自顶向下的设计方法在实际机械建模应用中存在的问题

1 自顶向下的设计方法概述

    为了使读者能对自顶向下的设计方法有一个全面的了解，以下将从自顶向下设计方法的概念、理论模型以及自顶向下的设计方法特点三个方面来对其作概要性说明。

1.1 自顶向下设计方法的概念

    所谓的自顶向下的设计方法可以通俗地理解为在设计中首先从整体和全局的设计人手，然后按照总体设计方案对各个具体的部分进行详细的设计。设计者首先从整体上规划整个系统的功能架构，然后对系统进行合理划分，将其分解为若干个功能较为简单的、规模较小的局部模块，并确立它们之间的相互关系。

1.2 自顶向下的设计方法的理论模型

    支持自顶向下的机械设计，从概念设计开始，通过功能分解，将总功能分解成一系列的子功能，在确定每个子功能的相关参数后，开展系统结构设计，然后有效结合总体功能及各个子功能的具体要求，明确总体结构与各子部件之间的配合关系、连接关系以及位置关系等其他关系，而且相应的关系要与每个子功能的相关参数相关联，其中自顶向下的设计方法的理论模型如图1所示。

图1 自顶向下的设计方法的理论模型

1.3 自顶向下的设计方法的特点

    自顶向下的设计方法具有如下几个方面的特点：（1）自顶向下的设计方法符合产品设计人员的思维过程。设计人员在设计产品时，考虑最多的就是产品所要实现的功能。刚开始的时候很少考虑实现这些功能的空间结构，也就是说产品的设计过程是一个从抽象到具体的过程，而自顶向下的设计方法实现的就是这样一个过程，所以说它符合产品设计人员的思维过程。

    （2）自顶向下的设计方法可以实现设计的并行操作。由于整个设计是从系统顶层开始的，结合模拟手段，可以从一开始就掌握所实现系统的性能状况，结合应用领域的具体要求，在此时就调整设计方案，进行性能优化或折衷取舍，并通过协调各个子功能模块之间的关系，实现并行设计，从而提高设计效率。

    （3）自顶向下的设计方法可以有效缩短设计周期。随着设计层次向下进行，系统性能参数将得到进一步的细化与确认，并随时可以根据需要加以调整，从而不仅保证了设计结果的正确性，还大大缩短了设计周期。

2 自顶向下的设计方法在实际机械建模设计中的具体应用

    自顶向下的设计方法在实际机械建模设计的具体应用中包括如下几个环节：产品、部件以及零件之间的依附关系、产品装配树的建立、产品级控制结构的建立、产品级控制结构的发布以及产品的详细设计。

2.1 明确产品、部件以及零件之间的依附关系

    自顶向下设计中明确产品、部件以及零件之间的依附关系是自顶向下建模方法中最为重要的一环，其中产品、部件以及零件之间的具体依附关系如图2所示。

图2 产品、部件以及零件之间的具体依附关系

    明确产品、部件以及零件之间的依附关系可以有效控制整个产品的变形设计，其中由于关联到的相关部件和零件的特征是以链接特征的形式体现的，这样就实现了大型产品的并行和协同设计，提高了产品的设计效率。