模型设计论文范文

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篇1

飞机产品与一般机械产品不同，其装配过程不能单独依靠零件自身形状和尺寸加工的准确性来装配出合格的产品，必须采用装配工艺装备（简称装配工装）来保证产品的装配质量。飞机装配工装是飞机产品在完成从零组件到部件的装配及总装配过程中，用以控制其形状几何参数，且具有定位功能的专用工艺装备，一般包括骨架、定位和夹紧装置、辅助设备等组成结构。

飞机研制过程是一个反复迭代、逐步逼近的过程，现代飞机研制正在由过去的串行开发模式向数字化产品、工艺和工装协同设计的方向发展。在飞机制造企业，工艺设计部门根据下发的产品设计数模，进行装配工艺方案设计，并提出工装设计申请。工装设计部门依据数字化产品定义和装配工艺要求完成设计，可根据产品设计成熟度状态及时调整和修改装配工艺方案和工装设计方案，并及时反馈工装设计对工艺规划和产品设计的需求。因此，飞机装配工装设计问题可描述为产品设计、工艺规划与工装设计融合与迭代的过程，如图1所示。

信息视域表示

飞机装配工艺设计需对装配工艺装备的功用、结构和性能提出设计技术要求，需明确给出需要定位和夹紧的部位及相关特征。在数字化环境下，这些部位和特征即为工装设计的原始几何依据，工装设计通过提取这些部位和特征来完成。因此，定义产品设计、工艺规划和工装设计三个阶段的信息构成，包括几何信息和语义信息，为建立三者之间的映射关系奠定基础。

1设计信息域

飞机设计所发放的飞机设计模型是面向功能描述的，表达了按设计分离面划分的结构和零部件之间的组成关系，是进行后续工艺设计和产品生产的依据。

设计信息域是基于产品设计结构表示的各种关键设计数据的数字化定义和表示，是设计者设计意图的体现。设计信息域包括产品设计结构描述、设计基准和除设计基准外的设计特征（几何形状及相关属性描述），用表示；产品设计结构模型即产品结构树，用表示；设计基准是对部件设计中的部件轴线、设计基准面、结构轴线等信息的数字化定义和表示，用表示；设计特征是待装配零部件的数模构成特征的定义和表示，用DdSdDdF表示。D可表示为

2工艺信息域

工艺信息域是基于装配工艺结构表示，反映装配工艺意图的结构形状的工艺信息集合。飞机部件装配工艺设计包含众多研究内容，本文的工艺信息域仅包含与工装申请和工装设计相关的工艺信息描述。工艺信息域包括装配工艺结构表示、装配工艺基准及关键部位或特征，用表示；装配工艺结构即装配工艺树，是对装配单元划分和装配顺序的数字化表示，用PpS表示；装配工艺基准是对零部件的定位基准、装配基准、测量基准和混合基准及其定位方式的描述，用pD表示；关键部位或特征是对关键型面、结构交点等能够对装配准确度产生影响的互换协调部位或特征的定义和表示，用pF表示。数学表达式为

3工装信息域

工装信息域是面向装配任务的，由用于支持工装概念设计的一组结构形状及其相关工艺描述构成的工艺信息集合。工装信息域起两个作用：辅助工艺设计人员制定工装申请单和为工装概念设计提供设计参考。工装信息域包括工装设计基准、定位及夹紧信息和辅助装置信息，用T表示。工装设计基准包括安装基准和构件制造基准，尽量与产品设计基准保持一致，用表示定位及夹紧信息是对产品上需要工装定位的关键部位或特征的数字化定义和描述，包括该类结构的几何信息、位置信息和精度信息等，用tL表示，是工装定位件、夹紧件和骨架的设计参考；辅助装置信息是对产品上需要使用辅助装置支承或调整的部位或特征的数字化描述，用ttD。A表示。工装信息域的数学描述为

基于多色集合的映射模型

1多色集合理论

俄罗斯Pavlov教授于1995年提出多色集合的概念，并于2002年提出多色集合的体系结构。多色集合理论的核心思想是使用相同的数学模型来仿真不同的对象，例如设计过程、工艺规划和生产系统等，描绘元素间的层次结构和复杂关系。多色集合理论在问题的形式化研究方面前进了一步，主要应用于产品概念设计建模、公差信息模型构建、零件加工工艺建模、装配工艺建模和过程建模等研究领域。

