现代机械行业产品设计规划与可视优化设计方法

现代机械产品设计规划及可视优化设计方法研究

作者：孙伟导师：闻邦椿教授2007年9月5日

博士论文答辩0绪论

产品的质量至关重要国家高度关注产品的质量工程建设国务院总理温家宝指出，产品质量关系人民群众切身利益，关系企业的生存和发展，关系国家的形象。明确今后一个时期质量工作的任务，就是要采取有力措施，努力提高我国产品质量总体水平，促进国民经济又好又快的发展。（2007年7月27日全国质量工作会议）产品设计对产品质量有着本质的和重要的影响产品总体性能及总成本的70%都由设计所决定，因此，有的专家说“产品设计是产品质量的灵魂”。

闻邦椿教授所带领的课题组，经过长期努力，在国际国内首先提出面向产品广义质量的综合设计理论与方法新体系。

1选题背景0绪论

1选题背景综合设计理论方法正是以全面提升产品的设计质量为最根本的目标。综合设计理论方法对产品质量的分析0绪论

目前，对综合设计法总体框架的研究已经较为完善。出版专著

闻邦椿,张国忠,柳洪义.面向产品广义质量的综合设计理论与方法[M].北京：科学出版社，2007为了便于更好的应用综合设计法，使相关企业或部门取得实际的经济效益和社会效益，在其理论框架下，一些具体的设计理念、技术和方法还有待进一步深入研究。

本文主要进行综合设计法理论框架的产品设计规划及可视优化设计方法的研究，本文的研究是对综合设计法的进一步丰富和发展。2综合设计理论方法的研究现状0绪论产品设计的规划是指用于指导设计的各种文件、方案和报表。设计规划可以确保设计工作能够高效、高质量地被完成。目前，国内外关于产品设计规划的研究较少，尚未成为研究体系，且设计决策者及其他参与人员对此重视程度还远远不够。因此，有必要系统地研究产品设计规划。可视优化设计法是一种数字化设计方法，能在设计阶段实现预测、检验产品各种性能和优化设计方案、设计参数的功能。但是，目前学者们对可视优化设计的认识还不是很清楚，往往与虚拟设计相混淆，且对可视优化设计的研究不够全面。因此，研究可视优化设计法也是有着重要的意义。

3研究产品设计规划和可视优化设计法的意义1综合设计法体系结构及应用策略研究

2进行了产品设计规划具体方法研究，提出了3L/8D设计规划法3计算机辅助产品设计规划研究4可视优化设计法理论框架研究5可视优化设计平台构建策略与技术研究6可视优化设计法在并联机床设计中的应用

0绪论本文主要研究内容1综合设计法体系结构及应用策略研究综合设计理论方法囊括了产品开发的各个环节，可以概括为：设计规划、功能优化设计、技术设计（动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计）和设计质量检验四个部分。1.1综合设计法的理论体系明确综合设计理论法的理论体系是有效应用的前提1综合设计法体系结构及应用策略研究由产品设计规划，可以形成用于指导和管理产品设计的技术文档；通过功能优化设计，可以获得满足功能要求的、优化的初步设计方案；通过技术设计，可以获得具有结构性能、工作性能和工艺性能全面优化的产品；通过设计质量检验，进一步保证了产品的设计质量，且可以对产品设计做一个全面地总结，对产品设计做出了科学的评价。

1综合设计法体系结构及应用策略研究设计平台是一个支持复杂信息环境下工程设计、应用开发、应用集成和系统运行的软件平台。设计平台对有效、快速实施相应的设计理念，提高产品的设计质量起到了重要的支撑作用。

因此，按综合设计法的相关理论，创建综合设计法的设计集成平台应该是应用该方法的一个重要手段。

1.2综合设计法的应用策略如何将综合设计理论法应用到实际的产品设计中去是一个非常值得研究的问题！！1综合设计法体系结构及应用策略研究从四个层次创建综合设计法集成设计平台

2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.1设计规划的内涵字典上的含义:设计规划（DesignPlanning）就是要结合研发部门的内部、外部环境，在进行产品设计之前，围绕该产品规划其设计环境、设计思想、设计目标、设计内容、设计方法、设计过程、设计的潜在问题分析和设计质量评价等要素，形成机械产品设计规划报告，用于指导实际设计工作。

可以把设计规划看成是对整个设计过程的一个预演(头脑预演）。设计规划是一个系统工程.

“规划”一词的意思是确定任务的发展方向以及具体的执行过程。

设计规划内涵:

大到整个人类、一个国家，小到一个家庭、一个人都在不断进行着规划工作，可以说“规划决定着做事情的成败”。十一五规划，企业的发展规划等。2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.2设计规划的重要性设计目标不明确或定位不合理；设计过程缺乏有效的管理与质量监控机制，导致设计质量低下；设计理论方法选用不得当，导致产品预期的功能与性能无法保证或产品缺乏创新。设计规划并不是一项可有可无的工作，而是一项非常重要的工作。设计规划可以使设计工作在高效、有序、高质的状态下被完成。确保设计出高质量的产品。

可以避免:可以实现:从全局把握机械产品设计的本质；有效管理项目；确保设计可行性；提前预知并解决开发过程中有可能产生的矛盾和冲突；确保设计出高质量的产品。

2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.3设计规划的研究现状日本学者Mizuno和AkaoQFD设计法，从顾客需求对设计进行规划；美国的KevinN.Otto和KristinL.Wood在《产品设计》一书中，他们把设计规划工作称之为“模糊前段”，即在确定被开发的产品进入实施计划之前所做的工作；

