現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)(第五講).

2.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

以滿足應(yīng)市產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本/價(jià)格綜合效益最優(yōu)為目的，以計(jì)算機(jī)為輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)為主體，以知識(shí)為依托，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進(jìn)、創(chuàng)新產(chǎn)品活動(dòng)過程所用到的技術(shù)群體的總稱。

3.設(shè)計(jì)的類型1）按設(shè)計(jì)任務(wù)要求分（1）開發(fā)性設(shè)計(jì)：運(yùn)用成熟的科學(xué)技術(shù)，從工作原理和結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)過去沒有的新型產(chǎn)品。（2）應(yīng)用性設(shè)計(jì)：原理、方案基本不變的前提下，對(duì)產(chǎn)品作局部的變更使之滿足四個(gè)要求。（3）變形設(shè)計(jì)：功能、原理不變，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方式和尺寸的變化。2)新型的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

CAD、設(shè)計(jì)方法學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、工程遺傳算法并行工程、價(jià)值工程、可靠性、有限元、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、模塊設(shè)計(jì)、相似性設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、迭代（三次）設(shè)計(jì)、反求工程、智能工程、模擬設(shè)計(jì)。

3）現(xiàn)代設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)

（1）時(shí)間維①產(chǎn)品規(guī)劃：市場(chǎng)調(diào)研分析預(yù)測(cè)，確定總參數(shù)，制定制約條件和設(shè)計(jì)要求，提出決策的綱領(lǐng)性文件。②方案設(shè)計(jì)：產(chǎn)品功能原理設(shè)計(jì)：以需求出發(fā)，采用功能分析法和原理試驗(yàn)，確定最優(yōu)方案是關(guān)鍵，創(chuàng)新性和先進(jìn)性決定產(chǎn)品的未來和壽命及產(chǎn)品的成本的70%.

③技術(shù)設(shè)計(jì)：將產(chǎn)品的功能具體化④施工階段：制圖、編制工藝文件，說明書和使用手冊(cè)（2）邏輯維：解決問題的邏輯方法:抽象、發(fā)散、逆向。（3）方法維：包括思維方法和工作方法傳統(tǒng)的：直覺法、類比法、經(jīng)驗(yàn)法現(xiàn)代的：模擬、仿真、虛擬二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的目標(biāo)和特點(diǎn)1.設(shè)計(jì)目標(biāo)1）工效實(shí)用性：系統(tǒng)的總體的技術(shù)指標(biāo)形式的提出，產(chǎn)量、質(zhì)量、精度。2）系統(tǒng)可靠性：在預(yù)定的時(shí)間能可靠工作（壽命)3)運(yùn)行穩(wěn)定性：抗干擾和適應(yīng)環(huán)境的功能，產(chǎn)品的精度。4）人機(jī)安全性：人、機(jī)無故障和事故。

5）環(huán)境無害性：無污染、噪音。6）操作宜人性：操作方便。7）結(jié)構(gòu)工藝性：符合制造要求。8）技術(shù)經(jīng)濟(jì)性：制造、運(yùn)行的成本。9）造型藝術(shù)性：人機(jī)和諧10）設(shè)計(jì)規(guī)范性：符合國(guó)家、民族、行業(yè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2、特點(diǎn)

1）系統(tǒng)性：德國(guó)：抽象到具體的發(fā)散思維方法（功能→原理→結(jié)構(gòu)）。美國(guó)：創(chuàng)造性設(shè)計(jì)學(xué)、運(yùn)用創(chuàng)造技術(shù)、發(fā)揮想象、辯證思維。傳統(tǒng)方式：經(jīng)驗(yàn)、類比，采用收斂方法。

2）社會(huì)性：從產(chǎn)品概念、設(shè)計(jì)、制造、報(bào)廢、回收的全社會(huì)綜合考慮。傳統(tǒng)方式：技術(shù)主管指導(dǎo)，過程中采用單純注意技術(shù)性，設(shè)計(jì)后再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。3）創(chuàng)造性：激勵(lì)創(chuàng)造沖動(dòng)、突出創(chuàng)新意識(shí)、力主抽象的設(shè)計(jì)構(gòu)思，擴(kuò)展發(fā)散的設(shè)計(jì)思維、綜合評(píng)價(jià)、細(xì)心決策。傳統(tǒng)方式：封閉收斂的設(shè)計(jì)思維、思維定式化、強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)類比。

