3.6機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法考核知識點(diǎn)了解并行設(shè)計(jì)、綠色設(shè)汁、和基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本概念、適用場合，及其設(shè)計(jì)的基本思路。熟悉機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析方法的基本概念、應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)計(jì)原則。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法vs現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以力學(xué)和數(shù)學(xué)公式、圖表、手冊等為依據(jù)，著眼于產(chǎn)品的功能和技術(shù)規(guī)范，按照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出有關(guān)的設(shè)計(jì)理論、步驟、方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。特點(diǎn)：

(1)用人工試湊法求得設(shè)計(jì)對象的各種結(jié)構(gòu)尺寸和性能參數(shù)，其中，經(jīng)驗(yàn)類比法設(shè)計(jì)占很大比重；

(2)以靜態(tài)為假設(shè)條件，進(jìn)行定性目標(biāo)和某些定量的設(shè)計(jì)；

(3)設(shè)計(jì)者和制造者往往獨(dú)立工作，分別活動；

(4)周期長，效率低，質(zhì)量差，費(fèi)用高，帶有很大的盲目性和隨意性，產(chǎn)品缺乏競爭力。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法vs現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法以理論為指導(dǎo)，以計(jì)算機(jī)為手段，以分析、優(yōu)化、動態(tài)、定量、綜合為核心，設(shè)計(jì)過程自動化，設(shè)計(jì)的效率、水平、質(zhì)量以及設(shè)計(jì)過程中的主動性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性大大提高。特點(diǎn)：

(1)突出設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性；

(2)設(shè)計(jì)過程科學(xué)化和程式化；

(3)處理問題時(shí)具有系統(tǒng)性和綜合性；

(4)最大程度運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以獲得整體最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。包括：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、穩(wěn)健設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)……

3.6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)1.優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，合理確定各種參數(shù)，如質(zhì)量、成本、性能、承載能力等，使其達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)。將最優(yōu)原理和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，把經(jīng)驗(yàn)的、感性的、類比的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)的、理性的設(shè)計(jì)，立足于計(jì)算分析。在解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題時(shí)，能從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找到盡可能完善的或最適宜的設(shè)計(jì)方案，從而大大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。3.6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)1.優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和目的定義優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。(2)建立優(yōu)化設(shè)計(jì)問題數(shù)學(xué)模型。(3)選用合適的優(yōu)化計(jì)算方法。(4)確定必要的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)初始點(diǎn)。(5)編寫包括數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法的計(jì)算機(jī)程序，通過計(jì)算機(jī)的求解計(jì)算獲取最優(yōu)參數(shù)。(6)對結(jié)果數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理性和適用性分析。3.6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)2.選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本原則優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法：如無約束問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（一維搜索方法、最速下降法、共軛梯度法、牛頓法等）；約束問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法、外點(diǎn)懲罰函數(shù)法、混合懲罰函數(shù)法等）。應(yīng)了解各種方法的特點(diǎn)及使用的場合，充分考慮計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間、儲存量、上機(jī)前數(shù)學(xué)模型及程序的準(zhǔn)備時(shí)間、計(jì)算精度等。基本原則：所選用的方法及程序適用于設(shè)計(jì)者的數(shù)學(xué)模型；計(jì)算效率高、容易收斂到規(guī)定的精度要求；盡可能避免采用求導(dǎo)數(shù)的方法，以避免人為的錯(cuò)誤和減少上機(jī)前的準(zhǔn)備時(shí)間。

優(yōu)化結(jié)果的常用形式：最大值或最小值。優(yōu)化的相對性：優(yōu)化是相對某種目標(biāo)的，目標(biāo)不同優(yōu)化的結(jié)果不同；在大多數(shù)的情況下，優(yōu)化結(jié)果并不是最優(yōu)的，只是相對好的。優(yōu)化目標(biāo)的矛盾性：很多優(yōu)化目標(biāo)往往是互相抵觸的。把不同的目標(biāo)綜合在一起考慮，如果側(cè)重點(diǎn)不同，最優(yōu)解也是不同的。優(yōu)化的實(shí)效性：優(yōu)化設(shè)計(jì)往往只是針對某時(shí)期的產(chǎn)品而言，具有相對性。隨著科技的發(fā)展，當(dāng)時(shí)的"優(yōu)化設(shè)計(jì)"也可能會被淘汰。3.6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)主要包含兩部分內(nèi)容：建模技術(shù)：將實(shí)際問題抽象成優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，并建立起符合實(shí)際設(shè)計(jì)要求的數(shù)學(xué)模型。需要掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本理論、設(shè)計(jì)問題抽象和數(shù)學(xué)模型處理的基本技能，還要具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。求解技術(shù)：對所建的模型進(jìn)行解算，分析實(shí)際問題與數(shù)學(xué)模型之間存在的差距，修正優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，才可能建立正確的數(shù)學(xué)模型，求解到的最優(yōu)解。3.6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)1．可靠性的基本概念產(chǎn)品質(zhì)量既包括功能指標(biāo)，也包括可靠性指標(biāo)?？煽啃缘臄?shù)值指標(biāo)常用可靠度、實(shí)效率、平均壽命、有效壽命、維修度、有效度和重要度等來表示。有了可靠性的尺度，產(chǎn)品在可靠性方面就具有了明確而統(tǒng)一的指標(biāo)。這樣，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，可以利用數(shù)學(xué)方法來計(jì)算和預(yù)測它們的可靠性；在產(chǎn)品生產(chǎn)出來之后，可用一定的試驗(yàn)方法來評定其可靠性。3.6.2可靠性設(shè)計(jì)2．可靠性評價(jià)指標(biāo)1)可靠度

可靠度(無故障概率Pt）是用概率表示產(chǎn)品的可靠的程度，其定義為：“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成功能的概率”?？煽慷鹊幕疽兀?/p>

(1)對象：包括系統(tǒng)、機(jī)器、部件等，可以是復(fù)雜的設(shè)備，也可以是一個(gè)零件。如果對象是一個(gè)系統(tǒng)，則不僅包括硬件，還包括軟件和人的判斷和操作等因素。

(2)使用條件：包括運(yùn)輸、儲存及允許條件。

(3)規(guī)定時(shí)間：研究對象的工作期限，可以用時(shí)間表示，也可以用距離、次數(shù)來表示。例如通常滾動軸承的工作期限用小時(shí)，車輪的工作期限用行車公里數(shù)。

(4)規(guī)定功能：研究對象在規(guī)定的使用條件下能維持正常工作而不失效。

(5)概率：“可靠度”是可靠性的概率表示。概率是一個(gè)特定形式的事件出現(xiàn)的可能性，用分?jǐn)?shù)和百分?jǐn)?shù)來表示。3.6.2可靠性設(shè)計(jì)2．可靠性評價(jià)指標(biāo)

2)累計(jì)失效概率(故障概率)Ft。指產(chǎn)品在規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間內(nèi)失效的概率。可靠度與累計(jì)失效概率構(gòu)成一個(gè)完整的事件組。即Pt+Ft=1。

3)平均壽命(平均無故障工作時(shí)問)MTBF。指產(chǎn)品在使用壽命期內(nèi)的某個(gè)觀察期間累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)之比。

4)失效率(故障率)。指工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。3.6.2可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)1機(jī)械產(chǎn)品可靠性的特點(diǎn)：（1）機(jī)械產(chǎn)品的故障模式具有多樣性和復(fù)雜性。機(jī)械產(chǎn)品的故障模式與其材料、具體結(jié)構(gòu)、載荷性質(zhì)和大小等有密切關(guān)系。失去規(guī)定的功能可以是損壞、失調(diào)、滲漏、堵塞、老化、松脫等多種表現(xiàn)形式。（2）機(jī)械零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度低。難以給出像電子元器件那樣工程上實(shí)用的機(jī)械零部件故障率手冊。（3）機(jī)械零部件的故障既有偶然性故障，又有耗損性故障。后者的故障機(jī)理大多與磨損、疲勞、腐蝕、老化等耗損過程密切相關(guān)。（4）機(jī)械加工制造質(zhì)量對產(chǎn)品可靠性影響大。機(jī)械產(chǎn)品通過設(shè)計(jì)獲得了固有可靠性，但在加工制造過程中，工藝設(shè)備、工藝方法、工藝流程、各種工藝因素控制、裝配工藝等對產(chǎn)品質(zhì)量將產(chǎn)生重大影響。

