 Functional constraint unit model

表1 拓撲關系約束單元Table 1 Topological relationship constraint unit

子特征單元間大多是通過面來連接的。因此，形位關系可以通過相關連接特征的類型及其之間的幾何連接關系來定義。在設計過程中，通常用重合、平行、垂直、偏距、角度配合和投影等描述子特征單元間的形位關系約束；約束作用的對象是零件幾何拓撲元素，主要為點、線、面等低層次幾何信息。形位關系約束單元如表2所示。其中：VM代表點，LM代表線，F(xiàn)D、FM均代表面；n1、n2為平面的法向量；θ、L分別為2個幾何對象之間的夾角和偏距。

3 零件多域視圖模型

每一復雜零件都承載著多層次、多領域的幾何信息和非幾何信息。為完整表達零件設計狀態(tài)的轉換過程，根據(jù)零件特征信息表達的層次和表述需求，從不同的刻畫角度，將零件視圖模型自頂向下、漸進地分解為功能視圖模型、功能結構過渡視圖模型、結構約簡視圖模型和結構視圖模型，并基于前述的功能約束模型和結構約束模型對上述各視圖模型進行描述。

3.1 功能視圖模型

功能視圖模型抽象化地表達零件的功能特征，其邏輯結構決定了零件的基本行為和結構構成，是零件功能特征在視圖模型上的聚合體?；诹慵鞴δ芗s束單元的時序和邏輯關系可建立零件的功能視圖模型。

按知識類型的不同，功能的形式化表達方法分為3種，即輸入輸出流表示法、動詞-名詞表示法和關鍵字表示法［22］。由于目標功能決定了零件的關鍵結構特征，是零件功能求解的核心，因此其形式化表達是功能視圖模型的主體部分。結合輸入輸出流表示法和關鍵字表示法，將關鍵字Pn作為表達功能的謂語連詞，用于表達諸如支撐、連接等基本功能單元。按照零件功能單元間的輸入輸出邏輯關系，對各基本單元按時序和邏輯關系進行組合，構成功能約束單元。采用工序圖描述零件的功能單元及其組合關系，形成零件功能視圖模型，如圖7所示。圖5所示支架的功能視圖模型如圖8所示。

表2 形位關系約束單元Table 2 Shape and position relationship constraint unit

圖7 零件功能視圖模型Fig.7 Part function view model

圖8 支架的功能視圖模型Fig.8 Functional view model of bracket

復雜機電系統(tǒng)的功能存在較強的耦合關系，須通過功能分析和分解建立其功能視圖模型。為便于通過功能單元的組合低成本地滿足零件多樣化和個性化需求，功能視圖模型的功能單元須滿足下列要求：

1）功能單元數(shù)量適中，且功能單元之間具有盡可能小的耦合性。

2）功能單元之間的接口設計盡量做到標準化。

功能視圖模型包含了零件的功能信息及隱含于各單元的幾何、拓撲和約束信息，是零件功能載體的抽象表達。它既表達了功能單元的聚合特征、相對固定的鄰接關系，也隱含零件結構生成的屬性約束。

3.2 功能結構過渡語義描述模型

功能視圖模型從目標功能的角度，描述了零件功能單元的時序和邏輯關系。以功能視圖模型為基礎，增加功能單元形位關系約束，建立功能結構過渡語義描述模型。

以支架為例，功能結構過渡語義描述模型如圖9所示。

首先，根據(jù)零件功能視圖模型所描述的功能單元及其關聯(lián)信息，抽取各功能單元所隱含的幾何特征信息，形成零件抽象的功能結構屬性；然后，定義各抽象物理結構之間的形位約束關系，通過關聯(lián)形位約束建立功能與幾何特征間的轉換關系，從而形成零件功能結構過渡語義描述模型。形位關系約束是一種結構約束，因此功能結構過渡語義描述模型是零件功能模型到結構模型之間的一種過渡模型。

功能結構過渡語義描述模型是根據(jù)零件的功能特點和特定的物理需求構建的、用于描述零件構成單元抽象物理結構和幾何特征信息的零件模型。該模型既可用于表達設計意圖，又可對產(chǎn)品結構模型加以抽象描述，是一種零件結構的骨架模型。