日本学者HidekiKobayashi从环保角度，在设计的早期阶段要进行产品的全生命周期进行规划

；美国学者L.Cheng等针对不确定的设计环境（包括市场和技术），提出公式化的规划方法，利用该方法可使决策者面对几个冲突的目标，制定出合理的规划。国内外关于产品设计规划方面的研究还是集中于一个方面，尚未成为研究体系

国外:国内:周勇建立了决策情势分析模型对围绕是否开发新产品进行了产品规划研究

杨劲用模糊设计结构矩阵对设计过程进行规划；马力伟等从设计时间估计、开发计划制定和设计人员组织等方面进行了产品设计过程规划研究；刘天湖提出了面向设计任务的设计过程管理方法，对研发项目的任务进行了规划研究。

2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.43L/8D机械产品设计规划规划设计战略层DesignStratagemLayer

包括：设计环境（DesignEnvironment）设计思想（DesignIdeas）设计目标（DesignObjective）做什么？怎么做？怎么检验？规划设计业务层DesignOperationLayer

包括：设计内容（DesignContents）设计方法（DesignMethods）设计过程（DesignProcess）规划设计检验层DesignInspectionLayer

包括：设计的潜在问题分析（DesignProblemAnalysis）设计质量评价(DesignQualityAssessment)2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.5设计环境规划产品的设计活动必然要与所处的环境相联系。对设计环境的规划研究主要体现在两个工作内容，一是对产品设计的环境影响要素进行归纳和总结，二是提出合理的产品设计环境规划方法。环境要素正因为设计环境的存在，使产品的设计面临两个可能，即环境威胁和环境机遇。设计者应努力避开环境威胁，而积极掌握环境机遇，从而使设计出的产品给企业带来经济效益，给社会带来社会效益。2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.5设计环境规划（1）研发产品定位这里的定位包含两层含义，一是具体开发什么产品，二是要开发的产品在该类产品中档次定位（即高端、中端和低端的划分）。

设计环境规划方法（2）设计环境分析以待研发的产品为核心，对照社会环境、自然环境、技术环境各要素进行分析，明确哪些环境要素是有利的（环境机遇），哪些环境要素是有害的（环境威胁）（3）配置合理的设计环境回避环境威胁策略研究和掌握环境机遇策略研究2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.6设计思想规划（1）为具体的设计方法指引方向（2）推动产品创新想法决定生活，理念决定设计

（1）绿色设计思想（2）协同设计思想（3）模块设计思想（4）创新设计思想（5）综合化与集成化设计思想决策者可以制定出自己所处团队的设计指导思想，这些思想是设计工作人员进行设计工作的行动指南。

要注意随着时代的发展，逐步修正设计思想。

设计思想的重要性几种有影响力的设计思想

设计思想规划

2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.7设计目标规划

设计目标（DesignObjective）是设计人员通过实际的设计工作最终要达到状态或水平的功能性描述。具有战略性、明确性和可度量性的特点。

其中前两个因素对产品设计目标的制定有最直接的影响，称之为硬因素，而后两个是从宏观上影响着设计目标的制定，称之为软因素。影响制定设计目标的因素2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.7设计目标规划分三步进行设计目标规划2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.8设计内容规划一般机械产品的设计内容设计内容规划要对照设计目标，确定将要进行的具体设计工作是什么，进而形成产品设计任务书。

2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.8设计内容规划设计内容规划流程设计任务规划决策模型2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.9设计方法规划设计方法（DesignMethods）是支持工程设计人员高效完成设计工作的具体工具和手段。据不完全统计大约有60多种方法，闻邦椿教授对这些方法进行了科学的分类。

设计目标、设计内容和设计方法三者存在紧密地联系，可以将设计方法理解为连接设计目标和设计内容的桥梁或纽带，因此在进行设计方法规划时，要结合设计目标和设计方法规划的内容来进行。其中向量O为设计目标向量,M为设计方法矩阵，C为设计内容向量，n为目标数量

设计方法规划方程2现代机械产品3L/8D设计规划方法2.10设计过程规划综合设计法的设计过程设计过程（DesignProcess）是指围绕设计目标的一系列求解活动。2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.10设计过程规划

设计过程规划的基本任务是：结合设计任务、设计方法以及现有的各种资源进行合理地规划设计步骤、划分设计任务、确定各设计任务所需时间段、具体组织设计人员和提出更好管理设计过程的方法等。可分为四步：（1）确定合理的设计步骤；（2）科学地划分设计任务；（3）制定具体的设计计划；（4）提出合理的设计过程管理策略。设计过程规划步骤设计任务划分要注意设计任务的独立性并行性集成性2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.10设计过程规划设计计划是对设计过程分阶段完成情况的描述，该计划可以向项目管理者提供设计活动在某一时间段所处的状态或某一时间点设计应有的进展情况。制定设计计划设计过程的管理策略涵盖了相关文件法规的制定、设计过程的质量管理与动态管理等多项内容，是项目管理者或决策者应该深入思索的问题

设计过程管理策略2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.11设计潜在问题分析设计潜在问题分析的目标就是要通过对设计过程中可能发生的问题进行寻找、归类，进而制定相应的预防措施。采用风险分析的四步法来对可能发生的问题进行分析。2现代机械产品3L/8D设计规划方法