可靠性設(shè)計(jì)22機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的原則（1）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)相結(jié)合

不應(yīng)完全摒棄安全系數(shù)法，對一些條件成熟或精度要求非常高的關(guān)鍵件可逐步開展可靠性概率設(shè)計(jì)。按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法確定零部件的材料及結(jié)構(gòu)尺寸等，而后根據(jù)相應(yīng)的模型進(jìn)行可靠性定量計(jì)算。（2）定性設(shè)計(jì)與定量設(shè)計(jì)相結(jié)合

定量設(shè)計(jì)并不能解決所有的可靠性問題。對于難以進(jìn)行定量計(jì)算的零部件進(jìn)行可靠性定性設(shè)計(jì)往往更加合理和有效。（3）既要進(jìn)行系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)，又要進(jìn)行零部件可靠性設(shè)計(jì)。（4）既要進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，又要進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。

可靠性設(shè)計(jì)針對的是偶然性故障，耐久性設(shè)計(jì)針對的是漸變性故障，它們的故障機(jī)理是不同的。

可靠性設(shè)計(jì)法（概率法設(shè)計(jì)）就是對全部或部分設(shè)計(jì)變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在建立統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)理論解決工程設(shè)計(jì)問題的方法。而傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法是將設(shè)計(jì)參數(shù)(如強(qiáng)度、應(yīng)力等)均視為單值的，保證強(qiáng)度σ大于應(yīng)力s，即:n＝σ/s>[n]

[n]為安全系數(shù)，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。但實(shí)際上強(qiáng)度和應(yīng)力是受多種因素影響的具有較多隨機(jī)性，僅靠[n]這一定值，不能給出一個(gè)精確的度量來說明設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在多大程度上是安全的。可靠性設(shè)計(jì)3可靠性設(shè)計(jì)4可靠性設(shè)計(jì)5從計(jì)算結(jié)果看，可靠性設(shè)計(jì)的直徑雖小，但破壞概率僅有0.01%。A.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有考慮參數(shù)、數(shù)據(jù)的分散性，認(rèn)為動載荷、靜載荷、強(qiáng)度極限、彈性模量、極限應(yīng)力、尺寸、材料性能等參數(shù)是不變的，設(shè)計(jì)中使用的是平均值；而可靠性設(shè)計(jì)認(rèn)為所有與設(shè)計(jì)有關(guān)的變量均隨時(shí)間的變化而變化，并將它們視為屬于某種概率分布的統(tǒng)計(jì)量，這樣就保證了載荷測定的準(zhǔn)確性和材料性能的穩(wěn)定性，從而保證了結(jié)構(gòu)的可靠性。B.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是在這種加入了主觀的、人為因素的模式下進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了保證機(jī)械的可靠性，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對影響計(jì)算結(jié)果的各個(gè)參數(shù)乘以相應(yīng)的系數(shù)和安全系數(shù)。

可靠性設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)做了統(tǒng)計(jì)分析，這樣求得的安全系數(shù)就更加貼近實(shí)際?？煽啃栽O(shè)計(jì)6分布狀態(tài)直接影響設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)人高的統(tǒng)計(jì)規(guī)律為正態(tài)分布，均值為1710mm，方差為60mm和100mm，試問車門應(yīng)設(shè)計(jì)多高，才使碰頭的概率小于百分之一。解：根據(jù)題目要求不碰頭的概率為0.99，則Z=2.33，車高分別為：

H=2.33x60+1710=1850mm或H=2.33x100+1710=1943mm

由此可見，雖然均值相同，方差不同，其設(shè)計(jì)結(jié)果相差甚大，這是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法解決不了的。可靠性設(shè)計(jì)72010年清華分?jǐn)?shù)線5522010年一本線4682009年一本線462分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)分布2009年清華分?jǐn)?shù)線556600分考分分布對錄取分?jǐn)?shù)線的影響2009、2010上海市錄取分?jǐn)?shù)線對比1．有限元法的基本概念和特點(diǎn)有限元法是一種實(shí)用的數(shù)值方法，它避開了在整個(gè)求解區(qū)域上尋找連續(xù)解析函數(shù)的難點(diǎn)，轉(zhuǎn)為尋求在各子域(單元)上適當(dāng)控制方程，并滿足整個(gè)物體的邊界條件和連續(xù)條件的分塊近似的插值函數(shù)。具體方法：（1）將研究對象分成若干小單元，各單元通過節(jié)點(diǎn)聯(lián)系，對于每個(gè)單元都用節(jié)點(diǎn)的未知量通過插值函數(shù)近似地表示單元內(nèi)部的多種物理量，并使其在單元內(nèi)部滿足該問題的控制方程，從而將各單元對整體的影響通過單元的節(jié)點(diǎn)傳遞；（2）將這些單元組裝成整體，使它們滿足整個(gè)物體的邊界條件和連續(xù)條件，得到一組有關(guān)節(jié)點(diǎn)未知量的聯(lián)立方程；（3）解出方程后，再用插值函數(shù)和有關(guān)公式求得物體內(nèi)部各點(diǎn)所要求的多種物理量。如果插值函數(shù)選的合適，單元分得越細(xì)，計(jì)算結(jié)果就越精確。但是，單元數(shù)的增加，計(jì)算量和存儲信息會迅速增加，因此一般都是根據(jù)問題對精度的要求，只取一定數(shù)量的單元進(jìn)行分析。3.6.3有限元分析1．有限元法的基本概念和特點(diǎn)有限元法的特點(diǎn)：(1)不受物體幾何形狀限制，可以用大大小小的多種單元進(jìn)行拼裝，以適應(yīng)各種工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜幾何形狀。(2)可分析包括各種特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。同時(shí)，單元之間材料性質(zhì)可以有跳躍性的變化，能處理許多物體內(nèi)部帶有間斷性的復(fù)雜問題。(3)可以適應(yīng)不連續(xù)的邊界條件和載荷條件。(4)便于實(shí)現(xiàn)規(guī)范化和在計(jì)算機(jī)上統(tǒng)一編程，容易將程序編成模塊式結(jié)構(gòu)。(5)有限元法最后得到的大型聯(lián)立方程組的系數(shù)是一個(gè)稀疏矩陣，其中所有元素分布在矩陣的主對角線附近，且是對稱的正定矩陣，方程間的聯(lián)系較弱。這種方程計(jì)算工作量小，穩(wěn)定性好，便于求解。3.6.3有限元分析2．有限元法的應(yīng)用領(lǐng)域

(1)桿、梁、板、殼、三維塊體、二維平面、管道等各種單元復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜力分析。

(2)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動力分析，包括頻率、振型和動力響應(yīng)計(jì)算。

(3)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)(如水壓機(jī)、汽車、發(fā)電機(jī)、機(jī)床等)的靜力和動力分析。

