简约家具装配界面设计范文

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在商贸全球化的时代背景下，国际间商业交流频繁，使得愈来愈多的国家与家具厂商拥有相近似的制造技术、人力资源，而家具产品的差异化就成为竞争优势形成的关键。随着市场对家具产品求新求变的速度加快，要求缩短家具产品生命周期与压缩设计开发的时间。

在家具产品开发过程中，设计师采用何种设计策略，是决定设计数据传递流向与设计关联产生方式的关键所在。目前，家具企业大多采用“自上而下的设计方式”为主。设计师先进行系统层级的设计规划，再进行子系统、子子系统一直到对单件家具零件的细部设计[1]。这种方式在设计过程中，设计师得以依序由较高家具产品架构层次往较低层次推展设计内涵，并通过综观所有子系统的角度进行彼此间的配合关联参考设计。早期使用的“自下而上的设计方式”因对家具产品的整合性难以掌握，目前已较少采用[2]。

1模块化自上而下设计

自上而下的设计策略，对于家具产品设计来说，具有可以通过全局审查方式掌控设计数据的优点，但在设计关联性的管理上，反而成为它的致命缺点。因为设计师很容易直接参照其他组件的数据进行设计，使家具产品的个别功能由多个子系统合成提供，形成整合式的架构。但当需要沿用现有关联式设计数据时，会面临整合式设计架构的两大问题：

(1)子系统的设计数据是由系统层级数据发展而来，子系统的设计数据与上层数据产生关联相依性，无法独立存在。

(2)子系统在设计时彼此互相参照，形成相互间的关联性，彼此相依，无法独立存在。

而模块化架构则限定产品的个别功能由单一模块提供，免除模块(子系统)间的复杂关联[3](见图1)。

将模块化架构加入自上而下的设计方式中，可以得到如图2所示的新“模块化自上而下设计”方式，可以有效改善设计数据传递流向与关联的产生环境。

在模块化自上而下设计中，属于系统层级的设计部分仍保留原来自上而下的设计，但设计数据并不直接传递到模块中。个别模块的内含组成，因在模块规划阶段已排除再分割的可能性，则以整合式架构进行设计，设计过程中家具产品组成模块根据特定的机制建立与家具装配系统模型的设计关联，并通过与系统层级设计数据的配合，达到整合所有模块产生家具产品所需的功能。此机制中最重要的沟通中介是——装配几何界面。

2模块化家具产品的模块应用方式

以模块化的家具产品架构进行设计，是为了能够沿用原有产品设计数据，使新产品设计的可行性得到提高。沿用的方式分为两种类型：

(1)复制完整的家具产品设计成为新设计，再以移除、增加或替换不同模块的方式修改成新的设计。

(2)重新开始新的家具产品设计，以装配(增加)模块的方式完成所需的家具产品设计。无论使用上述哪种方式，设计师对设计模块的操作都不外乎增加、移除或替换3种模式。家具模块的增加方式是在模块端以对应系统端相同的装配几何界面定义，由设计者装配或由系统自动装配，这样就限定家具模块的装配只能有系统与模块之间的关系，排除了模块与模块之间的装配关系。

家具模块装配界面的定义，是建立家具产品所有组成设计模块的共同装配的依据。所有的设计模块都装配在模块装配几何界面上，而非传统的模块互相组合方式。

系统端的装配几何界面组成类似简化的虚拟家具产品组成框架，当家具模块替换时，因彼此间无装配的次序关联，被替换模块可以单独移开而不会影响其他的模块功能(见图3)；相应地，替换模块在装配时也是组装在装配几何界面上，因此也可以很容易地抽换。

3简化家具装配几何界面设计

在实际的家具产品设计中，对造型简单的家具产品而言，其内含设计几何与约束关联的数量通常只有数十个，但是对大型组合家具产品，其内含的几何与约束关联数量非常庞大，常常数以百计或更多，直接进行家具装配几何界面设计几乎不可能。

在TopSolid系统中，可以使用下列步骤实现复杂家具的装配几何界面设计：

(1)将整个系统的家具装配模型几何与约束，简化成最基本的条件。

(2)简化后家具装配模型中几何间的约束转移。

(3)将家具模块与模块间的约束关联转移成家具装配几何界面与模块间的约束关联。

(4)将细部设计后的设计模块装配成完整的家具产品。

3.1家具装配模型约束简化

在TopSolid系统中，将家具几何模型中的约束条件关联，以CSG/B-rep阶层方式展开，由于模块间的约束条件关联限制，存在家具几何模型中的组成模块难以变更的问题。

