（机械设计及理论专业论文）基于企业产品的设计技术研究与开发.pdf

东北大学博士论文 摘璺 基于企业产品的设计技术研究与开发 摘要 产品设计技术研究与开发一直是人们关注的热点问题之一，并为此进行了较为 广泛而深入的研究。但目前还存在着许多亟待解决的问题，如产品开发设计模式 与设计思维差距较大，企业设计资源、设计经验教训不能有效用于创新设计；产 品模型和产品开发过程相对独立、企业设计赘源不能有效利用；企业用户和应用 的互操作不能有效实现等。因此，本研究的目的就是解决上述存在的问题，使机 械产品开发设计系统及机械产品模型的研究达到一个新的高度和水平，促进产品 开发的基础研究及应用向更高层次发展。 产品开发设计模式与设计思维差距较大的主要问题是产品设计系统不能很好 地体现产品数据的共享与继承，设计过程中不能有效地实现企业设计资源的设计 重用，设计知识不完整，设计系统不支持概念设计与详细设计的融合。为了解决 这些问题，首先运用创新的思维方法对产品设计环境下的设计行为及现有的产品 设计模型及系统进行了深入的分析和研究，提出了可供借鉴的设计方法，在此基 础上对产品开发中设计经验教训进行研究，创造性建立了新的产品开发设计支撑 系统。新的系统为上述问题提供了系统的解决方法或方案，并能满足计算机内部 模型对产品并行开发设计的需要。 设计经验教训不能有效用于创瓤设计的关键问题是知识的组织与管理问题。 知识管理不同于数据管理，它是通过知识共享，运用集体的智慧提供应变和创新 能力，为此提出用本体论管理设计经验教训。其概念的提出为企业积蓄自己的设 计经验教训及智力资源提供了良策。本体论管理设计经验教训首先是本体实例模 型的实现，通过本体实例模型将设计经验教训及知识系统有效地组织起来，建立 良好的实现基础，实现设计过程中设计知识的完整性和规范性，并提供有效的技 术支持及知识系统的集成。 企业设计资源有效用于创新设计的途径之一是充分利用已有的设计实例，通 过分析设计经验教训的实例表达策略及基于产品实例特征、参数描述的实例模型， 引入本体c b d 过程将企业已有的设计实例与本体实例有机结合起来，解决企业设 计资源不能有效用于创新设计的问题。 为了解决目前c a d 系统对产品开发支持能力不足问题，对产品开发理论、设 l i 东北大学博上论文 摘要 计资源重用及产品结构与产品设计的关系进行了深入的分析研究，提出了一种新 的、能够描述机械零部件之间物理信息的、并适宜于产品开发设计支撑系统的计 算机内部模型，即机械产品结构模型。 机械产品结构模型可与现有c a d 系统的模型综合起来，描述和记录机械零、 部件的几何信息、拓扑信息、设计信息、装配信息以及产品的载荷、强度等信息； 它与c a d 的集成可形成一种新系统，以支持对产品或装配体的描述和记录，支持 产品中零部件的强度设计及分析；它可以在特征信息及其操作功能的支持下，形 成完整的产品开发信息；它可以有效地支持概念设计与详细设计的融合，用产品 结构与p d m 的映射来实现概念设计信息与详细设计信息间的映射；从设计机理的 角度表达产品零部件模型与开发过程的关系，对过程中设计人员的设计意图达成 共识：从结构的角度解决企业设计资源共享、产品并行设计与实例模型协调等问 题。 企业用户和应用互操作不能有效实现的关键问题，一是企业设计资源的设计 重用，二是互操作。 企业设计资源设计重用主要是实例模型的重用，为此提出了企业级设计重用 关系模型。该模型通过企业数据资源检索器、企业级设计经验教训、设计支持库、 设计阶段、决策评价及触发参与等的关联及相互作用，体现了产品) j ：发的设计重 用原理；同时为实现企业设计经验教训的可检索性、可理解性、可编辑性及可访 问性奠定了理论基础框架，为后续的详细设计提供了前提和条件，便于提高设计 效率。 互操作是一项繁杂的工作，实现互操作的主要困难在于产品开发设计支撑系 统采用不同的硬件环境、网络环境及不同编程语言的实例模型等。因此，产品开 发设计支撑系统环境作为一个统一的框架，必须提供适当的方法以管理和使用实 例模型。为此提出了机械产品实例库设计及产品开发支撑系统实现的问题。 在机械产品设计过程分析研究的基础上，建立了实例库结构、实例库管i 墅系 统及设计重用子系统，有助于实例模型的管理和使用，同时支持产品设计本身及 产品设计过程，避免系统资源的巨大浪费。 产品开发支撑系统的实现主要针对两方面的问题，一是产品数据标准s t e p ， 二是各种资源之间的数据交换共享x m l 技术。同时，产品开发支撑系统在技术上 也促进了设计系统中产品数据的共享与继承的实现。 对基于产品开发支撑系统的s t e p 方法进行了分析探讨，在此基础上，为了能 很好地表达实体及其属性，研究建立了e x p r e s s 描述到数据库模式的映射方法， 较好地实现了关系数据库对实体数据的存储。对产品开发支撑系统的x m i 。实现进 j 东北大学博士论文摘要 行了分析探讨，在此基础上建立了x m l 与关系数据库的映射；为了支持产品开发 支撑系统中x m l 的操作，进一步研究采用了x q u e r y 技术。 为了验证研究中所提出的相关理论及方法，以风机产品开发设计为例进行了 应用研究，证明了以上研究在企业产品开发设计中的可行性，从而为产品设计技 术研究与开发提供一条可行的技术路线。 关键词产品开发企业设计资源实例模型设计重用机械产品结构模型 篓! ! 查兰堡圭堡苎 竺i ! 