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1、中 国 科 学 技 术 大 学本 科 生 毕 业 论 文 题目：概念设计与基本方案库的建立系别：精密机械与精密仪器系专业：机械设计制造及其自动化学制： 五 年 姓名： 陈 永 和 学号： PB99009038 导师： 孔 凡 让 教 授 二零零三年六月中文内容摘要本文对设计过程中的概念设计，基本方案库的建立进行了一定的阐述。对概念设计的特点、主要过程进行了简要描述，介绍了概念设计中的分解问题。利用人工智能的方法解决概念设计的知识表达。并在此基础上建立了效应、材料、运动转换方法、能源、固定方法等五个基本方案库。以材料库、固定方法库为例介绍基本方案库的结构，并以材料库为例详细介绍了数据库应用系统的
2、建立过程。实现了对基本方案库的增加记录、删除记录、查询记录、更新记录等基本功能。可以进行单项查询或多项综合查询，还可以进行部分匹配模糊查询。实现了对图文并茂、不定长文件的输入与输出功能。总的来说，初步建立了基本方案库，为概念设计提供了智能化的设计工具。关键词：概念设计 基本方案库 知识库 数据库AbstractThis paper discusses the conceptual design during design process and also the establishment of the basic scheme warehouse.The paper gives a brie
3、f description of the characteristic and the main process of conceptual design. It also introduces the decomposition question of conceptual design. It solves the conceptual designs knowledge expression, using artificial intelligence method. And in this foundation, it establishes five basic scheme war
4、ehouses, which include effect, material, energy, fixed method, and movement transformation method. Take the material, the fixed method warehouses as the example, it introduces the structure of the basic scheme warehouse. And then introduces the database application systems establishment process in d
5、etail, take the material warehouse as example. It realizes the basic functions of the database system, such as add record, delete record, search record, update record and so on. Through the database application system, you can carry on single item inquiry or many syntheses inquiry, you can carry on
6、the partial matches fuzzy inquiry as well. It realize files input-output function of abundant , indefinite length document.Generally speaking, this paper has initially established the basic scheme warehouse , and provides a intellectualized design tool for the conceptual design. Keywords: Conceptual
7、 design, Basic scheme warehouse, Knowledge library, Database第 1 章 概 述1.1 设计与设计方法学1.1.1 设计的基本概念任何产品从无到有，都始于设计。设计是人类征服自然改造世界的基本活动之一。人们根据生产和生活的多种需要，通过设计对目标系统进行构思、分析，把设思变为现实。设计是创造性的劳动，设计的本质是创新。设计中必须突出创新的原则，通过直觉、推理、组合等途径，探求创新的原理方案和结构，做到有所发明，有所创新，有所前进。仿制一台机器，虽然结构复杂，零件成百上千，但没有任何创新，不能算是设计；而突破过去割草模式的一台小小的割草机
8、，用高速回转的两根尼龙丝有效地抽割青草，零件不过数个，结构也很简单，其开发过程确可称为设计。设计是建立技术系统的重要环节，对产品的技术和经济效果起决定性的作用。1965 年总理在听取“机械产品设计革命化会议”汇报时曾指出：设计是“生产技术中的第一道工序” ，强调了设计的重要性。中国机械工程学会理事长沈鸿说：“设计质量高低是决定产品一系列技术经济效果的问题，在这道工序上下功夫愈多和愈客观，则效果愈高，我们许多机械的质量问题，大都由于设计不周所引起，给国家造成很大的损失。 ”现代产品设计必须满足功能要求和形式要求。功能是产品的用途或技术系统能完成的任务，设计最重要的目的是保证系统的功能，建立性能好