圖9 支架的功能結構過渡語義描述模型Fig.9 Semantic description model of function structure transition of bracket

3.3 結構約簡視圖模型

功能結構過渡語義描述模型從語義表達的角度對單元間結構約束信息進行了描述。對功能結構過渡語義描述模型進行圖形化表達，即可建立結構約簡視圖模型。

零件可視為具有一定結構約束的功能表面的集合。從功能表征的角度，零件的設計及功能特征可進一步表征為功能表面的名義特征，即組成功能表面的參考點、參考直線或參考平面等最小幾何基準要素的集合［23］。將功能結構過渡語義描述模型所表述的零件骨架模型進行基于功能表面及其名義特征的實例化處理，從零件實現(xiàn)功能的最基本原理出發(fā)，抽取它們結構上的本質(zhì)特征，圖形化顯示零件功能對象及其結構的關鍵信息，形成結構約簡視圖模型。

支架的結構約簡視圖模型如圖10 所示。首先，基于其功能結構過渡語義描述模型所描述的幾何特征信息，確定各功能單元的名義特征；在此基礎上，基于形位關系約束和位置特征信息，建立名義特征間的形位關系，并進行圖形化表述，形成結構約簡視圖模型。圖10中，分別用y、z表征軸支撐與面支撐在Y、Z方向的中心偏距。該模型規(guī)定了零件各構成單元的結構特征，以及各單元工程語義約束的關系和空間位置關系，并進行了一定的簡化，摒棄了零件的次要功能。

圖10 支架的結構約簡視圖模型Fig.10 Structure reduction view model of bracket

顯然，結構約簡視圖模型是從零件模型中抽象出功能零件的核心組成部分而構建的，體現(xiàn)了系統(tǒng)解的原理和結構布局，但對零件構成單元的幾何特征及其邊界沒有嚴格的限定。

3.4 結構視圖模型

對結構約簡視圖模型的每一個名義特征進行結構擴展，同時對相應的形位約束進行幾何約束求解。即將功能要求所定義的零件設計特征及其對應的功能表面名義特征映射為物理載體，根據(jù)一定的算法求解出滿足約束的幾何圖形；在此基礎上，根據(jù)零件結構單元之間幾何和拓撲關聯(lián)信息的鄰接位置，確定幾何邊界；定義結構單元之間的拓撲約束關系，如相容、相交、相離和相接等，將結構約簡視圖模型從空間維度進行擴展，構建零件的結構視圖模型。支架的結構視圖模型如圖11所示。

圖11 支架的結構視圖模型Fig.11 Structural view model of bracket

在結構視圖模型中，零件構成體素特征可分為設計特征和關聯(lián)特征兩類。設計特征是根據(jù)零件的功能屬性生成的、實現(xiàn)特定功能的相關結構的聚集，其組合形式和關鍵參數(shù)信息在結構約簡視圖模型中已有明確的定義，如圖11中的底板與軸支撐。關聯(lián)特征用于連接設計特征，它依賴于設計特征而存在，并通過關聯(lián)約束實現(xiàn)相鄰設計單元的組合，體現(xiàn)了零件的結構特性，如圖11中的連接板和肋板。

4 基于多域視圖模型的零件結構設計

從功能視圖模型、功能結構過渡語義描述模型、結構約簡視圖模型至結構視圖模型的設計過程中，零件的結構信息逐步擴展，其設計狀態(tài)體現(xiàn)為一種遞進的轉換過程。在這一過程的每一階段，零件模型的信息都是不完整的，因此其所對應的零件結構就可以形成多重解釋，在此基礎上可實現(xiàn)零件的變型和系列化設計。

4.1 基于功能視圖模型的零件結構多重解釋

不改變功能視圖表示的基本功能（即不改變功能視圖的基本結構），通過變更其構成單元的目標功能信息，即可構建多種形式的零件結構，形成基于功能視圖模型的零件結構多重解釋。如圖12所示，針對支架功能視圖模型的基本結構，通過變更組成模型功能單元的關鍵字P1或P2，即可形成不同的零件結構。

圖12 基于功能視圖模型的零件結構多重解釋Fig.12 Multiple interpretations of part structure based on functional view model