坠竺! r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to fd e s i g n t e c h n o l o g y b a s e do n e n t e r p r i s e p r o d u c t a b s t r a c t s t u d ya n dd e v e l o p m e n to np r o d u c td e s i g nt e c h n i q u ea r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c e ，a n d e x t e n s i v er e s e a r c hh a sb e e nc a r r i e do u t h o w e v e r ，t h e r es t i l le x i s tl o t so fu n s o l v a b l e p r o b l e m sn o w a d a y s f o re x a m p l e ，o w i n g t ot h ed i f f e r e n c e sb e t w e e np r o d u c t d e v e l o p m e n td e s i g np a t t e ma n dd e s i g nt h o u g h t , e n t e r p r i s ed e s i g nr e s o u r c e sa n d e x p e r i e n c ec a nn o tb ea p p l i e dt oi n n o v a t i v ed e s i g ne f f e c t i v e l y ；t h ep r o d u c tm o d e la n d p r o d u c td e v e l o pp r o c e s sa r er e l a t i v e l yi n d e p e n d e n to fe a c ho t h e r , e n t e r p r i s ed e s i g n r e s o u r c e sc a nn o tb eu t i l i z e ds u f f i c i e n t l y ；t h ec o o p e r a t i o nb e t w e e ne n t e r p r i s ec u s t o m e r a n dt h ea p p l i c a t i o ne r an o tb er e a l i z e de f f e c t i v e l y , e t c t h ep u r p o s eo f t h i sr e s e a r c hi st o s o l v et h ea b o v ep r o b l e m sa n dm a k et h er e s e a r c ho nm e c h a n i c a lp r o d u c t sd e v e l o p m e n t d e s i g ns y s t e ma n dm a c h i n ep r o d u c tm o d e lr e a c hah i g h e rl e v e l t h em a i nr e a s o nf o rt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ep r o d u c td e v e l o p m e n td e s i g n p a t t e r na n dt h ed e s i g nt h o u g h ti st h a tt h ep r o d u c td e s i g ns y s t e mc a l ln e i t h e rs h a r en o r i n h e r i t p r o d u c td a t a t h ed e s i g np r o c e s sc a nn o tr e a l i z et h ed e s i g nr e b s eo fe n t e 耳i r i s e d e s i g nr e s o u r c ee f f e c t i v e l y , t h ei n c o m p l e t ed e s i g nk n o w l e d g e ，a n dt h ed e s i g ns y s t e m c a nn o ts u p p o r tf u s i o no ft h ec o n c e p td e s i g na n dd e t a i l e dd e s i g n i no r d e rt os o l v et h e s e p r o b l e m s ，f i r s t l yt h ed e s i g nb e h a v i o ru n d e rc e r t a i np r o d u c td e s i g ne n v i r o m n e n ta n dt h e c u r r e n tp r o d u c td e s i g nm o d e la r ed e e p l ya n a l y z e db ym e a n so fc r e a t i v em e t h o d ，t h e n b r i n go u tar e f e r e n c e dd e s i g nm e t h o d ，f i n a l l yd e s i g ne x p e r i e n c ei ss t u d i e da n d an e w s u p p o r ts y s t e mo fp r o d u c td e v e l o p m e n ti se s t a b l i s h t h en e ws y s t e mp r e s e n t st h e s o l u t i o nf o rt h ea b o v ep r o b l e m s ，w h i c hc a nm e e tt h en e e do fp a r a l l e ld e s i g nd e m a n d e d b yt h ei n t e m a lm o d e lo f c o m p u t e r s t h ek e yp r o b l