传统集合是元素的全体，集合中的元素仅名字不同，元素的其他性质都没有表示出来。在多色集合中，集合整体本身和它的组成元素都能够同时被涂上一些不同的颜色，用来表示研究对象和它的元素性质。对应于多色集合整体性质的着色称为统一颜色，对应于元素性质的着色称为个人颜色。元素个人颜色的存在是多色集合统一颜色存在的首要原因，二者之间的关系可表示为其中，若个人颜色if影响到统一颜色jF的存在，则1ijc=，否则=0。ijc

2映射过程描述

设计域向工装域的映射包含两个过程：产品设计结构向装配工艺结构的转换和设计特征向工装信息的映射。本文着重论述后者。工装信息主要是明确产品在工装上需要控制的部位、特征或方向，通过提取这些信息的几何特征及其工艺属性描述完成工装设计。当产品信息更改时，相应的工艺属性和工装信息也要发生变化。映射过程分为两个阶段。在第一阶段，首先由待装配零件的典型设计结构推理出该结构所包含的工艺特征信息，根据特征几何属性推理出每个特征所对应的特征元及其约束信息；第二阶段，提炼工装申请语义信息，结合第一阶段的推理结果，得到工装信息，建立产品设计信息、装配工艺信息与工装信息三者之间的派生关系。两个阶段的映射模型如图2和图3所示。给映射模型的每层节点和边着色，采用多色集合层次结构模型来表示上述映射模型。关于多色集合层次模型的相关介绍请参阅文献。第一阶段的映射过程如下：(1)从待装配零件抽取典型设计结构，得到第一层的统一颜色值，具有该类型的部位或特征对应的颜色值为1，否则为0。(2)根据工艺基准和需要控制的关键部位或特征定义第二层颜色。作为工艺基准的部位和关键部位及特征对应的颜色值为1，否则为0。(3)将工艺特征所包含的特征元作为第三层颜色。在第二阶段，给出工装申请语义信息，建立特征元信息与工装信息之间的映射关系，得到工装信息。

3映射关系建立

通过分析与飞机设计、工艺规划和工装设计相关的领域知识，并与工艺设计专家进行深入交流，建立各层之间的颜色及映射关系。

(1)第一阶段

第一层：通过对文献给出的一般装配工艺基准选择依据进行分析，可以看出装配工艺基准通常为零件外形、孔、叉耳等。因此，按上述结构形状对零件结构进行归类，为工艺特征的确定奠定基础。建立典型设计结构与工艺特征以及工艺特征与特征元之间的映射关系矩阵如表1和表2所示。利用表1与表2所表示的映射关系，得到零件典型结构所对应的工艺特征和特征元信息。特征元的信息附带了相关约束信息：①线：平行于X轴的直线、平行于Y轴的直线、平行于Z轴的直线或其他直线；②平面：垂直于X轴的平面、垂直于Y轴的平面、垂直于Z轴的平面或其他平面；③自由曲面。

(2)第二阶段

工装申请语义由工艺专家给出，需指出待定位零件部位及需要约束的方向，根据此类语义信息，遍历第一阶段形成的设计-工艺-特征元之间的映射关系，从中抽取与工装设计相关的知识形成工装信息。

实例应用

某公司飞机舱门骨架装配模型如图5所示。

基于上述建模方法和流程，以CATIA系统为平台，采用CAA工具开发相关信息映射工具。应用该工具为公司构建了某机型舱门骨架从产品设计到工装信息的映射机制，完成了骨架设计信息向其工装信息的映射，建立了骨架设计信息、工艺信息及其工装信息之间的语义关系和几何关系。并运用该工具生成工装申请单，构建工装概念信息模型。应用过程如图5所示。骨架装配工装设计基准采用与骨架相同的设计基准。以骨架上口框为例说明设计信息域向工装信息域的映射过程。

