自考产品设计毕业论文：探求产品设计的具体设计方法

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探求产品设计的具体设计方法

1两种设计方法的基本概念

Top-Down设计方法从本质上讲是分解一个系统，从而得到它的组成子系统，通常使用

“黑匣子”来辅助进行定义。在理念上，Top-Down设计方法设计强调整体设计与优化。在实

现过程上，Top-Down设计方法强调计划和彻底理解系统。它要求除非在系统设计中有足够

层次的细节信息被定义，否则不设计任何一个零件。Top-Down设计方法使用“黑匣子”来代

替模块。直到整体设计完成后，它才开始具体模块和单元的设计和验证。现代产品设计方法

通常是Top-Down和Bottom-Up两种方法的结合。完整理解整个系统通常被认为是优秀设计

的基础，于是在理论上产品设计中趋向于采用Top-Down方法，但是实际设计过程中多数产

品设计趋向于在一定程度上利用已有的设计数据，而使用已有的模块又使设计具有

Bottom-Up的味道。

2两种设计方法的优缺点

Bottom-Up设计方法的优点在于方法简单、操作容易；零件独立，关注细节；设计人员

上手快，模块重用方便；另外对管理要求低，人员要求低，硬件要求低。其主要缺点在于不

符合传统设计流程；整体修改困难；设计过程中重复工作多，整体效率低下。适用于企业中

2D设计到3D设计的过渡期、小版本修订、标准件的设计。Top-Down设计方法的优点是积

木式模块化设计，层层分解；模块化设计，模块之间相互独立；产品结构布局清晰，模块间

接口明确；错误更少（模块独立设计，工程师专注于设计）；开发时间更短（合作开发，并

行设计）；优化设计方法（分工明确，便于工程师的知识积累与经验的总结）；容易维护（如

果输出错误，容易定位该错误是整个程序中哪一模块产生的）。其主要缺点在于设计人员培

训周期长；数据重用困难；各方面要求高，包括协同要求高，管理要求高，人员要求高，硬

件要求高。由于Top-down设计方法具备符合传统设计流程、全局把握通盘考虑、设计快速

高效的优点，适用于新产品开发和成型系列产品设计。

3Top-Down设计的问题研究

现有CAD软件的功能可以较好地完成Bottom-Up设计（零部件的详细设计），但对于解

决Top-Down设计问题并不理想。首先在Top-Down设计的第一阶段，概念设计阶段，也就

是进行方案设计时，需要建立概念模型来记录概念设计的结果。那么怎样表达这个概念模型

是Top-Down设计方法所遇到的第一个难题。在第二阶段，装配结构布局设计阶段，需要建

立产品的装配结构模型。那么怎样表达这个装配体结构是Top-Down设计方法所遇到的第二

个难题。第三个难题是如何实现概念模型向装配模型的自动映射，以便有效地解决装配结构

设计问题，这是最大的难题。最后在第三阶段，零部件详细设计阶段，此时零部件之间要求

保持相互关联。如何用计算机实现和维护这种关联是Top-Down设计方法所遇到的第四个难

题。

要想在产品设计中应用Top-Down设计方法，必须熟练掌握Bottom-Up技术。以三维设

计软件SolidWorks为例，必须掌握全部相关零件、装配与工程图设计的方法，必须掌握SW

参数化传递原理，具备较强的SW错误修改能力。另外，要求明晰产品的设计流程与参数变

更趋势，具有良好的团队整体实力与协同以及优良的软硬件环境。对Top-Down设计方法而

言，完美的零件是指零没有错误、便于修改、便于协同；完美的装配是指装配没有错误、条

理清晰、配合合理；完美的文档管理是指文档管理具备合理的参数驱动，符合设计、制造习

惯。

4Top-Down设计的主要方法

Top-Down设计中的主要方法包括关联设计、布局和主零件法。关联设计的优点在于简

单、易学易用，比较基础。缺点在于零部件间关联单向传导，没有规划，不易理解，修改困

难。关联设计适用于部件级应用、位置和形状关联简单的情形下。布局分为布局法布局和草

图法布局。布局法布局可以直接采用SW的布局命令。其优点在于容易表达机构方案和布局

原理。缺点在于块只能点对点传导到单一零件，不能传导到装配体，局限很大。草图法布局

的优点在于灵活自由，可以用草图、基准、实体、曲面等多种方式布局，容易将装配布局传

导至指定零部件，缺点是过于随意，不可控，无法传导变量，对总工、硬件、网络、文档管

理要求太高。布局的适用范围是整机及部件级的应用。主零件法的优点在于能够控制零部件

间复杂形状或位置关联，关联传导层次清晰，适用于零部件间具有复杂形状或位置参考的产

品设计，比如电子类产品、玩具等。

5Top-Down设计的应用实例

对某零件进行设计时，采用关联设计法和主零件相结合的方法，SW建模+MEGMA铸造

分析，铸件缺陷率由10%～15%下降至3%～5%。铸件、砂芯、冒口采用主零件法；其余采

用关联设计法。

6结语

自底向上设计方法（Bottom-UpDesign）和自顶向下设计方法（Top-DownDesign）是目

前应用较为广泛的两种产品设计方法，其中自顶向下设计方法更为新颖，对各方面要求也较

高，企业在熟练应用这种方法后能够大大提高企业信息化水平，提高企业的设计水平和能力，

从而能够缩短产品设计周期，提高设计和生产效率，更快地推出新产品。

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