1現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的首要關(guān)鍵技術(shù)。產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、成本等在很大程度上取決于設(shè)計(jì)的好壞和設(shè)計(jì)的質(zhì)量。機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量事故約有50%是由設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的，而產(chǎn)品成本的70%～80%在時(shí)間階段就已經(jīng)確定了。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要和各種新方法、新技術(shù)、新工藝、新材料不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)了設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)入現(xiàn)代設(shè)計(jì)。現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)概述12設(shè)計(jì)在整個(gè)生產(chǎn)周期中所占的比重時(shí)間/百分比（%)設(shè)計(jì)開發(fā)制造3開發(fā)設(shè)計(jì)工作的重要性開發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備與加工原材料與外購(gòu)件的采購(gòu)管理和銷售010203040506070對(duì)成本的影響所需的工時(shí)4將核心工作放在本企業(yè)

——“兩頭在內(nèi)，中間在外”開發(fā)設(shè)計(jì)市場(chǎng)銷售制造5現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)特征與內(nèi)涵現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法與技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)遵循的原則現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)體系現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)概述16以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)為核心設(shè)計(jì)手段的更新產(chǎn)品表示的轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)方法的發(fā)展工作方式的變化設(shè)計(jì)與制造一體化管理水平的提高組織模式的開放一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)特征與內(nèi)涵設(shè)計(jì)手段從手工向自動(dòng)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)品表達(dá)從二維向三維的轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)方法從經(jīng)驗(yàn)向科學(xué)的轉(zhuǎn)變工作方式從串行向并行的轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)制造從獨(dú)立向一體的轉(zhuǎn)變管理水平從人為向數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變組織模式從封閉向開放的轉(zhuǎn)變7以設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合運(yùn)用力學(xué)、數(shù)學(xué)公式、經(jīng)驗(yàn)公式、圖表及手冊(cè)等作為依據(jù)進(jìn)行?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是基于理論形成的方法，利用這種方法指導(dǎo)設(shè)計(jì)可減小經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的盲目性和隨意性，提高設(shè)計(jì)的主動(dòng)性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。因此，現(xiàn)代設(shè)計(jì)是以理論指導(dǎo)為主、經(jīng)驗(yàn)為輔的一種設(shè)計(jì)。

一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)特征與內(nèi)涵8現(xiàn)代設(shè)計(jì)的內(nèi)涵：以市場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)，以知識(shí)為依托，以知識(shí)獲取為中心，以產(chǎn)品全生命周期為對(duì)象，人、機(jī)、環(huán)境相容的設(shè)計(jì)理念。

一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)特征與內(nèi)涵9二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)體系傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和方法：理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)等。計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAD、CAE、虛擬設(shè)計(jì)、模擬仿真與工程數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)）。設(shè)計(jì)方法學(xué)；可信性設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)?；A(chǔ)技術(shù)主體技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)，如機(jī)床、汽車、工程機(jī)械、精密機(jī)械等具體技術(shù)群。10三、現(xiàn)代設(shè)計(jì)遵循的原則功能滿足原則質(zhì)量保障原則工藝優(yōu)良原則經(jīng)濟(jì)合理原則社會(huì)實(shí)用原則性能指標(biāo)可靠性強(qiáng)度原則剛度原則穩(wěn)定性抗磨損性抗腐蝕性抗蠕變性動(dòng)態(tài)特性平衡特性熱特性可制造性可裝配性可測(cè)試性可維修性可拆卸性環(huán)境友好性環(huán)境適應(yīng)性人機(jī)友好性安全性可回收性11四、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法與技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法突變論信息論智能論系統(tǒng)論優(yōu)化論對(duì)應(yīng)論功能論控制論離散論模糊論藝術(shù)論現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基石現(xiàn)代設(shè)計(jì)的依據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心現(xiàn)代設(shè)計(jì)的前提現(xiàn)代設(shè)計(jì)的宗旨現(xiàn)代設(shè)計(jì)的捷徑現(xiàn)代設(shè)計(jì)的目標(biāo)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的深化現(xiàn)代設(shè)計(jì)的細(xì)化現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)代設(shè)計(jì)的美感應(yīng)用的主要領(lǐng)域是什么？12四、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法與技術(shù)（1）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)價(jià)值工程功能設(shè)計(jì)并行設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)質(zhì)量功能配置反求設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)模糊設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)工業(yè)造型設(shè)計(jì)（2）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)有限元法優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模擬仿真與虛擬設(shè)計(jì)智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)庫(kù)（3）可信性設(shè)計(jì)技術(shù)可靠性設(shè)計(jì)安全設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)防斷裂設(shè)計(jì)抗疲勞設(shè)計(jì)減摩耐磨設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)健壯設(shè)計(jì)耐環(huán)境設(shè)計(jì)維修設(shè)計(jì)和維修保障設(shè)計(jì)

測(cè)試性設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)13設(shè)計(jì)理論與方法的延伸、思維的變化及設(shè)計(jì)范疇的擴(kuò)展

靜態(tài)的設(shè)計(jì)原理向動(dòng)態(tài)的延伸；經(jīng)驗(yàn)的、類比的設(shè)計(jì)方法向精確的、優(yōu)化的方法延伸；確定的設(shè)計(jì)模型向隨機(jī)的模糊的延伸；單維思維模式向多維思維模式延伸；傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常只限于方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)(總體設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì))，如DesignForManufacturing——DFM，DesignForAssembly——DFA，DesignFor“X”——DFX，ConcurrentDesign——CD，GreenDesign——GD，MainterinabilityDesign——MD)等，現(xiàn)代設(shè)計(jì)可以說(shuō)是設(shè)計(jì)師、制造工程師、管理營(yíng)銷人員以及工人、財(cái)會(huì)人員、專利律師等通力合作、集體智慧的結(jié)晶。

五、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)14多種設(shè)計(jì)技術(shù)、理論與方法的交叉與綜合設(shè)計(jì)手段的精確化、計(jì)算機(jī)化、自動(dòng)化與虛擬化并行化、最優(yōu)化和智能化的設(shè)計(jì)過(guò)程并行設(shè)計(jì)過(guò)程全過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)人機(jī)結(jié)合的智能化設(shè)計(jì)過(guò)程面向產(chǎn)品壽命周期全過(guò)程的可信性設(shè)計(jì)多種設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)的綜合運(yùn)用五、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)15設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化研究動(dòng)態(tài)多變量?jī)?yōu)化和工程不確定模型優(yōu)化(模糊優(yōu)化)、不可微模型優(yōu)化及多目標(biāo)優(yōu)化等優(yōu)化方法與程序的研究，并進(jìn)一步發(fā)展到廣義工程大系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究網(wǎng)絡(luò)化并行設(shè)計(jì)及協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、方法及軟件的研究虛擬設(shè)計(jì)和仿真虛擬試驗(yàn)及快速成形技術(shù)的深入研究面向集成制造和分布式經(jīng)營(yíng)管理的設(shè)計(jì)方法、人員組織及規(guī)劃的研究微型機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的研究

