设计单元是完成产品设计的最小设计环节,利用串行或并行的设计单元可以组成复杂产品的设计过程。依据设计单元的复杂程度,讨论三种设计单元,即组件单元、选择决策单元以及妥协决策单元的表达方法。
1.组件单元的表达
在设计过程中,有些设计单元不需要设计人员参与决策,其运行过程依赖设计工具自动执行,将这类设计单元称为组件单元。
组件单元重点描述输入参数,其求解过程由知识组件完成。知识组件是具有特定功能,通过模块化方式封装以往设计中积累的不同类型设计资源(数据、规则、模板、标准、经验等),在驱动程序的控制下自动接收参数、执行动作并返回相应结果的设计重用模型,详见本书第3章。
表4.1所示为组件单元知识表达模板结构,其中包括基本信息、输入参数、组件信息、输出参数和设计规则。通过设计规则可以将设计知识与设计单元结合,记录设计决策过程中的信息。
表4.1 组件单元知识表达模板结构
2.选择决策单元的表达
设计决策包括选择决策和妥协决策两类。在产品设计过程中,从多个选项或方案中做出选择的情况为选择决策。例如枪管设计,线膛界面形状有矩形、梯形、圆形、多弧形、多边形以及弓形6种选择。选择决策完成设计活动的最小设计单元即选择决策单元。
表4.2所示的选择决策单元表达模板包括基本信息、备选方案、决策指标、决策方法、决策规则以及最终的方案排序。其中,基本信息记录了该选择决策单元产生的背景信息;备选方案则对该选择决策所涉及的方案选项进行记录,包括各个备选方案相关参数的差异等信息;决策指标是对该决策问题进行评价的依据;决策方法是该设计活动所采用的方案评价和选择方法;决策规则是各个备选方案在各项评价指标下的评分,是进行选择决策的最终依据;方案排序信息是选择决策设计单元的设计结果信息。
表4.2 选择决策单元表达模板
3.妥协决策单元的表达
产品设计中的多目标设计问题,需要平衡和妥协多个目标之间的冲突。妥协决策单元是以妥协决策展开设计活动的最小设计单元。采用妥协决策模型整合各个模块信息形成设计单元模板,使设计人员能够清晰地获取设计单元的设计情景、采用的工具以及最终得到的设计结果,为设计结果的重用奠定基础。
图4.4所示为妥协决策单元表达模板,其中包括9个模块。(www.xing528.com)
图4.4 妥协决策单元表达模板
(1)设计变量:决定产品的性能状态,是分析求解模块的输入。设计变量的集合构成设计方案。
(2)系统参数:与系统性能有关的固定参数,同样作为分析求解模块的输入。
(3)驱动:用于为设计单元求解问题提供求解方法、程序以及软件工具等。
(4)分析求解:问题求解的核心方法,依靠驱动和对应的输入/输出信息获得响应。
(5)响应:求解后的设计变量和目标函数,是设计单元求解的目的。
(6)目标函数:依据系统目标和对应的权重确定的求解函数,是求解过程的输出。
(7)系统约束:定义系统变量的边界信息,是分析求解模块的输入信息,分为硬约束和软约束。
(8)系统目标:设计单元的设计目标信息,通常有多个。
(9)目标权重:不同设计目标之间的优先级顺序和重要程度信息。
表4.3所示为妥协决策单元的表达模板。该模板记录了底层设计环节的信息,并以结构化的方式表达了各类信息间的关联关系。设计单元模板中的设计规则定义了与设计单元各要素相关的设计知识,为设计单元的决策提供依据。
表4.3 妥协决策单元的表达模板
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