對某種支持變型設(shè)計的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

安淑女AN Shu-nv

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院，徐州 221116）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，制造業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營模式越來越趨向于樣品的多樣化和小批量，以更好的適應(yīng)企業(yè)在新時期面對國內(nèi)外競爭環(huán)境的各項要求。這時，變型設(shè)計理念的出現(xiàn)就顯得不足為奇，而且很好的適應(yīng)了企業(yè)當前的生產(chǎn)經(jīng)營策略。變型設(shè)計理念的核心就是要對原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計或系列產(chǎn)品進行改進和創(chuàng)新，實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速設(shè)計和迅速推向市場。目前的變型設(shè)計主要是通過產(chǎn)品的有效配置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型來實現(xiàn)的，而對變型設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計、過程設(shè)計和變型修改等幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)不夠重視，不利于變型設(shè)計理論的長遠發(fā)展。本文結(jié)合機械產(chǎn)品的特點，將對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與變型設(shè)計等相關(guān)問題進行分析和探討，以求進一步驗證變型設(shè)計的有效性和實用性。

1 變型設(shè)計概述

1.1 變型設(shè)計的基本概念

簡單的說，變型設(shè)計就是一種設(shè)計方法，是一個設(shè)計過程，它的基本思想是通過改進已有的系列產(chǎn)品或設(shè)計實例來適應(yīng)新的設(shè)計需求，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計和新產(chǎn)品的快速試制定型。就整體而言，變型設(shè)計就是運用一定的規(guī)則將整個產(chǎn)品的設(shè)計歸結(jié)為對其中各個部件、零件等功能模塊的設(shè)計。因此在進行變型設(shè)計時建立一個合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型是實現(xiàn)產(chǎn)品快速變型的關(guān)鍵。

1.2 方法體系

機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個系統(tǒng)、復雜、循序漸進的過程，無論是用戶新的需求，還是機械產(chǎn)品在功能上的細小變化，都有可能引起很大改變，即在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的細小變動都有可能導致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計上的重大變動，這在機械產(chǎn)品的變型設(shè)計中表現(xiàn)的尤為明顯。有時企業(yè)為了更好的滿足各種用戶的不同需求，不得不對原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，以期獲得更多的收益，奠定自身的競爭優(yōu)勢。筆者認為，對機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行變型設(shè)計的關(guān)鍵就是要準確找到變型設(shè)計的根源，建立科學合理的方法體系，進而保證變型設(shè)計和快速設(shè)計目標的實現(xiàn)。本文所要介紹的方法體系，是以變型規(guī)則為基礎(chǔ)，通過事物特性表技術(shù)的合理運用來構(gòu)建合理的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，該模型能夠?qū)χС肿冃驮O(shè)計的機械產(chǎn)品及其構(gòu)配件之間的關(guān)系和條件進行準確的描述。事物特性表技術(shù)實現(xiàn)了機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通過二維表結(jié)構(gòu)進行標準化、科學化、規(guī)范化的組織，這對機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變型設(shè)計無疑是非常有幫助的。

2 事物特性表的應(yīng)用

事物特性表是一種ASCII文件，它的格式是保持不變的，不僅能夠?qū)κ挛锏幕緦傩赃M行登記，還能對構(gòu)配件的一些特性進行針對性的描述。在國家的相關(guān)標準中，它被當作一種信息標準進行應(yīng)用，不僅能對事物的特性進行描述，并嚴格按照相關(guān)規(guī)范和要求進行記錄、存儲和顯現(xiàn)。表格形式如表1所示。

正是因為事物特性表能夠詳細、有效的對事物的性能、特征、工藝特殊性等進行描述，尤其是產(chǎn)品在開展與尺寸變型相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，事物特性表更有利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從類到實例的轉(zhuǎn)變，這對變型設(shè)計和相關(guān)檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對某種機械產(chǎn)品的內(nèi)外徑、長度等特性進行描述，我們就可以得到一類產(chǎn)品，而我們對以上特性參數(shù)化之后就得到了某種產(chǎn)品的實例，最后將所有特性參數(shù)進行組合后，我們就得到了該產(chǎn)品的事物特性表。事物特性表的應(yīng)用不僅如此，我們還可以結(jié)合機械產(chǎn)品變型設(shè)計的具體實際進行靈活擴展，盡量將事物特性表的作用最大化。

表1 事物特性表的空白規(guī)范結(jié)構(gòu)

3 機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型分析

從某種意義上說，我們可以把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型看成是能夠適應(yīng)應(yīng)有的的約束配置的構(gòu)件的實例化集合。在具體應(yīng)用過程中，企業(yè)應(yīng)當立足于市場及用戶的各種需求，從企業(yè)原有的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中進行改進和創(chuàng)新，進而派生出更多的有效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型進行分析和構(gòu)建時，我們首先應(yīng)當對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、特點、功能有個全面的把握和了解，并按照相關(guān)設(shè)計原則和理念把產(chǎn)品模塊化，然后通過面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法將所要進行設(shè)計的產(chǎn)品進行分解，進而獲得相應(yīng)的產(chǎn)品類或零部件類，最終得到科學、有效的產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的原理如圖1所示，其主要包含產(chǎn)品變型與約束規(guī)則、參數(shù)傳遞結(jié)構(gòu)和構(gòu)建集合等內(nèi)容。而為了更好的對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)進行分析，我們首先要對產(chǎn)品以及組成產(chǎn)品的零配件關(guān)系進行描述，即構(gòu)建產(chǎn)品裝配拓撲樹。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型原理圖