(1)给出工装申请语义，骨架上口框需要控制其外形和Z方向。

(2)上口框的典型结构包括：外形面、孔。上口框外形与蒙皮贴合，是需要控制的关键部位。根据表1和表2的映射关系，控制外形的定位方式可以选择外形面（平面或曲面）、工艺孔或工艺接头定位。因要严格控制上口框外形准确度，故选择整个外形面作为控制对象，并设置压紧装置。

(3)搜索特征元信息，找到Z轴垂直的面作为Z方向的定位特征；若没有，则需通过其他形状特征定位该方向。

(4)提取相关零件设计特征及其属性信息（精度要求、功能要求等），建立与工装信息之间的关系。

(5)按照上述过程完成其他待装配零件与其工装元件之间的语义和几何关系的建立。

结论

篇2

2工程实例分析

某基坑工程位于青岛市经济技术开发区，地处长江路示范居住中心地段，共分三期开发，每期工程各由4栋32~33层高层住宅、地下2层机械停车库组成，其中二期工程包含5#、6#、7#、8#楼。现以监测点J8、J10、J16、J19、J22的累计位移变化量为时间序列进行建模分析。表2为J16点的部分观测数据。选取第1~8期作为牛顿插值数据，第9~10期作为检验数据。运行程序，依次输入第1~8期的累计时间间隔和累计位移变化量，点击“计算”控件调用MATLAB进行运算，将非等时距数据序列转换为等时距序列，并在用户界面上输出等时距变换结果，然后输入第9~10期的累计时间间隔，点击“预测”控件，调用灰色GM（1，1）模型构建程序模块，计算得出第1~10期的预测数据，并进行精度检验，最终将预测数据、预测模型精度等结果显示输出在用户界面上，如图2所示。将第1~10期实测数据与预测数据进行比较分析，结果如表3所示。为方便直观显示，绘制预测拟合曲线与实测曲线，见图2。其中，实线代表实测数据，虚线代表预测数据从图2中可以看出，J16点采用非等时距灰色GM（1，1）模型模拟的拟合曲线较为平滑，与实测曲线吻合较好。对模型进行精度检验，计算得J16点的后验差比值C=0.1126，小概率误差P=1。由表1可知，利用该工程J16监测点的第1~8期累计位移变化量为时间序列所构建的灰色GM（1，1）模型，其精度等级为一级。依次以监测点J8、J10、J19、J22的同时段累计位移变化量为时间序列建立灰色GM（1，1）模型，并进行精度检验，计算结果见表4。可以看出，4个模型的精度等级均为一级。综上可知，利用该程序对表4数据进行分析，可以获得良好的变形预测结果，精度较高，充分验证了基坑变形非等时距灰色预测模型的可靠性、有效性与实用性，且程序设计界面友好、操作简便、数据处理高效，能够为基坑工程的安全评判提供可靠的数据依据，以便进行适时控制。

篇3

1.摄影摄影是静态比例模型

包装封面设计早期采用的方法。又可以细分为两种，一种是实物摄影，即直接使用模型原型在现实中的摄影作品；另一种是模型成品摄影，即由专业人士将模型拼装和上色后，将成品拍摄成摄影作品以用于模型封面。第一种方式现在几乎不被使用。因为实物摄影由于各种原因并不能很准确的传达产品的信息，例如实物的很多细节小比例模型无法表现等等。成品摄影则是传达模型信息的最为直观的方式，通过传达给消费者模型制作完毕的最终效果的形象使得消费者对产品特性拥有一个具体的形象概念，功能上也为消费者制作模型提供了参考。使用成品摄影作为封面，可在品牌打入市场时可强调产品与现有品牌的质量对比，而已在市场中占有一席之地的品牌也会利用成品摄影作为对产品信息的补充。

