泵在CAD中的原理方案设计模型

    2　模型设计方法

    方案设计是设计过程中，在阐明任务要求后，通过抽象化认识本质问题，建立功能结构，通过寻求合适的作用原理并将其组合成作用结构，从面确定原理解(原理方案)^［2］。

    方案设计是在原理上确定一个解。其工作步聚如图1所示。

图1　方案设计的工作步聚

　　在建立泵原理方案设计模型中主要涉及两方面的知识［3］：(1)设计方法学知识，即解决产品设计进程的一般性理论、研究进程模式、战略与各步骤相应的战术。其中包括面向全过程的设计方法和对于方案设计过程中特定的设计方法。(2)设计对象领域的专业知识，即关于泵这种具体的流体通用机械中所涉及的专业领域的知识。

　　2.1　设计方法

　　面向全过程的设计方法及模型基本可以分成三种［4］：(1)面向对象设计模型，它代表着设计方法学的组装创新设计阶段；(2)GDT(General Design Theory)模型，它能体现创新设计方法学的创新思维过程(分解、映射、综合)，代表着开环创新设计阶段；(3)逐步求精模型，它充分体现了人的创新思维模式：继承中创新、反复迭代，代表着工程设计方法学的闭环控制创新设计阶段。这种方法认为设计过程是一个逐步求精过程。它的最大优点是存在解的评价层，允许对解进行反馈控制，进行产品优化。因此它是一个闭环设计方法，比较符合工程设计人员的思维模式。

　　方案设计中关键性的一步就是如何进行产品设计要求的功能分解。因为产品的设计要求是最精炼的产品功能描述，而形成产品的却是许许多多完成一定功能的零部件的组合，如何将抽象的产品设计要求转换为具体的、现实的功能要求充分体现了人的创造活动。对这方面的研究，焦点主要集中在功能分解的依据上，有两种方法比较典型：一种以Robert Hsturges为代表，以价值工程理论(VE)为背景，采用功能分解，称为功能逻辑分解方法；另一种以Yasushi Umeda为代表，以人的认知模型为背景，采用行为分解，称为Fuction Behavior State(FBS)方法［5］。虽然两者都处于发展之中，但是文献［4］认为后者的分解依据更贴近工程设计的思维模式。

　　2.2　泵设计领域的专业知识(泵设计的特点)

　　泵设计是一项复杂的过程，在设计中各种因素互相影响，使满足给定要求的水泵有不同的设计方案或结果，因此必须找到其中最优的一个。这是一个不断探索，多次循环，逐步深化的判断求解过程［6］。从流体机械的角度看，流体机械的反问题是当今流体力学领域的难题之一。因此现有的设计基本采用流体力学的正问题设计，即先由工程设计得到流道结构，确定流动的初始条件和边界条件，再对流场进行校核。根据校核结果对流道结构进行调整后再次校核，如此循环直到得到较优的结果。这表明所建立的模型应是一个循环迭代逐步求精的闭环系统。

　　随着成组技术的广泛应用，泵设计制造正趋向于模块化，以提高零件(组件)通用性和重用性，从而降低设计制造成本，保证产品质量。而面向对象的建模思想正好符合模块化的需要。这表明所建立的模型应是一个面向对象的系统。