面向生態(tài)環(huán)境的綠色設(shè)計(jì)理論與方法的研究注重基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)理論及共性設(shè)計(jì)技術(shù)的深層次研究六、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)及研究領(lǐng)域16概念設(shè)計(jì)定義與概念產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)造方法概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵概念設(shè)計(jì)的步驟機(jī)械系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)（ConceptualDesign）217產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程一般可劃分為5個(gè)階段：產(chǎn)品規(guī)劃總體方案設(shè)計(jì)——概念設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì)

18總體方案設(shè)計(jì)即稱為概念設(shè)計(jì)。該階段是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，構(gòu)思或創(chuàng)造出產(chǎn)品的原理方案的過(guò)程。該階段，沒有尺寸關(guān)系的詳細(xì)要求，目的是根據(jù)產(chǎn)品的功能來(lái)匹配合適的結(jié)構(gòu)（包括產(chǎn)品原理的構(gòu)思、結(jié)構(gòu)的設(shè)想等）。所以說(shuō)，概念設(shè)計(jì)的工作主要是依靠設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造能力，還有他對(duì)藝術(shù)的審美能力，以及他的綜合能力與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。概念設(shè)計(jì)（ConceptualDesign）219在概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)中的不確定性因素很多，設(shè)計(jì)的可塑性及自由度很大，這一階段是最能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者創(chuàng)造力的時(shí)候。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的概念設(shè)計(jì)相當(dāng)于產(chǎn)品過(guò)程設(shè)計(jì)的60%-70%的設(shè)計(jì)任務(wù)。概念設(shè)計(jì)（ConceptualDesign）220概念產(chǎn)品可以是實(shí)物，如油泥制造的實(shí)物模型；也可以是借助計(jì)算機(jī)三維造型技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造出的數(shù)字化產(chǎn)品。概念產(chǎn)品21概念車通常有兩種，一種是真正能跑的，另一種是設(shè)計(jì)的概念模型。都是在向人們展示設(shè)計(jì)人員新穎、獨(dú)特、超前的構(gòu)思。概念車一般都運(yùn)用了最新的科技成果，代表著未來(lái)汽車的發(fā)展方向概念車還處在創(chuàng)意、試驗(yàn)階段，很可能永遠(yuǎn)不投產(chǎn)。概念車2012年倫敦奧運(yùn)觀光車2223總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個(gè))功能元求解原理試驗(yàn)評(píng)價(jià)決策最優(yōu)原理方案一、概念設(shè)計(jì)的步驟24總功能功能元解功能原理方案最佳功能原理方案明確任務(wù)黑箱法功能樹創(chuàng)造技法形態(tài)學(xué)矩陣評(píng)價(jià)法功能元功能設(shè)計(jì)與功能分析步驟25面向產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)過(guò)程組件特征錄入需求分析產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方案輸出詳細(xì)設(shè)計(jì)方案展示不滿意26三、機(jī)械系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容總功能功能分解機(jī)械系統(tǒng)方案執(zhí)行動(dòng)作分解檢測(cè)傳感功能信息處理及控制功能機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)檢測(cè)傳感系統(tǒng)處理器及I/O系統(tǒng)機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的組成由一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件，其數(shù)量及運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和傳動(dòng)特性等要求，決定了整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。27功能原理設(shè)計(jì)根據(jù)需要制定機(jī)械的總功能，擬定實(shí)現(xiàn)總功能的工作原理和技術(shù)手段，確定機(jī)械所要實(shí)現(xiàn)的工藝動(dòng)作運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)工作原理所提出的工藝動(dòng)作進(jìn)行分解，決定采用何種運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)工作原理執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)決定選擇何種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)根據(jù)工藝過(guò)程對(duì)各動(dòng)作的要求，分析各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)如何協(xié)調(diào)配合，設(shè)計(jì)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析檢驗(yàn)執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運(yùn)動(dòng)要求和動(dòng)力性能方面的要求方案評(píng)價(jià)與決策對(duì)方案進(jìn)行定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)并從中選出最佳設(shè)計(jì)方案28運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)通常是對(duì)工藝方法和工藝動(dòng)作進(jìn)行分析，把其分解成若干個(gè)基本動(dòng)作。工藝動(dòng)作分解的方法不同，所形成的運(yùn)動(dòng)方案也不同。刀具作復(fù)合運(yùn)動(dòng)刀具與工作臺(tái)分別運(yùn)動(dòng)29執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)12摩擦輪傳動(dòng)平面盤式無(wú)級(jí)變速器123齒輪—連桿組合機(jī)構(gòu)30執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)送料機(jī)構(gòu)將原料送入?？咨戏胶?，沖頭進(jìn)入模孔進(jìn)行沖壓沖頭上移一段距離后，進(jìn)行下次送料動(dòng)作折疊包裝機(jī)構(gòu)的兩個(gè)執(zhí)行構(gòu)件兩個(gè)構(gòu)件不能同時(shí)位于區(qū)域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構(gòu)件餅干32包裝紙4右折邊構(gòu)件餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構(gòu)件右折邊構(gòu)件MBA31概念設(shè)計(jì)工具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)有待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱為CACD，即ComputerAidedConceptualDesign四、計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)32三維參數(shù)化造型軟件Pro/Engineer；SolidWork；SoftImage；UG；CATIA…

…設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)；推理機(jī)；設(shè)計(jì)規(guī)范咨詢；評(píng)估器；人機(jī)界面1、概念設(shè)計(jì)工具33建立各種類型產(chǎn)品功能庫(kù)和功能結(jié)構(gòu)表示庫(kù)建立各種類型產(chǎn)品相關(guān)的功能載體庫(kù)和載體創(chuàng)新方法庫(kù)——產(chǎn)品信息相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)的推理——推理機(jī)制產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)體系2、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的內(nèi)容34基礎(chǔ)理論研究設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)研究人機(jī)交互技術(shù)研究建模技術(shù)研究并行和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)研究智能技術(shù)研究3、計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)有待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題35并行工程與并行設(shè)計(jì)3（1）并行工程的運(yùn)行特征（3）并行設(shè)計(jì)內(nèi)涵的技術(shù)特征體現(xiàn)（2）并行設(shè)計(jì)的概念（4）并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)36產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程是從對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行需求分析到產(chǎn)品最終定型的全部過(guò)程。具體包括：產(chǎn)品需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和樣機(jī)試制及測(cè)試、最后投產(chǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們開發(fā)新產(chǎn)品，都是按照“順序”的開發(fā)過(guò)程進(jìn)行的。也有人稱為“串行”開發(fā)方式。串行過(guò)程，它以Taloy的工程哲理為指導(dǎo)思想，即將產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程細(xì)化為一系列串聯(lián)的工作步驟，由不同的工程技術(shù)人員承擔(dān)，依次執(zhí)行。