4.2 基于功能結構過渡語義描述模型的零件結構多重解釋

當功能視圖模型確定后，構成零件的基本功能單元及其之間的時序和邏輯關系已唯一確定，因此，在建立功能結構過渡語義描述模型時，對功能單元所進行的語義描述具有唯一性。但該模型中還包含為完成特定功能所定義的一些抽象結構信息、語義及形位關聯(lián)信息，對這些信息進行不同的釋義會得到不同的設計結果，從而形成零件結構的多重解釋。如圖13所示，不改變支架的基本功能語義，當將其抽象幾何特征的形位關聯(lián)信息由平行變更為相交或垂直時，零件的結構就變更為①或②的形式。

圖13 基于功能結構過渡語義描述模型的零件結構多重解釋Fig.13 Multiple interpretations of part structure based on semantic description model of functional structure transition

4.3 基于結構約簡視圖模型的零件結構多重解釋

根據(jù)功能結構過渡語義描述模型所傳遞的信息，在結構約簡視圖模型中，對完成目標功能的功能表面及其名義特征、名義特征之間工程語義約束的關系和定性空間形位關系的定義具有唯一性。但從定量的角度看，特征之間的定位關系具有可擴展性，對其進行不同的定義會形成零件結構的不同解釋。如圖14（a）所示，對支架P1、P2功能的幾何特征定量位置關系的描述為x=0，y≠0，z≠0；當將這種定量位置關系改變?yōu)閤=0，y≠0，z=0 或者x=0，y=0，z≠0時，零件結構則可變更為圖14（b）和圖14（c）所示的結構。

圖14 基于結構約簡視圖模型的零件結構多重解釋Fig.14 Multiple interpretations of part structure based on structure reduction view model

4.4 基于結構視圖的零件結構多重解釋

結構約簡視圖模型體現(xiàn)了零件系統(tǒng)解的原理和結構布局。建立零件結構視圖模型時，通過對零件構成單元的幾何特征及其邊界，以及零件結構單元之間幾何和拓撲關聯(lián)信息的求解，可產(chǎn)生不同的特征，形成零件結構多重解釋。如圖15所示，支架的原始結構如①所示，當改變其底板及其附屬孔的幾何特征時，①可變更為②、③；當將底板與孔的拓撲關系約束由xPy變更為xT（f）y時，結構①可變更為④；同理，結構①也可變更為⑤。

圖15 基于結構視圖模型的零件結構多重解釋Fig.15 Multiple interpretations of part structure based on structure view model

5 應用實例

擬設計一導向平移機構，使得其中的一個零件能夠實現(xiàn)沿特定方向的平移。

5.1 導向平移機構的結構設計

導向平移機構的功能描述如圖16所示。其中導向機件和移動零件的主體幾何結構特征均為回轉體，要求移動零件的軸線a2與導向機件的軸線a1同軸，且零件能夠沿a1作軸向平移。

圖16 導向平移機構的功能描述Fig.16 Function description of guide translation mechanism

將導向平移機構的功能信息進一步規(guī)范化表示，可得其功能視圖模型，如圖17所示。對于移動零件，其子功能R2是一種基于導向功能R1的平移運動，因此兩者之間形成串行有序列功能約束；對于導向機件，導向功能Q2與固定功能Q1為具有同等地位的2個功能，因此兩者之間形成并行無序列功能約束。

圖17 導向平移機構的功能視圖模型Fig.17 Functional view model of guide translation mechanism

以移動零件為例。根據(jù)導向平移機構功能視圖模型所描述的關聯(lián)信息，以及各功能單元所隱含的幾何特征信息，確定導向及平移兩個功能單元的功能結構屬性；在此基礎上，定義單元之間的形位約束關系，形成移動零件的功能結構過渡語義描述模型，如圖18（a）所示。對其功能結構過渡語義描述模型進行基于功能表面名義特征的擴展，形成結構約簡視圖模型，圖18（b）所示。對其每一名義特征進行結構擴展，形成結構視圖模型，如圖18（c）所示。在此基礎上，可進一步生成其結構模型，如圖18（d）所示。

圖18 基于多域視圖模型的移動零件的設計過程Fig.18 Design process of mobile part based on multi-domain view model

