基于概念图和形态分析法的零件综合表达.pdf

装备及自动化 2023 年 第 8 期 总第 221 期 造纸装备及材料28基于概念图和形态分析法的零件综合表达贾 鹏1，马智英1，马立修1，李 涛21.山东理工大学，山东 淄博 2550002.山东三沣机器人科技有限公司，山东 淄博 255000摘要：文章在介绍创新方法的基础上，建立了零件综合表达方案制定的两点原则：一是方便他人看图，二是方便自己画图。然后建立了基于概念图和形态分析法的零件综合表达方案制定的五个步骤：确定研究对象（拟表达零件）、因素分析（零件组成结构）、形态分析（可用表达方法）、建立形态分析表（组成部分与表达方法的形态分析矩阵表）、方案优选（最优零件表达方案）。原则和步骤的建立，有效解决了学生在制定表达方案时无从下手的问题。最后通过阀体的应用案例说明了研究方法和步骤的有效性及实用性。关键词：概念图；形态分析法；零件综合表达分类号：TH126工程图学以工程为对象，基于画法几何理论，构建严谨的工程表达。传统的零件表达方案制定过程为分析形体、选择视图、选择最优方案，此过程存在的最大问题是，学生往往不知道该选择哪些视图，无从下手，方案制定的优劣主要取决于学生的个人能力和经验。基于此，将概念图和形体分析法融入零件综合表达方案的制定过程中，让学生有法可依地制定零件的多个表达方案，不再局限于一个表达，拓展学生思维和提升解决复杂问题的能力1。1 创新方法概述1.1 概念图法20 世纪 60 年代，康奈尔大学的 Joseph D.Novak教授最早提出概念图，在 20 世纪 80 年代得以确定。概念图是一种知识和知识之间的关系网络图形化的表征，也是思维的可视化的表征2。概念图的图表结构包括概念、连线和连接词。概念图法在诸多的教学改革中进行了应用，如刘德喜等3通过自动分析的方法建立了计算机系统类课程群的概念图，以展示课程群中的核心术语和不同课程中知识点的互联关系，对于不同专业某门课程或者整个课程群有良好的适应性；刘金亚等4厘清了学习情境中不同类型的信息行为概念和概念间的关系，构建了学习型搜索中的信息行为概念关系图，探索如何优化搜索系统以支持多种类型的信息行为，并基于此提升了用户的学习效果。相比于以上应用方式，概念图更适合应用于工程图学课程中，用于帮助学生梳理零件综合表达时可用的表达方法，建立所学所有表达方法的概念图，以便于下一步的零件表达方案制定。1.2 形态分析法形态分析法是由美国加州理工学院 Zwicky 教授创立的一种创新设计法。在对问题进行系统分析和综合的基础上，以系统观为指导，把研究对象或问题分解为一些基本的组成部分，然后对某一个基本组成部分单独进行处理，按一定的整合标准，实现基本组成部分的最佳技术组合5。形态分析法的目标在于搜集所研究对象或问题所有理论上可能的解决方案。因素和形态是形态分析法中两个最基本的构成。将形态分析法应用于零件综合表达的过程中，有助于启发学生的创新思维和发散思维，协助学生制定出更多的零件表达方案6。2 基于创新方法的零件综合表达2.1 表达方案的制定原则制定零件的综合表达方案时，主要遵循两个原则：一是方便他人看图，即应将零件的结构表达完整、清楚；二是方便自己画图，即制定方案时尽可能采用数量少又简单的图形7。对于方便他人看图原则，可采取的具体措施如下：文章编号：2096-3092（2023）08-0028-03*作者简介：贾鹏，女，博士，副教授，研究方向为工程图学教学、创新方法应用。通信作者：马智英，女，本科，副教授，研究方向为工程图学教育教学、创造性构型设计研究。造纸装备及材料 第 52 卷 总第 221 期 2023 年 8 月 装备及自动化29将各组成部分形状特征表达清楚；将各组成部分相对位置表达清楚；将各内部结构孔、槽的形状表达清楚；将连接部分的结构形式表达清楚8。对于方便自己画图原则，可采取的具体措施如下：用局部视图代替基本视图；在不影响某视图清晰的情况下，在其上画少量虚线以省略掉一个投影视图；对小回转结构，可通过标注直径尺寸方式辅助反映圆形的形状特征。2.2 表达方案的制定步骤基于概念图法和形态分析法的零件综合表达方案制定步骤可以总结为以下五步。（1）确定研究对象。即确定拟表达的零件。（2）因素分析。