4）宜人性：人機(jī)協(xié)調(diào)、機(jī)環(huán)協(xié)調(diào)、人-機(jī)-環(huán)協(xié)調(diào)。傳統(tǒng):主要強(qiáng)調(diào)功能性、使用性。5）主動(dòng)性：應(yīng)用科學(xué)技術(shù)的手段，對(duì)產(chǎn)品的周期、性能作早期預(yù)測(cè)。6）優(yōu)化：運(yùn)用科學(xué)的原理和方法來規(guī)劃最優(yōu)方案。傳統(tǒng)：采用自然優(yōu)化、設(shè)計(jì)-使用-改進(jìn)-設(shè)計(jì)。7）動(dòng)態(tài)化：動(dòng)態(tài)模擬、概率分析。傳統(tǒng)：采用靜態(tài)+安全系數(shù)。8）智能化：擴(kuò)展機(jī)器的功能9）數(shù)字化：CAD、CAM傳統(tǒng)：手工、人工。10）并行虛擬化：社會(huì)參與、全員參與?！?-2并行工程（CE,concurrent,Engeering)一、并行設(shè)計(jì)以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低成本、提高質(zhì)量、成功率為目標(biāo)，把先進(jìn)的管理思想和先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合來，采用集成化的、并行化的思想設(shè)計(jì)產(chǎn)品及相關(guān)過程。二、技術(shù)特征

1.產(chǎn)品的開發(fā)過程的并行重組市場(chǎng)分析、構(gòu)思、市場(chǎng)策劃、各部門并行進(jìn)行、重新組合。2.支持并行工程的群組工作項(xiàng)目管理的工作模式。3.統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型符合各部門收集的信息。4.具有人工智能處理不完善、不確定信息的功能。能及時(shí)調(diào)整信息不全面的影響。5.基于時(shí)間的決策多目標(biāo)優(yōu)化方法。6.分布式的軟硬件環(huán)境網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。7.開放式系統(tǒng)界面高度集成化。三、關(guān)鍵技術(shù)1.產(chǎn)品并行開發(fā)過程建模及優(yōu)化2.支撐并行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)信息的采集和交流的暢通性。3.模擬仿真技術(shù)改變“設(shè)計(jì)-樣機(jī)-修改”的方法。4.產(chǎn)品性能綜合評(píng)價(jià)和決策系統(tǒng)5.并行設(shè)計(jì)中的管理技術(shù)四優(yōu)點(diǎn)1.市場(chǎng)響應(yīng)快；2.開發(fā)的一次成功率高；3.能降低產(chǎn)品的成本?！?-3反求工程一、反求工程以先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物、樣件、軟件（包括圖樣、程序、技術(shù)文件）或形象（圖像，圖片等）作為研究對(duì)象。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)工程學(xué)，材料學(xué)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，探索掌握關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類的更為先進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)（它包括幾何反求，材料反求，工藝反求）。

1.幾何反求方法：

（1）了解該產(chǎn)品的使用特點(diǎn)，制造商的產(chǎn)地及國(guó)家區(qū)域。（2）對(duì)外形的幾何要素檢查、分析。（3）使用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器來進(jìn)行技術(shù)處理及建模（三坐標(biāo)、抄描儀）。（4）利用可靠的先進(jìn)軟件進(jìn)行還原。2.材料反求方法：（1）謹(jǐn)慎取樣（以新的沒有使用的最好）。（2）成分檢測(cè)（光譜直讀、化學(xué)分析）。（3）硬度檢測(cè)（硬度計(jì)）。（4）組織分析（光譜儀，顯微鏡）。3.工藝反求方法：