e mt h a te x p e r i e n c ea n dl e s s o nc a l ln o tb eu s e dt ot h ei n n o v a t i o n d e s i g ni st h eo r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n to ft h ek n o w l e d g e k n o w l e d g em a n a g e m e n t i sd i f f e r e n tf r o md a d am a n a g e m e n t ；i tp r o v i d e st h em e e to fe m e r g e n c ea n dc r e a f i v i t yb y t h ec o l l e c t i v ew i s d o ma n dk n o w l e d g e - s h a r i i 培，t h e r e f o r et h ed e s i g ne x p e r i e n c ea n d l e s s o nb a s e do no n t o l o g ym a n a g e m e n ti sp r o p o s e di nt h i st h e s i s t h eo n t o l o g yi sg o o d v 东j 大学博士论文 a b s t r a c t f o rt h ea c c u m u l a t i o no ft h ee n t e r p r i s e s o w nd e s i g ne x p e r i e n c ea n di n t e l l i g e n t r e s o u r c e s f i r s t l yt h ed e s i g ne x p e r i e n c ea n dl e s s o nb a s e do no n t o l o g ya d m i n i s t r a t i o ni s t h ei m p l e m e n to ft h eo n t o l o g i c a lc a s em o d e l ，a n do r g a n i z e st h ed e s i g ne x p e r i e n c ea n d k n o w l e d g es y s t e mt o g e t h e rb yc a s em o d e lt or e a l i z et h ei n t e g r i t ya n ds t a n d a r d i z a t i o no f t h ek n o w l e d g e ，a n da l s op r o v i d e se f f e c t i v ei n t e g r a t i o no ft e c h n i c a ls u p p o r ta n d k n o w l e d g es y s t e m o n eo ft h ev a l i da p p r o a c h e sb yw h i c ha p p l i e dt h ee n t e r p r i s ed e s i g nr e s o u r c e st o i n n o v a t i o nd e s i g ni st oi n t r o d u c eo n t o l o g i c a lc b dt oc o m b i n et h ef o r m e rd e s i g nc a s e a n do n t o l o g i c a lc a s et o g e t h e ra n de v e n t u a l l yr e s o l v et h ep r o b l e m st h a te n t e r p r i s ed e s i g n r e s o u r c e sc a l ln o tb eu s e dt oi n n o v a t i o nd e s i g nb ya n a l y s i so nt h ec a s ee x p r e s s i n g s t r a t e g ya n dc a s em o d e lb a s e do nc a s ec h a r a c t e r i s t i c sa n dp a r a m e t e r sd e s c r i p t i o no f t h e p r o d u c t s a n a l y s i sa n dr e s e a r c ho np r o d u c td e v e l o p m e n tt h e o r i e s ，d e s i g nr e s o u r c er e u s ea n d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np r o d u c ts t r u c t u r ea n d p r o d u c td e s i g na r ec a r r i e do u ti no r d e rt o s o l v et h ep r o b l e m so fi n s u f f i c i e n t s u p p o r ta b i l i t yo ft h ec u r r e n tc a ds y s t e mt ot h e p r o d u c td e v e l o p m e n t , a n dan e wc o m p u t e ri n t e r n a lm o d e l ，m e c h a n i c a l ：p r o d u c t s t r u c