（1）并行工程的提出37傳統(tǒng)的串行的產(chǎn)品開發(fā)方式概念設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)樣機(jī)試制及測(cè)試拋過(guò)墻式產(chǎn)品開發(fā)方式38串行開發(fā)方式的特點(diǎn)信息的傳遞是順序進(jìn)行的；信息傳遞滯后。缺點(diǎn)：造成了設(shè)計(jì)的大量改動(dòng)和產(chǎn)品試制的返工，所以延長(zhǎng)了產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時(shí)也增加了開發(fā)成本。39隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，企業(yè)為了能夠快速開發(fā)新產(chǎn)品，快速響應(yīng)市場(chǎng)，在上世紀(jì)80年代末期，美國(guó)和西方一些國(guó)家出現(xiàn)了“并行工程”—ConcurrentEngineering(CE)的生產(chǎn)模式。并行工程認(rèn)為制造系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)整體，在空間中似乎相互獨(dú)立的各個(gè)制造作業(yè)和知識(shí)處理單元之間，實(shí)質(zhì)上都存在不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向的信息聯(lián)系。

40市場(chǎng)分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝規(guī)劃銷售服務(wù)制造運(yùn)行產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中各主要環(huán)節(jié)間的內(nèi)在雙向信息聯(lián)系41并行工程的第二個(gè)特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)全局性的考慮問題，即產(chǎn)品研制者從一開始就應(yīng)該考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有因素。第三方面而言，并行工程的實(shí)質(zhì)就是并行設(shè)計(jì)。并行工程是針對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程提出的一種嶄新的設(shè)計(jì)哲理，它的目的是縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)能夠一次成功。42并行工程要求在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將時(shí)間上存在先后順序的知識(shí)處理（產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)其實(shí)就是不同的知識(shí)處理過(guò)程）和作業(yè)實(shí)施轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)考慮和盡可能同時(shí)處理或并行處理。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一開始，就綜合考慮后續(xù)環(huán)節(jié)中的各種需要，將可能出現(xiàn)的問題在一開始就消除掉，從而使產(chǎn)品開發(fā)能一次成功。43并行的產(chǎn)品開發(fā)方式概念設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)樣機(jī)試制及測(cè)試產(chǎn)品需求分析44并行的產(chǎn)品開發(fā)的特點(diǎn)不同的設(shè)計(jì)階段并行進(jìn)行；信息流是雙向的。45（1）并行工程的運(yùn)行特征并行工程是一種系統(tǒng)工程的方法或哲理，是一種工作模式。其主要特點(diǎn)和運(yùn)行機(jī)理的要點(diǎn)如下：并行特性即把時(shí)間上存在先后順序的知識(shí)處理和作業(yè)實(shí)施轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)考慮和盡可能同時(shí)處理或并行處理。并行工程與并行設(shè)計(jì)346整體特性制造系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)整體，各個(gè)制造作業(yè)和知識(shí)處理單元之間都存在不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向的信息聯(lián)系。強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)一開始就應(yīng)該考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的所有因素。追求整體最優(yōu)，甚至可以犧牲局部利益協(xié)同特性強(qiáng)調(diào)群體協(xié)同工作（TeamWork）。因?yàn)楝F(xiàn)代產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)品開發(fā)涉及的學(xué)科門類和專業(yè)人員越來(lái)越多。要實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)，必須由團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作。47集成特性

人員集成：管理者、設(shè)計(jì)者、制造者、保障者以及用戶應(yīng)集成為一個(gè)協(xié)調(diào)整體。信息集成：產(chǎn)品全生命周期中各類信息的獲取、表示和操作信息都集成在一起,組成統(tǒng)一的管理信息系統(tǒng)。如產(chǎn)品信息模型（PIM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）。功能集成：產(chǎn)品全生命周期中企業(yè)各部門的功能集成以及產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)與外部協(xié)作企業(yè)之間功能的集成。技術(shù)集成：產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中涉及的多學(xué)科知識(shí)以及各種技術(shù)、方法的集成。形成集成的知識(shí)庫(kù)和方法庫(kù)，以利并行工程的實(shí)施。48（2）并行設(shè)計(jì)的概念并行工程的實(shí)質(zhì)就是并行設(shè)計(jì)，即在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)階段就綜合考慮產(chǎn)品生命周期，將下游的可靠性、技術(shù)性和生產(chǎn)條件等作為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的約束條件，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮其相關(guān)過(guò)程，包括加工工藝、裝配、檢測(cè)、銷售以及維護(hù)等其他環(huán)節(jié)的影響，通過(guò)各環(huán)節(jié)的并行集成，及早發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)過(guò)程不匹配的地方，及時(shí)修改和完善，達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高質(zhì)量和降低成本的目的。并行工程與并行設(shè)計(jì)349（3）并行設(shè)計(jì)內(nèi)涵的技術(shù)特征體現(xiàn)①產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程采用群組工作方式