2.11设计质量检验规划明确设计质量的含义综合设计理论方法中对设计质量已有了明确地论述。确定检验方法，事前检验，事后检验3计算机辅助产品设计规划研究

3.1计算机辅助产品设计规划概述

计算机辅助设计规划（ComputerAidedDesignPlanning）是指在设计规划研究中利用计算机技术并结合相应的规划原理对产品设计规划进行研究，具体包括创建可视化的操作系统、对相关的数据进行自动统计与分析评判、生成相应的分析报告等内容，此项研究可以加速设计规划进程，并可以为项目管理者提供科学的决策依据。在产品设计的初级阶段，对机械产品设计起决定性作用的还是人的创造性思维，而计算机只是辅助人们进行分析与决策的一个工具。

3计算机辅助产品设计规划研究

3.2顾客需求重要度评判系统开发顾客需求对产品开发有着重大的影响,在设计规划中，要对这些需求加以评价，确定出重要程度大的需求作为设计目标，而抛弃重要程度小的需求。（1）创建顾客需求重要度模型

用三元组模型来表示。（2）重要度评判方法

将顾客需求重要度模糊数与标准重要度模型进行比较，采用计算贴近度的方法来实现。

功能模块求解原理3计算机辅助产品设计规划研究

3.2顾客需求重要度评判系统开发系统实现

主界面3计算机辅助产品设计规划研究

3.2顾客需求重要度评判系统开发系统实现

需求录入界面需求统计界面3计算机辅助产品设计规划研究

3.2顾客需求重要度评判系统开发系统实现

需求重要度模型贴近度计算3计算机辅助产品设计规划研究3.2顾客需求重要度评判系统开发系统实现

报告自动生成模块利用VB的RichTextbox控件存储整个重要性评判过程

3计算机辅助产品设计规划研究

3.3顾客的模糊聚类系统开发

面向不同的顾客群生产不同的产品，企业只有充分了解顾客才能占领市场。将顾客进行分类，有助于企业科学地定位自己的产品。以下，将通过分析顾客需求的差异性将潜在顾客进行分类。功能模块求解原理利用模糊聚类技术

模糊聚类分析的基本流程可以表述如下，包括：获得待处理数据、数据标准化、建立模糊相似矩阵、聚类、分类的F检验等步骤

3计算机辅助产品设计规划研究

3.3顾客的模糊聚类系统开发主界面3计算机辅助产品设计规划研究分类方案截值分类情况显著性115类，每一个顾客单独一类效果不显著20.8424类，顾客1与4为一类，其余各自为1类效果不显著30.8083类，顾客1、3、4为一类，其余各自为一类效果显著40.7832类，顾客1、3、4为一类，顾客2、5为一类效果特别显著50.7251类，所有顾客为1类效果不显著3计算机辅助产品设计规划研究

3.4设计资源搜索系统开发对于一个专门生产某一类产品的企业，在长期的生产实践中通常会积累大量的设计资源。在做产品设计规划时，要充分考虑现有的各种设计资源而确定最终的设计任务。本节开发的系统，能够评判现有设计任务与各设计实例的相似程度。

功能模块求解原理求解设计需求与实例库之间贴近度利用点与点、点与区间、区间与区间之间相似度判定方法

3计算机辅助产品设计规划研究

3.4设计资源搜索系统开发主界面3计算机辅助产品设计规划研究3.4设计资源搜索系统开发需要说明的是，该系统可以作为企业设计资源管理程序的一部分，当求解出设计需求与各实例的贴近程度以后，还需要访问各实例具体的技术文件（例如图纸资料、文档资料等）

3计算机辅助产品设计规划研究

3.5设计任务分解及相关性评判系统开发现代化的产品设计通常是将设计任务分解为若干子任务。设计任务分解的好坏，直接影响产品的研发周期和总体成本。本节将开发出设计任务分解及相关性评判系统，应用本系统能够判定某一任务分解方案的合理性，减少或消除各子任务之间的资源冲突和过程冲突。

功能模块求解原理（1）应用设计任务树模型描述设计任务（任务分解）；（2）进行相关性评判；（3）将耦合度超过规定值任务合并，重新规划子任务；（4）进一步分解一级子任务；（5）输出任务分解报告。3计算机辅助产品设计规划研究3.5设计任务分解及相关性评判系统开发主界面本实例中取阈值为0.6，运动学设计与动力学设计相关度超过阈值。3计算机辅助产品设计规划研究

3.5设计任务分解及相关性评判系统开发主界面创建设计任务创建任务相关度模型3计算机辅助产品设计规划研究

3.6设计质量综合评判系统开发

在对产品设计规划研究中，也要考虑如何评价产品的设计质量。本节以机械产品的“三大性能”为评判指标，按模糊综合评判原理，用VB软件开发出机械产品设计质量评判系统。应用此系统，可对机械产品的设计质量做出科学的判断。

功能模块求解原理采用模糊综合评判主要涉及考虑因素集、权重向量、评判集、评判结论集和模糊评价矩阵4种模糊运算，模糊变换法、以“乘”代替“取小”、以“加”代替“取大”和加权平均法。3计算机辅助产品设计规划研究

