以人為原型的設(shè)計(jì)自動(dòng)化理論與技術(shù)研究.pdf

1、全球化經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)和信息化技術(shù)的普及使設(shè)計(jì)人員面臨高效與高質(zhì)量創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，自動(dòng)處理大量設(shè)計(jì)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(lǐng)域的重視。然而發(fā)明創(chuàng)造的神秘性和機(jī)械設(shè)計(jì)工作對(duì)經(jīng)驗(yàn)的嚴(yán)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(jìn)智能工具開發(fā)的關(guān)鍵內(nèi)容。 人類是至今為止唯一創(chuàng)新來源，人從事設(shè)計(jì)活動(dòng)，是設(shè)計(jì)活動(dòng)的主角，模仿人進(jìn)行設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要途徑之一。因此，本課題選擇人為研究對(duì)象，深入探討了創(chuàng)新設(shè)計(jì)自

2、動(dòng)化的理論與技術(shù)，對(duì)先進(jìn)智能工具的開發(fā)具有重要的理論意義，對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)踐具有方向性的指導(dǎo)作用和實(shí)用價(jià)值。本文首先系統(tǒng)綜述了國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和方法，現(xiàn)代主義設(shè)計(jì)哲學(xué)研究，產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)而闡明了該領(lǐng)域研究中存在的主要問題和未來研究趨勢(shì)。 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(gòu)進(jìn)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(shè)計(jì)自動(dòng)化理論，試圖統(tǒng)一現(xiàn)存的設(shè)計(jì)理論和思想，進(jìn)而研究了相關(guān)的

3、設(shè)計(jì)自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了概念設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)LORD-DARFAD。通過實(shí)例闡述和驗(yàn)證了以人為原型的設(shè)計(jì)自動(dòng)化理論思想和相應(yīng)技術(shù)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(yùn)用分解重構(gòu)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(shè)計(jì)自動(dòng)化理念，初步綜合了各種設(shè)計(jì)理論和思想在概念設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的影響，為建立和開發(fā)可操作性強(qiáng)的概念創(chuàng)成設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)。 研究

4、了人造物由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展歷史，重點(diǎn)剖析了原始人造物的產(chǎn)生過程，在現(xiàn)有“機(jī)器是人類功能的延伸和替代”的一般哲學(xué)觀基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出“人造物是人體的延伸”的設(shè)計(jì)技術(shù)思路，結(jié)合分解重構(gòu)原理，發(fā)展為“人造物從人原型上分解重構(gòu)”的生長(zhǎng)型的設(shè)計(jì)方法，為產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新的技術(shù)途徑。 為了充分利用人類智能，提出了“非腦智能”的概念，進(jìn)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(shè)計(jì)過程中把人作為產(chǎn)品的需求、結(jié)構(gòu)、功能、信息原

5、型；通過研究人的生長(zhǎng)進(jìn)化過程等動(dòng)態(tài)特征，把新產(chǎn)品或工具的產(chǎn)生看作是以人為起點(diǎn)的延伸，把產(chǎn)品開發(fā)過程看作一種以人原型為起點(diǎn)的生長(zhǎng)過程，從而建立了可操作的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程模型。 在技術(shù)研究方面，基于以人為原型的設(shè)計(jì)自動(dòng)化理論，建立了關(guān)鍵的技術(shù)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(zhǎng)型設(shè)計(jì)自動(dòng)化過程模型。 基于人類對(duì)于自身的認(rèn)識(shí)，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(yīng)的產(chǎn)品生物流，并用人原型生物流表達(dá)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展的三個(gè)階段，建立了每個(gè)階段產(chǎn)品的概念原型。針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問題，提出了機(jī)電產(chǎn)品物質(zhì)、能量、信息三流統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)概念，進(jìn)一步充實(shí)了以人為原型的設(shè)計(jì)自動(dòng)化理論的思想體系。在技術(shù)模型研究方面，進(jìn)一步構(gòu)建了以人為原型的實(shí)體模型，即反映人體靜態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)的可視化模型，并對(duì)這個(gè)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(jìn)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(shù)進(jìn)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(dá)和應(yīng)用技術(shù)。把設(shè)計(jì)需求追溯到其本源——人身上，進(jìn)行了以人為原型的需求分類，建立了基于分解重構(gòu)的需求表達(dá)模型。使用基于分解重構(gòu)的人原型進(jìn)行需求分析，把人的需求可視化表達(dá)為可操作的設(shè)計(jì)信息，直接連接設(shè)計(jì)過程。 在設(shè)計(jì)過程研究方面，構(gòu)建了以人為原型的生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)自動(dòng)化過程模型。提出了人造物從人原型上逐漸分解重構(gòu)的可操作設(shè)計(jì)模型。在具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面，綜合應(yīng)用了基于功能

8、表面的產(chǎn)品信息建模技術(shù)。提出了功能表面限位編碼規(guī)則，針對(duì)概念設(shè)計(jì)過程的實(shí)現(xiàn)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)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(chǔ)上，綜合運(yùn)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(chǔ)，從而建立了以人為原型的生長(zhǎng)型概念設(shè)計(jì)自動(dòng)化流程。 在系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用方面，介紹了以人為原型的生長(zhǎng)型產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)LORD-DARFAD軟件的設(shè)計(jì)流程、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)實(shí)施及系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。