（TeamWork）打破傳統(tǒng)的，按職能部門劃分組織結(jié)構(gòu)的形式，組成以產(chǎn)品開發(fā)為對(duì)象的集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)，即IPT(IntegratingProductDevelopmentTeam)，也稱多功能開發(fā)團(tuán)隊(duì)。并行工程與并行設(shè)計(jì)350傳統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)——面向功能的組織結(jié)構(gòu)51現(xiàn)代的組織結(jié)構(gòu)——面向過(guò)程的組織結(jié)構(gòu)Teamwork52統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程中，要處理的信息是多種形式的，既有數(shù)字信息，又有非數(shù)字信息；既有文字信息，又有圖像信息；還有大量知識(shí)型信息（概念、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等），因此，建立統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型是實(shí)施并行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。并行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品信息模型應(yīng)包含有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的所有信息，如用戶要求、產(chǎn)品功能及各類設(shè)計(jì)信息（產(chǎn)品幾何形狀尺寸信息、材料信息和精度信息、加工工藝信息、裝配工藝信息、成本信息、售后服務(wù)信息）等53在產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)的工作中，相關(guān)信息的表現(xiàn)形式需求功能圖計(jì)算資料產(chǎn)品目錄標(biāo)準(zhǔn)圖紙零件表準(zhǔn)則規(guī)格說(shuō)明書材料表工具單DINISO并行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)解決方案如何呢？54圖紙管理文檔管理零件分類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文檔保存基于PDM的系統(tǒng)解決方案零件管理查找通知檢查歸檔分類設(shè)計(jì)計(jì)算繪圖建立零件表修改55分布式的信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)并行設(shè)計(jì)支持在同一時(shí)間（或不同時(shí)間）內(nèi)多機(jī)、多程序?qū)ν辉O(shè)計(jì)并行協(xié)同求解，并行設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)，分布式的知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求在多臺(tái)終端上同時(shí)運(yùn)行，并能夠?qū)崿F(xiàn)相互之間的同步協(xié)調(diào)與通信。因此，網(wǎng)絡(luò)化、分布式的信息系統(tǒng)是其必要條件。56開放式的系統(tǒng)界面并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠按照產(chǎn)品開發(fā)的需要將不同的功能模塊集成起來(lái)，如CAD/CAPP/CAM/CAX等模塊。同時(shí)并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)也要與企業(yè)其他系統(tǒng)進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)交換，如與ERP系統(tǒng)交換成本信息，與FMS交換加工信息等。開放式的系統(tǒng)界面對(duì)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)交換文件DXF、交互式圖形交換標(biāo)準(zhǔn)IGES、產(chǎn)品建模數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP等是實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)、模塊之間信息交換和數(shù)據(jù)共享的關(guān)鍵。57（4）并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程建模及優(yōu)化技術(shù)并行工程與并行設(shè)計(jì)3產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程建模運(yùn)用的基本方法是IDEF（IntegratedComputerAidedManufacturing,ICAMDEFinition）這是由美國(guó)空軍開發(fā)的一套建模分析和設(shè)計(jì)方法。目前IDEF族共16套方法。58IDEF0——功能建模（FunctionModeling）IDEF1——信息建模（InformationModeling）IDEF1X——數(shù)據(jù)建模（DataModeling）IDEF2——仿真建模設(shè)計(jì)(SimulationModelDesign)IDEF3——過(guò)程描述獲取（ProcessDescriptionCapture）IDEF4——面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)（OO設(shè)計(jì)）（Object-OrientedDesign）IDEF5——實(shí)體描述獲?。∣ntologyDescriptionCapture）IDEF6——設(shè)計(jì)理論獲取（DesignRationaleCapture）IDEF7——信息系統(tǒng)審核（InformationSystemAuditing）IDEF8——人－系統(tǒng)交互界面設(shè)計(jì)（UserInterfaceModeling）IDEF9——場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Scenario-DrivenISDesign）IDEF10——實(shí)施體系結(jié)構(gòu)建模（ImplementationArchitectureModeling）IDEF11——信息制品建模（InformationArtifactModeling）IDEF12——組織建模（OrganizationModeling）IDEF13——三模式映射設(shè)計(jì)（ThreeSchemaMappingDesign）IDEF14——網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法（NetworkDesign）59支持并行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)框架和信息系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的實(shí)施，必須構(gòu)建一個(gè)分布式協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，以支持同時(shí)同地、同時(shí)異地、異時(shí)同地、異時(shí)異地的多學(xué)科小組成員并行、協(xié)同工作，這就需要把計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及一些專用的設(shè)計(jì)方法和工具集成起來(lái)，構(gòu)建一個(gè)適應(yīng)并行設(shè)計(jì)工作方式的計(jì)算機(jī)框架。（4）并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之二60并行設(shè)計(jì)方式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)框架61模擬仿真技術(shù)傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程是“設(shè)計(jì)——樣機(jī)制作——修改設(shè)計(jì)”的循環(huán)過(guò)程，不僅樣機(jī)制作既費(fèi)時(shí)又費(fèi)工，延長(zhǎng)了產(chǎn)品開發(fā)周期，而且在樣機(jī)制作后如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在的問題，將會(huì)造成巨大的浪費(fèi)。（4）并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之三國(guó)外一份調(diào)查表明，為了糾正某一產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤；需增加的花費(fèi)情況如下：

在設(shè)計(jì)階段加以糾正，僅需花費(fèi)35美元；

在零件加工之前加以糾正，需花費(fèi)177美元；

在成批生產(chǎn)之前加以糾正，需花費(fèi)368美元；

如等到產(chǎn)品投放市場(chǎng)后才加以糾正，加以則需花費(fèi)59000美元。

62模擬仿真技術(shù)并行設(shè)計(jì)的核心是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就能充分考慮加工、裝配，甚至使用、維修這些與產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)的后續(xù)過(guò)程。并行設(shè)計(jì)中不是通過(guò)費(fèi)時(shí)費(fèi)工的樣機(jī)制作來(lái)發(fā)現(xiàn)可能影響加工、裝配、使用、維修的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和缺陷，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬仿真（快速樣模制作/虛擬制造、虛擬裝配結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算、產(chǎn)品的動(dòng)靜態(tài)性能仿真技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。并行設(shè)計(jì)的模擬仿真內(nèi)容包括：裝配過(guò)程仿真、加工過(guò)程仿真、生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)動(dòng)仿真以及對(duì)產(chǎn)品性能的測(cè)試仿真等。（4）并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之三63產(chǎn)品性能綜合評(píng)價(jià)和決策系統(tǒng)（4）并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之四、五閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，了解并行設(shè)計(jì)在大型工程項(xiàng)目中的應(yīng)用情況。并行設(shè)計(jì)中的協(xié)調(diào)管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)化設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)，根據(jù)需要“取舍”。主要涉及判斷和推理的問題，受到資源和其他環(huán)節(jié)的限制。常用人工智能的相關(guān)理論和方法來(lái)進(jìn)行處理。沖突成為并行設(shè)計(jì)中的重要現(xiàn)象。為此，必須具有協(xié)調(diào)管理的支持技術(shù)、工具和系統(tǒng)，建立各功能小組及產(chǎn)品部件之間的依賴關(guān)系，協(xié)調(diào)他們的活動(dòng)，確保將正確的信息，在正確的時(shí)間，以正確的方式，送給正確的小組(小組成員)。64可靠性設(shè)計(jì)4一、可靠性設(shè)計(jì)的基本概念及內(nèi)容二、可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)三、機(jī)械系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)65一、可靠性設(shè)計(jì)的基本概念及內(nèi)容可靠性：指產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。對(duì)于可靠性的理解應(yīng)注意：明確產(chǎn)品可靠性研究的對(duì)象