3.6设计质量综合评判系统开发以三大性能位评判指标，设计质量二级综合模糊评判流程3计算机辅助产品设计规划研究

3.6设计质量综合评判系统开发4可视优化设计法的理论框架4.1可视优化设计法的研究背景可视优化设计法的本质可视优化设计法是一种数字化设计方法，强调在整个设计过程中全面应用计算机技术，对机器及系统进行模型构建、功能模拟和过程仿真等。目前研究状况

已成为研究热点，众多学者对加工、装配、工作状况、控制过程等问题进行可视化研究，取得了很多成果。

研究的不足，研究及应用多集中于单一目标，缺乏从宏观角度应用该方法对产品的设计和生产的全过程进行全面而系统地研究。我们的研究方法总结与归纳这些分散研究成果的基础上，将宏观研究与微观研究相结合起来，提出该方法的理论框架，并进行实际应用研究4可视优化设计法的理论框架4.2可视优化设计法的定义在可视化的操作环境中，通过采用建模仿真、动态优化分析等技术，对整个产品的各种性能进行仿真，达到优化产品性能、提高产品设计质量的目的。可视优化设计法具有可视性、预测性和优化性等特点。可视性

（1）设计时要有一个实现可视化的计算机软件；（2）整个可视化的计算过程；

（3）可视化地模拟加工、装配过程和机器各种性能；（4）仿真计算结果以图表显示等。

预测性在真实产品被制造出之前，可以对零件的可加工性、可装配性、运动学和动力学状态、工作情况和控制过程进行预测和检验，及早发现设计中的缺陷及错误。预测性还对降低产品成本，缩短研发周期有着重要的意义。优化性指应用可视优化设计法，可以通过数学规划或对几种设计方案、几种设计参数进行比较，从中选出最优的，从而达到优化的目的，4可视优化设计法的理论框架4.2可视优化设计法的定义可视优化设计与虚拟设计的区别：感官上的不同

虚拟技术通常以虚拟现实作为支撑技术，它不仅强调可视，而且包括可听、可闻、可触等。可视优化设计仅仅强调可视，可以说是有限范围内的虚拟技术。所需软硬件不同

进行虚拟设计研究通常需要头盔显示器、数据手套等硬件系统，而一般高档微机就可以进行可视优化技术的研究。4可视优化设计法的理论框架4.3可视优化设计法的研究内容

通过可视优化设计，可以对机械产品的结构性能、工作性能和工艺性能进行检验与优化。可视优化设计具体包括以下6个方面内容，即运动学状态可视化、动力学状态可视化、工作过程可视化、控制过程可视化、加工制造过程可视化和装配过程可视化。

可视优化设计法从内容上主要强调两方面内容，即“检验”和“优化”。检验的目的是发现原有设计的错误或缺陷，优化的目的是获得具有各方面性能较优越的产品。4可视优化设计法的理论框架4.4可视优化设计法的技术流程

创建模型是进行可视优化设计的基础可视优化设计法的技术流程各模型之间的关系。4可视优化设计法的理论框架4.5可视优化设计法的关键技术在机械领域应用的可视优化设计技术是建立在交叉学科基础上，结合了大量的应用力学、应用数学、图形学、信息技术，涉及的主要关键技术可概括为以下四方面。可视优化设计法技术基础4可视优化设计法的理论框架4.6可视优化设计法的主要研发软件进行可视优化设计时，需要几种软件作为支撑平台进行研究。现把常用的软件按其重点应用领域进行分类，可分为三维建模类、工程模拟类、控制仿真类、有限元计算类、软件开发编程类及其他软件类等,见表1

类

别研

发

软

件三维建模用于创建实体模型，常见的有SolidWorks、Pro/E、Catia、UG等。工程模拟模拟研究对象的运动学、动力学特性及工作运行状况，常见的有ADAMS、DADS、SIMPACK等。控制仿真用于模拟产品的控制过程，优化控制策略，最常见的软件是Matlab/Simulink。有限元计算类用于求解动应力、动应变、固有动态特性、动响应等。常见的软件有ANSYS、NASTRAN、MARC等。软件开发编程用于二次开发或自行开发可视化仿真系统。常见的软件有VB、VC++、Delphi、VisualFortran等和图形化编程语言OpenGL。其它软件实际研究中可能用到的其它软件，可能有CAM、CAPP、数据库技术、网络技术等相关软件4可视优化设计法的理论框架4.6可视优化设计法的应用原则实施可视优化设计法时，并非对任何机械产品在设计过程中都要进行这6方面的可视化仿真，应用中应有所侧重，对于某一确定的机械产品，在设计中一般应用一种或几种可视优化方法进行设计类

别应

用

原

则运动学可视化主要应用在运动情况难以想象、运动空间难以确定、运动轨迹要求严格的机构。如汽车、并联机床、工业机器人等。动力学可视化主要应用在对结构可靠性要求较高的机械设备，如大型旋转压缩机、大型振动筛等。

工作过程可视化主要应用在运行参数难以确定、样机费用高、工作环境难以模拟的复杂机械系统，如在深海或太空工作的机器人、武器等。控制过程可视化主要应用在控制过程复杂、对控制效果要求高的机械系统，用常规方法，很难找到最佳的控制策略和最合适的控制参数。如混合动力汽车。加工过程可视化主要应用在毛坯制造困难、原材料价格昂贵、零件结构复杂、需要繁琐的加工工艺方能完成的零件。装配过程可视化主要应用在零件数目多、装配工艺复杂、产品柔性度大的机械产品，如汽车。4可视优化设计法的理论框架4.7运动学状态可视优化设计运动学状态可视化在研究层次上分为两种，一种是开发可视化的运动学分析系统，该系统具有可视化的操作界面，可以接受用户输入的仿真参数，能以图形、图表和动画显示运算结果。另一种是建立在三维实体模型基础上，进行运动学仿真研究。

