产品虚拟原型生长型设计系统中的力学技术及工具开发

论文摘要

本文根据概念设计的特点,结合设计自动化系统DARFAD系统原有功能,对DARFAD系统进行完善和新功能开发,完善了生长型产品概念设计模块,研究了产品概念结构中的力学技术和产品设计工具,并通过实例验证了系统的有效性。 本文全面调研了国内外产品设计研究现状,深入探讨了计算机辅助概念设计研究中存在的问题。论述了分解重构理论、广义定位原理、生长型设计机理,定义了功能表面和功能模式等概念。 文章给出了产品原型的定义和分类,指出了在概念设计阶段计算机上关于产品的可视化形象是产品虚拟原型。阐述了产品概念设计与生物生长的相似性,在基础理论支持下,提出了符合自顶向下设计思想的产品虚拟原型生长型设计方法,讨论了概念设计中实现产品生长型设计的关键问题,给出了生长型设计的基本单元、过程控制因素、生长实现方法、完整统一性保证,建立了生长型设计模型,并应用在产品原型生成系统中,通过面向对象的编程技术进行了系统实现。基于生长型设计的产品设计系统,使设计思路更易于理解、效率更高,便于没有较强专业背景的用户使用。 在力学技术中,讨论了如何在概念结构生长型设计过程中根据产品设计的功能要求抽取出力和速度等运动属性并依此对产品结构进行力学计算、分析,进而可对结构进行性能评价与生长决策,保证产品结构的优化生长。 此外,本文开发了用于产品虚拟原型设计的几个工具模块:原型提取模块、壳体零件装配模块、表面信息修改模块、协同设计模块以及用于概念设计向详细设计转化的部分:实例零部件管理、产品概念结构匹配。 最后,阐述了开发的产品设计系统的功能、模块设置、系统开发技术和运行环境。并以虎钳夹具设计为例对系统生长型设计过程及力学技术进行了演示,验证了本文理论研究与技术实施的正确性和有效性。本文工作对从事产品计算机辅助概念设计系统的研究与开发工作

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 产品概念设计
• 1.2.1 产品概念设计的提出和定义
• 1.2.2 产品概念设计的研究方法与现状
• 1.3 计算机辅助概念设计
• 1.3.1 计算机辅助概念设计的现状
• 1.3.2 计算机辅助概念设计的关键问题
• 1.3.3 计算机辅助概念设计的发展方向
• 1.4 系统理论基础
• 1.4.1 分解重构理论
• 1.4.2 广义定位原理
• 1.4.3 功能表面
• 1.5 本文组织结构
• 第二章 产品虚拟原型生长型设计
• 2.1 概念设计产品原型
• 2.1.1 基本术语定义
• 2.1.2 产品原型
• 2.2 生长型产品概念设计提出的背景
• 2.3 产品生长型设计方法的研究
• 2.3.1 生物生长机理
• 2.3.2 生长型设计与 Top-Down设计
• 2.3.3 产品概念设计与生物生长的相似性
• 2.3.4 概念设计中实现生长型设计的关键问题
• 2.4 生长型产品概念设计模型建立
• 2.4.1 功能模式定义
• 2.4.2 生长型设计的基本单元
• 2.4.3 生长型设计过程控制因素
• 2.4.4 生长型设计生长实现方法
• 2.4.5 生长型设计概念产品完整统一性的保证
• 2.4.6 生长型设计模型建立
• 2.5 生长型概念结构设计系统建立
• 2.6 本章小结
• 第三章 产品虚拟原型设计中的力学技术
• 3.1 力学技术实现的可行性分析
• 3.2 力学计算
• 3.3 功率流概念的提出及应用
• 3.4 力学评价指标的提出
• 3.4.1 力平衡状态评价
• 3.4.2 等强度状况评价
• 3.4.3 传动效率及外形尺寸
• 3.5 力学评价与产品传动结构生长
• 3.6 力学评价与零件结构进化
• 3.7 力学性能评价技术与传动零件实体化
• 3.8 本章小节
• 第四章 产品虚拟原型设计系统工具开发
• 4.1 图形数据信息提取、显示
• 4.1.1 图形数据提取
• 4.1.2 图形显示
• 4.2 表面信息修改
• 4.3 壳体装配
• 4.4 网络方案存储协同设计
• 4.4.1 系统产品方案上传流程
• 4.4.2 上传方案节点树的生成
• 4.5 实例零部件管理
• 4.5.1 系统中的实例零部件知识库
• 4.5.2 系统中的实例零部件图形管理
• 4.6 产品概念结构匹配
• 4.6.1 实例零部件的评价
• 4.6.2 功能零部件的匹配进化过程
• 4.7 本章小节
• 第五章 系统介绍及应用实例
• 5.1 DARFAD系统简介
• 5.1.1 系统的功能与模块设置
• 5.1.2 系统实现的技术途径
• 5.2 系统运行实例
• 5.2.1 设计需求
• 5.2.2 产品生长型设计过程及其中的力学技术
• 5.2.3 表面信息查询与修改
• 5.2.4 实例分析
• 5.3 本章小节
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