必須明確產(chǎn)品可靠性所規(guī)定的條件

必須明確所規(guī)定的時(shí)間

必須明確產(chǎn)品所需完成規(guī)定的功能

66一、可靠性設(shè)計(jì)的基本概念及內(nèi)容可靠性設(shè)計(jì)：指在產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)）設(shè)計(jì)開發(fā)階段運(yùn)用各種技術(shù)與方法，預(yù)測(cè)和預(yù)防產(chǎn)品在制造和使用過(guò)程中可能發(fā)生的各種偏差、隱患和故障，保證設(shè)計(jì)一次成功的過(guò)程。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法一般稱之為“安全系數(shù)法”?？煽啃栽O(shè)計(jì)的主要特征是將常規(guī)設(shè)計(jì)中涉及的設(shè)計(jì)變量都看作是服從某種分布規(guī)律的隨即變量，用“概率統(tǒng)計(jì)方法設(shè)計(jì)”產(chǎn)品。67一、可靠性設(shè)計(jì)的基本概念及內(nèi)容可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容可靠性理論基礎(chǔ)——概率統(tǒng)計(jì)理論；失效物理；可靠性環(huán)境技術(shù)；可靠性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等?？煽啃詰?yīng)用技術(shù)——現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集；可靠性評(píng)價(jià)與驗(yàn)證；可靠性預(yù)測(cè)技術(shù)等。返回68二、可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)1、可靠性常用指標(biāo)可靠度（Reliability）失效率（FailureRate）平均壽命（MeanLife）有效壽命（UsefulLife）維修度（Maintainability）有效度（Availability）69可靠度——

指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。它是時(shí)間的函數(shù)，以R(t)表示。若用T表示在規(guī)定條件下的壽命（產(chǎn)品首次發(fā)生失效的時(shí)間），則“產(chǎn)品在時(shí)間t內(nèi)完成規(guī)定功能”等價(jià)于“產(chǎn)品壽命T大于t”。所以可靠度函數(shù)R(t)可以看作事件“T>t”概率，即

其中，f(t)為概率密度函數(shù)70失效分布函數(shù)——

顯然：

——可靠度R(t)可以用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)估計(jì)。設(shè)有N個(gè)產(chǎn)品在規(guī)定的條件下開始使用。令開始工作的時(shí)刻t取為0，到指定時(shí)刻t時(shí)已發(fā)生失效數(shù)n(t),亦即在此時(shí)刻尚能繼續(xù)工作的產(chǎn)品數(shù)為N-n(t)，則可靠度的估計(jì)值（又稱經(jīng)驗(yàn)可靠度）為：

71失效率——

失效率是工作到某時(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，記為λ,它是時(shí)間t的函數(shù),記為λ(t),稱為失效率函數(shù),有時(shí)也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)。設(shè)在t=0時(shí)有N個(gè)產(chǎn)品投試，到時(shí)刻t已有n(t)個(gè)產(chǎn)品失效，尚有N-n(t)個(gè)產(chǎn)品在工作。再過(guò)Δt時(shí)間，即到t+Δt時(shí)刻，有Δn(t)=n(t+Δt)-n(t)個(gè)產(chǎn)品失效。產(chǎn)品在時(shí)刻t前未失效而在時(shí)間（t,t＋Δt）內(nèi)的失效率為：

，單位時(shí)間失效頻率

72

失效率——

失效率是在時(shí)刻t尚未失效產(chǎn)品在t+△t的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率，即：由條件概率公式的性質(zhì)和時(shí)間的包含關(guān)系，可知：

73失效率曲線——浴盆曲線（1）早期失效期為遞減型。產(chǎn)品使用的早期，失效率較高而下降很快。主要由于設(shè)計(jì)、制造、貯存、運(yùn)輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、跑合、起動(dòng)不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻摹Ｊ巩a(chǎn)品失效率達(dá)到偶然失效期的時(shí)間t0稱為交付使用點(diǎn)。74失效率曲線——

（2）偶然失效期為恒定型，主要由非預(yù)期的過(guò)載、誤操作、意外的天災(zāi)以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。由于失效原因多屬偶然，故稱為偶然失效期。偶然失效期是能有效工作的時(shí)期，這段時(shí)間稱為有效壽命。為降低偶然失效期的失效率而增長(zhǎng)有效壽命，應(yīng)注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護(hù)。75失效率曲線——

（3）耗損失效期，失效率是遞增型。失效率上升較快，這是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起，故稱為耗損失效期。針對(duì)耗損失效的原因，應(yīng)該注意檢查、監(jiān)控、預(yù)測(cè)耗損開始的時(shí)間，提前維修，使失效率仍不上升。當(dāng)然，修復(fù)若需花很大費(fèi)用而延長(zhǎng)壽命不多，則不如報(bào)廢更為經(jīng)濟(jì)。76維修度——在規(guī)定條件下，使用的產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持和恢復(fù)到能完成規(guī)定功能的概率。