在移動零件的設計過程中，根據(jù)其功能描述以及在結構模型生成過程中所形成的幾何與形位約束關系，可以很直觀地確定零件的幾何公差等技術要求，從而生成其完整的結構模型，如圖19所示。對應地，可生成移動零件的裝配結構，如圖20所示。

圖20 移動零件的裝配結構Fig.20 Assembly structure of mobile part

5.2 零件結構的多重解釋

保持移動零件基本功能R1、R2不變，在移動零件建模的基礎上，分別進行基于功能結構過渡語義描述模型、結構約簡視圖模型以及結構視圖模型的多重解釋，可以形成不同的產(chǎn)品結構，如圖21所示。

1）對如圖18所示的零件多域視圖模型，進行基于結構約簡視圖模型的多重解釋，將z≠0 轉換為z=0，則可生成夾持機構，如圖21中①所示。

2）對圖21的①進行基于功能結構過渡語義描述模型的多重解釋，則可生成舉升小機構，如圖21中②所示。

3）對圖21的②進行基于功能結構過渡語義描述模型以及結構視圖模型的多重解釋，可生成五軸調(diào)節(jié)機構，如圖21的③所示。

4）對圖21的③進行基于功能結構過渡語義描述模型的多重解釋，可生成滑臺升降機構，如圖21中④所示。

5）對圖21的③、④進行基于功能結構過渡語義描述模型的多重解釋，可生成雙向伸縮貨叉機構，如圖21中⑤所示。

6）對圖21的⑤進行基于結構視圖模型的多重解釋，可生成間隙升降平臺機構，如圖21中⑥所示。

5.3 討論

從上述實例可以看出，通過多域視圖可建立零件從功能到幾何結構的完整過渡模型。在這一設計模式下，在需求設計和概念設計階段所處理的語義信息以及工程領域的設計原理、工程知識等，通過功能視圖模型、功能結構過渡語義描述模型、結構約簡視圖以及結構視圖模型的層級遞進，逐步融入零件幾何模型中，使得零件幾何模型不斷豐富，呈現(xiàn)為設計狀態(tài)不斷遞進演化的過程。在此基礎上，可完成其結構設計，形成從設計方案產(chǎn)生、語義到結構信息的轉化直至零件結構的設計過程，實現(xiàn)概念設計與結構設計的有機集成。

6 結 論

圖21 基于多域視圖模型的零件結構多重解釋Fig.21 Multiple interpretations of part structure based on multi-domain view model

1）零件的功能和結構在一定范疇內(nèi)往往是動態(tài)的，具有多狀態(tài)性。傳統(tǒng)的零件建模方法未考慮零件的這種多狀態(tài)性，使得這些方法難以對復雜系統(tǒng)中具有多功能性的零件進行精準建模。通過構建多域視圖模型，定義了零件從功能到結構的規(guī)程化的演化過程，形成了一個具有過程性、動態(tài)性、層次性和遞進演化特性的零件對象定義模型。

2）在不改變原有零件基本功能框架的前提下，通過對零件各視圖模型中基本設計需求以及對其蘊含信息的挖掘，可獲取表達零件幾何信息和非幾何信息的多重解釋；通過改變原有基本模型局部結構的配置形式或者配置參數(shù)，可得到具有不同結構的零件，進而可以通過對幾何特征及特征約束的編輯操作更新模型，甚至更新零件的功能，從而驅動零件的變異設計，實現(xiàn)基于模型的零件結構動態(tài)更改和系列化設計。

3）零件設計涉及功能、結構等大量領域知識。通過零件多域視圖模型的構建，將設計過程中功能的流向性、連續(xù)性等頂層抽象特性集成于零件建模過程，實現(xiàn)功能和結構信息在裝配結構以及幾何形位約束特征之間的有效傳遞。這些信息的傳遞，一方面有助于實現(xiàn)零件結構的有序進化，另一方面提供了在零件詳細設計階段設計參數(shù)的傳遞方式以及尺寸及形位公差的定義規(guī)范，擴展了狹義的零件結構設計的范疇，有助于實現(xiàn)基于模型的計算機輔助零件設計，推進產(chǎn)品設計過程的自動化。