以人為原型的設計自動化理論與技術研究.pdf

1、全球化經(jīng)濟競爭和信息化技術的普及使設計人員面臨高效與高質(zhì)量創(chuàng)新產(chǎn)品設計的挑戰(zhàn)，自動處理大量設計信息并能輔助產(chǎn)生新產(chǎn)品概念的智能工具日益得到研究領域的重視。然而發(fā)明創(chuàng)造的神秘性和機械設計工作對經(jīng)驗的嚴重依賴性成為智能工具發(fā)展必須逾越的鴻溝。理論研究是先進智能工具開發(fā)的關鍵內(nèi)容。 人類是至今為止唯一創(chuàng)新來源，人從事設計活動，是設計活動的主角，模仿人進行設計是設計自動化的主要途徑之一。因此，本課題選擇人為研究對象，深入探討了創(chuàng)新設計自

2、動化的理論與技術，對先進智能工具的開發(fā)具有重要的理論意義，對改進設計實踐具有方向性的指導作用和實用價值。本文首先系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外產(chǎn)品設計理論和方法，現(xiàn)代主義設計哲學研究，產(chǎn)品概念設計的關鍵技術及其發(fā)展現(xiàn)狀，進而闡明了該領域研究中存在的主要問題和未來研究趨勢。 研究了人造物的產(chǎn)生發(fā)展歷史，就人造物的不同結(jié)構進行了歸納，并且比較和借鑒了生物體的生命特征，提出了以人為原型的設計自動化理論，試圖統(tǒng)一現(xiàn)存的設計理論和思想，進而研究了相關的

3、設計自動化關鍵技術，開發(fā)了概念設計自動化軟件系統(tǒng)LORD-DARFAD。通過實例闡述和驗證了以人為原型的設計自動化理論思想和相應技術系統(tǒng)的正確性和有效性。 論文的主要內(nèi)容如下： 在理論研究方面，綜合運用分解重構理論、功能表面概念和廣義定位原理，系統(tǒng)提出了以人為原型的設計自動化理念，初步綜合了各種設計理論和思想在概念設計自動化領域的影響，為建立和開發(fā)可操作性強的概念創(chuàng)成設計方法和設計自動化系統(tǒng)奠定了理論基礎。 研究

4、了人造物由簡單到復雜的發(fā)展歷史，重點剖析了原始人造物的產(chǎn)生過程，在現(xiàn)有“機器是人類功能的延伸和替代”的一般哲學觀基礎上，總結(jié)歸納出“人造物是人體的延伸”的設計技術思路，結(jié)合分解重構原理，發(fā)展為“人造物從人原型上分解重構”的生長型的設計方法，為產(chǎn)品概念結(jié)構設計提供了新的技術途徑。 為了充分利用人類智能，提出了“非腦智能”的概念，進一步追溯了人類智能的本源。通過研究人的靜態(tài)特征，在產(chǎn)品設計過程中把人作為產(chǎn)品的需求、結(jié)構、功能、信息原

5、型；通過研究人的生長進化過程等動態(tài)特征，把新產(chǎn)品或工具的產(chǎn)生看作是以人為起點的延伸，把產(chǎn)品開發(fā)過程看作一種以人原型為起點的生長過程，從而建立了可操作的概念結(jié)構設計過程模型。 在技術研究方面，基于以人為原型的設計自動化理論，建立了關鍵的技術模型——人原型；在系統(tǒng)研究中建立了面向創(chuàng)新的需求原型和以人為原型的生長型設計自動化過程模型。 基于人類對于自身的認識，深入分析并綜合考察，建立了基于生物流概念的人原型，定義了生命體的生物

6、流和相應的產(chǎn)品生物流，并用人原型生物流表達了產(chǎn)品設計發(fā)展的三個階段，建立了每個階段產(chǎn)品的概念原型。針對機電產(chǎn)品的設計問題，提出了機電產(chǎn)品物質(zhì)、能量、信息三流統(tǒng)一的結(jié)構概念，進一步充實了以人為原型的設計自動化理論的思想體系。在技術模型研究方面，進一步構建了以人為原型的實體模型，即反映人體靜態(tài)結(jié)構參數(shù)的可視化模型，并對這個模型的行為建模方法、姿態(tài)控制方法以及視域分析方法進行了研究。 深入系統(tǒng)地考察了人類需求的發(fā)展過程和技術進化的規(guī)律

7、，提出了以人為原型的需求分析策略，形成了可操作的需求獲取、需求可視化表達和應用技術。把設計需求追溯到其本源——人身上，進行了以人為原型的需求分類，建立了基于分解重構的需求表達模型。使用基于分解重構的人原型進行需求分析，把人的需求可視化表達為可操作的設計信息，直接連接設計過程。 在設計過程研究方面，構建了以人為原型的生長型設計自動化過程模型。提出了人造物從人原型上逐漸分解重構的可操作設計模型。在具體實現(xiàn)技術方面，綜合應用了基于功能

8、表面的產(chǎn)品信息建模技術。提出了功能表面限位編碼規(guī)則，針對概念設計過程的實現(xiàn)，采用面向?qū)ο蠹夹g定義了功能表面、功能零件、概念產(chǎn)品、殼體零件類。 在產(chǎn)品信息建模的基礎上，綜合運用各種功能模式和容器模式概念，為功能零件的匹配建立了可靠的基礎，從而建立了以人為原型的生長型概念設計自動化流程。 在系統(tǒng)開發(fā)和應用方面，介紹了以人為原型的生長型產(chǎn)品概念結(jié)構設計系統(tǒng)LORD-DARFAD軟件的設計流程、系統(tǒng)結(jié)構、系統(tǒng)實施及系統(tǒng)運行環(huán)境。