以三维实体模型为核心的运动学状态可视化研究保证具有良好的运动性能4可视优化设计法的理论框架4.8动力学状态可视优化设计动力学状态可视优化研究步骤保证具有良好的动力学性能4可视优化设计法的理论框架4.9工作过程可视优化设计工作过程可视化研究流程保证具有良好的工作性能4可视优化设计法的理论框架4.10控制过程可视优化设计控制过程可视化研究流程保证具有良好的工作性能4可视优化设计法的理论框架4.11加工过程可视优化设计加工过程可视化仿真流程

保证具有良好的加工性能4可视优化设计法的理论框架4.12装配过程可视优化设计装配过程可视化研究流程第一层次:采用一个常见的三维CAD软件就可完成这个任务，常见的有SolidWorks、Pro/E、Catia等。第二层次装配过程可视化研究需要大量软件组成集成软件系统作为支持，在很多环节还要自行开发相应的软件系统。除三维建模类软件外，还要应用编程类、数据库类等。保证具有良好的装配性能5可视优化设计平台构建策略与技术研究

5.1产品设计平台的内涵

产品的设计水平是决定企业竞争能力最关键的要素。面对如此高竞争的市场环境，创建相应的设计平台来实现快速设计和产品创新的思想日益受到科技人员及企业界的高度重视。

设计平台研究背景本文认为产品设计平台的内涵是：在一定的设计理念指导下，面向特定的产品族，集成各种先进的设计技术及各种资源，实现快速、高效开发新产品和支持产品创新等多项功能的软件集成平台。

设计平台的内涵5可视优化设计平台构建策略与技术研究

5.2产品设计平台的研究现状H.F.Zhan等以多功能汽车为研究对象，创建了一个开放式设计系统；H.Y.K.Lau等提出并创建了一个以多媒体为基础的人机交互可视化设计平台；KuhlmannA等描述了德国的两个著名汽车公司（奥迪和宝马）创建了自动设计和优化的设计平台来加快新型汽车的研发过程；国外

朱煜等针对并联类装备，创建了并联类装备虚拟产品设计系统；袁清珂等为东莞市福地电子材料有限公司开发了产品集成设计开发平台；张晓东等从软件的集成使用上进行研究，开发了CAD/CAE/CAPP/CAM集成支持服务平台。国内从研究现状上看，还存在以下不足：

（1）缺少对设计平台创建过程中共性技术的总结；（2）只关注技术上的实现，缺乏是否创建平台、创建什么样平台的决策问题的研究；

（3）对创建设计平台技术流程的研究还不够充分。

5可视优化设计平台构建策略与技术研究

5.3可视优化设计平台体系结构

可视优化设计平台应满足以下7个功能要求：

（1）能够完成核心功能；（2）具有可视化的操作界面和良好的人机交互环境；

（3）拥有快速建模的辅助系统；（4）良好的数据管理系统；（5）创建设计平台成本应尽量最低；（6）应具有可扩展性、可修改性；（7）安全可靠的用户管理

5可视优化设计平台构建策略与技术研究

5.4设计平台功能模块及实现方法

5可视优化设计平台构建策略与技术研究

5.5可视优化设计平台构建策略对于一个企业，在创建可视优化设计平台时可遵循以下16字方针，分别是：“自我评价、追求效益、力求节约、分步实现”，这16字方针可以作为可视优化设计平台的构建策略，在平台的实际开发中起着重要的指导作用。创建设计平台的影响因素设计平台的构建策略5可视优化设计平台构建策略与技术研究

5.6可视优化设计平台创建过程创建过程需求分析的流程6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.1并联机床概述

围绕该并联机床进行参数化设计、运动学可视化、动力学可视化、工作过程可视化、装配过程可视化等环节研究。

并联机床（也称之为并联机器人机床）是机器人技术和机床技术相结合的产物，它是并联机器人在制造业的一个重要应用。

并联机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、机械机构简单、标准化程度高等优点，已经在工业界广泛应用。

本实例研究的并联运动机床是一种能够实现三维纯平移运动的机床，该机床有3个驱动杆具有三个自由度，对应每个驱动杆的运动幅分别是虎克铰（T）、移动副（P）、虎克铰（T）。

6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.2并联机床参数化设计系统开发在SolidWorks环境下，用Vb进行开发开发方法功能模块开发意义

对并联运动机床进行可视优化设计，在很多环节都要操作机床的三维实体模型或从三维实体模型中提取质量、质心位置、转动惯量等几何或物理量，因此创建能够快速进行并联运动机床各零部件三维实体造型的参数化设计系统有着重要的意义。

6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.2并联机床参数化设计系统开发系统实现

主界面6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.2并联机床参数化设计系统开发系统实现

（1）零件的参数化设计（1）分析零件结构（2）用宏录制绘制模型过程（3）在VB中设计界面（4）编辑代码实现参数化设计实现步骤

经过对零件通套的结构分析，确定总长度、外径、内径、配合圆盘直径、虎克铰位置、虎克铰配合直径等6个参数为控制通套的外形和结构的参数，而把与配合无关或结构上并无太大影响的圆盘厚度、配合面长度等作为隐式参数，隐式参数与显示参数存在着一定的函数关系。