t u r a lm o d e l ( m p s m ) ，i sa d v o c a t e d ，w h i c hc a l ld e s c r i b et h ep h y s i c a li n f o r m a t i o no f m e c h a n i c a lp a r t sa n di ss u i t a b l ef o rp r o d u c td e v e l o p m e n ta n dd e s i g n t h em p s mc a nb e i n t e g r a t e dw i t hc a ds y s t e mt od e s c r i b ea n dr e c o r dt h e g e o m e t r i c ，t o p o l o g i c a l ，d e s i g ni n f o r m a t i o no f m e c h a n i c a la c c e s s o r i e sa n dl o a d ，i n t e n s i t y e t c o ft h ep r o d u c t s t h ei n t e g r m i o no fm p s ma n dc a di san e ws y s t e mw h i c hc a l l s u p p o r tt h ed e s c r i p t i o na n dr e c o r do f p r o d u c to ra s s e m b l y , a n da l s ot h ei n t e n s i t yd e s i g n a n da n a l y s i so fa c c e s s o r i e so ft h ep r o d u c t s t h e yc a np r o d u c et h ew h o l ep r o d u c t d e v e l o p m e n ti n f o r m a t i o nu n d e rt h es u p p o r to fc h a r a c t e r i s t i ci n f o r m a t i o na n di t s o p e r a t i n gf u n c t i o n s ；t h em i r r o r f r o m c o n c e p t i v ei n f o r m a t i o n t o d e t m l e d ”d e s i g n i n f o r m a t i o nc a l lb ea c h i e v e db yt h em i r l ro fp r o d u c ts t r u c t u r ea n dp d m t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nm o d e l so fp r o d u c ta c c e s s o r i e sa n dd e s i g np r o c e s si se x p r e s s e di n f o r mo fd e s i g nm e c h a n i c s ，a n dt h ep u r p o s eo fd e s i g n e r sc a nb er e a l i z e d ；t h ep r o b l e m so f e n t e r p r i s er e s o u r c e ss h a r i n g ，p r o d u c tp a r a l l e ld e s i g nm a dc a s em o d e le t ca r es o l v e db y s t r u c t u r ea n a l y s i s t h ep i v o t a lp r o b l e mo ft h a t c o o p e r a t i o nb e t w e e ne n t e r p r i s e c u s t o m e r sa n d a p p l i c a t i o nc a nn o tb er e a l i z e de r i e c t i v e l yc a nb ed i v i d e di nt w o ：o n ei sr e u s eo f e n t e r p r i s ed e s i g nr e s o u r c e s ，t h eo t h e ri sc o o p e r a t i o n 东北人学博士论文a b s t r a c t t h er e u s eo f e n t e r p r i s ed e s i g nr e s o u r c e si sm a i n l yt h er e u s eo fc a s em o d e l ，t h u s e n t e r p r i s ed e s i g nr e u s er e l a t i o nm o d e li sb r o u g h to u t ，w h i c hs h o w st h ed e s i g nr e u s e p r i n c i p a lb ya s s o c i a t i o na n dr e l a t i o n s h i po fe x p l o r a t i o n ，d e s i g ne x p e r i e n c e ，s u p p o r t i n g d a t a b a s e ，d e s i g np h a s e ，d e c i s i o n m a k i n ga p p r a i s a la n dt o u c h - p a r t i c i p a t i o ne t