基於三維模型的資源重用與產品重構

目前,產品設計過程中三維模型已逐漸取代二維圖紙成為技術交流與資訊傳遞的媒介。三維模型可為產品提供更豐富的展示空間,使產品抽象的空間資訊直觀化和視覺化,同時,基於特徵建立的三維模型具有嵌入式引數化和關聯能力,透過對模型主要引數的修改可實現零件、部件乃至整個產品尺寸結構的快速修改,易於系列化設計的實現。

三維模型的特點使其具有重複使用的可能,即具有了資源的屬性,現代三維設計軟體良好的二次開發介面功能也為這種可能提供了技術支援。

1。 模型重用技術

1。1 模型重用的定義

模型重用是將已有成熟的模型資源直接進行重複使用,或透過對其進行適當調整以滿足當前的需求,其目的是透過對模型的再利用快速獲得滿足需求的結果,提高產品的設計效率和質量。

可重用度用於評價模型資源可被重複使用的能力,是對模型在不同環境下重複使用能力的度量。模型資源在重用前,需要對模型的可重用性進行判斷,根據當前的需求判定已有模型滿足需求的程度,模型可重用的判定標準和可重用度是模型重用準確與否的關鍵。

1。2 模型的組織

模型的標準化、規範化及組織結構的層次化是實現模型資源重用的前提。模型資源的建設可以從基礎的標準件模型庫和行業通用件模型庫開始,隨著模型資源的數量與種類的不斷增加,逐漸多樣化模型庫的構建形式,並加強與軟體工程和資料庫技術的結合。建議將模型所具有的屬性和量值進行提取,用模型實體加屬性資訊的形式表達設計例項,並將模型實體與屬性資訊分別但關聯的形式儲存,透過對例項屬性匹配實現高效檢索與模型資源的重用。

1。3 設計重用流程與方法

設計重用的一般流程如圖1所示,該流程為一分支迴圈過程。

基於三維模型的資源重用與產品重構

圖1 設計重用過程

Fig。1 Design reuse process

設計重用時,設計人員運用自身掌握的專業知識與經驗,分解使用者需求為設計需求,透過對自有例項資源及行業資源的檢索獲取與設計需求最為相似的已有設計,然後對獲取的已有設計進行修改完善,最終得到滿足使用者需求的新設計,迴圈過程中透過引入行業規範與標準檢驗環節保證檢索與模型推薦的專業性。設計完成後,對新產品模型進行再學習,提取資訊並處理後按規則轉換為新的重用設計資源,實現資源的不斷擴充,以及重用系統的自我升級。並不是所有的產品設計重用都必須具有上述流程中的所有環節,針對不同設計裝備領域與具體物件,設計重用過程也有所不同。

設計重用方法方面,針對不同的目標與重點,現行方法多樣,各具特點與優勢,按設計的原理與流程,歸納設計重用的主要方法及各自特點如表1所示。

表1 機械產品設計重用方法

Tab。 1 Design reuse method of mechanical products

基於三維模型的資源重用與產品重構

2。 產品重構技術

2。1 重構設計的內涵

重構是對被分解的產品結構進行最佳化和重組,經過對解構之後的產品進行分析,可以篩選出必要的部分和可以被刪除或者替換的部分,是對現有產品的調整、改進,使產品在結構、功能等方面最佳化升級。

可重構設計是為解決產品的客戶化定製與高效、可靠、低成本間矛盾而提出的一種新的設計和製造思想,透過對產品進行模組化重組,快速響應市場需求。可重構設計根據市場需求的變化,透過重複利用、重新組態快速調整產品的結構、功能和加工工藝,縮短產品開發週期,實現以較低成本獲取高質量的投資效益。產品的可重構性是指以經濟有效的方式重複改變和重新排列系統元件的能力。可重構設計是使系統具有可重構性的一類設計方法,具體包括可重構產品的設計、可重構製造系統的設計和可重構軟體系統的設計。

2。2 重構設計活動域及過程

重構設計活動域是從使用者提出需求至滿足使用者定製化要求的產品重構設計活動過程的集合,可分為使用者域(Cn)、功能域(Fr)、物理域(Dp)和過程域(Pv)四個部分,並構成連續對映過程,如圖2所示。

圖2 可重構設計活動域及其過程

Fig。2 Reconfigurable designactivity domain and process

使用者域。使用者域即需求域,是使用者對產品有關用途、效能、整體結構尺寸等方面的需求,以及企業對產品生產效率、成本等方面的限定性指標。

功能域。功能域是滿足使用者需求的產品功能和約束的集合。功能是對技術系統或產品所能完成任務的抽象描述,反映產品所具有的用途和特徵,並以功能需求的形式提出設計目標及設計方案。

物理域。物理域是實現功能需求物理結構的集合,描述產品的整個結構設計過程。為表達物理結構,在物理域中構造可變的設計引數,以實現產品需求的功能。

過程域。過程域是描述產品的工藝製造過程和加工方法。為了生產由過程域所表達的產品,需要制定一組過程變數來描述過程。

對映過程的表示式為:Fr=A·Dp,Dp=B·Pv

其中:A為功能域與物理域的對映關係矩陣

B為過程域與物理域的對映關係矩陣

2。3 重構設計的分類與特點

根據技術層次由低到高的順序,產品的重構設計可分為調整重構、更換重構、整合重構、創新重構4種類型,呈金字塔狀結構,如圖3所示。

基於三維模型的資源重用與產品重構

圖3 重構層次金字塔

Fig。3 Pyramid ofreconsitution hierarchy

根據重構設計過程中所針對的目標要素,重構設計可分為面向功能的重構設計和麵向結構的重構設計兩種型別。

面向功能的重構設計是從功能的角度出發,對產品進行功能模組劃分後,根據市場對產品功能的需求,對產品各部分進行重新排列組合,實現對產品功能的調整,以滿足當前的需求。其特點在於以產品的功能需求為目標,透過產品重構增加產品功能或去除冗餘的功能,從而獲得具有可重構性且功能不同的系列產品。適用於透過零部件重新配置即可使產品具有不同功能,或對效能進行調整的產品設計。

面向結構的重構設計研究透過對產品裝配結構進行重組,以滿足對產品外形尺寸、質量、成本等方面的要求。其特點是在產品功能不變的前提下,透過產品重構實現對產品的最佳化改進或作業能力的改變,從而獲得可滿足不同設計需求的產品。適用於透過功能相同但材料、結構等不同的零部件配置,從而使產品具有不同空間結構、工作方式、強度特性的產品設計。

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