3.1 產(chǎn)品裝配拓撲樹的構(gòu)建

對于產(chǎn)品裝配拓撲樹的描述來說，我們可以把它看作是一種類結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示。

在裝配拓撲樹中，基本模塊是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中必不可少的，必選模塊則是在嚴格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中指定一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中；可選模塊則是在嚴格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中選擇一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中。O2表示在組成部件BNode2時必須且只能在Anode6和Anode7中選擇一個零件構(gòu)件，并且以該構(gòu)件與CNode2的關(guān)系裝配到BNode2中。R1表示在組成產(chǎn)品族CNode1時，可以根據(jù)一定的規(guī)則在Anode4和Anode5中選擇一個零件。將構(gòu)件（Node）的概念引入到裝配拓撲樹中，主要是為了更好的表達產(chǎn)品對象以及零部件等子對象，而構(gòu)件不能完全等同于具體的零部件，我們可以把它看成是零部件的抽象，是擁有一定共同特性的的集合，我們可以將其表述為一個四元組：

Node＝[ID, Sel (Inc, Num), Type, Des (Attr_name, Data_Type, In_cons)]

式中ID表示產(chǎn)品對象或其零部件子對象的唯一標識號；Sel表示該構(gòu)件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構(gòu)件是可選構(gòu)件，Inc=1表示該構(gòu)件是必選構(gòu)件。Num表示零部件在產(chǎn)品中的配置數(shù)目； Des表示構(gòu)件的屬性描述信息，Type表示該構(gòu)件的類型。At-tr_name表示該構(gòu)件的一個屬性名稱；Data_Type表示屬性的取值類型，如浮點型（float）、整型（int）、字符型（char）、布爾型（bool）等；In_cons表示屬性的取值限定約束。

3.2 PSMTree類的構(gòu)造

在完成裝配拓撲樹的構(gòu)建后，能夠從結(jié)構(gòu)上很好地支持產(chǎn)品對象的變異性。然后采用面向?qū)ο蟮姆椒▽τ蒔SMTree描述的產(chǎn)品原型進行建模，在建模時采用事物特性表技術(shù)來構(gòu)造描述PSMTree的類屬性，從而通過類的繼承得到描述產(chǎn)品的類。在對類進行構(gòu)造時，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個類來分別描述PSMtree中的產(chǎn)品及其零部件構(gòu)件。提取3個類的標識碼ID、名稱NAME、變型規(guī)則等共同屬性構(gòu)造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構(gòu)成分類結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。

圖2 裝配拓撲樹

圖3 類構(gòu)造結(jié)構(gòu)圖

3.3 機械產(chǎn)品的變型設(shè)計規(guī)則

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程來看，變型設(shè)計離不開以知識表達為基礎(chǔ)的變型規(guī)則，規(guī)則表達的規(guī)范與好壞在很大程度上決定了產(chǎn)品的變型設(shè)計的質(zhì)量，對此我們可以從兩個方面進行研究。

首先，對于變型規(guī)則，我們是針對產(chǎn)品模塊內(nèi)來說的，變性規(guī)則大體可以分為三種形式，即條件表達式、邏輯關(guān)系式和數(shù)學關(guān)系式。其中，邏輯關(guān)系式主要是為了判斷產(chǎn)品中具體零件的必要性和可行性，進而決定零部件的增加或取消，條件表達式主要是用在產(chǎn)品構(gòu)配件的更換或構(gòu)配件數(shù)目的更改，通常表現(xiàn)出一定的因果聯(lián)系，規(guī)則的具體形式可以表述為：

＜規(guī)則＞：：＝＜規(guī)則ID＞＜規(guī)則名稱＞＜事件＞＜條件＞＜動作＞

＜事件＞：：＝＜事件ID＞＜事件描述＞＜事件規(guī)則＞

＜條件＞：：＝＜表達式＞＜事實＞

＜動作＞：：＝{(＜陳述＞|＜操作＞)}：

其次，產(chǎn)品族模塊間相互約束規(guī)則通常只會出現(xiàn)在部件或產(chǎn)品中，其對應(yīng)的事物特性表中的信息主要是依靠指針通過配置文件的形式保存。機械產(chǎn)品的設(shè)計人員可以充分利用模塊間相互約束的規(guī)則，對產(chǎn)品組合的各種模塊進行靈活的選擇，進而實現(xiàn)對主要系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行變型的目的。其中，主要的約束關(guān)系主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實現(xiàn)、組成、選擇等，產(chǎn)品設(shè)計人員可以更加產(chǎn)品變型設(shè)計的實際，立足于滿足用戶的基本需求以及產(chǎn)品功能的豐富進行靈活選擇。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對支持變型設(shè)計的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的相關(guān)分析，我們不僅對變型設(shè)計有了一個新的理解，更加認識到了變型設(shè)計技術(shù)以及方法體系選擇與構(gòu)建的重要性。對此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當不斷加強自身的綜合素質(zhì)，不斷更新自身的理論知識結(jié)構(gòu)，提高自身對原有系列產(chǎn)品及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行改進和創(chuàng)新的能力，持續(xù)改進自身的變型設(shè)計能力，進而更好的滿足用戶的需求，豐富產(chǎn)品的職能，為變型設(shè)計的快速、廣泛應(yīng)用提供更多的便利條件和支持，促進企業(yè)產(chǎn)品線的豐富和經(jīng)濟效益的提高。

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