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計算機輔助概念設計研究現狀和發展趨勢 -------------------------------------------------------------------------------- [作者:孫守遷/包恩偉][發布時間:20010702][來源:《中國機械工程》1999年第6期] 摘要:作者從產品概念設計與計算機輔助概念設計、計算機輔助概念設計的研究現狀、計算機輔助概念設計的發展趨勢等三個方面進行了論述。近年來，隨著計算機圖形學、多媒體技術、虛擬現實技術的發展以及CAD／CAM應用的深入，現代產品概念設計理論與技術的研究有了長足的進步，計算機輔助概念設計（computer aided conceptual design，CACD）已成為CAD／CAM和CIMS領域的一個研究熱點。作者從工程設計、工業設計、人工智能和新技術應用四個角度探討了目前國內外該領域的研究發展現狀。結合現代產品設計模式的發展方向，探討了計算機輔助設計有待解決的六個關鍵技術問題，即：基礎理論研究、設計創新技術研究、建模技術研究、人機交互技術研究、并行和協同設計技術研究、智能技術研究。設計創新技術和建模技術是上述技術的關鍵和難點，是今后CACD研究的重點，而人機交互、并行協同、智能設計則是CACD中必需的和有效的支持技術。從整個產品設計與制造的發展趨勢看，概念設計作為產品開發過程中的重要組成部分，必然與其發展趨勢相一致，最終必將建立統一的產品設計支撐模型。在這一模型的支持下，產品設計過程是一種并行的、協同的、面向全生命周期的設計模式。 近年來，隨著計算機圖形學、多媒體技術、虛擬現實技術的發展以及CAD／CAM應用的深入，現代產品概念設計理論與技術的研究有了長足的進步。計算機輔助概念設計（computer aided conceptual design，CACD）已成為CAD／CAM和CIMS領域的一個研究熱點。 傳統的CAD系統由于存在許多約束限制，不允許快速輸入和再現不完備的概念造型，從而導致其基本上是一個在設計方案基本定型之后的概念化（草圖化）繪圖工具，而非輔助設計工具。 針對上述情況，CACD的研究以及CACD系統的開發就應運而生了。CACD系統的根本目的就在于能有效支持產品的創新設計。在設計早期應用CACD系統至少有以下好處：能滿足概念設計師的各類特殊需求，能有效提高概念設計的質量，能更為簡捷地生成設計對象，能提供一個進行信息交流和對象評價的更好的平臺，可以避免因設計失敗而造成的浪費。 計算機輔助概念設計的研究現狀：1。工程設計領域的計算機輔助概念設計：在工程設計領域，設計后期的詳細設計階段和裝配設計階段的CAD技術已相當成熟。而對于概念設計，一般認為它包括產品早期設計階段的草圖設計、構思設計、初步的參數設計和結構設計等內容，因而CACD研究往往是以詳細設計過程中的CAD技術為基礎，將其中的建模技術、真實感顯示技術等針對概念設計進行改進，從而建立一套面向CACD的理論和技術。2。工業設計領域計算機輔助概念設計研究：從工業設計角度看，概念設計主要是指考慮功能、結構、人機工程以及材料、工藝、制造等因素的產品外觀造型設計。這一領域對CACD的研究主要體現在概念設計的設計方法、設計思維過程、設計規范以及產品的外觀造型設計等方面。3。人工智能領域的計算機輔助設計研究：當前，智能CAD、智能設計已有相當程度的發展。集成化智能設計系統（I2CAD），可對設計全過程提供一體化的計算機支持。在概念設計階段，由于其涉及創造性設計思維以及頻繁的人機交互，尤其需要人工智能技術的輔助。目前CACD中的人工智能技術的應用主要表現如下：①通過專家系統、智能控制與系統集成等技術，研究智能化和集成化的產品概念設計過程；②借助人工智能技術模擬概念設計過程中的創新思維，進行產品的創新設計。4。新技術應用領域的計算機輔助設計研究：將虛擬現實、人工神經網絡、遺傳算法等新興技術以及并行設計、協同設計等設計方法引入概念設計領域，并結合傳統的優化設計技術、模糊技術、智能技術進行CACD的研究也逐漸受到關注。5。商品化軟件中的概念設計系統模塊：目前，世界上大型的CAD／CAM／CAE軟件系統，如Pro／Engineer、EDS Unigraphics、EUCLID、Autodesk、Solidworks、Alias、Softimage等，都提供了有關產品早期設計的系統模塊，稱之為工業設計模塊、概念設計模塊或草圖設計模塊。（1）Pro／Engineer：它包含一個工業設計模塊一-Pro／Design，用于支持自上而下的投影設計，以及在復雜產品的設計中所包含的許多復雜任務的自動設計。此模塊工具包括概念設計的二維非參數化的裝配布局編輯器，用于概念分析的二維參數模型的布局，以及用于組件的三維布局編輯器。（2）EDS Unigraphics：它從V13版本后推出了概念設計（What-if Alternative Value Engineering，WAVE）技術。WAVE為協同概念設計提供了強大的技術支持。它使不同部門的工程師在概念設計階段，從系統工程的角度同時對多種可選的設計方案進行評估。通過將設計意圖組織到一個相關控制結構中去，可使概念設計師有效地控制各種設計的變更。此外，WAVE也支持“概念設計到詳細設計工程”，即先作出設計決策，然后設計細節。 計算機輔助概念設計的發展趨勢：1?，F代產品設計模式的發展方向：當前，工業產品由傳統的機械產品向機電一體化產品、電子產品方向 [發表評論] 。