6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.2并联机床参数化设计系统开发系统实现

（2）零件的自动装配1）保证相关零件尺寸关联实现方法PrivateSubText3_Change()hukeZ.Text1.Text=Text3.Text’虎克销配合直径d与虎克铰座配合直径d关联EndSub6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.2并联机床参数化设计系统开发系统实现

（2）零件的自动装配2）检验各关联尺寸对关联6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.2并联机床参数化设计系统开发系统实现

（2）零件的自动装配3）进行自动装配a)零件可装配性检验b)插入零件c)增加配合约束。操作步骤：6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.2并联机床参数化设计系统开发系统实现

（3）数据存储与管理

数据管理模块的功能定义为两个，分别是存储与管理某个设计方案的所有模型数据和调用某个方案的数据快速生成相应的实体模型。调用某方案参数进行实体模型创建流程图6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.3运动学状态可视化研究（1）运动学机理分析（2）功能模块确定（3）系统开发并联机床的运动学包括机床位置的正逆解求解、动平台以及驱动杆的速度特性计算和分析、动平台以及驱动杆的加速度特性计算和分析等。功能模块开发方法6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.3运动学状态可视化研究系统实现

主界面6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.3运动学状态可视化研究系统实现

（1）位置分析模块

位置正解分析是已知驱动杆的位置变化求解动平台参考点相对应的位置，逆解分析是已知参考点的位置变化求解驱动杆相对应的位置。位置分析可以检验一组结构尺寸参数所确定的机床运动是否平缓，有无突变现象等。

6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.3运动学状态可视化研究系统实现

（2）速度分析模块

两种情况，分别是：动平台由指定位置出发沿坐标轴方向运动，驱动杆运动速度变化情况，对应于速度分析1；动平台在某一z坐标下，沿任一直线运动和圆周运动驱动杆运动速度变化情况，对应于速度分析2。6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.3运动学状态可视化研究系统实现

（3）加速度分析模块分成两种情况，加速度分析1主要求解动平台参考点沿坐标轴方向作直线运动时，驱动杆加速度变化情况；加速度分析2用于求解动平台在指定z截面上沿任一直线和圆周运动时，驱动杆加速度变化情况。6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.3运动学状态可视化研究系统实现

（4）实时仿真模块

主要技术：1）图形曲线绘制方法2）动画实现方法

VB中绘制三维图形Timer控件驱动仿真6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.3运动学状态可视化研究系统实现

（5）数据管理模块对结果数据进行了分类管理，可以在数据存储与管理界面上随时调用运动学研究中生成的各种计算结果，各计算结果对应的参数也同时存储到数据文件中。主要技术1）数据存储RichtextBox控件2）图形存储SavePicture控件

6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.4动力学状态可视化研究

主要步骤：1）创建有限元模型2）施加约束3）选择求解方法4）求解5）提取模态等步骤第1阶第2阶第3阶第4阶第5阶用ANSYS软件6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.5工作过程可视化研究应用ADAMS软件进行工作过程可视化研究流程(1)基于ADAMS的并联机床参数化建模方法

1）参数化建模分析2）参数化建模实现3）创建对话框

4）创建菜单由简单到复杂6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.5工作过程可视化研究(1)基于ADAMS的并联机床参数化建模方法1）创建自己的数据库

2）创建一个宏用来修改6个设计点位置3）对话框的实现

创建自定义菜单

6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.5工作过程可视化研究(2)对创建的参数化模型进行工作过程仿真主要步骤包括：1）添加约束2）添加驱动3）建立测量4）显示结果当动平台做半径为200mm角速度为0.5rad/s的圆周运动时各驱动杆速度的变化情况

6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.5工作过程可视化研究(3)用CAD系统进行零件设计与装配体设计(4)对较精确的模型进行进一步工作过程可视化仿真验证6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.6

装配过程可视化研究装配层析模型装配过程可视化仿真流程6可视优化设计法在并联运动机床设计中的应用6.6

装配过程可视化研究7全文总结、创新点和展望7.1全文总结简要阐述了本文的选题背景和研究意义；

对综合设计法的理论框架做了进一步深入地研究与概括；

在总结和分析与产品设计规划相关研究成果的基础上，提出了3L/8D产品设计规划理论方法；用计算机技术实现设计规划几个重要环节的辅助规划系统的开发，具体包括创建了顾客需求重要度评判系统、顾客的模糊聚类分析系统、设计实例搜索系统、设计任务分解及相关性评判系统、设计质量的模糊评判系统；进行了现代机械可视优化设计方法及实现措施研究；在介绍产品设计平台内涵的基础上，重点研究了搭建可视优化设计平台的策略与技术；以东北大学自主研制3-TPT并联运动机床为例，采用可视优化设计法对其进行了研究。

7全文总结、创新点和展望7.2主要创新点（1）按设计的流程将综合设计法的体系结构划分为设计规划、功能优化设计、技术设计和设计检验四部分内容。提出了用创建设计平台的方法来实施综合设计法，并将该设计平台功能结构概括为界面层、应用层、技术层和环境层。

（2）提出了3L/8D产品设计规划理论方法，即从设计战略、设计业务、设计质量检验三个层面，设计环境、设计思想、设计目标、设计内容、设计方法、设计过程、设计的潜在问题分析和设计质量评价等8个环节，来对产品设计进行全面规划。

