1、產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵在于創(chuàng)新性產(chǎn)品設(shè)計，而產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵又在于方案設(shè)計，因此研究計算機輔助方案設(shè)計理論與方法已成為現(xiàn)今設(shè)計技術(shù)發(fā)展的必然。然而，作為產(chǎn)品設(shè)計的重要環(huán)節(jié)一方案設(shè)計(包括原理運動方案設(shè)計與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計)所遇到的困難以及方案設(shè)計的結(jié)果難以與下游細節(jié)設(shè)計融合阻礙了計算機集成技術(shù)的實現(xiàn)。 本論文是在國家自然科學(xué)基金(No.50075012，50275016)和遼寧省教育廳科研項目(No.20060719)的資助下，結(jié)合工程設(shè)計

2、實際，以機械系統(tǒng)為研究對象，圍繞產(chǎn)品的運動方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計集成展開了一系列深入細致的研究，提出了一些新的思想、理論、模型和方法。本文重點進行了以下幾方面的研究： (1)提出表達產(chǎn)品整個生命期內(nèi)設(shè)計需求的統(tǒng)一模型，從運動變換的角度定義了機械運動基本變換單元，建立了狀態(tài)方程來描述基本變換單元輸入、輸出特征矢量及狀態(tài)變換矩陣之間的相互關(guān)系，歸納總結(jié)了機械運動基本變換單元的知識庫，建立基于狀態(tài)空間理論的運動方案的求解技術(shù)。針對原理

3、運動方案設(shè)計階段解的語義表達難以向結(jié)構(gòu)方案設(shè)計傳遞完整設(shè)計知識和進一步完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計計算機求解的困難，又提出了基本變換單元的符號表達方法，制定了基本變換單元間符號運算規(guī)則，簡化了設(shè)計方案解的表達，同時避免了符號方案解的疏漏，為下一階段設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，獲得了符合工程實際的原理運動符號方案可行解集。 (2)分析了計算機輔助結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段對產(chǎn)品信息模型的要求，提出并建立了集功能與結(jié)構(gòu)于一身的抽象表達--強連接集合元，并將它們作為結(jié)

4、構(gòu)方案設(shè)計階段產(chǎn)品建模的基本單元，借此實現(xiàn)自頂向下、逐步求精的產(chǎn)品設(shè)計理念與求解模式。 (3)在詳細分析原理運動方案解的組成結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，首次提出用運動副的結(jié)構(gòu)方案來描述機械系統(tǒng)的骨架結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計方法，將運動副用與其形神相似的軸系來表達，建立了軸系的結(jié)構(gòu)方程，實現(xiàn)了運動副結(jié)構(gòu)的通用數(shù)學(xué)表達。 (4)探討了運動副軸系結(jié)構(gòu)布置設(shè)計的有關(guān)理論和方法。針對運動副軸系的結(jié)構(gòu)特點，定義了表達運動副軸系抽象功能結(jié)構(gòu)的強連接集合元的符號

5、，建立了運動副軸系的強連接集合元符號布置運算方法；為了使運動副軸系的結(jié)構(gòu)方案顯式化，提出了強連接集合元的裝配單元--強連接零件集概念，定義了強連接零件集自身和其組成元件的符號，以及組成元件間裝配關(guān)系的表達方法，并制定了運動副軸系的裝配結(jié)構(gòu)布置方案的運算規(guī)則，實現(xiàn)了各種運動副軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。 (5)建立了基本變換單元及機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計知識庫以及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的狀態(tài)方程，獲得機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的數(shù)學(xué)表達，制定了相應(yīng)結(jié)構(gòu)方案的

6、運算規(guī)則，通過該方程傳遞函數(shù)變化完成了機械系統(tǒng)抽象符號和裝配符號結(jié)構(gòu)方案設(shè)計；提出了結(jié)構(gòu)方案表達的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)--二維雙向鏈表，完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計過程中布置信息的傳遞，實現(xiàn)了定、變速機械系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)多方案設(shè)計。 (6)將面向?qū)ο蠹夹g(shù)用于產(chǎn)品強連接集合元和強連接零件集的表示，實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計各個階段信息互通和不斷充實完善的目標(biāo)，實現(xiàn)了向下游細節(jié)設(shè)計提供豐富充足的設(shè)計信息的目標(biāo)，為解決CAx數(shù)據(jù)孤島探索了一條新路。該方法對于解決方案設(shè)計與細