航空航天技术概论作业

沈阳航空航天大学

航空航天技术概论

计算机辅助飞机设计

学院：计算机学院

专业：计算机科学与技术

班级：****班

学号：********

学生姓名：

指导教师：院老虎

人类为了扩大社会生产，必然要开拓新的活动空间。从陆地到海洋，从海洋到大气层，再到宇宙空间就是这样一个人类逐渐扩展活动范围的过程。航空航天是人类拓展大气层和宇宙空间的产物。经过近百年来的快速发展，航空航天已经成为21世纪最活跃和最有影响的科学技术领域，该领域取得的重大成就标志着人类文明的高度发展，也表征着一个国家科学技术的先进水平。

航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。航空必须具备空气介质和克服航空器自身重力的升力，大部分航空器还要有产生相对于空气运动所需的推力。

翱翔天空是人类很久以来的梦想，但直到 18世纪后期热气球在欧洲成功升空，这一愿望才得以实现。 20世纪初期飞机的出现，开创了现代航空的新篇章。而计算机的出现和快速发展，也推动航空技术的高速发展。航空技术的每一项成就都离不开计算机的应用。

1. 计算机辅助概念设计技术概述

随着科学技术和生产技术的飞速发展，产品的市场竞争日趋激烈，对产品的性能、质量、品种、规格等不断提出新的要求。市场竞争的生命力在于产品的创新，产品的不断创新是企业求得生存并取得成功的重要手段。产品设计是产品开发过程中最重要的环节之一。产品全生命周期成本的 90左右在产品设计阶段就已经被确定，其中 70-80在概念设计阶段被确定1。概念设计是产品设计过程中既活跃又富于创造性的设计阶段，概念设计的核心是创新设计。概念设计过程中，方案选择的自由度大，产品创新的空间大，因此重视概念设计为产品走向市场奠定了良好的基础。概念设计作为产品设计过程中的关键阶段，它在产品全生命周期开发过程中的重要地位和作用越来越受到人们的普遍重视，并成为当前设计领域的研究热点之一。概念设计是一个创造性设计的过程。但目前以 CAD 为核心的计算机辅助工具主要应用在详细设计阶段，如Pro/Engineer、Unigraphics、CATIA 等，这些系统的着眼点主要是“设计表达”，虽能生成复杂、精确、完整的三维造型，但由于其本身并不是为概念设计而开发的，存在许多约束限制，不允许快速输入和再现不完备的概念造型，从而导致其基本上是一个在

设计方案基本定型之后的概念化（草图化）绘图工具而非辅助设计工具。针对上述情况，计算机辅助概念设计（Computer Aided Conceptual Design，CACD）的研究以及计算机辅助概念设计系统的开发就应运而生。计算机辅助概念设计系统的根本目的在于能有效地支持产品的创新设计。

2.计算机辅助概念设计的定义与研究内容

计算机辅助概念设计的定义是指通过计算机技术的辅助来进行产品的概念设计，以达到产品创新的目的。它是 CAD 领域的一个重要分支。概念设计不仅与需求分析、详细设计紧密相连，其内部的各个环节也相互依赖、互为驱动，因而概念设计是一个相当复杂的过程。一个好的设计方案既要有合理的功能结构、美观的造型、简便的操作，同时还要富有创新性。CACD计算机辅助飞机装配型架概念设计技术研究与实现涉及到了设计方法学、人机工程学、人工智能、CAD 以及认知与思维科学等多个领域的方法与技术。因此，对计算机辅助概念设计的研究，就需要去研究概念设计方法学。概念设计过程复杂，内容丰富，随着信息技术的发展，针对如何依靠计算机实现从需求分析到方案求解的概念设计全过程这一问题，谢友柏院士提出设计理论与方法主要应当研究两个问题：求解的方法论和知识基础。这应该是目前 CACD 又一需要解决的主要内容。此外，如何运用计算机辅助概念设计技术研制出计算机辅助概念设计系统，支持从需求分析到方案求解的概念设计全过程，是 CACD 需要解决的另外一个主要问题。随着CACD 系统功能的逐步强大，计算机辅助概念设计系统必然越来越受到概念设计师的欢迎，从而在概念设计过程最终替代传统的 CAD 系统。基于以上认识，目前 CACD 的研究内容主要有以下三方面：（1）概念设计方法学的研究；（2）产品信息模型及基于该模型的概念设计求解方法的研究；（3）应用 CACD 技术开发 CACD 系统。

3.计算机辅助概念设计研究现状

目前，国内外对计算机辅助概念设计领域的研究都比较重视，设立了相关的研究计划， MIT AI LAB 的 Design Rationale 项目，如 MIT CAD LAB 的 CAID、DOME，CMU Computational Design Research Group 开展的几何建模、并行设计、智能推理的工作，CMU 在 Design Process Management 方面开发的 Odyssey 系统，普林斯顿大学开发的 3D Model Search Engine，加州大学伯克利分校专

家系统实验室开展的“计算机辅助概念设计库的建立及其在机械中的应用”等。在国内，国家自然科学基金委员会资助了很多项目，如“基于可拓学理念的智能化概念设计方法研究”、“产品进化过程驱动的概念设计模型研究”、“基于演化的概念设计生物建模理论与方法的研究”、“机械运动系统概念设计智能化平台的研究”、“产品概念设计中对立创新模型的研究”等。此外，国家 863 计划为此还在“现代集成制造系统技术”主题里设立了“数字化设计与制造”专题。计算机辅助概念设计已经成为许多专家学者所关注的研究方向5-10。由于设计过程中创造性思维所具有的独立性、连动性、多面性、跨越性、综合性等特性，加上概念设计过程本身的复杂性以及客观条件的局限性，国内 2 南京航空航天大学硕士学位论文学术界在 CACD 领域的研究起步较晚，进展也相对迟缓，还有诸多关键技术问题有待解决，在各方面特别是 CACD 技术的应用研究上，与国际上发达国家还存在相当大的差距。

4.概念设计方法学

概念设计的本质在于设计的人性化和创新性，概念设计方法学的研究也要体现这两个本质特性。近来涌现的诸如绿色设计、定制设计、敏捷设计、并行设计、全生命周期设计、创新设计等方法，其本质目的也在于通过设计营造一个人性化的环境，满足人们个性化和多样化的需求。如绿色设计所提出的 4R 原、重用（Reuse）则：减量（Reduction）、回收（Recycling）和再生（Regeneration），其着眼点在于全人类未来总体的生存和发展；定制设计所提出的个性化定制服务，则更加细致地体现个人的特殊需要；创新设计的研究则主要在于创新技法的研究，如“功能变换式创新”、“技术融合式创新”、“品种外拓式创新”、“产品剔弊式创新”和“设计改型式创新”等。从概念设计的参与者来看，目前企业让用户参与设计有两种方式：一是企业为用户设计产品，二是将用户的产品需求融入产品概念设计中，然后由设计师进行设计。这两种方式都是在产品设计前端将用户需求引入设计流程，这样很可能会因时滞效应而在新产品推向市场时就已落后于用户的需求。因而今后概念设计方法学的研究还应关注一些新的设计模式如“用户愿望设计模式”等。

5.产品描述模型

计算机辅助概念设计是一个人机交互的设计过程，产品描述模型应该能够兼