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模块化设计的现状与趋热

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-09-22  浏览次数:0
核心提示:  模块化设计在设计思想上是对传统设计的一种创新,早期模块化设计多采用手工操作管理,缺乏现代化的设计和管理手段,不能充分
    模块化设计在设计思想上是对传统设计的一种创新,早期模块化设计多采用手工操作管理,缺乏现代化的设计和管理手段,不能充分发挥模块化设计的优越性[21]。随着计算机应用技术向各行各业的渗透及以计算机辅助设计为主体的现化设计技术的发展,模块化设计从设计手段上已有了极大的不同,形成了以计算机为工具、以模块化设计为目标的各种学科交叉融合的新型技术领域,如计算机辅助模块化设计、模糊模块化设计、智能模块化设计、优化模块化设计等等,这些手段反过来又促进了模块化设计思想的发展。例如,早期的模块化设计主要追求功能的实现,现在则要求模块化产品生命周期全过程多目标的权衡、分配及综合决策,如开发周期短,易于回收、装配、维修,产品报废后某些模块仍可再利用,模块可以升级、重新设置等。综合起来,现代模块化设计呈现以下几种趋势。
  1)各种数学方法(模糊数学、优化等)引入模块化设计各个环节,如模块的划分、结构设计、模块评价、结构参数优化等
  2)不同层次计算机软件平台的渗透,如二维绘图、实体造型、特征建模、概念设计、曲面设计、装配模拟等软件均可用于模块化设计之中。
  3)数据库技术及成组技术的应用。产品系列型谱确定之后,在系列功能模块设计时,采用数据库技术及成组技术[21],首先对一系列模块的功能、结构特征、方位、接合面的形状、形式、尺寸、精度、特性、定位方式进行分类编码,以模块为基本单元进行设计,存储在模块数据库中。具体设计某个产品时,首先据功能及结构要求形成编码,据编码在数据库中查询,若查出满足要求的模块,则进行组合,联接;否则,则调出功能和结构相似的模块进行修改。组合联接好之后,与相应的图形库连接,形成整机。分类编码识别从技术上容易实现一些,另有一些研究者正在研究更为直观的图形识别。
  4)模块化产品建模技术。与产品建模技术同步,模块化产品模型有其自身的特点。目前研究的建模技术有三维实体建模、特征建模、基于STEP的建模等。
  5)人工智能的渗透。模块的划分、创建、组合、评价过程,除用到数值计算和数据处理外,更重要的是大量设计知识、经验和推理的综合运用。因此,应用人工智能势在必行,参考文献 [22]的作者在对加工中心总体方案进行模块化设计时,研制开发了基于知识的智能CAD系统。
  6)生命周期多目标综合。并行工程要求在设计阶段就考虑从概念形成到产品报废整个生命周期的所有因素。在模块化设计中,不同目标导致模块化的方法与结果不同,各种目标在对模块的要求方面相互冲突,在同一个产品中,不同模块对目标的追求也不一致,这就需要对各目标综合考虑、权衡、合理分配[23],取得相对满意的结果。专家系统、模糊数学、优化等手段都在这一领域获得了充分的发展空间。
  参考文献[23]的作者研究开发了一种集成的针对产品整个生命周期各个目标的模块化设计方法,可用于新产品的模块化设计、现有非模块化产品的模块化设计及现有模块化产品的改进模块化设计(例如,数个零件组合成一个模块来实现)。其方法如下:
  ① 确定该模块化产品的问题域。包括:要达到的目标、功能、目标的重要性程度;对总目标总功能起作用且对模块化设计方法有关的各种因素进行描述、定义;设计种类(全新设计、适应型设计、变型设计);生命周期;设计规模等。
  ② 设计任务分解。首先,把产品分解为部件、组件。若是开发性设计,则构造出功能结构框架;对适应性设计,则从现有产品中列出构件表。之后,列出模块化设计各模块的目标(包括单个目标或集成目标)。
  ③ 针对要实现的目标,从装配过程、空间几何关系(定位、夹紧方式)、实现功能种类(动力传递、能量传递、信号传递等)等几方面对零件进行分析,定义出量化的对目标的影响因素值及两两零件相连的重要性程度值,正则化后形成交叉关系矩阵。
  ④ 模块设计。加入适当的约束条件(某个零件属于某个特定的模块、预定的模块数量等,功能与相互关系也是约束),采用基于基因的遗传算法,创建模块,形成一个零件数量减少的模块化产品;若用户对结果不满意,可以对约束、目标进行调整,再行迭代,求出另外一种或多种方案。
  7)上述各种研究综合应用,形成适用的单项或集成的商业化软件系统
  从总的产品设计份额来看,国内机械行业模块化设计应用并不是十分广泛。究其原因,在于机械产品本身的复杂性及多样化,虽然有种种新的设计技术,但模块化设计还需要做大量的基础工作,其中*主要的是对大量现有零部件结构、功能、接合部件作认真的分析、规范化、分类,建立一系列一整套相关标准,吸取计算机软件行业的软件工程规范、硬件行业的总线标准、各类图形图像处理软件之间的接口标准等成功的经验,推动模块化设计的发展。当然,这是一项巨大的工程,也是模块化设计应用普及的必经之路。

 
 
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