(4)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零部件的彈塑性應(yīng)力分析及大變形分析。

(5)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的熱彈性蠕變、黏彈性、黏塑性分析。3.6.3有限元分析3．實(shí)用有限元分析方法對于不同分析類型，盡管所分析的內(nèi)容不一、應(yīng)用的有限元方程不同，但分析過程是相近的。圖3.6-1以靜力分析、動力分析和熱分析為例，說明了有限元法分析的主要步驟。從應(yīng)用角度來看，無論何種類型有限元分析方法，其過程均可分為三個(gè)階段：(1)建模階段；(2)計(jì)算階段；(3)后處理階段。3.6.3有限元分析3．實(shí)用有限元分析方法3.6.3有限元分析1．并行設(shè)計(jì)(1)概念：產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)與相關(guān)過程進(jìn)行集成的一種系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。即在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段同時(shí)考慮產(chǎn)品全生命周期(從概念形成到產(chǎn)品回收或報(bào)廢處理)的各種主要性能指標(biāo)，從而避免在產(chǎn)品研制后期出現(xiàn)不必要的返工與重復(fù)。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法(2)產(chǎn)品開發(fā)過程的并行重組及團(tuán)隊(duì)工作方式。通過工作步驟的平行交叉，縮短開發(fā)周期。如當(dāng)產(chǎn)品開發(fā)處于某一特定環(huán)節(jié)時(shí)，原本只是由一個(gè)或幾個(gè)部門進(jìn)行操作的，可能會得到來自其他部門的共同關(guān)注，他們隨時(shí)發(fā)表評價(jià)和建議，與產(chǎn)品的開發(fā)過程一直保持接觸。并行設(shè)計(jì)把不同的專業(yè)人員組成并行開發(fā)小組，以協(xié)同工作的方式進(jìn)行開放的和交互式的通信聯(lián)系，以縮短從概念設(shè)計(jì)至開始生產(chǎn)的準(zhǔn)備時(shí)間，消除返工。1．并行設(shè)計(jì)(3)統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程是一個(gè)產(chǎn)品信息由少到多、由粗到細(xì)不斷創(chuàng)作和完善的過程，不僅包括完備的幾何形狀、尺寸信息，還包含精度信息、加工工藝信息、裝配工藝信息、成本信息等。因此，并行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品信息模型應(yīng)能將來自不同部門、不同內(nèi)容、不同形式、不同關(guān)系、不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品信息，包容在一個(gè)統(tǒng)一的信息模型之中。(4)具有人工智能處理不完備、不確定信息的功能。信息是多種形式的，既有數(shù)字信息，又有非數(shù)字信息；既有文字信息，又有圖象信息；還要涉及大量知識型信息(概念、規(guī)劃等)。因此，并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)一定要具有處理以上這些信息的人工智能。(5)基于時(shí)間的決策。通過一系列的優(yōu)化決策，組織、指導(dǎo)并控制產(chǎn)品開發(fā)過程，使之能以最短的時(shí)間開發(fā)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法1．并行設(shè)計(jì)(6)分布式軟硬件環(huán)境。并行設(shè)計(jì)在同一時(shí)間內(nèi)多機(jī)、多程序?qū)ν辉O(shè)計(jì)總是并行協(xié)同求解，因此，網(wǎng)絡(luò)化、分布式的信息系統(tǒng)是其必要條件。并行設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)，分布式的知識庫、數(shù)據(jù)庫，能夠根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求動態(tài)編聯(lián)成相互獨(dú)立的模塊，在多臺終端上同時(shí)運(yùn)行，并利用網(wǎng)絡(luò)的機(jī)問通訊功能實(shí)現(xiàn)相互之間的同步協(xié)調(diào)。(7)開放式的系統(tǒng)界面。并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)高度集成化的系統(tǒng)。一方面應(yīng)具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性，可以按照產(chǎn)品開發(fā)的需要將不同的功能模塊組成完成產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)的集成系統(tǒng)；另一方面，開放的系統(tǒng)界面對并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)是至關(guān)重要的。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換規(guī)范，如數(shù)據(jù)交換條件、交互式圖形交換標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品建模數(shù)據(jù)的交換標(biāo)準(zhǔn)等，以及大容量、高速度的數(shù)據(jù)交換通道，如局域網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)等，是構(gòu)造開放式界面的關(guān)鍵技術(shù)。(8)系統(tǒng)化、集成化設(shè)計(jì)技術(shù)。并行設(shè)計(jì)是一種系統(tǒng)化、集成化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)作為主要技術(shù)手段，除了CAD、CAPP、CAM等單元技術(shù)的應(yīng)用外，還著重解決：①產(chǎn)品并行開發(fā)過程建模及優(yōu)化；②支持并行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)；③模擬仿真技術(shù)；④產(chǎn)品性能綜合評價(jià)和決策系統(tǒng)；⑤并行設(shè)計(jì)中的管理技術(shù)。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法2．綠色設(shè)計(jì)1)綠色設(shè)計(jì)的基本概念

(1)產(chǎn)品的生命周期

在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段考慮產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、供貨、使用、直到廢棄后拆卸回收或處理處置。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法

產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)可用右圖描述。在設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)特定的評價(jià)函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)案例的選擇，而評價(jià)函數(shù)必須包含圖中外圈所示的各項(xiàng)因素。2．綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)過程可以劃分為三個(gè)層次：設(shè)計(jì)層、評價(jià)層和綜合層，如圖3.6-4所示。產(chǎn)品生命周期的市場需求分析、設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售、使用及廢棄后的處理六個(gè)階段組成了產(chǎn)品生命周期維，而設(shè)計(jì)層、評價(jià)層和綜合層則組成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程維。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法2．綠色設(shè)計(jì)

1)綠色設(shè)計(jì)的基本概念

(2)綠色產(chǎn)品綠色產(chǎn)品是在其生命周期全過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害和危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。要求企業(yè)在生產(chǎn)過程中選用清潔原料，清潔工藝，生產(chǎn)出清潔產(chǎn)品；用戶在使用產(chǎn)品時(shí)不產(chǎn)生、或很少產(chǎn)生環(huán)境污染，并對使用者沒有造成危害；報(bào)廢產(chǎn)品在回收處理過程中很少產(chǎn)生廢棄物。應(yīng)盡量減少材料的使用量和種類，特別是稀有昂貴、有害有毒材料。盡量簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品中零件材料能最大限度地再利用。綠色產(chǎn)品在其生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)所消耗的能源應(yīng)最少，即最大限度地節(jié)約能源。資源及能源的節(jié)約利用本身也是很好的環(huán)境保護(hù)的手段。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法2．綠色設(shè)計(jì)

1)綠色設(shè)計(jì)的基本概念

(3)綠色設(shè)計(jì)的概念

綠色設(shè)計(jì)通常也稱為生態(tài)設(shè)計(jì)、生命周期設(shè)計(jì)，都是設(shè)計(jì)和制造生命周期環(huán)境影響為最小的產(chǎn)品。

綠色設(shè)計(jì)的基本思想：在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可綜合利用性等)，并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用的壽命、質(zhì)量等。即從根本上防止環(huán)境污染，節(jié)約資源，不能等產(chǎn)品產(chǎn)生不良的環(huán)境后果再采取防治措施。

綠色設(shè)計(jì)過程的4個(gè)動態(tài)階段：①產(chǎn)品提高；②產(chǎn)品再設(shè)計(jì)；③產(chǎn)品功能創(chuàng)新；④產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新。即綠色設(shè)計(jì)與創(chuàng)新是一個(gè)從部分到系統(tǒng)、從簡單到復(fù)雜、從漸進(jìn)創(chuàng)新到根本創(chuàng)新的過程。

綠色設(shè)計(jì)的3個(gè)層次：

①治理技術(shù)與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，如“可回收性設(shè)計(jì)”等，其目標(biāo)是簡化、減少和取消產(chǎn)品廢棄后的處理處置過程及費(fèi)用；②清潔預(yù)防技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如“為預(yù)防污染而設(shè)計(jì)”，“為環(huán)境而設(shè)計(jì)”等，目的在于減少生命周期各個(gè)階段的污染；③為價(jià)值而設(shè)計(jì)，目的在于提高產(chǎn)品的總價(jià)值，而這種價(jià)值體系是人與環(huán)境的共同體。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法2．綠色設(shè)計(jì)

2)綠色設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容(1)材料選擇與管理。選材：考慮產(chǎn)品的使用條件和性能，考慮環(huán)境約束準(zhǔn)則，了解材料對環(huán)境的影響，選用無毒、無污染材料及易回收、可重用、易降解材料，這對材料科學(xué)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。對材料的管理：不能把含有有害成分與無害成分的材料混放在一起；達(dá)到生命周期的產(chǎn)品，可重用部分要充分回收利用，不可用部分要采用一定的工藝方法進(jìn)行處理，使其對環(huán)境的影響降低到最低限度。(2)產(chǎn)品的可回收設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)初期充分考慮其零件材料的回收可能性、回收價(jià)值大小、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等，最終達(dá)到零件材料資源、能源的最大利用，并對環(huán)境污染最小。(3)產(chǎn)品的裝配與拆卸性設(shè)計(jì)。產(chǎn)品不僅應(yīng)具有優(yōu)良的裝配性能，還必須具有良好的拆卸性能。拆卸設(shè)計(jì)己成為目前綠色設(shè)計(jì)研究的主要熱點(diǎn)。因?yàn)椴豢刹鹦恫粌H會造成大量可重復(fù)利用零件部件材料的浪費(fèi)，而且因廢棄物不好處置，還會污染環(huán)境。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法2．綠色設(shè)計(jì)

