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摘要：本文结合现代CAD技术提供的手段针对机械类产品的设计特点，提出了具有针对性的产品快速设计系统概念，总结了相关产品设计系统的具体特征。对构建产品快速设计系统时所涉及的基于事例的产品模型的构建、基于特征的建模技术、基于模型的知识表示、主模型技术、面向产品设计过程的用户界面设计的关键技术、基于关联的部件间建模等关键技术进行了研究。
关键词：快速设计与制造；机械产品；关键要素；产品设计模型
一、产品快速设计系统
（一）产品快速设计系统的具体定义
对于产品快速设计的技术我国进行了大量的实践和研究，提出了不少的方法并进行了研究与讨论，但对于产品的快速设计并没有产生系统化的模式，对于如何构建产品快速设计系统的描述还未产生。针对当时的市场形式，个性化的设计需求逐渐增多，关于如何构建机械类产品快速设计系统务必要提到日程上。产品快速设计系统是基于通用CAE/CAD/CAM/CAPP软件的通用功能，通过整理，搜集，总结特定产品设计的经验和相关知识，对相关产品快速设计的流程进行总结，并在产品快速设计的流程中将总结出的相关知识进行集成。形成可以通用于CAE/CAD/CAM/CAPP的产品设计系统。
（二）关于产品快速设计系统的具体特点
由于设计机械类产品的结构较复杂，对相关的设计工作人员要求较高，需要在做大量繁琐设计工作的基础上将前人设计的经验，实践知识和相关的理论知识进行综合。产品的快速设计系统就是尽可能的实现产品的自动快速设计在大量的设计操作集成于系统中。
产品快速设计系统要能快速的设计产品基于用户对产品个性化的需求，要对繁琐的操作设计进行简化，其中包括有特定产品设定时所需的专家经验和大量的知识。
（1）在定制时要根据特定产品的设计需求和特点来进行。
（2）要对相关管理专家的经验，产品工艺，设计，制造等进行综合。
（3）面向产品的最终用户和设计人员
（4）为了方便产品设计时由设计推理机制或用户进行调用，要进行形式化的表格将专家经验和各类知识进行总结。
（5）对于产品设计资源的应用和管理要进行充分的考虑，对产品的工装设计，工艺设计，工艺文档的管理，生产过程的加工控制和组织管理提供有力的技术支持。
（6）产品快速系统不但可以根据用户的特定需求来设计出相关产品，还可以把大量重复繁琐的操作设计进行集成，使操作较为轻松，实现了大部分计算机后台或前台的自动操作。
二、关于产品快速设计系统的关键技术研究
（一）基于零件建模技术的特征
关于产品的零部件设计中不但要对产品的工艺性进行考虑，还要对其几何设计，材料的选择，精度设计，装配结构的工艺性，表面处理，热处理，制造和设计成本，零件，数量，重量在产品中的作用性融合在其中，产品零部件的设计离不开这些具有特征性的产品零件模型构建技术。
建模技术中的特征不仅包括构成产品零件的面，线，点，体等基本几何元素，还要进行相关的编辑将这些体素投入到产品几何设计组合的技术中去，在编辑参数时，要对零件中的拓扑关系进行规定，避免发生破坏，导致零件模型引起冲突，无法更新，无法形成新的有效的模型。
（二）基于关联的部件间建模技术
在特定的装配树特定层中将反映设计意图的信息进行构建就是部件间关联技术的基础。它可以进行随时的引用在需要构建关联时，产品的零件关联特征就是通过在装配树层中层层发布下去后形成的。当关联构建的基层完成后，需将关联的特征与关联部件的详细内容进行综合，使关联特征与详细设计之间形成特征间关联。
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反映设计意图的信息可以是一系列零件的装配组合，还可以是一系统的特征组合，一系列的表达方式等。其他相关的零部件就可通过这些信息的形成来建立关联。
UG中主要以两种形式来提供部件关联特征的构建工具，一种是WAVE拷贝几何体（Copy Geometry），另一种是WAVE几何链接器（WAVE Geometry Link）。
（三）基于模型的知识表述技术
在构建快速设计系统中的产品模型时，要根据当前的市场情况，设计产品时可能遇到的问题以及设计师对产品的理解等内容进行综合，并在构建的模型当中有所体现。随着客户需求的不断变化和产品的更新换代，为了满足客户的设计需求同时也便于快速设计系统对产品的设计要将新的设计意图不断的添加其中。首先要把设计需求进行转化，使其成为顶层的设计信息，然后再按照产品设计模型之间的相互依存关系进行设计，对其他组件信息进行组件，直至将产品设计中各个详细内容完成。
这种相关的知识包括零件设计知识，部件间关系知识，产品设计流程知识等，都是面向和基于产品设计模型的，为了确保快速设计系统对产品的设计得以实现，就必须将模型与不同的方式进行关联。
（四）基于事例的产品模型构建技术
就产品设计模型而言，其过程存在着许多无法明确回答的问题。例如，对于零件级模型，为什么它的技术参数（形状、尺寸：精度等）采用那些特定的形式；它包含哪些特征，对于装配级模型，模型中包含哪些组件、为什么要使用这些特征，组件之间为什么要维持不同的关系，为什么需要包含这些组件等等。这些问题是非常综合的，需要从产品的刚度、动力学特性、强度、结构力学特性、与产品中其它零件之间的关系、功能、产品试制实验结论、人机工程学、美学、设计人员的经验、产品的结构工艺性等诸多方面进行解释，没有一个非常明确的答案，但这些设计模型的形成是人们关于特定产品的经验和设计知识在设计模型中的体现，凝聚了人类大量的劳动，因此在产品快速设计系统中采用基于事例的形式来表述，没有具体表达式方式的经验和知识，以此来帮助我们完成设计在有限的设计推理机制的驱动下。
结束语
在日常的应用中CAD技术存在着操作繁琐，员工培训周期较长，针对设计人员要求较高等问题，我国对产品快速设计系统的概念进行了提出，总结了产品快速设计系统的相关特点，对于产品快速设计系统构建模型中涉及的基于关联的建模技术，基于特征的建模技术，面向产品需求设计的用户化界面设计技术，装配克隆技术等一些关键技术进行了研究。为构建产品快速设计系统和机械行业进入现代CAD技术深层次的应用提供了参考，具有一定的应用和开发指导价值。
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论文作者:陈磊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/3/1
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