以人为原型的产品逆向工程研究与开发

论文摘要

创新是人类本身和人类社会得以进步和发展的原动力,也是设计的根本,更是现代产品设计的生命源泉。创新促使一代又一代的设计师不断为人类创造出许多优秀的产品,并改善了人类的生存方式,提高了人们的生活品质。西方发达国家在工业设计领域的发展历程表明,产品逆向工程是发展中国家实现产品创新和技术进步的有效途径。本文在调研了国内外现有反求技术和理论基础上,将“创新”提到更为显著的位置,强调在反求的基础上进行创新,提出了以人为原型的产品逆向工程。本文指出当前的研究大多集中于零件的三维重构和快速成型方面,多关注于零件级别的外形细节反求上,而较少关注如何还原产品的设计思想和人的原始需求,而这恰恰是要实现产品创新设计的关键。针对上述问题,我们提出了以人为原型的产品反求技术的概念和理论框架,并进行了系统的研制和开发。以人为原型的产品反求本质是通过寻找产品的功能原型进而实现产品需求原型的再现,最大程度上吸收原产品的设计思想和关键技术。本文对产品设计过程进行了分析,从设计过程的一般性模型开始,在介绍了分解重构原理,广义定位原理,功能表面概念的基础上,对功能表面分类进行了扩展,提出了基于功能表面分解重构的设计过程模型,并对功能表面的内涵进行扩展,进而提出了产品结构生长型设计,这些相关的研究表明了产品创新设计过程的有规律可循,为以人为原型的产品反求奠定了理论基础。接下来,我们通过采用面向对象的编程技术,实现了对功能表面的描述和表达,从而实现了功能零件的表达,并建立了基于功能表面的产品反求数据结构;从功能和定位的角度出发,从实现相同功能的零部件中抽象出由功能表面集组成的功能模式,分别为执行模式,传动模式,结构模式和原动件。在这基础上,利用三维造型内核ACIS平台进行了面向创新设计的产品反求系统Pre-D的开发,研制了产品反求系统框架和关键技术模块,包括产品快速造型与装配,产品功能原型提取,产品反向求解模块以及产品功能表面扩展等。最后,阐述了系统的功能、模块设置、系统开发技术和运行环境。并以手动压力机和洗衣机为例,详细介绍了产品原型的反求过程及产品功能表面扩展,验证了本文理论研究与技术实施的正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 产品概念设计综述
• 1.2.1 产品概念设计理论与方法概况
• 1.2.2 产品概念设计研究及其关键技术
• 1.3 逆向工程研究综述
• 1.3.1 逆向工程的概述
• 1.3.2 逆向工程研究现状
• 1.4 本论文课题来源及研究主要内容
• 第2章 以人为原型的产品逆向工程相关理论
• 2.1 功能表面分解重构理论
• 2.1.1 分解重构
• 2.1.2 广义定位原理
• 2.1.3 生长型设计
• 2.2 以人为原型的设计理论
• 2.2.1 两个公理
• 2.2.2 以人为原型的设计理论
• 2.3 以人为原型的产品逆向工程
• 2.3.1 产品创新概念设计
• 2.3.2 还原创新原则
• 2.3.3 产品逆向工程
• 2.4 本章小结
• 第3章 以人为原型的产品反求技术基础
• 3.1 功能表面的表达
• 3.1.1 功能表面
• 3.1.2 定位模式
• 3.2 功能表面的扩展
• 3.2.1 人力控制功能表面
• 3.2.2 外观功能表面
• 3.3 产品反求系统数据结构
• 3.3.1 功能表面模型
• 3.3.2 功能零件模型
• 3.3.3 产品信息网络模型
• 3.3.4 模型应用实例
• 3.4 本章小结
• 第4章 以人为原型的原始需求逆向获取技术
• 4.1 系统开发平台介绍
• 4.1.1 ACIS介绍
• 4.1.2 实体造型
• 4.1.3 装配建模
• 4.2 需求原型分析
• 4.2.1 需求表达模型
• 4.2.2 需求原型获取
• 4.2.3 需求实例分析
• 4.3 需求原型的逆向求解
• 4.3.1 功能原型逆向求解
• 4.3.2 需求原型逆向求解
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统介绍及应用实例
• 5.1 系统简介
• 5.2 系统的功能与模块设置
• 5.3 系统实现的技术途径
• 5.3.1 系统软件程序编制
• 5.3.2 系统运行软、硬件环境
• 5.4 实例应用
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间参与的课题及发表的论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表