2)綠色設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容(4)產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)。優(yōu)化包裝方案和包裝結(jié)構(gòu)，選用易處理、可降解、可回收重用和循環(huán)再生的包裝材料。(5)綠色產(chǎn)品的成本分析。考慮產(chǎn)品的回收、再利用等性能，因此成本分析時(shí)，必須考慮污染物的替代、產(chǎn)品拆卸、重復(fù)利用成本、特殊產(chǎn)品相應(yīng)的環(huán)境成本等。對企業(yè)來說，是否支出環(huán)保費(fèi)用，會形成產(chǎn)品成本上的差異，同樣的環(huán)境項(xiàng)目，在各國或地區(qū)間的實(shí)際費(fèi)用，也會形成企業(yè)間成本的差異。因此，在設(shè)計(jì)決策時(shí)應(yīng)進(jìn)行綠色產(chǎn)品成本分析，以便設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品“綠色程度”高、且總成本低。(6)綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫與知識庫。該數(shù)據(jù)庫與知識庫應(yīng)包括產(chǎn)品的生命周期中與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、對策等有關(guān)的一切數(shù)據(jù)與知識，如材料成分，各種材料對環(huán)境的影響值，材料自然降解周期，人工降解時(shí)間、費(fèi)用，制造、裝配、銷售、使用過程中所產(chǎn)生的附加物數(shù)量及對環(huán)境的影響值，環(huán)境評估準(zhǔn)則所需要的各種判斷標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法2．綠色設(shè)計(jì)

3)綠色設(shè)計(jì)方法綠色設(shè)計(jì)與并行設(shè)計(jì)關(guān)系緊密，并行設(shè)計(jì)方法對綠色設(shè)計(jì)的實(shí)施有著重要的支撐作用。并行綠色設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是“綠色”與“并行”有機(jī)結(jié)合，充分體現(xiàn)了綠色化、并行化、集成化的整體優(yōu)勢。圖3.6-5反映了并行綠色設(shè)計(jì)所需的支撐環(huán)境。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法2．綠色設(shè)計(jì)

3)綠色設(shè)計(jì)方法

有效的綠色設(shè)計(jì)應(yīng)在并行環(huán)境下實(shí)施，其實(shí)施過程具有閉環(huán)特性。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法美國的廢舊車?yán)?/p>

綠色汽車應(yīng)滿足：

1）制定基于環(huán)境因素的設(shè)計(jì)規(guī)范，以保證制造裝配、產(chǎn)品的運(yùn)輸銷售、消費(fèi)者使用、回收再生等所有過程都不會引起環(huán)境問題；

2）在生產(chǎn)制造過程中不得對環(huán)境產(chǎn)生損害，包括噪聲、振動、熱、化學(xué)物質(zhì)、電輻射等；

3）汽車的能耗要低，效率要高；

4）汽車報(bào)廢時(shí)要能夠方便地拆卸和回收。

綠色汽車要求汽車廠家改造生產(chǎn)工藝，選擇新材料，加重制造成本。一些發(fā)達(dá)國家制定了嚴(yán)厲的環(huán)境法規(guī)，去約束汽車廠商的生產(chǎn)行為。如果規(guī)定汽車報(bào)廢時(shí)的回收處理費(fèi)用由汽車制造廠家來承擔(dān)，絕大部分汽車的設(shè)計(jì)方案就會有很大的修改。美國每年更新舊車超過1000萬輛。嚴(yán)格的法規(guī)要求：美國的報(bào)廢汽車必須送到專門的報(bào)廢汽車回收利用企業(yè)進(jìn)行處理。高效的廢舊汽車回收業(yè)和完善的二手車市場，為美國的廢舊汽車找到了循環(huán)利用之路，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。美國報(bào)廢汽車的再利用率已達(dá)到95%。廢舊汽車回收成為美國最大的回收行業(yè)。每輛回收車被再利用的零部件重量超過該車總重量的75%。全美目前共有1.2萬多家報(bào)廢汽車拆解企業(yè)、2萬家零部件再制造企業(yè)和200家拆后報(bào)廢汽車粉碎企業(yè)。舊車的修復(fù)廢車電池的回收美國報(bào)廢汽車的回收利用流程：1）被回收的車輛進(jìn)入報(bào)廢汽車回收工廠；2）放掉油箱的汽油和機(jī)油等殘留液體；3）牌照由相關(guān)部門檢驗(yàn)簽字；4）將“五大總成”拆除，對可利用或銷售的零部件進(jìn)行篩選后入庫；5）織物及布料作垃圾處理；6）有用的汽車零部件被拆卸下來，修理翻新后重新投入使用；7）金屬車架會被送進(jìn)大型擠壓機(jī)粉碎，再用磁分離法將鋼分離出來，或者將鋼鐵進(jìn)行壓塊后出售給鋼鐵回收部門。粉碎一輛車的廢殼幾乎能滿足制造一輛新車的需要。汽車回收業(yè)每年向美國鋼鐵冶金行業(yè)提供的廢鋼鐵占冶金業(yè)回收量的1/3還要多。車身壓塊處理后打包運(yùn)輸美國汽車回收業(yè)的蓬勃發(fā)展，大大減少了公路兩旁和樹林中報(bào)廢的汽車堆積，使環(huán)境污染問題得到改善。由于部分回收零部件經(jīng)整修和翻新后再次進(jìn)入市場，有利于降低成本，使廣大消費(fèi)者得到實(shí)惠。

對于未達(dá)使用年限，車主又希望置換的舊車，二手車市場則成了理想的選擇。美國每年二手車的銷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過新車銷量。美國二手車市場已相當(dāng)成熟。幾乎所有美國汽車經(jīng)銷商都同時(shí)經(jīng)營新車和二手車。3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

TRIZ是由俄文的英文音譯的首字母組成，意思為發(fā)明問題求解理論。1)TRIZ理論概述

TRIZ理論是基于知識的、面向人的解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化方法學(xué)，其核心是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理。TRIZ理論的來源及主要構(gòu)成如圖3.6-7所示。

TRIZ理論是解決發(fā)明問題的理論，是實(shí)現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)造、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)的有效方法。TRIZ理論已建立的一系列實(shí)用方法能幫助研究人員盡快創(chuàng)造出滿意的設(shè)計(jì)方案。能提高發(fā)明的成功率、縮短發(fā)明周期，使發(fā)明問題有可預(yù)見性。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1)TRIZ理論概述3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2)TRIZ理論的主要內(nèi)容

(1)產(chǎn)品進(jìn)化理論。技術(shù)系統(tǒng)一直處于進(jìn)化之中，解決沖突是進(jìn)化的推動力。TRIZ理論中的產(chǎn)品進(jìn)化為4個(gè)階段：嬰兒期、成長期、成熟期和退出期。產(chǎn)品進(jìn)化理論還研究產(chǎn)品進(jìn)化模式、進(jìn)化定律與進(jìn)化路線。

(2)分析。分析是TRIZ理論的工具之一，是解決問題的一個(gè)重要階段。它包括產(chǎn)品的功能分析、可用資源分析和沖突區(qū)域的確定等。

(3)沖突解決原理。TRIZ理論主要研究技術(shù)與物理兩種沖突。技術(shù)沖突是指傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中所說的折中，即由于系統(tǒng)本身某一部分的影響，所需要的目標(biāo)不能達(dá)到。物理沖突是指一個(gè)物體有相反的需求。TRIZ理論引導(dǎo)設(shè)計(jì)者挑選能解決特定沖突的原理，其前提是要按照標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)確定沖突，然后利用39×39條標(biāo)準(zhǔn)沖突和140條發(fā)明創(chuàng)造原理解決沖突。(4)效應(yīng)。效應(yīng)指應(yīng)用本領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的相關(guān)定律解決設(shè)計(jì)中的問題，如采用數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物和電子等領(lǐng)域中的原理解決機(jī)械設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新問題。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3）TRIZ理論解決發(fā)明創(chuàng)造問題的一般方法首先將要解決的特殊問題加以定義、明確；然后根據(jù)TRIZ理論提高的方法，將需要解決的特殊問題轉(zhuǎn)化為類似的標(biāo)準(zhǔn)問題，針對類似的標(biāo)準(zhǔn)問題總結(jié)、歸納出類似標(biāo)準(zhǔn)解決方法；最后，依據(jù)類似的標(biāo)準(zhǔn)解決方法解決用戶需要解決的特殊問題。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