平均壽命——平均壽命又稱平均失效時(shí)間（MTBF，MeanTimeBetweenFailure），是失效的平均間隔時(shí)間，即平均無(wú)故障工作時(shí)間。有效度——是指可維修的產(chǎn)品，在某時(shí)刻具有或者維持其規(guī)定功能的概率。即有效度是可靠度和維修度相結(jié)合的尺度，是廣義的可靠度。77二、可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)2、可靠性研究中常用的概率分布指數(shù)分布（ExponentialDistribution）正態(tài)分布（NormalDistribution）威布爾分布（WeibullDistribution）78指數(shù)分布（ExponentialDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計(jì)算公式指數(shù)分布的均值失效率為常數(shù)79正態(tài)分布（NormalDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計(jì)算公式正態(tài)分布的主要參數(shù)是均值和標(biāo)準(zhǔn)方差，均值決定正態(tài)分布的中心傾向或者集中的趨勢(shì)，即正態(tài)分布曲線的位置；標(biāo)準(zhǔn)方差決定正態(tài)分布曲線的形狀，表征分布的離散程度。80威布爾分布（WeibullDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計(jì)算公式威布爾分布的主要參數(shù)有形狀參數(shù)b、尺度參數(shù)θ和位置參數(shù)γ。位置參數(shù)只影響曲線的起點(diǎn)位置，當(dāng)γ＝0時(shí)，曲線的起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，當(dāng)γ<0時(shí)，起點(diǎn)在坐標(biāo)軸的負(fù)γ處，當(dāng)γ>0時(shí)，起點(diǎn)在坐標(biāo)軸的正γ處，對(duì)曲線的形狀沒影響。對(duì)于形狀參數(shù)，當(dāng)b<1時(shí)，它可以描述零件的早期失效分布，此時(shí)失效率曲線和早期失效階段的曲線形狀相似；當(dāng)b＝1時(shí)，曲線呈指數(shù)分布形狀，其形狀與偶爾失效階段的曲線形狀相似；當(dāng)b>1時(shí)，失效率曲線與耗損階段的曲線形狀相似。81應(yīng)力、強(qiáng)度定義在機(jī)械產(chǎn)品中，廣義的應(yīng)力是引起失效的負(fù)荷，強(qiáng)度是抵抗失效的能力。由于影響應(yīng)力和強(qiáng)度的因素具有隨機(jī)性，所以應(yīng)力和強(qiáng)度具有分散特性。影響應(yīng)力的因素——影響應(yīng)力的主要因素有所承受的外載荷、結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸，材料的物理特性等。影響強(qiáng)度的因素——影響強(qiáng)度的主要因素有材料的機(jī)械性能、工藝方法和使用環(huán)境等。二、可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)3、應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型及可靠度計(jì)算82應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型在機(jī)械產(chǎn)品中，零件（部件）是正常還是失效決定于強(qiáng)度和應(yīng)力的關(guān)系。當(dāng)零件（部件）的強(qiáng)度大于應(yīng)力時(shí)，其能夠正常工作；當(dāng)零件（部件）的強(qiáng)度小于應(yīng)力時(shí)，其發(fā)生失效。因此，要求零件（部件）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能夠承載，必須滿足以下條件S——零件（部件）的強(qiáng)度；s——零件（部件）的應(yīng)力。83實(shí)際工程中的應(yīng)力和強(qiáng)度都是呈分布狀態(tài)的隨機(jī)變量，把應(yīng)力和強(qiáng)度的分布在同一座標(biāo)系中表示。當(dāng)強(qiáng)度的均值大于應(yīng)力的均值時(shí)，在圖中陰影部分表示的應(yīng)力和強(qiáng)度“干涉區(qū)”內(nèi)就可能發(fā)生強(qiáng)度小于應(yīng)力——即失效的情況。這種根據(jù)應(yīng)力和強(qiáng)度干涉情況，計(jì)算干涉區(qū)內(nèi)強(qiáng)度小于應(yīng)力的概率（失效概率）的模型，稱為應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型。應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型84在應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型理論中，根據(jù)可靠度的定義，強(qiáng)度大于應(yīng)力的概率可表示為：當(dāng)應(yīng)力為s0時(shí)，強(qiáng)度大于應(yīng)力的概率為：應(yīng)力s0處于ds內(nèi)的概率為：應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型85假設(shè)與為兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)事件，因此兩獨(dú)立事件同時(shí)發(fā)生的概率為因?yàn)樯鲜綖閼?yīng)力區(qū)間內(nèi)的任意值，現(xiàn)考慮整個(gè)應(yīng)力區(qū)間內(nèi)的情況，有強(qiáng)度大于應(yīng)力的概率（可靠度）為當(dāng)已知應(yīng)力和強(qiáng)度的概率密度函數(shù)時(shí)，根據(jù)以上表達(dá)式即可求得可靠度。

應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型86應(yīng)力分布的確定應(yīng)力受到很多因素的影響，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為S=f（L，T，A，p，t，m）L——載荷；T——溫度；A——幾何尺寸變量，如長(zhǎng)度、截面積、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等；p——物理性質(zhì)變量，如彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)等；t——時(shí)間；m——其它。87強(qiáng)度分布的確定建立與失效應(yīng)力判據(jù)相對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度判據(jù)，常用的強(qiáng)度判據(jù)有最大正應(yīng)力強(qiáng)度判據(jù)、最大剪應(yīng)力強(qiáng)度判據(jù)、最大變形能強(qiáng)度判據(jù)等。確定名義強(qiáng)度。名義強(qiáng)度指在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下確定的試件強(qiáng)度，常用名義強(qiáng)度有強(qiáng)度極限、屈服極限、疲勞極限、變形、變形能和磨損（腐蝕）量等。用適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)修正名義強(qiáng)度，通常考慮的修正系數(shù)有尺寸系數(shù)、表面質(zhì)量系數(shù)、應(yīng)力集中系數(shù)等。確定強(qiáng)度方程中所有參數(shù)和系數(shù)的分布，通過(guò)概率運(yùn)算、矩法或蒙特卡落法得到相應(yīng)的強(qiáng)度分布。88可靠度的計(jì)算方法應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布利用應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論，可靠度定義為強(qiáng)度大于應(yīng)力的概率：當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)，有由于應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布，根據(jù)正態(tài)分布的和（差）仍為正態(tài)分布的性質(zhì)，安全余量Z也為正態(tài)分布：89可靠度計(jì)算

將上式化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布形式90式中：

從式可知，當(dāng)已知應(yīng)力和強(qiáng)度的分布參數(shù)后，就可從正態(tài)分布表查得可靠度。因此上式把應(yīng)力分布參數(shù)、強(qiáng)度分布參數(shù)和可靠度直接聯(lián)系起來(lái)，稱之為“連接方程”。91常用概率分布的可靠度計(jì)算公式92

常用概率分布的可靠度計(jì)算公式返回93可靠性設(shè)計(jì)4三、機(jī)械系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)94三、機(jī)械系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于零部件的可靠性。對(duì)于產(chǎn)品其整體的可靠性取決于組成產(chǎn)品的各個(gè)零件和部件的可靠性，因此，當(dāng)注重于產(chǎn)品內(nèi)部功能關(guān)系時(shí)，其整體的可靠性需要根據(jù)組件的構(gòu)成關(guān)系加以確定。依據(jù)系統(tǒng)（產(chǎn)品）的構(gòu)成關(guān)系，系統(tǒng)可靠性分析模型分為（1）串聯(lián)系統(tǒng)，（2）并聯(lián)系統(tǒng)，（3）混聯(lián)系統(tǒng)。95（1）串聯(lián)系統(tǒng)系統(tǒng)中各個(gè)組件全部工作正常時(shí)，系統(tǒng)才正常；當(dāng)系統(tǒng)中有一個(gè)或一個(gè)以上的組件失效時(shí)，系統(tǒng)就失效，這樣的系統(tǒng)就稱串聯(lián)系統(tǒng)。設(shè)系統(tǒng)構(gòu)成組件的可靠度分別為：系統(tǒng)要正常工作，必須各組成單元都正常工作，則有：96系統(tǒng)正常工作的概率為各單元概率之積，因此由于對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠度，可以通過(guò)兩個(gè)途徑：1）提高各組成單元的可靠度2）降低各組成單元的失效率97（2）并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)組成單元的可靠度分別為相應(yīng)單元的失效（故障）概率分別為并設(shè)并聯(lián)系統(tǒng)的失效（故障）概率為Qs系統(tǒng)中的組成單元，只要其中一個(gè)工作正常，則系統(tǒng)就正常工作，只有全部組件都失效時(shí)，系統(tǒng)才失效，這樣的系統(tǒng)就稱并聯(lián)系統(tǒng)。98依據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)的定義,并聯(lián)系統(tǒng)中不正常事件是“交”的關(guān)系，系統(tǒng)要不正常工作,必須各組成單元都不正常工作,則有系統(tǒng)不正常工作的概率為各單元不正常工作概率之積，因此由于99可靠性指標(biāo)的分配問題，是可靠性預(yù)計(jì)的逆過(guò)程，即在已知系統(tǒng)可靠性指標(biāo)時(shí)，如何考慮和確定其組成單元的可靠性指標(biāo)值。所以，所謂可靠性分配就是把系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)或部件進(jìn)行合理分配的過(guò)程?？煽啃苑峙涞脑瓌t1）子系統(tǒng)復(fù)雜程度