即分解零件的各组成结构，每个组成结构又具体包括基本体形状和局部形状。（3）形态分析。即分析所有可用的表达方法，包括内形、外形、简化画法等方法，这些表达方法已基于概念图建立。（4）形态分析表。建立零件各组成部分与可用表达方法之间的形态分析矩阵表。（5）方案优选。根据形态分析表遍历制定出零件的多种表达方案，并从中选择最优的零件表达方案4。3 应用案例将基于概念图法和形态分析法的零件综合表达方案制订的原则和步骤应用于阀体的综合表达方案制订，阀体的三维构型如图 1 所示。体 a体 b体 c图 1 阀体阀体的结构可分解为体 a 法兰盘、体 b 圆筒、体 c凸台三部分结构，即三个因素。每部分又可进一步分解：体 a 法兰盘可分为外形结构 a.1 圆柱、内形结构 a.2 阶梯孔、a.3 小孔；体 b 圆筒可分为外形结构 b.1 圆柱和内形结构 b.2 圆孔；体 c 凸台可分为外形结构 c.1 拱形板和内形结构 c.2 阶梯孔。基于概念图梳理的零件可用的表达方法包含外形表达方法、内形表达方法、断面图、其他表达方法四方面，即四种形态。外形表达方法包括六个基本视图（主视图、俯视图、左视图、右视图、仰视图、后视图）、局部视图和斜视图；内形表达方法包括全剖视图、半剖视图和局部剖视图；断面图分为移除断面图和重合断面图；其他表达方法包括局部放大图和其他画法。基于阀体结构的分解和表达方法的分析，建立如表 1 所示的阀体表达方案的形态分析表，从表中选择不同的组合即可遍历制定出多种表达方案，如图 2 所示，然后可从中选择最优方案。4 结束语工程图学作为工程教育的先导课程，对学生工程能力培养具有重要的作用，正确、完整、清晰、规范地表达零件的内外形是工程技术人员必须具备的技能。基于概念图法和形态分析法的零件综合表达方案，使方案的制定过程的条理、逻辑更加清晰，让学生能够快速地制定出多种有效的表达方案，打破了思维局限，解题目标不再是标准答案的唯一解，而是让学生能够尽可能得出所有可能的解，同时在对题目的分析过程中提高了挑战度，锻炼了综合能力，实现了自我学习和成长。参考文献1 李凡,王德成,张林,等.面向特征的弹簧零件几何信息表达J.机械设计与制造,2020(6):301-304.2 于英健.中职机械制图工作过程系统化课程开发D.天津:天津大学,2022.3 刘德喜,陈雨婕,刘宇星,等.计算机系统类课程群概念图自动构建研究J.软件导刊,2023,22(6):13-19.4 刘金亚,王馨悦,刘畅.学习型搜索中的信息行为概念图构建与研究展望J.情报理论与实践,2023,46(4):44-52.5 王艳红.机械图样尺寸标注技术研究J.造纸装备及材料,2022,51(11):102-104.6 杨晗,谭川东,盛晋银,等.基于工业CT的零件内外曲面形位误差分析J.仪器仪表学报,2021,42(11):230-238.7 易茜,李聪波,潘建,等.薄板类零件加工精度可靠性分析及工艺参数优化J.中国机械工程,2022,33(11):1269-1277.8 隋秀华,赵长征,韩天一.薄壁箱体零件的焊接变形分析与结构优化设计J.热加工工艺,2020,49(7):139-142,145.装备及自动化 2023 年 第 8 期 总第 221 期 造纸装备及材料30图 2 阀体的多种表达方案表 1 阀体表达方案的形态分析表因素（组成结构）形态（表达方法）1 外形表达方法2 内形表达方法3 断面图4 其他表达方法1.1 基本视图1.2局部视图1.3斜视图2.1全剖视图2.2半剖视图2.3局部剖视图3.1移除断面图3.2重合断面图4.1局部放大图4.2其他画法1.1.1主视图1.1.2俯视图1.1.3左视图1.1.4右视图1.1.5仰视图1.1.6后视图体a法兰盘a.1圆柱表达外形表达外形表达端面表达端面a.2阶梯孔表达端面表达端面剖切孔内形a.3小孔小孔分布小孔分布剖切孔内形简化画法表达小孔分布体b圆筒b.1圆柱表达外形表达外形表达端面表达端面b.2 圆孔表达端面表达端面剖切孔内形剖切圆孔部分体c凸台c.1拱形板表达形状特征表达外形表达外形表达外形c.2阶梯孔表达形状特征表达外形表达内孔结构表达内孔结构表达内孔结构表达内孔结构方案 1方案 2方案 3方案 5方案 4