9、、成本低、价值高、优化的系统。形式是产品的结构、外形、品牌及包装，设计的任务之一是使产品具有合理地结构、舒适宜人的外形和包装，达到“物美” 。在现代社会，品牌是一个重要的概念，一个好的品牌所带来的效益往往大大超过其本身的价值。如前所述，设计的本质是创新，在现代设计过程中，除了要考虑从功能、形式两方面创新外，还可以也应该服务方面的创新。服务是现代社会生产生活的一项基本内容，包括技术服务、送货服务、售后服务等等。为产品使用者提供便利的服务能增强生产者的竞争能力，而这点对生产者来说是至关重要的。综合而言，设计是创造性地建立满足功能要求的最佳系统的过程，是把各种先进技术成果转化为生产力的活动，是人类改
10、造世界、创造美好世界的重要手段。1.1.2 设计方法学初步方法是人类思维的宝贵财富，是探索科学真理的钥匙。认识事物、解决问题都需要正确的方法。培根(F.Bacon) 说过：“没有一个正确的方法，就如在黑暗中摸索行走。 ”巴甫洛夫也曾指出；“好的方法将为人们开展更广阔的图景，使人们认识更深层次的规律，从而更有效地改造世界。 ”在产品设计的过程中，科学的设计方法起着重要的作用。一种好而合适的设计方法所带来的效益将不可估量。近 30 年来，在工业发达国家中设计方法的研究迅速发展起来。德国的学者和工程技术人员比较着重研究设计的进程、步骤和规律，进行系统化的逻辑分析，并将成熟的设计模式，解法等编成规范和
11、资料供设计人员参考。英美学派偏重分析创造性开发和计算机在设计中的应用。日本则充分利用国内电子技术和计算机的优势，在创造工程学、自动设计、价值工程方面做了不少工作。前苏联和东欧等国家也在宏观设计的基础上提出了“新设计方法” 。各国研究的设计方法在内容上虽各有侧氦但共同的特点都是总结设计规律，启发创造性，采用现代化的先进技术和理论方法，使设计过程自动化、合理化，其目的是设计出更多质高价廉的工程技术产品，以满足人民的需求和适应日趋尖锐的市场竞争形势的需要。在设计方法的研究过程中发展了“设计方法学”(Design Methodology)。 “设计方法学”是研究产品设计的程序、规律及设计中思维和工作方
12、法的一门新型综合性学科。设计方法学的研究内容包括：（1）研究设计过程，各阶段的任务与特点，寻求符合设计规律的设计程序。（2）研究设计中解决问题的合理逻辑步骤和应遵循的工作原则。（3）分析设计中的思维规律，研究设计人员科学的创造性的思维方法和技术。 （4）研究各种类型设计(如开发型设计、变型设计、反求设计等)的特点以及系统工程、创造工程、价值工程、优化工程、可靠性工程、相似工程、人机工程、工业美学等现代设计理论与方法在设计中的应用。（5）研究设计信息库(设计目录)的建立和应用(如各种知识、科学技术原理、技术成果专利等信息的表达与储存知识库。各种操作、程序、技法、方法的合理表达与储存方法库等)。（
13、6）研究设计步骤、理论、方法如何结合计算机等先进工具的运用，进一步促进设计自动化的实现。由以上分析可知，设计方法学是在深入研究设计过程本质的基础上，以系统论的观点研究设计进程(战略问题)和具体设计方法(战术问题)的科学。设计方法学研究现代设计理论与方法在设计领域中的应用，本身也构成现代科技发展的一个组成都分。设计方法学的研究在总结规律性，启发创造性的基础上促进设计中的科学理论、合理方法、先进手段的综合运用。设计方法学的研究在提高设计人员素质、改善设计质量、减少设计失误、加快设计进度等方面也发挥着重大作用。1.1.3 现代设计方法学的特点为了更好地满足国民经济和市场竞争的需要，必须使设计工作推向
14、新水平。随着系统工程、创造工程、价值工程、优化工程、可靠性工程、相似工程、人机工程、工业美学等现代设计理论的发展及计算机技术的普遍应用，设计工作也进入新的阶段。现代设计方法具有以下特点：1程式性 现代设计方法研究设计的全过程，要求设计者从产品规划、方案设计、技术设计、施工设计到试制进行全面考虑，按步骤有计划地进行设计。强调设计、生产与销售一体化。设计不是单纯的科学技术问题，要把市场需求、社会效益、经济成本、加工工艺、生产管理、环境因素等问题统一考虑，最终反映到质高价廉的产品上。2创造性 现代设计突出人的创造性，发挥集体智慧，运用各种创造技法，通过直觉想象和推理思维，力求探寻更多突破性方案，开发
15、创新产品。3系统性 现代设计强调用系统工程方法处理技术系统问题，设计时分析各部分的有机联系，力求系统整体优化，同时考虑技术系统与外界的联系，即人机环境三者之间的相互协调关系。在设计过程中对于功能，评价目标等较复杂的具体问题，都可视作系统按先分解后组合的方法使问题化繁为简，解法由少变多，进而从中选取较合理的解。4优化性 设计的目的是得到功能全、性能好、成本低、价值优的产品，现代设计通过优化理论与方法运用计算机工具进行方案优选、参数优化、结构优化等，争取产品技术系统的整体最优。5综合性 现代设计突破传统、经验、类比的设计，采用逻辑、理论、系统的设计方法，在静态分析的基础上考虑载荷谱等随机参量进行更
16、合理全面的动态分桥。在强度设计时不是一味加大安全系数，而是从概率论和统计学出发考虑载荷和应力的离散性进行可靠性设计。现代设计在系统工程、创造工程基础上运用信息论、相似论、模糊论、可靠性、有限元、人机工程学等自然科学理论及价值工程、决策论、预测论等社会科学理论，同时采用集合、矩阵、图论等数学工具和电子计算机技术更科学地解决设计问题。6计算机辅助设计(CAD) 计算机全面的引入设计，通过设计者和计算机的密切配合，采用先进设计方法，提高设计质量和速度。随着人工智能技术的发展，专家系统的开发和知识库的建立将使设计的复杂繁重程度大为减轻。设计者只要将设计的约束条件输入计算机，利用专家系统及知识库便迅速可得到初步解。计算机辅助设计已不仅仅用于计算和绘图，在信息储存、预测、评价决策、动态模拟等方面，发挥着更大作用。1.2 创新设计方法简介现代设计方法的一个本质特征在于它的创新性。创新设计方法是产品设计方法的重要组成部分，它贯穿于产品设计