2）子系統(tǒng)重要程度3）子系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境4）子系統(tǒng)任務(wù)時(shí)間5）子系統(tǒng)研制周期（3）系統(tǒng)的可靠性分配100可靠性分配的注意事項(xiàng)對(duì)于個(gè)別研制周期長(zhǎng)的單元，允許反復(fù)改進(jìn)設(shè)計(jì)的時(shí)間較緊，在分配指標(biāo)時(shí)應(yīng)適當(dāng)放寬?？煽啃苑峙湟话氵€要受費(fèi)用、重量、尺寸等條件的約束。因此如何在重量、體積和成本等一些限制條件下，使產(chǎn)品的可靠性分配方案更為合理，也是可靠性分配要考慮的問題之一?？煽啃苑峙涞哪康淖罱K都是力求以最小的代價(jià)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)可靠性的要求?？煽啃苑峙涞囊话惴椒ǎ?jīng)過(guò)由元件到組件，由組件到整機(jī)，由整機(jī)到系統(tǒng)進(jìn)行逐級(jí)計(jì)算。101可靠度分配方法之一——等同分配法全部子系統(tǒng)或各組成單元的可靠度相等。2）并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度分配串聯(lián)系統(tǒng)的失效率的分配1）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度分配102可靠度分配方法之二——按預(yù)計(jì)失效率的比例分配法該可靠度分配方法適用于設(shè)計(jì)階段的可靠度分配，子系統(tǒng)的壽命服從指數(shù)分布。引入相對(duì)失效率可靠度分配T為系統(tǒng)任務(wù)時(shí)間；ti為裝置工作時(shí)間；Ei為裝置的重要度；λS表示該裝置的故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障的概率。103可靠度分配方法之三——按復(fù)雜度和重要度的分配法該方法假定設(shè)備的故障時(shí)間符合指數(shù)分布。這一假設(shè)對(duì)大部分系統(tǒng)和整機(jī)均適合。復(fù)雜度——各裝置的基本組成單元數(shù)，反映了各裝置的復(fù)雜程度。重要度——第i個(gè)裝置的重要度定義為第i個(gè)裝置的故障引起系統(tǒng)發(fā)生故障的概率：104失效率分配可靠度分配該方法是一種比較實(shí)用的可靠度分配方法。它考慮了各單元的復(fù)雜性、重要性及工作時(shí)間等的差別。但它要求各單元工作期間的失效率為一常數(shù)，且作為互相獨(dú)立的串聯(lián)系統(tǒng)。105（4）系統(tǒng)可靠性優(yōu)化——機(jī)械系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)策略1）耦合優(yōu)化策略：直接求解系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)整體數(shù)學(xué)規(guī)劃模型；適用于規(guī)模不大的機(jī)械系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。2）分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略：將單元可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型和系統(tǒng)可靠性優(yōu)化分配模型聯(lián)立迭代求解。3）分散優(yōu)化策略：將單元可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型和系統(tǒng)可靠性優(yōu)化分配模型分別獨(dú)立求解?！蠖哌m用于規(guī)模較大的機(jī)械系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)106——系統(tǒng)可靠性優(yōu)化的目標(biāo)1）通過(guò)選擇每一級(jí)合適的可靠度值，使系統(tǒng)的可靠度最大。2）在滿足系統(tǒng)最低限度可靠度要求的同時(shí)，使系統(tǒng)的“費(fèi)用”為最小。3）通過(guò)增加某個(gè)或某幾個(gè)特定子系統(tǒng)里的冗余部件，使系統(tǒng)的可靠度最大。107問題1:問題2：當(dāng)要求費(fèi)用約束條件下，尋求最優(yōu)的冗余數(shù)，使系統(tǒng)的可靠度為最大時(shí)，采用以下數(shù)學(xué)模型：108問題3：當(dāng)要求系統(tǒng)可靠度等于或小于所希望的水平的約束條件下，使系統(tǒng)的費(fèi)用最小的數(shù)學(xué)模型：?jiǎn)栴}4：對(duì)于非串聯(lián)、并聯(lián)等復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型返回109反求設(shè)計(jì)與反求工程5一、反求工程技術(shù)概述二、反求工程的研究對(duì)象及內(nèi)容四、計(jì)算機(jī)輔助的實(shí)物反求設(shè)計(jì)方法三、反求設(shè)計(jì)的程式與研究方法110反求工程是將數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取的實(shí)物樣件表面或內(nèi)腔數(shù)據(jù)，輸入專門的數(shù)據(jù)處理軟件或帶有數(shù)據(jù)處理能力的三維CAD軟件進(jìn)行處理和三維重構(gòu)，在計(jì)算機(jī)上復(fù)現(xiàn)實(shí)物樣件的幾何形狀，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行原樣復(fù)制，修改或重設(shè)計(jì)。該方法主要用于對(duì)難以精確表達(dá)的曲面形狀或未知設(shè)計(jì)方法的構(gòu)件形狀進(jìn)行三維重構(gòu)和再設(shè)計(jì)。一、反求設(shè)計(jì)（ReverseDesign）概念111應(yīng)用階段——一般只考慮購(gòu)買先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備，目的是利用這些設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮作用，做到“知其然”；消化階段——對(duì)引進(jìn)的機(jī)器設(shè)備或產(chǎn)品進(jìn)行深入的分析研究，以科學(xué)的理論和先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備對(duì)其性能進(jìn)行研究，這一階段的主要目的是仿制引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備或產(chǎn)品，做到“知其所以然”；創(chuàng)新階段——在綜合消化引進(jìn)的機(jī)器設(shè)備或產(chǎn)品、先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用各種設(shè)計(jì)制造手段，對(duì)原有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新，以求設(shè)計(jì)、制造出在技術(shù)、性能等方面更好、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力更強(qiáng)的產(chǎn)品。反求工程一般可分為應(yīng)用、消化和創(chuàng)新三個(gè)階段112反求設(shè)計(jì)是以先進(jìn)的實(shí)物、軟件（圖樣、程序和技術(shù)文件等）或影像（圖片和照片等）作為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)的理論方法、工程材料和材料科學(xué)等有關(guān)專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，探索并掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類型的新產(chǎn)品。返回113二、反求工程的研究對(duì)象與內(nèi)容114實(shí)物類：主要是指先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物本身；軟件類：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖樣、程序、技術(shù)文件等；影像類：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖片、照片或以影像形式出現(xiàn)的資料。1、反求工程的研究對(duì)象115根據(jù)反求對(duì)象為實(shí)物、影像或軟件的不同，在形體幾何尺寸的確定時(shí)，所選用的方法也有所不同。若是實(shí)物反求，則可通過(guò)常用的測(cè)量設(shè)備如萬(wàn)能量具、投影儀、坐標(biāo)機(jī)等對(duì)產(chǎn)品直接進(jìn)行測(cè)量，以確定形體幾何尺寸；若是軟件和影像反求，則可采用參照物對(duì)比法，利用透視成像的原理和作圖技術(shù)，并結(jié)合人機(jī)工程學(xué)和相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，通過(guò)分析計(jì)算來(lái)確定形體幾何尺寸。116從設(shè)計(jì)角度而言，反求工程的研究?jī)?nèi)容主要包括：