2.封面绘画目前最为主流的模型

封面设计的表现形式。老牌的模型厂家都会不惜重金聘请著名的比例绘画的大师为其绘制模型包装的封面。摄影技术在问世近百年以来依旧无法取代绘画艺术，可见绘画艺术拥有独一无二的魅力，品质优良的静态比例模型若能配上一副精美的封绘，可使产品对消费者的吸引力锦上添花。从包装设计角度来说，包装盒封面所体现的产品相关特征信息必须明确，并且具有良好的视觉效果。静态比例模型作为一种具有一定艺术内涵的娱乐产品，如采用一张冷冰冰的照片作为封面，会让人产生制作模型是出于某种实用目的而非一个手工创造的过程，从而违背了模型商品本身的特性，使包装设计不能传达准确的产品信息。另外，静态比例模型的原型题材大都脱离日常生活，摄影在创作出与静态比例模型深层内涵要求相符的作品有较大的难度，而绘画则不受时间、空间上的限制，优秀的封绘画家可以创作出各种透视角度，各种环境、历史背景下的不同状态的实物原型。精美的封绘不仅是现实中孔武有力的战争机器的艺术写真，更是消费者在两盒品质上各有千秋，不分伯仲的模型中做出抉择的重要依据。

3.计算机图形

计算机图形由于其经济、高效的特性，在静态比例模型包装设计中已得到了广泛的运用。利用计算机图形也是当代模型包装封面设计比较常用的一种表现手法。例如在照片或3d模型的基础上进行描摹以加强其手绘感，或者利用模型的白描图纸直接作为封面等。虽然其艺术感染力和视觉效果较封面绘画仍有差距，但是计算机图形制作成本低廉，并能够准确地传达模型的特征信息，已被越来越多地用在了新一代的模型包装设计中。

二、静态比例模型包装的功能设计

朱和平老师在其《包装设计表现技法》一书中对包装的功能设计做出了如下阐述：“包装设计的定义与内涵，充分说明包装设计师从包装的整体功能目的出发，包括物质功能设计和精神功能设计，物质功能设计是指：容纳、保护商品的内容、质量、形态不便，方便生产与储存运输、展销、携带、消费、降低成本消耗，提高功效；所谓精神功能设计，则是指以艺术的手法，通过包装的造型、材质、视觉要素塑造商品的文化风格与品位，树立美观独特的商品形象，准确迅速地传达商品信息，美化商品，吸引消费者，提高商品身价与附加价值。”静态比例模型的包装设计亦遵循以上原则。静态比例模型多为铸造完毕，尚未组装的塑料板件，质地较轻，因此，大部分的包装材料采用200——300g的卡纸即可，外形上多为扁平的长方体，以便在空间有限的货架上展示尽可能多的模型。包装盒的内部一般会对板件进行塑封，因为模型的零件是通过细小的水口连接在流道上的，运输过程中难免会有个别细小零件脱落，塑封可以防止零件遗失，也是消费者甄别模型是否在购买之前已被打开的重要手段。而水贴蚀刻片等易损物件不仅需要塑封，还需要在其表面覆盖一层硫酸纸，以防止表面划伤。静态比例模型包装盒出于成本考虑，其刀版较为普通，在此不作赘述。包装盒封面一般要具备模型名称品牌的商标，模型的比例等必要信息。一般来说，包装盒两边较短的侧面也会印上与封面相同的内容，以便在货架上更多更明确的展示。其余的侧面不同厂家会根据模型的特性进行不同的信息安排（安全标准说明等）。值得一提的是韩国的爱德美公司，在封面采用了较好的绘画的情况下，侧面采用了各个角度的模型的成品照片，对产品信息的传达做出了更为全面的表达。

篇4

风景园林模型制作原本属于工艺制作的范畴，但由于从设计意图到实物模型的转换过程中，涉及到园林形态、比例、色彩、材料、空间、结构等造型因素的变化。通过模型制作，突破二维平面表现手法的局限性，在三维空间造型上对设计进行推敲、修正，体会设计的形体、光影、结构布局、构成等，进行细部推敲、分析与设计构思的完善，从而达到培养学生的设计创新能力、动手能力、树立空间想象力的作用。

1.2风景园林模型分类

根据用途和制作工艺，模型有两种分类方法。一种是按其表现形式和最终用途，一般可分为方案模型和展示模型。方案模型又称“工作模型”或者“构思模型”，主要用于设计过程中的分析现状及周边环境、推敲设计构思、探讨多方案的可能性、论证方案可行性等环节。展示模型也称“实体模型”，用于模拟设计外观及展示成果使用；另一种是按制作模型的材料进行分类，风景园林模型常用的主要有纸板模型、聚苯模型、木模型、石膏模型、铁丝模型，以及由多种材料组合而成的模型。