c ， m e a n w h i l ee s t a b l i s h e st h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o no ft h e a b i l i t yo fe x p l o r a t i o n ， i n t e r p r e t a t i o n ，e d i ta n da c c e s s i n g ，w h i c hf u m i s h e st h ep r e m i s ea n dc o n d i t i o nf u rt h e l a t e rd e t a i l e dd e s i g na n de n h a n c e st h ed e s i g ne f f i c i e n c y c o o p e r a t i o ni sad i f f i c u l ta n dc o m p l i c a t e dw o r k ，a n dt h em a j o rp r o b l e mo fi t s r e a l i z a t i o ni st h a tt h es u p p o r t i n gs y s t e m so fp r o d u c td e v e l o p m e n ta n dd e s i g na d o p t d i f f e r e n th a r d w a r e n e t w o r ka n dt h ec a s em o d e lw i t l lv a r i o u sp r o g r a m m i n gl a n g u a g e e t c t h e r e f o r e ，a sau n i f o r mf r a m e ，t h ep r o d u c td e v e l o p m e n td e s i g ns u p p o r t i n gs y s t e m m u s tp r o v i d es u i t a b l em e t h o di no r d e rt om a n a g ea n du s ec a s em o d e l s ，t h er e a l i z a t i o n o fm e c h a n i c a lp r o d u c tc a s ed a t a b a s ed e s i g na n dt h ep r o d u c td e v e l o p m e n ts u p p o r t i n g s y s t e mi sp r o m o t e df u rt h i s b a s e do nt h ed e t a i l e ds t u d yo fm e c h a n i c a lp r o d u c td e s i g n p r o c e s s ，t h ec a s e d a t a b a s es t r u c t u r e ，c a s ed a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e ma n dd e s i g nr e u s es u b s y s t e ma r e e s t a b l i s h e dt ot h em a n a g e m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h ec a s em o d e l ，m e a n w h i l et h e p r o d u c td e s i g na n dt h e i rd e s i g n i n gp r o c e s sa r ea l s os u s t a i n e d ，t h u sa v o i dt h ew a s t eo f s y s t e m a t i cr e s o u r c e t h er e a l i z a t i o no fp r o d u c td e v e l o p m e n ts u s t a i n e ds y s t e mi sm a i n l yf u rt w oa s p e c t ： o n ei st h es t e p , t h eo t h e ri sx m lt e c h n i q u ef u rt h ed a t ae x c h a n g ea m o n gv a r i o u s r e s o u r c e s ，m e a n w h i l et h ep r o d u c td e v e l o p m e n ts u s t a i n e ds y s t e ma c c e l e r a t e st h es h a r e a n di n h e r i to fp r o d u c td a t ao fd e s i g ns y s t e m b a s e do nt h er e s e a r c ho fs t e pm e t h o do fp r o d u c td e v e l o p m e n ts u s t a i n e ds y s t e m ， t h em a p p i n gm e t h o do fe x p r e s st od a t a b a s em o d ei se s t a b l i s h e di no r d e rt od e s c r i b e t h ec a s e sa n dt h e i ra t t r i b u t e s ，w h i c ha c q u i r e st h em e m o r yo ft h ec a s ed