4)設(shè)計(jì)中的沖突及其解決原理

(1)沖突的基本概念與分類。機(jī)械產(chǎn)品由多個(gè)相關(guān)聯(lián)的零部件組成。當(dāng)改進(jìn)某個(gè)零部件時(shí)，可能會影響到與其相關(guān)聯(lián)零部件，結(jié)果使產(chǎn)品另一些方面的性能受到影響。如果這些影響是負(fù)面的，就出現(xiàn)了沖突。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的折中法沒有根本解決沖突，只是降低沖突的程度。TRIZ理論認(rèn)為，產(chǎn)品創(chuàng)新的核心是解決沖突，產(chǎn)生新的有競爭力的解。通常的沖突分為兩個(gè)層次，第一個(gè)層次分為工程沖突、社會沖突及自然沖突;每一類又可細(xì)分為若干類。在圖3.6-9中，沖突的解決自下而上、自左向右越來越困難。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

4)設(shè)計(jì)中的沖突及其解決原理

(2)物理沖突及其解決原理。物理沖突是指為了實(shí)現(xiàn)某種功能，一個(gè)子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有一種特性，但同時(shí)出現(xiàn)了與該特性相反的特性。例如，為了容易起飛，飛機(jī)的機(jī)翼應(yīng)有較大的面積，但為了高速飛行，機(jī)翼又應(yīng)有較小的面積，解決該物理沖突是機(jī)翼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。物理沖突的解決方法是利用分離原理：空間分離、時(shí)間分離、基于條件的分離、總體與部分的分離。分離的基本思路是通過空間、時(shí)間、條件等分離方法，以降低解決問題的難度。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

4)設(shè)計(jì)中的沖突及其解決原理

(3)技術(shù)沖突及其解決方法。

技術(shù)沖突是指一個(gè)作用同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果，也可指有用作用的引入導(dǎo)致一個(gè)或幾個(gè)子系統(tǒng)或系統(tǒng)性能降低。如波音公司在改進(jìn)737機(jī)型的設(shè)計(jì)時(shí)，需要將使用中的發(fā)動機(jī)改為功率更大的發(fā)動機(jī)。而發(fā)動機(jī)功率越大，工作時(shí)需要的空氣就越多，發(fā)動機(jī)機(jī)罩的直徑就必須增大。而發(fā)動機(jī)機(jī)罩直徑越大，使機(jī)罩離地面的距離就會減少，但該距離的減少是設(shè)計(jì)所不允許的。

TRIZ理論提出用39個(gè)通用工程參數(shù)描述沖突。在實(shí)際應(yīng)用中，首先要把組成沖突的雙方內(nèi)部性能用該39個(gè)工程參數(shù)中的某兩個(gè)來表示。目的是把實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的沖突轉(zhuǎn)化為一般的或標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)沖突。表3.6-1是39個(gè)通用工程參數(shù)名稱匯總。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

4)設(shè)計(jì)中的沖突及其解決原理

3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

4)設(shè)計(jì)中的沖突及其解決原理

3.6.4其他設(shè)計(jì)方法3．基于TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

5)利用技術(shù)進(jìn)化模式實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

(1)S曲線及其作用?？梢詫a(chǎn)品或技術(shù)分為新發(fā)明、技術(shù)改進(jìn)和技術(shù)成熟三個(gè)階段，或嬰兒期、成長期、成熟期和退出期四個(gè)階段。

(2)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式。技術(shù)進(jìn)化過程有其自身的規(guī)律與模式，是可以預(yù)測的。進(jìn)化模式指出了產(chǎn)品如何從一種技術(shù)轉(zhuǎn)移到另一種技術(shù)，新舊技術(shù)所完成的基本功能相同，但是新技術(shù)的性能極限提高、成本降低，即產(chǎn)品沿進(jìn)化路線的過程是新舊技術(shù)更替的過程。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法圖3.6-12技術(shù)系統(tǒng)的11條進(jìn)化模式。Pro/Innovator創(chuàng)新軟件

Pro/Innovator兩大理論基礎(chǔ)：TRIZ理論和本體論。

本體論是哲學(xué)中的一個(gè)重要流派，它著眼于探討世間萬物之間普遍存在的聯(lián)系。在實(shí)踐中，應(yīng)用本體論可以揭示出事物之間相互轉(zhuǎn)換變遷的規(guī)律性，并構(gòu)建出反映這種規(guī)律性的本體論知識庫。創(chuàng)新或創(chuàng)造就是設(shè)法找出前人或他人所未曾找到的事物之間聯(lián)系的過程。

Pro/Innovator對使用者有何要求？

用戶需要對待分析的產(chǎn)品有足夠的了解，能夠清楚地明確產(chǎn)品各個(gè)組件的功能關(guān)系和功能特點(diǎn)。使用者應(yīng)具備基本的、對于Pro/Innovator所提供的、針對用戶所需解決問題的一系列“概念”──科學(xué)原理、創(chuàng)新原理、應(yīng)用實(shí)例、專利技術(shù)等──能很好地理解，并能由此及彼地想到可行的實(shí)施方法。例：取果仁的功能描述功能分析解法構(gòu)思砸殼外部加壓：砸(利用重力)

適度抽象化

夾：杠桿作用(核桃夾子)