（3）围绕3L/8D产品设计规划方法，用VisualBasic软件开发了顾客需求重要度评判系统、顾客的模糊聚类分析系统、设计实例搜索系统、设计任务分解及相关性评判系统、设计质量的模糊评判系统。

（4）确立了可视优化设计法的理论框架，并对运动学和动力学状态、工作过程和控制过程、加工制造和装配过程等可视优化设计的具体内容也进行了研究。并以并联运动机床为实例，做了可视优化设计法的应用研究。

（5）提出了构建可视优化设计平台的16字的策略，即

“自我评价、追求效益、力求节约、分步实现”。提出了搭建该平台的6个关键步骤，分别是：现场调研、需求分析、制定规划、实际开发、功能测试和投入使用。

7全文总结、创新点和展望7.3展望开发3L/8D产品设计规划系统。例如，选用.NET或J2EE平台，开发出基于网络的可视化的设计规划系统。

将结合某一具体产品，研究开发可视优化设计平台。提出面向企业推广综合设计法的具体方案，进一步做好相应技术系统的研制工作。谢谢！教師專業發展評鑑

推動策略姚素蓮一、學校擁有發展課程的決定權：我們如何決定？課程決定的信心多大？課程決定規準是主觀？客觀？專業？隨意？檢視課程理論與學校現場二、教師自主決定：１.課程設計２.教學實施３.學生輔導４.教學評量５.班級經營教師的專業知能如何？

三、教師專業表現１.建構學校課程、教材２.靈活有效啟發學生３.培養學生帶著走的能力四、教師專業自主的省思１.教師自主VS.專業提升２.自主衝突VS.專業判斷３.判斷標準VS.衝突、和諧４.職場現象VS.專業知識五、評鑑為溝通與協商的歷程推動策略宣導→溝通→實作

↑↓培訓檢討評鑑回饋←結果運用←人員

實用正當可行具體壹、宣導一、對象：行政人員、教師、家長二、教師專業發展需求日殷三、評鑑的本質與目的是為教師專業發展四、試辦是找可行性和發現執行問題五、學校對教師專業發展評鑑提供支持六、試辦的選擇權在學校和教師七、並非為解決不適任教師八、試辦期程自９５年～９８年有補助經費，加速學校本位發展貳、溝通一、澄清疑慮１.與不適任教師、考績..等脫鉤２.是教師專業形象的重塑二、透過對話建立互信三、評鑑計劃回歸學校本位四、實施計畫、配套措施、支持系統同步規劃實施計畫含：（一）評鑑內容：１.課程設計與教學２.班級經營與輔導３.研究發展與進修４.敬業精神與態度（二）評鑑人員（三）評鑑方式（四）評鑑時程（五）評鑑結果的運用五、引領教師了解評鑑指標意涵＊評鑑指標可自訂，亦可參考已研發之規準評鑑人員在評鑑時，以所列規準和項目為依據。工具若有錯誤，結果必打折。好的工具應符合：1.教育現場需求2.有效評量出所要達到的目標。參、實作一、掌握回歸教學現場，化評鑑於無形的原則二、輔導建置教學檔案三、擬訂實用可行的評鑑方式四、開發簡易具體的評鑑工具一、掌握回歸教學現場，化評鑑於無形的原則1.全面宣導。自願參與鼓勵參與全面參與。2.成立評鑑推動委員會，討論評鑑計劃。3.透過工作坊(讀書會)方式詮釋評鑑規準、內涵、示例..等。4.經由討論決定評鑑模式、工具..等二、輔導建置教學檔案教育專業被挑戰！專業的尊嚴－是贏來的，而非爭來的.

專業的權威－是來自別人的肯定，而非自我的認定.建置教學檔案是展現教師專業能力簡易、具體的措施教學檔案的定義一、教師是教學檔案的主體二、教學檔案的要項是有系統的、有結構的三、教學檔案的內容是反省與對話的歷程四、教學檔案的目的是促進教學專業發展教學檔案含一、教學目標與教學理念之陳述二、檔案計畫與組織三、課程的計畫四、作業的樣本（含對作業的解說與標題）五、師生的互動情形六、學習成就記錄七、個人的成長及反省八、他人的回饋及建議九、自我專業成長的記錄十、對檔案的評述三、實用可行的評鑑方式:(一).對話(二).審閱教學檔案(三).教室觀察(四).教學計畫(五).作業調閱對話訪談模式有:1.非正式訪談2.導引式訪談3.標準化開放式訪談4.封閉式訪談(一).對話說明目的→使參與者感到輕鬆→促使人際互動1.要有議題.2.對話內容要有準備.3.論述要有辯証,勿淪於各抒己見.訪談要領1.確認錄音(錄影)正常運作2.一次只問一個問題3.過程保持中立4.鼓勵多發表意見5.紀錄時不忘注意受訪者表情6.順利移轉主題訪談方法與發問技巧

