中文翻译-机械装置的合成策略

机械装置的合成策略 美国 ， 宾夕法尼亚州，匹兹堡，卡内基 - 梅隆大学，机械工程系，斯蒂芬 P 胡佛，詹姆斯 R 瑞德勒 摘要 ： 良好的机械设计通常 是 那些 高度集成紧耦合的组件 ,是 相互作用的组件相结合的设计。 这种说法在其他工程领域 却不适用 ，如软件设计和电路设计， 即 主张在其中每个组件满足用最少的交互功能 满足 单一 功能 的设计方法。由于几何形状 、 重量 和机械部件的成本 的限制 ，一个单一的组件 满足 一个单一的功能要求，通常是不 划算 的。每个组件可能 需要 实现 多个功能 ，同时 每个功能的实现 可能 分配给多个 组件 。 事实上，大部分机械部件不仅 可以 执行 我们 所需 要 的功能， 而且可以执行 许多 我们不 要求 的 额外的 功能 。 而 在良好的机械设计 中 ，这些 原本 多余的 功能也 会被充分利用起来 。 关键词 ：机械装置 ； 策略 ； 多任务组件 ； 合成 我 们 所 描述 的设计策略，就是 利用转化设计规范， 并保留既有 功能， 去 获得功能结构紧密对应到可用的组件集合。 简单的变速箱设计 就充分的 阐述了这一 策略。 我们认为， 拥有 良好设计特点的设计策略，将 很大程度地 促进 设计实践，促进 计算机辅助设计 的 发展 。 1 引言 在 概念设计过程中，设计师 把设备的抽象功能要求转换成满足设备使用需要的物理描述 。 从 这个意义上说 ，设计是从功能域到物理域的转变 。 然而， 如何 选择适当的转换 方法完成转换的基础 我们 还不是很清楚。设计转换电路中的隐式基础 、 软件 和一些建筑 方面 的应用 ， 不适合机械设备的模块化 。 基于功能共享 具有可以 提高 良好 设计 的 利用率 的特点 ，我们可以 设计调试策略与 基础的 直接转换。我们讨论可取的特点， 将转变和结构化的方法 转化成物理功能规格 的方法 ，从而创造 出 设计方案 。 2 机械设计问题的性质 机 械设计是多方面问题的解决方案。在这方面，机械设计 并没有与 大多数其他工程设计 学科 不同。然而，在 一小部分 设计领域，如软件设计和电路设计 中 ，设计可以 被 定性 为相互作用 较弱 的功能模块 ，其中每个 模块 只 实现 要求功能 的一部分 。在这些领域，往往可以 通过 先分解 设计 要求，直到原有的设计组件 可以实现 以 最低水平 的设计 要求 来 实现良好的设计。直接改造和重组可以 更好地 用来完成设计。另一方面，良好的机械设计，往往是高度集成的紧密 组合与 相互作用的组件 的 集合。机械部件的成本 、 尺寸 和 重量，使分解的直接应用和转化 策略 不切实际。在设计良好的机械设备 中 ， 通常是没有一 个特定的功能 来 要求产品和 特定组件之间的简单通信 ， 反过来 亦 是如此（例如 ： 一个特定的组件 实现 产品 的多个功能）。 由于 机械设计中 功能 要求 和物理描述之间 缺乏 密切 的 对应关系 ，所以 对设计过程和设计 功效造成 了严重 的分歧。 3 机械设计策略 直接转化的物理组件的功能要求可能会 严重影响机械设计的质量 。 造成这种结果有两个原因： 第一 是我们 通过 一些 组件的集合 来 满足 个别功能 ， 而 放弃融入更加紧凑或经济的物理组件 的 集合功能 的机会 。第二是物理组件不仅 要 执行所需的功能， 而且 也 要满足 许多额外的 、 偶然的 功能要求 。相应的设备配置和组件的选择 在 一定程度上取决于 这些 利用或补偿 的 附带行为。 我们 所 提出的设计方法， 不仅可以整合 单一组件的功能 ，还可以 充分利用 组件的 附带 性 能 。 下面是一个简单的例子，说明了改造一套替代物理配置的功能要求 的方法 。每个配置 都 符合功能规格 ， 表现 出 不同程度的物理集成并 利用附带性能 。 鉴于减速 设备的设计 ， 设备的规格为：输入输出速度的比例是 40:1。输入和输出轴偏移 必须 都处于 正确的角度 。 现有项目的目录只 是 利用 直齿锥齿轮套，没有一个单一的组件可以提供40:1 的 减速比 。