壓：螺旋壓力機(jī)沖擊：水力沖擊沖射：把桃核作為子彈射到硬靶上側(cè)向思維：使殼變脆，讓殼易碎

把殼溶解，只溶解殼而不落解桃仁逆向思維：內(nèi)部加壓：鉆孔，向殼內(nèi)充氣撐破外殼分離殼與桃仁

整體加壓：外壓甄減，內(nèi)壓撐破外殼4．人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)是從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)研究人-機(jī)-環(huán)境組成的系統(tǒng)，研究其三要素及其相互間的關(guān)系，其關(guān)鍵問題是從人的生理和心理特征考慮，使機(jī)、環(huán)境與人相互協(xié)調(diào)。實(shí)踐證明，系統(tǒng)的有效性越來越取決于人機(jī)之間的配合關(guān)系。傳統(tǒng)的做法是在機(jī)器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)操作要求訓(xùn)練使用者。旦由于人體機(jī)能的局限性，迫使設(shè)計(jì)師不得不考慮改進(jìn)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，力圖通過人機(jī)界面的改善，提高系統(tǒng)的有效性。人機(jī)工程學(xué)通過功能分析、功能分配、界面設(shè)計(jì)、人員訓(xùn)練、硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)綜合等方法，使人機(jī)之間的功能相互協(xié)調(diào)，發(fā)揮最大潛力。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法4．人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一般原則：(1)工作空間應(yīng)符合人體尺寸和工作類型，身體姿勢、體力和運(yùn)動應(yīng)適宜操作。在考慮工作空間時(shí)，應(yīng)使四肢具有足夠的活動空間。工作器具應(yīng)與人的四肢相適應(yīng)。各種操縱器具的布置應(yīng)在人體功能可能實(shí)施的范圍內(nèi)。身體姿勢一般坐姿優(yōu)于立姿，坐站交替效果更好。在身體運(yùn)動方面，寧可選擇活動而不要選擇不動。由身體傳遞很大的力時(shí)，距離應(yīng)盡可能短，同時(shí)應(yīng)取合適的姿勢或有適當(dāng)?shù)闹挝铩?yīng)避免身體強(qiáng)制保持一定的姿勢。不宜超過體力所允許的負(fù)荷。使用的力應(yīng)與人體的活動狀況相適應(yīng)。設(shè)計(jì)顯示板(屏)時(shí)，應(yīng)有適當(dāng)距離。眼睛左右方向的最適宜轉(zhuǎn)動角度為15°，最大角度為35°；上下方向最適宜轉(zhuǎn)動角度為15°，向上最大角度為40°，向下最大角度為20°。頭部左右方向的最大轉(zhuǎn)動角度為60°，向上最大角度為65°，向下最大角度為35。頭部和眼睛都轉(zhuǎn)動時(shí)，左右方向最適宜角度為15°，上下方向最適宜角度為15°，向上最大角度為90°，向下最大角度為70°。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法4．人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一般原則：(2)信息的顯示與信號的選擇設(shè)計(jì)和布置。信息的顯示有視覺、聽覺和觸覺三類。通常，信息通過視覺獲得，但在緊急情況下，使用聽覺顯示的效果更大。因?yàn)閷τ谕蝗话l(fā)生的聲音，人具有特殊的反應(yīng)能力。但過度地應(yīng)用聽覺顯示，易使人疲勞。各種顯示器設(shè)計(jì)的一般要求和特殊要求：①顯示器只顯示對完成規(guī)定任務(wù)極為重要的信息；②顯示器所提供信息的精度應(yīng)滿足控制要求；③系統(tǒng)或設(shè)備有故障時(shí)應(yīng)有信息顯示；④應(yīng)按功能或顯示順序分組；⑤應(yīng)有適當(dāng)?shù)恼彰?、編碼和標(biāo)記。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法4．人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一般原則：(3)操縱、調(diào)節(jié)部件的選擇、造型和布置，應(yīng)適合有關(guān)身體部位及其運(yùn)動，并考慮有關(guān)靈敏度、精確度、速度、作用力等要求?？刂萍O(shè)計(jì)的一般要求：①控制件的運(yùn)動方向應(yīng)與被控制動作或顯示器的運(yùn)動方向一致；②控制件的造型應(yīng)使操作者只用一般的體力；③要求精確度較高的操作活動，只能使用較小的體力，但應(yīng)保持適當(dāng)?shù)淖枇?，使操作者對操作的精確度有所感覺；④不同設(shè)備完成相同功能控制件的大小和形狀應(yīng)一致；⑤控制件應(yīng)易于識別，可以用顏色、尺寸、形狀或在控制面板上加說明予以區(qū)別；⑥除非故意聯(lián)動，控制件的使用不應(yīng)互相干擾；⑦要求迅速或精確調(diào)整的地方用手進(jìn)行操作；⑧為執(zhí)行若干個(gè)分段控制，應(yīng)采用止動型控制件；⑨當(dāng)控制件要求用力大或要求連續(xù)向前用力時(shí)，可選用腳操作。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法4．人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一般原則：(3)操縱、調(diào)節(jié)部件的選擇、造型和布置，應(yīng)適合有關(guān)身體部位及其運(yùn)動，并考慮有關(guān)靈敏度、精確度、速度、作用力等要求?？刂萍O(shè)計(jì)的特殊要求：①手柄。形狀應(yīng)使與手的接觸面積最多；把手應(yīng)能自由轉(zhuǎn)動；對于站立的操作者，手柄應(yīng)在地板上90～120cm之間；曲柄把手外緣與任何障礙之間的間距不小于7．5cm；當(dāng)手柄要求快速轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)動軸線的水平傾斜不大于30°。②手輪。把握面應(yīng)有適當(dāng)?shù)牟坌位驖L花，以便于握緊；需用雙手連續(xù)操縱的手輪，其轉(zhuǎn)動角度應(yīng)限制在120°以內(nèi)；用作閥門控制器的手輪應(yīng)標(biāo)出功能及轉(zhuǎn)動方向。③用鑰匙的開關(guān)。鑰匙的形狀應(yīng)使操作人員明顯地知道其正確的插入方法；除了在“關(guān)”(0FF)位置外，鑰匙在其他位置均應(yīng)插在鎖內(nèi)；僅單側(cè)有齒的鑰匙應(yīng)將齒向上插入；雙側(cè)都有齒的鑰匙應(yīng)有編號，以便正確插入；“開”和“關(guān)”都應(yīng)設(shè)有標(biāo)記。④旋鈕。粗調(diào)用小旋鈕，應(yīng)設(shè)有鋸齒槽或滾花以避免打滑；執(zhí)行同樣功能的旋鈕形狀相同；應(yīng)有一定阻力，防止偶然觸摸或外力改變已設(shè)定的位置。⑤操縱桿。當(dāng)操縱桿安裝在地板上并垂直時(shí)，手柄的高度應(yīng)在腰和肩之間；在操縱桿平行于地板的地方，對于站立的操作者，其握把應(yīng)在距地板115cm處；在要求準(zhǔn)確的地方，操縱桿應(yīng)采用推動方式；在要求迅速操作時(shí)，應(yīng)采用前后操作；當(dāng)操縱桿有分段操作定位時(shí)，應(yīng)使其有適當(dāng)?shù)闹苿恿?；?dāng)用小操縱桿進(jìn)行精調(diào)時(shí)，把大移動量給肘支撐，小移動量給前臂支撐，把精確移動量給手腕支撐。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法4．人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一般原則：控制件設(shè)計(jì)的特殊要求：⑥踏板。要求用力大、移動遠(yuǎn)的地方使用腳踏板；踏板上腳的重量要用彈簧張力支撐；操作者腿的運(yùn)動應(yīng)簡單而直接；踏板表面應(yīng)防滑。踏板中心線與墻或障礙物之間的距離不小于12.5cm。⑦按鈕。按鈕起作用時(shí)，應(yīng)有一定的感覺或可聽見咔嗒聲；按鈕應(yīng)有一逐漸增大的彈性阻力；按鈕起作用時(shí)，設(shè)備應(yīng)有反應(yīng)反饋給操作人員；為適應(yīng)手指形狀，按鈕表面應(yīng)向里凹；為預(yù)防偶然作用，可采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。⑧旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)。開關(guān)位置最小間距為15°，最大間距為45°，在要求非目視定位的地方，開關(guān)位置的最小間距為30°；開關(guān)位置最多為24個(gè)。在開關(guān)不打算360°全部連續(xù)使用的地方，其首尾位置應(yīng)設(shè)止動器；順時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，刻盤的數(shù)字或字母應(yīng)增大；一般應(yīng)有一個(gè)可動的旋鈕指針和一個(gè)固定的刻度盤；旋鈕指針相對于刻盤的位置應(yīng)使視差最小。⑨鈕子開關(guān)。能往復(fù)操作并具有快速作用觸點(diǎn)；方向垂直的開關(guān)向上位置為“開”；方向水平的開關(guān)向右位置為“開”；應(yīng)有防止偶然作用的保護(hù)措施；三位鈕子開關(guān)一般限于非關(guān)鍵系統(tǒng)時(shí)使用。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法4．人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一般原則：(4)環(huán)境、安全和技術(shù)文件等方面的考慮。工作環(huán)境對人的工作能力和安全有巨大影響。但廣義工作環(huán)境設(shè)計(jì)的探討已超出設(shè)備設(shè)計(jì)的范疇。環(huán)境條件包括溫度、濕度、輻射熱、灰塵、射線、氣體、氣壓、重力、加速度、照明、色彩、噪聲、振動等。在人一機(jī)設(shè)計(jì)中著重考慮的應(yīng)是設(shè)備本身對人(操作人員或服務(wù)對象)所處環(huán)境的劣化和設(shè)備設(shè)計(jì)對人所處環(huán)境的改善兩個(gè)方面。在交通運(yùn)輸設(shè)備中，設(shè)備為有關(guān)人員提供了“小”環(huán)境條件，空調(diào)、通風(fēng)、減振、降噪等是此類設(shè)備的設(shè)計(jì)所必須考慮的人機(jī)界面問題。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法5．模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)是在對產(chǎn)品進(jìn)行市場分析、預(yù)測、功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列通用的功能模塊，根據(jù)用戶要求，對模塊進(jìn)行選擇和組合，參考齒輪(同一模數(shù))嚙合原理，構(gòu)成不同功能或功能相同性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們需要多品種、多規(guī)格產(chǎn)品以滿足不同的工作和使用要求。目前中小批量產(chǎn)品約占產(chǎn)品總數(shù)的70％～80％，為了滿足不同的功能及性能要求，而且要迅速、經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)出更多變型新產(chǎn)品，因此，系列化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)是當(dāng)今產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法5．模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)的主要方式：(1)橫系列模塊化設(shè)計(jì)。不改變產(chǎn)品主參數(shù)，利用模塊發(fā)展變型產(chǎn)品，易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用廣。在基型品種上更換或添加模塊，形成新的變型品種。例如，更換端面銑床的銑頭，加裝立銑頭、臥銑頭、轉(zhuǎn)塔銑頭等，形成立式銑床、臥式銑床或轉(zhuǎn)塔銑床。(2)縱系列模塊化設(shè)計(jì)。在同一類型中對不同規(guī)格的基型產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。主參數(shù)不同，動力參數(shù)也不同，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形式和尺寸不同，較復(fù)雜。若把與動力參數(shù)有關(guān)的零部件設(shè)計(jì)成相同的通用模塊，勢必造成強(qiáng)度或剛度的欠缺或冗余，欠缺影響功能發(fā)揮，冗余則造成結(jié)構(gòu)龐大。因而，在與動力參數(shù)有關(guān)的模塊設(shè)計(jì)時(shí)，往往先合理劃分區(qū)段，在同一區(qū)段內(nèi)模塊通用；對于與動力或尺寸無關(guān)的模塊，可在更大范圍內(nèi)通用。(3)橫系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。除發(fā)展橫系列產(chǎn)品之外，改變某些模塊還能得到其他系列產(chǎn)品，便屬于橫系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。如鏜銑床的模塊化設(shè)計(jì)中，除可發(fā)展橫系列的數(shù)控及各類型鏜銑加工中心外，更換立柱、滑座及工作臺，即可將鏜銑床變?yōu)榭缦盗械穆涞冂M床。(4)全系列模塊化設(shè)計(jì)。包括縱系列和橫系列。例如，工具銑的模塊化，除可改變?yōu)榱婎^、臥銑頭、轉(zhuǎn)塔銑頭等形成橫系列產(chǎn)品外，還可改變床身、橫梁的高度和長度，得到三種縱系列產(chǎn)品。(5)全系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。主要是在全系列基礎(chǔ)上用于結(jié)構(gòu)比較類似的跨系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)。例如，全系列龍門銑床結(jié)構(gòu)與龍門刨、龍門刨銑床和龍門導(dǎo)軌磨床相似，可以發(fā)展跨系列模塊化設(shè)計(jì)。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法5．模塊化設(shè)計(jì)模塊化產(chǎn)品是由一組特定模塊(具有一定功能和特定結(jié)合要素的零件、組件或部件)在一定范圍內(nèi)組成多種不同功能或同樣功能不同性能的產(chǎn)品。由于模塊一般為批量生產(chǎn)，用少品種模塊組成多品種產(chǎn)品。將模塊化原理和模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)，得到模塊化系列產(chǎn)品，其適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)效益更為突出。