1.選取符合主題需要人員.2.先談事實的問題,再談爭論性問題.3.先討論現況,再討論過去或未來的事4.讓受訪者自由發揮感覺.對話(訪談)1.以開放性問題引起討論問題.如:您以為目前的教學環境如何?2.激發與會者提出不同想法.如:我不認為有那麼糟,您以為呢?3.達到初步共識後:引入更深入討論.如:我們可以怎麼做?4.討論離題時,需回到主題.5.盡量不要過度贊同與會者意見.6.盡量不發表個人意見.7.錄音或即時紀錄要點.(二).審閱教學檔案評量要項一.檔案目錄二.個人專業背景三.課程教學設計與省思四.學習成果評量五.班級經營與輔導六.個人專業成長*注意事項1.不論是教師成長或學生作品樣本均須同一教學單元,其因為:a.能真正深入教學整體的各細部,有效協助教師反思與專業成長.b.一次一個單元不會造成過度負擔較易引導教師分析反省自己.2.簡要解釋每一個作品內容的標題和註解3.對教學及作品反省思考.4.檔案內容要逐年更改.屬直接觀察教學行為、察看環境與設備,以了解實際行為、環境現況的方法.含:1.教學環境佈置.2.學習形式組織.3.師生互動.4.靜態文件資料.如:教師檔案、學習檔案、作業、會議記錄.(三).教室觀察:教室觀察方法:1.準備紀錄單／檢核表.2.觀察並紀錄每一項的行為或存在事實.3.可同時紀錄次數、人數,以符合程度、量化依據.4.留意紀錄單未載之行為或情形.5.簡單紀錄行為發生或事物存在之現場環境.6.觀察次數要足夠,避免斷章取義.教室觀察注意事項:一.要蒐集具有代表性的事實資料,不必蒐集全部資料二.掌握新發現問題,並進一步蒐集相關資料以為驗證三.有效運用時間:1.觀察教師教學與學生學習2.與學生晤談

3.觀察對象要廣泛,觀察要完整a.觀察課外活動情形b.查閱評鑑與績效管理情形c.分析學生近期表現資料d.分析特殊學生學習紀錄4.把重點擺在影響學生表現的原因(四).教學計畫一.教學目標1.掌握教材內容~能連結舊經驗與新概念.2.設計教學方案~依據教學目標設計教學活動並提供切合教學目標的補充教材.3.系統呈現教材二.活用教學策略~善用不同教學方法；善於發問.三.善用評量回饋~評估學習表現提供回饋與指導.

(五).作業調閱1.作業內容要項分布是否平均?2.學生作業品質.3.教師批閱是否適切~批閱的時間、方式進度、評語..等等作業訂正是否追蹤?四、開發簡易具體的評鑑工具1.課程計畫編寫自我檢核表2.課程計畫編寫課發會檢核表3.教學檔案建置指標檢核表4.教學環境佈置檢核表5.教室觀察表6.班級經營表現(檢核表)教室觀察量表1.教室管理技巧2.維持適當的教室行為3.集中並維持學生的注意力4.提供學生複習與練習的機會5.展現發問技巧6.呈現多種教學方式7.營造一個積極的教室氣氛8.促進正向的自我概念9.佈置積極教室環境教學效能教室觀察表一.學科教學能力1.導引學習方向2.清楚呈現教材3.運用多種教學技巧4.提供練習與回饋5.有效利用時間二.班級經營能力1.維持班級秩序2.鼓勵正向行為表現3.實施生活教育4.表達清晰5.板書適當6.正向的師生互動教學效能教室觀察表臺北縣○○國小教師教學評鑑—「教室觀察」檢視表

基本資料授課教師（）老師學習領域（）學習領域授課班級（）年（）班教材來源□教科書（）版本□其他

教學日期

年月日時分觀察者指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議1瞭解學校課程計畫的內涵□持續參與領域課程計畫□徹底執行彈性學習課程□設計校本課程相關主題與活動設計□規劃補救或銜接教學□自編教材或學習單□教學札記□□2瞭解學校課程的架構□了解學校願景□了解校本課程主題□參與教科書評選□了解重大大議題融入領域教學□□□□□□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議3參與學校課程的發展□參與課程發展小組的座談、研討□與行政人員、教師意見交流、對話□學校課程地圖充分運用□積極參與學年（班群）、班親會會議□學生課程活動紀錄□教學札記□

4分析可運用的教學資源□思賢公園□文化藝術中心□新莊運動公園□署立台北醫院□大眾廟□慈祐宮□廣福宮□文昌祠□新莊老街□傳統行業□導護商店□自然公園

5研擬適切的教學計畫□教學計畫設計週延□活動安排與學校行事曆相結合□運用家庭聯絡簿進行個別輔導□注意學生學習經驗□流暢的教學歷程

6編選適切的教學材料□教材與學生身心發展相合□採用教科書版本經過分析、整理□社區資源融入教材□教學材料與學生生活經驗相融合□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議7規劃適切的學習評量□筆試□口試□表演□實作□自我評量□小組討論□實踐□同儕互評□

8編選適當的評量工具□文字描述的□圖畫的□量化的測驗□檔案記錄的評量□口語的評量□□□□□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議9.營造有利於學習的情境□配合教學單元佈置教室□佈置欄分類呈現□佈置欄內物品沒有掉落□掃除用具排列整齊□粉筆槽整理乾淨□黑板只呈現該單元內容□學生桌面整潔□學生抽屜不雜亂□教師桌面整齊□桌椅排放整齊□公物維修良好□打開窗戶讓教室光線充足、通風□美化、綠化教室□教室內外保持整潔□維護教室內設備如CD收錄音機、電視、錄放影機等清潔。□上課秩序良好□□

指標觀察紀錄或資料來源省思暨建議指標觀察紀錄或資料來源省思暨