1兩種設計方法的基本概念

Top-Down設計方法從本質上講是分解一個系統，從而得到它的組成子系統，通常使用“黑匣子”來輔助進行定義。在理念上，Top-Down設計方法設計強調整體設計與優化。在實現過程上，Top-Down設計方法強調計劃和徹底理解系統。它要求除非在系統設計中有足夠層次的細節信息被定義，否則不設計任何一個零件。Top-Down設計方法使用“黑匣子”來代替模塊。直到整體設計完成后，它才開始具體模塊和單元的設計和驗證。現代產品設計方法通常是Top-Down和Bottom-Up兩種方法的結合。完整理解整個系統通常被認為是優秀設計的基礎，于是在理論上產品設計中趨向于采用Top-Down方法，但是實際設計過程中多數產品設計趨向于在一定程度上利用已有的設計數據，而使用已有的模塊又使設計具有Bottom-Up的味道。

2兩種設計方法的優缺點

Bottom-Up設計方法的優點在于方法簡單、操作容易；零件獨立，關注細節；設計人員上手快，模塊重用方便；另外對管理要求低，人員要求低，硬件要求低。其主要缺點在于不符合傳統設計流程；整體修改困難；設計過程中重復工作多，整體效率低下。適用于企業中2D設計到3D設計的過渡期、小版本修訂、標準件的設計。Top-Down設計方法的優點是積木式模塊化設計，層層分解；模塊化設計，模塊之間相互獨立；產品結構布局清晰，模塊間接口明確；錯誤更少（模塊獨立設計，工程師專注于設計）；開發時間更短（合作開發，并行設計）；優化設計方法（分工明確，便于工程師的知識積累與經驗的總結）；容易維護（如果輸出錯誤，容易定位該錯誤是整個程序中哪一模塊產生的）。其主要缺點在于設計人員培訓周期長；數據重用困難；各方面要求高，包括協同要求高，管理要求高，人員要求高，硬件要求高。由于Top-down設計方法具備符合傳統設計流程、全局把握通盤考慮、設計快速高效的優點，適用于新產品開發和成型系列產品設計。

3Top-Down設計的問題研究

現有CAD軟件的功能可以較好地完成Bottom-Up設計（零部件的詳細設計），但對于解決Top-Down設計問題并不理想。首先在Top-Down設計的第一階段，概念設計階段，也就是進行方案設計時，需要建立概念模型來記錄概念設計的結果。那么怎樣表達這個概念模型是Top-Down設計方法所遇到的第一個難題。在第二階段，裝配結構布局設計階段，需要建立產品的裝配結構模型。那么怎樣表達這個裝配體結構是Top-Down設計方法所遇到的第二個難題。第三個難題是如何實現概念模型向裝配模型的自動映射，以便有效地解決裝配結構設計問題，這是最大的難題。最后在第三階段，零部件詳細設計階段，此時零部件之間要求保持相互關聯。如何用計算機實現和維護這種關聯是Top-Down設計方法所遇到的第四個難題。

要想在產品設計中應用Top-Down設計方法，必須熟練掌握Bottom-Up技術。以三維設計軟件SolidWorks為例，必須掌握全部相關零件、裝配與工程圖設計的方法，必須掌握SW參數化傳遞原理，具備較強的SW錯誤修改能力。另外，要求明晰產品的設計流程與參數變更趨勢，具有良好的團隊整體實力與協同以及優良的軟硬件環境。對Top-Down設計方法而言，完美的零件是指零沒有錯誤、便于修改、便于協同；完美的裝配是指裝配沒有錯誤、條理清晰、配合合理；完美的文檔管理是指文檔管理具備合理的參數驅動，符合設計、制造習慣。

4Top-Down設計的主要方法

Top-Down設計中的主要方法包括關聯設計、布局和主零件法。關聯設計的優點在于簡單、易學易用，比較基礎。缺點在于零部件間關聯單向傳導，沒有規劃，不易理解，修改困難。關聯設計適用于部件級應用、位置和形狀關聯簡單的情形下。布局分為布局法布局和草圖法布局。布局法布局可以直接采用SW的布局命令。其優點在于容易表達機構方案和布局原理。缺點在于塊只能點對點傳導到單一零件，不能傳導到裝配體，局限很大。草圖法布局的優點在于靈活自由，可以用草圖、基準、實體、曲面等多種方式布局，容易將裝配布局傳導至指定零部件，缺點是過于隨意，不可控，無法傳導變量，對總工、硬件、網絡、文檔管理要求太高。布局的適用范圍是整機及部件級的應用。主零件法的優點在于能夠控制零部件間復雜形狀或位置關聯，關聯傳導層次清晰，適用于零部件間具有復雜形狀或位置參考的產品設計，比如電子類產品、玩具等。

5Top-Down設計的應用實例

對某零件進行設計時，采用關聯設計法和主零件相結合的方法，SW建模+MEGMA鑄造分析，鑄件缺陷率由10%～15%下降至3%～5%。鑄件、砂芯、冒口采用主零件法；其余采用關聯設計法。

6結語

自底向上設計方法（Bottom-UpDesign）和自頂向下設計方法（Top-DownDesign）是目前應用較為廣泛的兩種產品設計方法，其中自頂向下設計方法更為新穎，對各方面要求也較高，企業在熟練應用這種方法后能夠大大提高企業信息化水平，提高企業的設計水平和能力，從而能夠縮短產品設計周期，提高設計和生產效率，更快地推出新產品。

作者：李健 單位：武漢職業技術學院機電工程學院