模塊劃分原則:力求以少數(shù)模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，且模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系盡可能簡單。劃分模塊既要兼顧制造管理方便，具有較大靈活性，避免組合時(shí)產(chǎn)生混亂，又要考慮到該模塊系列將來的擴(kuò)展和向?qū)Ｓ?、變型產(chǎn)品的輻射?？傊?，劃分前必須對系統(tǒng)進(jìn)行完善的功能分析和結(jié)構(gòu)分析，并要注意：①模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用及其更換的可能性和必要性；②保持模塊在功能及結(jié)構(gòu)方面有一定的獨(dú)立性和完整性；⑧模塊間的接合要素應(yīng)便于連接與分離；④模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能。3.6.4其他設(shè)計(jì)方法6.反求設(shè)計(jì)

對已有的先進(jìn)產(chǎn)品或有關(guān)的影像、資料、圖樣等進(jìn)行分解、試驗(yàn)、分析、研究，在充分掌握其功能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，吸收優(yōu)點(diǎn)，充實(shí)提高，發(fā)展創(chuàng)新產(chǎn)品的一種設(shè)計(jì)方法。反求工程的特點(diǎn)：①目標(biāo)明確。從功能要求及各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有實(shí)物樣品或技術(shù)資料作為準(zhǔn)則，它也是反求工程所追求、趕超的總目標(biāo)。②設(shè)計(jì)水平起步高。反求工程項(xiàng)目一般是國外科技先進(jìn)的產(chǎn)品，不但縮短了我國與發(fā)達(dá)國家之間的差距，還可以啟迪設(shè)計(jì)人員的思維，提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，可節(jié)省人力、物力，縮短設(shè)計(jì)周期。反求工程發(fā)展的時(shí)代背景：

二次大戰(zhàn)后，許多國家（特別是戰(zhàn)敗國）急于恢復(fù)和振興經(jīng)濟(jì)。日本在60年代初提出科技立國方針：“一代引進(jìn)，二代國產(chǎn)化，三代改進(jìn)出口，四代占領(lǐng)國際市場”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最突出。為要國產(chǎn)化的改進(jìn)，迫切需要對別國產(chǎn)品進(jìn)行消化、吸收、改進(jìn)和挖潛，這就是反求設(shè)計(jì)（InverseDesign）或反求工程（Inverse

Engineering）。反求工程的大量采用為日本的經(jīng)濟(jì)振興、進(jìn)而創(chuàng)造和開發(fā)各種新產(chǎn)品奠定了良好基礎(chǔ)。

實(shí)際上，任何產(chǎn)品問世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制的，都蘊(yùn)含著對已有科學(xué)、技術(shù)的繼承和應(yīng)用借鑒。因而反求思維在工程中的應(yīng)用已源遠(yuǎn)流長，而提出這種術(shù)語并作為一門學(xué)問去研究，則是60年代初出現(xiàn)的。正設(shè)計(jì)與反設(shè)計(jì)正設(shè)計(jì)：關(guān)注“怎么做?”

。反設(shè)計(jì)：關(guān)注“為什么要這樣做?”

正設(shè)計(jì)是主動的創(chuàng)造；反設(shè)計(jì)是先被動后主動的創(chuàng)造。反設(shè)計(jì)并非正設(shè)計(jì)的簡單逆過程，因?yàn)橐粋€(gè)先進(jìn)成熟的產(chǎn)品，凝集著設(shè)計(jì)者的智慧和技術(shù)，要去吃透、消化，包含很多復(fù)雜內(nèi)容。往往吃透別人的技術(shù)比自己創(chuàng)造還難，因?yàn)椋海?）先進(jìn)產(chǎn)品中總有“絕招”、“訣竅”和關(guān)鍵技術(shù)，我們并不掌握；（2）很難摸透別人的思維。多年來，我國測繪仿制的產(chǎn)品，大多數(shù)達(dá)不到原產(chǎn)品的水平，涉及原因、內(nèi)容和技術(shù)是多方面的，正說明發(fā)展反求工程的研究和應(yīng)用的重要性。市場需求、設(shè)計(jì)要求→設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性活動→產(chǎn)品已知事物（產(chǎn)品、照片、資料）→消化、吸收、再創(chuàng)造→新產(chǎn)品

反求工程與知識產(chǎn)權(quán)

任何一項(xiàng)新技術(shù)、新產(chǎn)品，應(yīng)該受到有關(guān)保護(hù)法（如專利法、知識產(chǎn)權(quán)法、商標(biāo)法等）的保護(hù)，才能引導(dǎo)正常的市場競爭和貿(mào)易。反求工程絕不等于偷技術(shù)，它是在科技道德和法律制約下，從學(xué)術(shù)、工程、技術(shù)方面來促進(jìn)科技的發(fā)展。因?yàn)椋?/p>

（1）任何產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)，總要借鑒、繼承已有的知識和技術(shù)，市場上的產(chǎn)品總要被別人借鑒，關(guān)鍵要劃清產(chǎn)權(quán)的界限。（2）青出于藍(lán)而勝于藍(lán)是發(fā)展規(guī)律，通過反求來發(fā)展新產(chǎn)品，起點(diǎn)高，周期短，成效快，決非照抄照搬。

(3）科學(xué)的反求，有助于促進(jìn)技術(shù)革新，擴(kuò)大眼界，有助于培養(yǎng)新人。

但作為一個(gè)國家、民族，為發(fā)展科技和振興經(jīng)濟(jì)，不能全靠反求來生存；鼓勵(lì)獨(dú)立的創(chuàng)造性永遠(yuǎn)是主旋律或主題。