1.3模型制作在风景园林设计教学中的意义

（1）培养学生从二维走向三维的空间思维能力

模型设计制作是依据学生的设计思路和设计图纸来实践练习的。设计图是风景园林设计师表达思路的语言，主要体现在如平面图、立面图、剖面图、透视图等图纸上。设计图由各种具有不同代表意义的图形符号所构成，并体现在二维图形中。通过由设计图纸到模型实物制作这一过程，既强化了学生的看图识图能力，又培养了学生思维能力，使之从二维图形走向三维空间。

（2）培养学生理性思考与视觉思考相融合的思维能力

模型作为实体的存在，可以使学生方便地从宏观到微观，从整体到细部对设计方案进行深入的思考与推敲，在此过程中，学生的理性思考与美学思考得到有效的交融，有利于提高其综合思考的能力。此外，模型制作要求美学与功能设计有机统一，这种灵活的设计方式为教师的教学也提供了方便，以便于教师深入了解学生的设计思路和思维水平。

（3）培养学生的实操能力与实践能力

从工作模型的推敲到展示模型的制作，作为一个较完整的设计过程可以模拟从风景园林方案构思到施工前的过程，学生可以深入体验方案分析—方案建立—方案推敲—方案深化—方案实施的全过程及设计阶段的关联性，从而提高他们的实际操作能力。同时，模型制作需要一套完整的制作方法和完善的制作流程，以便于提高模型的完成度，在此过程中，可以使学生建立合作意识，从而提高了他们的实践能力。

2模型制作在风景园林设计教学中现存问题

2.1风景园林设计教学现存问题综述

关于风景园林设计教学中存在的问题，不少学者和教师都有所论述。现归纳普遍问题如下：从课程体系设置层面看，①教育观念和课程体系设置缺乏及时更新，表现为某些课程的设置上理论与实践的脱节、各课程教学环节中的脱节。②综合性课程设计和现场教学等实践教学环节亟待加强。③“课外素质教育体系不够健全，课外学习在一些方面缺乏课堂的知识补充和完善、缺少教学内容的延伸、自学能力锻炼。基于上述原因，设置风景园林专业的各校都在积极准备和提出新的风景园林教育的培养目标和培养方式，形成新的教育理念和教学内容。从人才培养层面看，①人才培养目标不够明确，重方案设计技能而轻工程知识，导致本科毕业生不论是在专业知识方面还是在社会工作能力上都需要有一个再培养和训练的过程，才能真正独立工作。②设计教育重“形式”而轻实践，忽视必要的逻辑思维和理性思维，导致学生热衷于讨论缺乏建造技术支撑的“概念”、“构思”，而对风景园林设计师职业产生误解。

2.2模型制作在风景园林设计教学中存在的问题

（1）模型制作的内涵较为狭窄实践技能的培养是当前我国风景园林教学体系中最为薄弱的环节，风景园林设计教学一般仅停留在方案完成阶段，缺少园林工程与技能的讲授并阐述其与设计的联系。在国外的风景园林教学中，学校把从方案到施工实现的知识作为培养学生的基本内容，如美国的罗德岛设计学院（RhodeIslandSchoolofDesign）通过技术与材料（Technology&MaterialsI,T&MII,T&MIII）3部分课程，使学生购买材料进行建造，从而实现自己的方案。（2）模型制作的表现单一模型制作在风景园林设计教学中通常仅作为设计阶段的辅助和补充。在风景园林设计教学中，通常方案构思是教学的主要内容，这个阶段模型制作主要侧重表现设计内容，目的是对培养学生空间概念，而不强调制作材料和制作技巧。因此对于模型表现的其他方面必然有所忽略。（3）模型制作的操作简单模型制作在风景园林设计教学中以手工操作为主，辅以简单机械操作，较为复杂的模型会使学生畏而不前甚至在设计中摒弃较为复杂的设计内容，手工操作同时还带来了意义较少的重复劳动，进而影响了学生的制作热情和教学效率。