约束条件关联可区分为内部与外部两种。以模块作为基准，模块中内含设计特征之间是属于内部约束条件关联，模块间的关联则为外部关联。外部关联是形成模块间的相互参考而无法个别改变的原因，包含模块彼此间的装配关联、模块内的设计特征与其他模块的设计特征具有参考关联、模块中设计特征的组成元素与其他模块的设计特征组成元素具有参考关联[4]。

模块中内含的几何形体越多，意味其约束条件的关联内容越复杂，越难以管理。为了完整表现家具设计产品的内容，庞大的几何形体与其彼此间的约束关联是不可避免的，透过良好的几何形体与其彼此间的约束关联管理，可以使家具产品组成模块间的设计关联单纯化并易于管理。

以设计师在设计构思阶段类似的草图呈现方式，先不考虑家具产品模型中的细部几何外形，当众多的家具产品模型几何形体被简化到最基本的数量时，设计师可以较容易分析出家具设计模块间的装配关联性，以转移成符合模块产品特性的方式[5]。

在简化几何形体内容的方式上，采用将几何形体以类似退化的方式进行，将外形简化到最少的几何形体数量，但仍保持必要的连接条件为止。在图4中展示了在TopSolid系统中，折叠椅的几何外形退化演变过程。

图5(a)中折叠椅前后腿单侧连接以B-rep方式表示具有60个几何元素(23个曲面、37条边线)，经过简化后得到如图5(b)的简化几何形态，再经第二阶段的简化，得到如图5(c)的最终几何形态(2条曲线、1个点)。

从图5可发现家具几何外形简化的程度越高，则几何元素数目越少，约束条件数量也同样减少，即约束条件数量与几何数目呈正比关系。因此，设计师可以通过简化家具模型几何形体的方式，减少约束条件数量，达到简化转移约束关联的目的。

3.2约束关联转移

在图5折叠椅模块的具体设计中，使用简化几何与约束条件的方式后，约束关联的分组与转移是下一个要进行的步骤。将模块化设计的折叠椅模型架构分解成最基本组成状态，可将其视为由家具装配模型本身与各个组成模块。折叠椅装配模型本身是提供其组成模块的装配框架(见图6)。

从图6可以看出，家具模块化设计使用界面关联的方式进行设计，排除了模块与模块间的设计关联，但模块与装配系统模型间的设计关联依然存在，必须将这些关联转移至一种具有“可协同”特性的中介，才可使个别模块与系统模型间的关联解除。

具有“可协同”特性的中介必须是可以单独存在且容易复制的电子文档，此文档包含了家具设计产品所有模块装配所需的基本简化几何元素及装配关系(见图7)，当个别模块被重复使用到新的产品时，只须复制中介文档，而不需使用到整个系统模型。

通过应用中介文档，除了可以转移模块与装配系统模型间的设计关联，还可将其作为类似家具模块装配产品的共同装配中介，减少重复使用模块的中介文件数量。

4家具装配几何界面应用程序

在进行家具系统层次设计时，项目方案负责人必须先创建家具产品的模块空间配置与简化的装配几何界面中介文件，设计团队中的其他设计人员再复制产品中所分配到的中介文件到所属设计模块，成为其设计模块的初始内容。

这些设计师在进行后续的细部设计时，只要依循分配到的空间配置参考设计，就能确保与其他的模块不会有干涉的情形产生(见图8)。几何界面应用程序是将前述的简化几何元素与转移关联到几何界面的方式，应用到实际家具模块产品开发。此模块化家具产品的设计程序如下：

(1)定义出家具产品装配模型架构。

(2)根据架构建立模块化家具产品的简化装配几何界面，并保存为中介文档。

(3)复制中介文档中的参照几何界面到个别模块。

(4)在个别模块中根据所复制参照几何界面进行细部设计。

(5)将细部设计完成的个别模块，装配到中介几何界面中，协同完成家具项目设计。

5结语

自上而下的设计是家具CAD研究中的重要领域。在提出模块化自上而下设计的基础上，探讨了TopSolid系统中如何实现复杂家具的装配几何界面设计问题，解析装配界面所具备的特性，将标准化的装配关系与简化的几何元素结合，作为家具产品开发设计人员的设计依据。具有变化性的家具模块，只要使用相同的几何界面定义，就能确保正确地装配到家具产品模型中，如果将简化的装配几何界面的命名规则建立，在TopSolid系统中可以进行自动装配与替换，这使得家具装配的程序进一步简化。这种简化的家具装配几何界面，在家具设计师执行自上而下的设计策略时，不用再去担心重新设计与装配模块的问题，可以专注于模块设计，有效提高家具产品开发效率，为同步工程应用于家具产品开发提供了平台。