反求的類別

從工程技術(shù)角度看，反求對象可概括：

1.為實(shí)物反求

2.軟件反求

3.影像反求

實(shí)物反求

1.實(shí)物反求的試驗(yàn)方案

在未解體前進(jìn)行功能、性能等全面試驗(yàn)考核，測試其各功能和性能指標(biāo)：

(1）根據(jù)樣本、使用說明書，摸清有哪些功能指標(biāo)；

(2）為要進(jìn)行試驗(yàn)，制定試驗(yàn)條件和試驗(yàn)規(guī)范；

(3）選擇和完善試驗(yàn)臺及相應(yīng)測試儀表及精度；

(4）對試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)處理，其中有靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)；

(5）試驗(yàn)中出現(xiàn)故障現(xiàn)象的記錄，為進(jìn)一步分析提供依據(jù)。實(shí)物反求

2.測繪中的關(guān)鍵問題

(1)尺寸、精度問題。機(jī)器經(jīng)過磨合后，其尺寸、形狀、表面等精度會有變化，故要反求其公差和表面精度；（2)曲線和曲面擬合問題。有些零件或組件，盡管可測出其特征點(diǎn)，但難以勾畫出其形狀（例如三維曲面），這就要用三坐標(biāo)測量和CAD中曲面造型等技術(shù)去解決；

(3）無損檢測問題。對樣機(jī)的零件測繪不允許有損傷，要能恢復(fù)原狀。例如：材質(zhì)成分和硬度的檢測；內(nèi)表面難以測量的尺寸和形狀的測繪等等。一般用無損檢測，如激光技術(shù)、材料轉(zhuǎn)移的光譜技術(shù)、三維全息照相顯示技術(shù)等等。（4)測繪后對關(guān)鍵問題的分析和反設(shè)計(jì)問題。測繪完后要完整變成圖紙，需各種標(biāo)注和根據(jù)對零件工作特性提出技術(shù)要求；特殊的形狀曲線（例如高次方凸輪輪廓、各種過渡曲線等）應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)反求其科學(xué)依據(jù)；箱體等結(jié)構(gòu)復(fù)雜件應(yīng)采用有限元法去反求其強(qiáng)度和剛度等。軟件反求

產(chǎn)品樣本、技術(shù)文件、設(shè)計(jì)書、使用說明書、圖紙、有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范和質(zhì)量保證手冊等均稱為技術(shù)軟件。軟件反求中有三類情況：（1）既有實(shí)物，又有全套技術(shù)軟件；（2）有實(shí)物而無技術(shù)軟件；（3）無實(shí)物，僅有全套或部分技術(shù)軟件。

利用CAD技術(shù)對復(fù)雜曲面的反求：

有很多復(fù)雜曲線、曲面，可以測出其特征點(diǎn)，但很難靠人工繪圖方法，去擬合和拼接出原來的曲面，例如汽車車身外形曲面等等。（1)利用三坐標(biāo)測量儀與CAD軟件進(jìn)行反求

三坐標(biāo)測量儀在設(shè)定基準(zhǔn)下可以測出所需要的全部三維點(diǎn)坐標(biāo)，是表面數(shù)字化過程，如何利用這些數(shù)值信息構(gòu)成曲面，需利用CAD軟件中曲面重構(gòu)處理。Pro－E、UG、Cimatron等已有為反求工程的應(yīng)用模塊。將測量數(shù)據(jù)按其格式輸入后，即可生成各種曲面。進(jìn)一步發(fā)展，是將CAD所得信息與CAM連接，直接利用計(jì)算機(jī)輔助制造加工出產(chǎn)品。（2）利用特殊材料對反求樣品進(jìn)行復(fù)制

利用環(huán)氧樹脂類材料熔化后涂在樣件表面，冷卻后即變成樣件制造的陰模，直接生成樣件，不經(jīng)過表面數(shù)字化過程。但這僅僅是復(fù)制，未進(jìn)行技術(shù)性的反求。

影像反求

影像反求既無實(shí)物，又無技術(shù)軟件，僅有產(chǎn)品相片、圖片、廣告介紹、參觀印象和影視畫面等，要從中去構(gòu)思、想象來反求，稱影像反求，這是反求對象中難度最大的。影像反求本身就是創(chuàng)新過程。目前還未形成成熟的技術(shù)，一般要利用透視變換和透視投影，形成不同透視圖，從外形、尺寸、比例和專業(yè)知識，去琢磨其功能和性能，進(jìn)而分析其內(nèi)部可能的結(jié)構(gòu)。

正向工程

產(chǎn)品設(shè)計(jì)→制造→檢驗(yàn)（三坐標(biāo)測量機(jī)）逆向工程

早期：美工設(shè)計(jì)→手工模型（1：1）→三軸靠模銑床

當(dāng)今：工件（模型）→維測量（三坐標(biāo)測量機(jī)）→設(shè)計(jì)→制造

逆向工程定義：將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)，幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。廣義逆向工程：包括幾何逆向，工藝逆向，材料逆向，管理逆向等諸多方面的系統(tǒng)工程。逆向工程設(shè)備：1.測量機(jī)：獲得產(chǎn)品三維數(shù)字化數(shù)據(jù)（點(diǎn)云/特征）；2.曲面/實(shí)體反求軟件：對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)曲面重構(gòu)，甚至實(shí)體重構(gòu)；3.CAD/CAE/CAM軟件；4.數(shù)控機(jī)床；

逆向工程中的技術(shù)難點(diǎn)：1.獲得產(chǎn)品的數(shù)字化點(diǎn)云（測量掃描系統(tǒng)）；2.將點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建成曲面及邊界，甚至是實(shí)體（逆向工程軟件）；3.與CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的集成；（通用CAD/CAM/CAE軟件）4.為快速準(zhǔn)確地完成以上工作，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)工程師（人員）；

三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）

將被測零件放入它允許的測量空間，精確的測出被檢測零件表面的三維空間位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，將這些點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值通過計(jì)算機(jī)，應(yīng)用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法得出測量元素（如，圓、球、圓柱等）及其形狀以及位置公差等幾何量數(shù)據(jù)。三坐標(biāo)測量機(jī)組成：1.主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)：X、Y、Z三軸或其它。2.測頭系統(tǒng)：在沿X，Y，Z三個(gè)軸的方向裝有光柵尺和讀數(shù)頭；測頭可以以手動或機(jī)動方式輕快地移動到被測點(diǎn)上；測頭接觸工件并發(fā)出采點(diǎn)信號。3.電氣控制硬件系統(tǒng)：采集當(dāng)前機(jī)床三軸坐標(biāo)相對于機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)值；數(shù)顯裝置把被測點(diǎn)的坐標(biāo)值顯示出來。4.數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)：測量軟件。三坐標(biāo)測量機(jī)

測量機(jī)可以用來測量直接尺寸，也可以獲得間接尺寸和形位公差及各種相關(guān)數(shù)據(jù)?？梢詫?shí)現(xiàn)全面掃描和一定的數(shù)據(jù)處理功能，為加工提供數(shù)據(jù)和測量結(jié)果。自動型可以進(jìn)行自動測量，實(shí)現(xiàn)批量零件的自動檢測。觸發(fā)式測頭、掃描測頭和非接觸測頭可快速進(jìn)行更換。對于小型工件，多采用懸臂式、儀器臺式與移動橋式等；對于中型工件，多采用移動橋式；對于大型工件，則多采用龍門式；對于需回轉(zhuǎn)測量的工件，可選帶分度臺的測量機(jī)。三坐標(biāo)測量機(jī)

從60年代初發(fā)明到現(xiàn)在，三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）在制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用，成為3D檢測工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。配套檢測軟件得到快速的發(fā)展，目前可以解決絕大部分問題，基于CAD的測量成為目前三坐標(biāo)測量軟件的發(fā)展熱點(diǎn)。對于傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)檢測來說，通常是設(shè)計(jì)部門提供二維圖紙，檢驗(yàn)部門根據(jù)圖紙對工件進(jìn)行尺寸及形位公差的檢測。針對三維CAD建模技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，各制造商推出了基于三維CAD技術(shù)的測量軟件，直接將客戶設(shè)計(jì)好的三維CAD模型導(dǎo)入測量軟件進(jìn)行檢測。這樣不需要額外的圖紙，理論值可以直接捕獲，進(jìn)行測量仿真。對于傳統(tǒng)的曲面測量，現(xiàn)在可以