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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，變型設計理念的出現(xiàn)就顯得不足為奇，而且很好的適應了企業(yè)當前的生產(chǎn)經(jīng)營策略。變型設計理念的核心就是要對原有的產(chǎn)品結(jié)構設計或系列產(chǎn)品進行改進和創(chuàng)新，實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速設計和迅速推向市場。目前的變型設計主要是通過產(chǎn)品的有效配置和產(chǎn)品結(jié)構模型來實現(xiàn)的，而對變型設計中的創(chuàng)新設計、過程設計和變型修改等幾個關鍵環(huán)節(jié)不夠重視，不利于變型設計理論的長遠發(fā)展。本文結(jié)合機械產(chǎn)品的特點，將對產(chǎn)品結(jié)構與變型設計等相關問題進行分析和探討，以求進一步驗證變型設計的有效性和實用性。

1變型設計概述

1.1變型設計的基本概念簡單的說，變型設計就是一種設計方法，是一個設計過程，它的基本思想是通過改進已有的系列產(chǎn)品或設計實例來適應新的設計需求，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設計和新產(chǎn)品的快速試制定型。就整體而言，變型設計就是運用一定的規(guī)則將整個產(chǎn)品的設計歸結(jié)為對其中各個部件、零件等功能模塊的設計。因此在進行變型設計時建立一個合理的產(chǎn)品結(jié)構模型是實現(xiàn)產(chǎn)品快速變型的關鍵。

1.2方法體系

機械產(chǎn)品結(jié)構設計是一個系統(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)構上的細小變動都有可能導致產(chǎn)品結(jié)構設計上的重大變動，這在機械產(chǎn)品的變型設計中表現(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)構進行重新設計，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)構進行變型設計的關鍵就是要準確找到變型設計的根源，建立科學合理的方法體系，進而保證變型設計和快速設計目標的實現(xiàn)。本文所要介紹的方法體系，是以變型規(guī)則為基礎，通過事物特性表技術的合理運用來構建合理的機械產(chǎn)品結(jié)構模型，該模型能夠?qū)χС肿冃驮O計的機械產(chǎn)品及其構配件之間的關系和條件進行準確的描述。事物特性表技術實現(xiàn)了機械產(chǎn)品結(jié)構數(shù)據(jù)通過二維表結(jié)構進行標準化、科學化、規(guī)范化的組織，這對機械產(chǎn)品結(jié)構的變型設計無疑是非常有幫助的。

2事物特性表的應用

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，還能對構配件的一些特性進行針對性的描述。在國家的相關標準中，它被當作一種信息標準進行應用，不僅能對事物的特性進行描述，并嚴格按照相關規(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的結(jié)構設計時，事物特性表更有利于產(chǎn)品結(jié)構從類到實例的轉(zhuǎn)變，這對變型設計和相關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。事物特性表的應用不僅如此，我們還可以結(jié)合機械產(chǎn)品變型設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。

3機械產(chǎn)品結(jié)構模型分析

從某種意義上說，我們可以把產(chǎn)品結(jié)構模型看成是能夠適應應有的的約束配置的構件的實例化集合。在具體應用過程中，企業(yè)應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。在對產(chǎn)品結(jié)構模型進行分析和構建時，我們首先應當對產(chǎn)品的結(jié)構、特點、功能有個全面的把握和了解，并按照相關設計原則和理念把產(chǎn)品模塊化，然后通過面向?qū)ο蟮脑O計方法將所要進行設計的產(chǎn)品進行分解，進而獲得相應的產(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。產(chǎn)品結(jié)構模型的原理如圖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)構和構建集合等內(nèi)容。而為了更好的對產(chǎn)品結(jié)構及其結(jié)構進行分析，我們首先要對產(chǎn)品以及組成產(chǎn)品的零配件關系進行描述，即構建產(chǎn)品裝配拓撲樹。

3.1產(chǎn)品裝配拓撲樹的構建

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，具體如圖2所示。在裝配拓撲樹中，基本模塊是產(chǎn)品結(jié)構設計中必不可少的，必選模塊則是在嚴格遵循相關規(guī)則的基礎上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構模塊中指定一定數(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規(guī)則的基礎上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構模塊中選擇一定數(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中選擇一個零件構件，并且以該構件與CNode2的關系裝配到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表示該構件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構件是可選構件，Inc=1表示該構件是必選構件。Num表示零部件在產(chǎn)品中的配置數(shù)目；Des表示構件的屬性描述信息，Type表示該構件的類型。At-tr_name表示該構件的一個屬性名稱；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。

3.2PSMTree類的構造

在完成裝配拓撲樹的構建后，能夠從結(jié)構上很好地支持產(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來構造描述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)則等共同屬性構造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構成分類結(jié)構，具體如圖3所示。

3.3機械產(chǎn)品的變型設計規(guī)則

從產(chǎn)品結(jié)構模型的構建過程來看，變型設計離不開以知識表達為基礎的變型規(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、邏輯關系式和數(shù)學關系式。其中，邏輯關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)品構配件的更換或構配件數(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)構進行變型的目的。其中，主要的約束關系主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實現(xiàn)、組成、選擇等，產(chǎn)品設計人員可以更加產(chǎn)品變型設計的實際，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，通過對支持變型設計的機械產(chǎn)品結(jié)構的相關分析，我們不僅對變型設計有了一個新的理解，更加認識到了變型設計技術以及方法體系選擇與構建的重要性。對此，相關技術人員應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，提高自身對原有系列產(chǎn)品及其產(chǎn)品結(jié)構進行改進和創(chuàng)新的能力，持續(xù)改進自身的變型設計能力，進而更好的滿足用戶的需求，豐富產(chǎn)品的職能，為變型設計的快速、廣泛應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。