在这种情况下，指定的函数必须分解成 每组 有 等效 性 能 且为 5：1 的 减速比 。 例如 ： 分成 8： 1 的 减速 比 ，那么 最后输入输出直角关系将有一个轴偏移 。分解后，可以 挑选 出 分别 满足四个要求 性能的 物理组件，然而，直接转换将再次导致 庞杂 、 高成本的设计。另外，功能 组件 可分为 从 紧密对应到可用的物理组件。在这个例子中 5:1 的 减速 比 可以 满足直角要求 ， 而 8： 1 的 减速比将产生 轴偏移。 现在可以把 每个 组件 组合 改造成一个 大的 物理组件。具体来说，锥齿轮集可以同时满足 减速 和 保持 直角的要求，齿轮集可 集成 以满足 减速和 补偿 的 要求。在 这个例子中， 虽然没有一个单一的组件实现多种功能，但在另外一个组成部分 中 ，特别合适 的 组合 选择 可以 通过把个体功能整合到 紧密对应的物理设备 中来鉴别 。 在这种情况下，一个良好的设计 是 通过分解和重新安排 性能 而无需修改整体 设计来实现要求的 功能 的设计 。任何不会改变设备规格所 标示 的功能转换，可以称之为 功能保护组合 。这些 转变 的方法都是 关键， 用 以确定 性能好 的设备可以充分 地被 利用 。 实现 个别功能要求 的 物理组件的直接转化的集合 设计 ，在一般情况下，不会 成为 高品质的设计。 单一 行为的组件 是 不存在 的 。例如，齿轮 不仅改变输入输出速度，而且还 改变 输入和输出轴之间的几何关系。物理组件表现出许多 性能 。设计者必须了解和利用性能好的 组件 的 多 性能 特点。 同时 也 必须 要 考虑设备的功能和形式。 性能 是衡量我们确定设计 是 否 可以接受的 行为特征。性能决定设计的质量， 与此同时 ，设计的质量还取决于其他形式的后果的行为。 例如 ， 速度快 ，可能不是一个 要求的 功能，这是取决于形式，这可能有 利于 设计质量的 提高 。 最好的设计是 伺机 组成部件的形式与功能的关系。 伺机 ，我们的意思是，如果可能的话，设计者应采取一个组成部分，而不是补偿附带行为 的 优 势。 以 这些机械 设计 特点 为 基础，我们已经制定并开始测试设计策略 是否 适合设计标准组件组成的装置。拟议的设计策略是用来 生产 这些标准组件，满足设备规格的配置。 我们的战略是基于演示 者 两种典型的特点，良好的机械设计 应 选 择 物理系统和配置组件。 功能集成：最好是创建一个设备的配置和选择功能集成最大化的组件。功能集成，导致 组件 数减少，往往 会使 设计 更 简洁 ，更 容易 ，成本更低 。 利用附带行为：一个组件 的 选择， 使 它拥有所需的行为特征 及其 形式。它也将有其他 附带 ，无论是在物理形态和行为特点 上 。重要的是，这些 额外 的 功能 行为，可以使 其 具有更多 优 点 。 这两个特点，用于 阐述 本文介绍的合成策 略，但是 良好的设计 的 特点（例如，简单）显然将限制他们可以应用的程度。功能整合，例如， 通常情况下是 单芯片的 设计，这可能 导致 昂贵和复杂的制造。我们不希望这是一个 有 问题的设计，如前面讨论 的 简单 传输，是 由 标准件组成 的 。 一段时间后，拟议的 策略将 执行申请 将 保护功能转换 成为 设备所需 行为的抽象描述 与 一些真实的物理组件的集合 的 密切对应。该方法的主要 优点 可以概括如下： 配置不利用预定的设计分解 产生 。 配置利用工程的原则 查找 ，而不是盲目的搜索。 这些 优点 是可以通过比较和 查找 那些建议 文献 的方法 显现 的 。许多设计系统， 比如 都是 利用一套预定的 结构分解 设计 方法或者属于作为设计过程的分解设计确定方案 。正因为如此，所有这些系统产生的设计将分享在一个相对较 低的水平 。其中列举或提前明确分解到最适宜的结构可以称 为设计域，这种做法 最后 被 证明是有用的。不过，也有许多 的 设计，其中最有用的解决方案的结构分解 方法 不是预先确定的。本文提出的方法是为了帮助设计师找到一个 解决 这些类型问题 的 可行 性 解决方案。 参考文献 ： 1. J., of I 985 2. 104, 1982, 383. L,