a t ab ym e a n so f r e l a t i o nd a t a b a s e t h em a p p i n gb e t w e e nx m la n dr e l a t i o nd a t a b a s ei se s t a b l i s h e d b a s e do nt h ed e t a i l e dd i s c u s s i o no ft h er e a l i z a t i o no fx m l a n dt h ef u r t h e rx q u e r y t e c h n i q u ei sa d o p t e di no r d e rt o s u s t a i nt h ex m lo p e r a t i o no fp r o d u c td e v e l o p m e n t s u s t a i n e ds y s t e m i no r d e rt oa s c e r t a i nt h ec o r r e l a t i v et h e o r i e sa n dm e t h o d o l o g y , c a s es t u d i e so f c e n t r i f u g a lf a na r ec a r r i e do u t ，w h i c hc o n f o r m st h ef e a s i b i l i t yo ft h ea b o v es t u d i e s a p p l i c a b l et ot h ee n t e r p r i s ep r o d u c td e v e l o p m e n td e s i g np r o c e s s ，t h u sp r o v i d e s an e w 东北大学博士论文 a b s t r a c t f e a s i b l et e c h n i c a lr o u t i n ef o rt h ep r o d u c t d e s i g nt e c h n o l o g y r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：p r o d u c td e v e l o p m e n t ，e n t e r p r i s ed e s i g nr e s o u r c e s ，c a s em o d e l d e s i g nr e u s e ，s t r u c t u r em o d e l l i n go f m e c h a n i c a lp r o d u c t v 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：季孚 日期：盘州r ，3 ； 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 学位论文作者签名： 日期： 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为 同意。 学位论文作者签名：吩堑 签字日期： 口n r 矿。； 导师签名： 签字日期： 东北大学博士论文 绪论 1 1 引言 1 绪论 1 1 1 产品创新设计与设计模式 早在1 9 4 6 年，苏联海军专利调查员g e n r i c hs a l t s h u l l e r 通过对2 0 0 余万个专利 研究发现：在工业与科学中类似的问题和解决方案会反复出现；技术演变模式在工 业和科学中具有重复性；技术创新是受其应用领域以外的科学影响产生的。根据这 3 个基础发现，a l t h s h u l l e 坚信能够帮助发明者找到技术创新的一般规律及其解决方 法，并由此创立了“创造性问题解决理论”( t e o p n ap e t a e n ah s o6 p e t a t eh _ b c k h x 3 a 丑矾t r i z ) ，对应的英文为t h e o r yo fi n v e n t i v ep r o b l e ms o l v i n g t i p s ，5 0 多年来，这一理论在国内外对产品创新设计仍具有广泛而深远的影响1 1 , 2 1 。 德国学者gp a h l 和wb e i t z 曾提出了最具代表性和权威性的产品设计方法学， vh u b k a 与qp a h l 和wb e i l z 的学术思想和方法有许多共性；从发展趋势看也有 不同之处，gp a h l 和w b e i t z 的思想向c a d 方向靠近，而v h u b k a 的思想则倾向 于抽象化、哲理化的方向发展1 3 4 1 ，它们的实质都是对产品创新设计的应用和发展。 产品创新设计是指在设计中，工程技术人员通过自己的创造性思维，采用耨技 术、新原理和新手段，设计出新颖独特的产品口6 】。因此，产品创新设计研究的内容 应包括理论、方法与工具等三个方面。 产品创新设计理论、方法与工具是指基于现代设计理论和方法，应用微电子、 信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、用户满意的价格和款式、提高产品 的功能及缩短产品开发周期为目的的一切设计技术的总称17 i 。随着科技和经济的迅 速发展，计算机在设计领域的应用已越来越广阔，创新也由原来的仿生法、智爆法、 联想法、形象思维法和阵列法等基于认知的方法( c o g n i t i v e a p p r o a c h ) 向基于系统 的方法( s y s t e m a p p r o a c h ) 方向发展，对设计进程和设计对象进行建模，模拟人类 的认知思维模式，极大地推进了创新设计的自动化，并且利用系统论和信息论的研 究成果，创新设计开始向智能化方向发展。