3风景园林设计教学中模型制作的强化与拓展

3.1统筹安排，渐成体系

应从风景园林设计教学体系的全局出发，制定明确的教学目标，强调模型制作的意义，并合理安排其内容与深度，来满足各年级风景园林设计教学的需要，使学生在学习中循序渐进。以笔者所在的北方工业大学为例，风景园林专业设计课程体系如表1所示。其中一年级的设计初步课程在贾东教授负责的《同源同理同步的建筑学类本科实践教学体系研究》的指导下，强化模型教学，从纸板、石膏、木、聚苯、铁丝等五种基本材料的认知出发，使学生了解材料及指代材料特性，对空间进行认知、体验和构成设计，达到空间认知的教学目的。该课程改革后确立了模型制作在整个设计教学中的核心地位，并取得了一定的成果①。二年级、三年级乃至四年级，也根据课程体系对模型制作做了一定的规定。

3.2因地制宜，区分对待

在形成模型教学体系的基础上，应从风景园林设计教学的具体内容出发，根据设计课程内容来制定模型制作内容和要求。目前，风景园林专业主要设置在建筑类、农林类、艺术类和综合类高校，由于设置风景园林专业的高校的学术背景不同，具体课程设置和风景园林设计教学内容的安排必然会有所偏重、有所差异。但风景园林设计教学的基本程序总体上都是由项目分析、资料搜集、案例研究、设计立意、方案构思、多方案比较、方案调整、方案表达等几个阶段组成，来达到专业技能训练和人才培养的目的。甚至可将上述程序总结为三个阶段。如在案例研究中，仅对相关案例进行资料梳理和现场调研，甚至图纸抄绘，学生难以建立起完整的逻辑思路和全面的印象，如果在本阶段引入案例模型制作环节，则可以加深对案例的认知。如笔者所带设计课程中曾使学生对经典案例北海濠濮间进行资料收集、测绘，并制作模型，模型制作使他们对所讲授内容、测绘成果进行了巩固和再认识，而仅做资料收集则无法到达这种效果。

3.3内外结合，贯穿延续

重视课外教学的作用，在课外教学延续和拓展风景园林设计教学内容，通过各种设计竞赛、名师讲座、社团活动、社会实践以及实习实训环节，培养学生的实操能力，强化专业知识和技能，提高综合素质和竞争力。模型制作可以将课堂内外有机结合在一起。利用课外活动，以模型制作为切入点，延伸课堂教学到这些活动中去。如两位笔者所带二年级文化景观与遗产保护课程介绍了古建筑的基本知识，同时利用大学生科技活动，使学有余力的学生制作实体模型，使之理论与实践水平都得到了提高。

3.4善借于物，提高效率

充分利用现代技术手段，缩短模型制作中意义较少的重复性工作，节省时间，提高效率。如激光测绘、3D扫描技术、数控设备如数控雕刻机、单片机、3D打印技术等发展迅速，大大提高了模型的制作精度和美观程度，同时声、光、电等技术的引入，也扩大了模型制作的内容。这在风景园林模型制作中尤为重要，以地形建模为例，风景园林设计中的等高线相对而言比较复杂，手工制作很难达到满意的精度和外观，如果使用数控机床对等高线进行切割，就大幅度缩小了模型制作的时间。又如假山模型的制作，使用3D扫描技术结合3D打印技术可以使学生有更多时间去推敲假山设计而不是过度专注模型制作本身。

4.风景园林模型教学的几点思考

4.1开设模型课程

宜建立与风景园林设计教学体系相适应的模型制作体系，统筹安排各设计课程模型制作的内容和所占课程比例，从而提高教学效率。宜在低年级开设模型制作课程，系统地有针对性地普及模型制作方法，有利于发挥学生的创造性思维。

4.2构建课外模型教学体系构建

构建课外的模型教学体系，宜将课外与课内贯穿联系，形成“两翼并重，两渠相融”的模式，加强课堂与课外之间的联系，使课外与课内模型教学内容互不重复、互不冲突、互为补充，从而提高教学效率，并提高学生的综合素质和实践创新能力。