（1）反判法編制工藝規(guī)程：用現(xiàn)有的樣件（尺寸、精度、粗糙度等）在整機(jī)中的應(yīng)用來判定基準(zhǔn)。采用反推法。（2）改進(jìn)工藝：保證引進(jìn)技術(shù)的原設(shè)計(jì)要求（從裝配關(guān)系入手）。

（3）用曲線對(duì)應(yīng)法反求工藝參數(shù)：將需分析的產(chǎn)品性能指標(biāo)或工藝參數(shù)建立第一參照系，以實(shí)際條件建立第二參照系。根據(jù)已知點(diǎn)或某些特殊點(diǎn)把工藝參數(shù)及其有關(guān)的量與性能的關(guān)系擬合成一條曲線來確定工藝參數(shù)。（4）材料國(guó)產(chǎn)化：以與現(xiàn)有的工藝水平相對(duì)應(yīng)。4.反求對(duì)象的精度確定

（1）依據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)條件，產(chǎn)品的工作原理圖，并綜合考慮生產(chǎn)技術(shù)水平，產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（2）判斷產(chǎn)品精度的指標(biāo)。（3）綜合考慮原理誤差和理論誤差，進(jìn)行產(chǎn)品的工作原理反推。（4）完成草圖，進(jìn)行精度計(jì)算。（5）編制技術(shù)文件。二、反求工程的內(nèi)容1.分析所引進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思路。2.功能和原理方案分析。3.結(jié)構(gòu)分析。4.形狀尺寸分析。5.精度分析。

6.材料分析。7.工作性能分析。8.造型設(shè)計(jì)分析。9.工藝分析。10.使用及維修分析和包裝技術(shù)分析。11.包裝技術(shù)三．反求工程的基本步驟四、反求工程的關(guān)鍵技術(shù)

1.反求對(duì)象的數(shù)字化方法及技術(shù)1）接觸式數(shù)據(jù)采集方法（1）觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集：測(cè)頭的探針。（2）連續(xù)式數(shù)據(jù)采集：采用模擬量開關(guān)采樣頭，連續(xù)取點(diǎn)。（3）磁場(chǎng)法：將被測(cè)物置于磁場(chǎng)中，手持觸針在物體表面采樣，簡(jiǎn)單（磁電數(shù)字信號(hào)）。

（2）非接觸式數(shù)據(jù)采集方法1）激光三角法：曲面數(shù)據(jù)采樣特點(diǎn)：①觸針不與工件接觸，不受松軟材料尖角、凹坑無影響；②數(shù)據(jù)采樣速度快；③價(jià)格貴，垂直壁表面特征會(huì)影響精度，雜散反射。2）距離法：利用光傳播時(shí)間來測(cè)量被測(cè)實(shí)物與參考平面的距離。種類有：脈沖波、調(diào)幅連續(xù)波、調(diào)頻連續(xù)波。

3）結(jié)構(gòu)光法：將一定模式的光照射到被測(cè)樣件的表面，然后攝得反射光的圖像，通過對(duì)比不同模式之間的差別來獲取表面點(diǎn)的位置（干涉儀），不需要使用三坐標(biāo)機(jī)。特點(diǎn)：造價(jià)低、精度低、操作復(fù)雜。

4）圖像分析法，不采用攝影模板，而是通過匹配確定物體同一點(diǎn)在兩幅圖像中的位置由視差計(jì)算距離。特點(diǎn)：受匹配精度的影響，只描述物體上的特征點(diǎn)，對(duì)三維實(shí)體的測(cè)量精度有限。5）工業(yè)計(jì)算機(jī)切片成型法：采用ICT技術(shù)（Industrialcomputertomography）2.模型的重構(gòu)技術(shù)

（1）小三角鱗片法（2）分片連續(xù)的樣條曲法（3）步驟：1）數(shù)據(jù)預(yù)處理：測(cè)出樣機(jī)的輸出數(shù)據(jù)極大，并包含一些噪音，測(cè)量的數(shù)據(jù)有偽值，要進(jìn)行過濾、篩選、去噪，平滑和編輯處理。

2)網(wǎng)格模型的生成：采用三角片構(gòu)建骨架。3）網(wǎng)格模型的后處理（光順化）。3.常