创新设计理论、方法与工具的研究范围 大体可分为：产品创新设计、降低成本设计、快速设计、仿真与虚拟设计、智能设 计、广义优化设计等设计技术忙j 。 产品创新的宗旨是从产品的工作特性和功能目标出发，在特定技术、经济和社 采北大学博士论文 绪论 会等具体条件下，根据相邻学科的原理，创造性地设计产品，并使它在技术及经济 上达到最佳水平。产品创新鼓励设计人员，从原来固有的常规设计模式中跳出来， 用新观点、新原理、新方法来设计新产品。在发明了新产品后，在技术领先的有利 条件下，将该技术领域扩展，并形成此方面的技术优势。 设计模式是产品创新的表现形式。由于设计本身是一种创造性思维活动，因此， 设计模式为复杂问题简单化提供了逻辑结构化理论基础。 在设计模式上，并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、敏捷设计及全生 命周期设计等设计方法代表了现代产品设计模式的发展方向，越来越多的研究采用 信息集成产品模型、全息模型、协同设计信息模型 1 1 - 1 3 】等多种表达方法集成的手段。 如文献f | 4 1 对机械产品概念设计中协同技术、异构环境下数据共享、基于实例和规 则混合推理等关键技术进行了研究；文献【1 5 】基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的产品设计研究 现状，分析了网络环境下产品设计的支撑技术及合作策略，提出了我国企业运用网 络化设计技术，加快产品研发、提高自身竞争优势的策略与思路。但目前的设计模 式不符合设计人员的思维特点，产品开发过程中缺乏信息与设计人员的交流，设计 人员的设计经验不能充分体现在设计中。 随着技术的发展，产品设计模式必然朝着数字化、集成化、网络化和智能化的 方向发展，未来的设计系统必然是以人为核心的人机一体化智能集成体系。 机械产品有其特殊性，即机械产品描述的复杂性，这使得机械产品的设计具有 其自身的特点，单纯的应用某一种产品设计开发方法已经远远不能适应现代产品的 需求，开发一种符合人类进行产品创新设计一般思维过程的、支持产品全生命周期 设计的、高效率的设计方法和设计系统已成为一种必然的趋势。 1 1 2 企业产品的开发与设计 产品市场已经从传统的相对稳定型演变成动态多变型，随之而来的是同行业之 间、跨行业之间的竞争日趋激烈。为了适应这种变化和竞争，企业必须在保留自身 产品特点的基础卜，进行必要的开发与创新。每一个企业特别是机械产品制造企业 都对自己的产品拥有大量的设计成果及丰富的设计经验教训，如何对其设计成果进 行重用，让其丰富的设计经验对设计者发挥更大的作用，并且在企业中发扬以适应 现代制造企业环境的变化，是产品开发过程中亟待解决的问题，亦是企业得以发展 与创新的关键。 东北大学博士论文 绪论 1 2 产品设计现状分析 产品设计是产品开发设计过程中最重要的环节之一，占据着极为重要的地位。 1 9 9 1 年美国国家材料顾问团对美国航天工业作过一份调查报告，该报告指出产品全 生命周期的成本在概念设计阶段即有7 0 被决定，到基本设计、详细设计结束时分 别有8 5 和9 5 的成本己被决定，而生产以后的阶段只决定5 左右的成本【i t ”1 。 英国o p e nu n i v e r s i t y 设计改革小组( t h ed e s i g ni n n o v a t i o nc r o u p ) 经过数，十( 1 9 7 6 1 9 8 2 ) 的调查发现，重视设计的企业在经济效益与投资回报方面成绩显著【1 3 i 。正因 为如此，提高产品设计水平，愈来愈受到各国、各企业和设计人员的普遍重视。 从2 0 世纪6 0 年代开始，学者们围绕设计与创新进行了大量的探索性研究工作， 设计方法的研究在理论、工具和实际应用等多个层面都取得了重大成果。 1 2 1 产品模型与产品开发 产品模型是指覆盖产品整个牛命周期、能被计算机理解和处理并能唯一描述产 品的数字化表达它是组成产品设计模式的重要内容，是进行产品开发的基础f 1 9 , 2 0 。 对此，国内外学者已从不同的角度进行了诸多研究，如基于产品定义单元( p r o d u c t d e f i n eu n i t ，p d u ) 的集成核心模型，以p d u 的六个层次对应产品的六个设计阶段， 可以在产品模型中详细记录产品开发过程并应用这种方法开发了机械产品模型口”， 该模型在记录产品设计过程方面有很大的优势，但它不能很好地将功能和结构相结 合。蕴涵设计原理的产品族模型以类的概念进行产品设计口”，采_ f 1 | 模块化的思想， 根据对客户需求分析的结果建立各种以类的形式存在的基本模块。 产品设计通常由产品模型本身的设计及组成该模型的子模型或零部件的独立 设计构成。 产品模型起源丁几何模型，即面向几何的产品模掣，面向几何的产品模型产生 于对产品几何形状的定义及其实现过程1 2 ，该模型的数据结构只能表达产品的几何 拓扑关系，不能表达产品的非几何信息，因而缺乏产品开发过程巾所要求的工程语 义信息。 随着时间由远及近，又产生了面向特征的产品模型及集成产品模型。 而向特征的产品模型于8 0 年代初被提出，其目的是为了解决几何产品模型存 在的问题。特征模型集几何信息与非几何信息于一体，使设计者能用具有工程语义 的体素表达产品，并且能够捕捉设计者的意图。8 0 年代刘产品模型的研究基本f _ 就 是对特征模型的研究。在特征模型的研究中，提出特征及其与语义信息的相关性是 是对特征模型的研究。在特征模型的研究中，提出特征及其与语义信息的相关性是 东北大学博j j 论文 绪论 1 2 产品设计现状分析 产品设计是产品开发设计过程中最重要的环节之一，占据着极为重要的地位。 1 9 9 1 年美国国家材料顾问团对美国航天工业作过一份调查报告，该报告指出产品全 生命周期的成本在概念设计阶段即有7 0 被决定，到基本设计、详细设计结束时分 别有8 5 和9 5 的成本已被决定，而生产以后的阶段只决定5 左右的成本l j 饥1 7 1 。 英国o p e nu n i v