（1）分析引進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想；

（2）功能和原理方案分析；

（3）結(jié)構(gòu)與形體幾何尺寸分析；

（4）精度分析；（5）材料分析；

（6）工藝分析；

（7）外觀造型設(shè)計(jì)分析；（8）使用和維修分析；（9）包裝技術(shù)分析。2、反求工程的研究?jī)?nèi)容117（1）反求對(duì)象設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、功能原理方案分析產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想決定了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，深入分析并掌握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是分析、了解整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提。反求對(duì)象的功能了解，有助于分析、理解和掌握產(chǎn)品原理方案，才有可能在進(jìn)行反求設(shè)計(jì)時(shí)得到基于原產(chǎn)品而又高于原產(chǎn)品的原理方案。

118（2）反求對(duì)象材料的分析反求對(duì)象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組織結(jié)構(gòu)的分析和材料的性能檢測(cè)等。材料成分分析方法常用的有：鋼種的火花鑒別法，鋼種聽音鑒別法，原子發(fā)射光譜分析法，紅外光譜分析法和化學(xué)分析微探針分析技術(shù)等；材料的結(jié)構(gòu)分析主要是分析研究材料的組織結(jié)構(gòu)、晶體缺陷及相之間的位相關(guān)系，可分為宏觀組織分析和微觀組織分析；性能檢測(cè)主要是檢測(cè)其力學(xué)性能和磁、電、聲、光、熱等物理性能119反求對(duì)象材料分析的一般過(guò)程120（3）反求對(duì)象工藝、裝配分析反求設(shè)計(jì)和反求工藝是相互聯(lián)系的，缺一不可。在缺乏制造原型產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)備與先進(jìn)工藝方法和未掌握某些技術(shù)訣竅的情況下，對(duì)反求對(duì)象進(jìn)行工藝分析通常采用以下幾種常用的方法：

l）采用反判法編制工藝規(guī)程。以零件的技術(shù)要求如尺寸精度、形位公差、表面質(zhì)量等為依據(jù)，查明設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，分析關(guān)鍵工藝，優(yōu)選加工工藝方案，并依次由后向前遞推加工工序，編制工藝規(guī)程。

1212）改進(jìn)工藝方案，保證引進(jìn)技術(shù)的原設(shè)計(jì)要求。在保證引進(jìn)技術(shù)的設(shè)計(jì)要求和功能的前提條件下，局部地改進(jìn)某些實(shí)現(xiàn)較為困難的工藝方案。對(duì)反求對(duì)象進(jìn)行裝配分析主要是考慮用什么裝配工藝來(lái)保證性能要求、能否將原產(chǎn)品的若干個(gè)零件組合成一個(gè)部件及如何提高裝配速度等等。

3）用曲線對(duì)應(yīng)法反求工藝參數(shù)。先將需分析的產(chǎn)品的性能指標(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)系擬合出一條曲線，并按曲線的規(guī)律適當(dāng)拓寬，從曲線中找出相對(duì)于第一參照系性能指標(biāo)的工藝參數(shù)，就是需求的工藝參數(shù)。

1224）材料國(guó)產(chǎn)化，局部改進(jìn)原型結(jié)構(gòu)以適應(yīng)工藝水平由于材料對(duì)加工方法的選擇起決定性作用，所以，在無(wú)法保證使用原產(chǎn)品的制造材料時(shí)，或在使用原產(chǎn)品的制造材料后，工藝水平不能滿足要求時(shí)，可以使用國(guó)產(chǎn)化材料，以適應(yīng)目前的工藝水平。

123（4）反求對(duì)象精度的分析產(chǎn)品的精度直接影響到產(chǎn)品的性能，對(duì)反求分析的產(chǎn)品進(jìn)行精度分析，是反求分析的重要組成部分。反求對(duì)象精度的分析包括了反求對(duì)象形體尺寸的確定、精度的分配等內(nèi)容。

產(chǎn)品精度分配需根據(jù)產(chǎn)品的精度指標(biāo)、整體技術(shù)條件與產(chǎn)品的工作原理圖，綜合考慮生產(chǎn)的技術(shù)水平、產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。124（5）反求對(duì)象造型的分析

產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與藝術(shù)設(shè)計(jì)相結(jié)合的綜合性技術(shù)。其主要目的是運(yùn)用工業(yè)美學(xué)、產(chǎn)品造型原理、人機(jī)工程學(xué)原理等對(duì)產(chǎn)品的外形構(gòu)型、色彩設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析，以提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和舒適方便程度。

例如，在數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，就要充分考慮到數(shù)控系統(tǒng)的顯示器的布局問題，圖形顯示和漢字顯示問題，數(shù)控系統(tǒng)操作面板的造型問題、色彩問題，各個(gè)功能操作按鍵的造型、色彩、布局問題等。125（6）反求對(duì)象系列化、模塊化分析。分析反求對(duì)象時(shí)，要做到思路開闊，要考慮到所引進(jìn)的產(chǎn)品是否已經(jīng)系列化了，是否為系列型譜中的一個(gè)，在系列型譜中是否具有代表性，產(chǎn)品的模塊化程度如何等具體問題，使在設(shè)計(jì)制造時(shí)少走彎路，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，生產(chǎn)出多品種、多規(guī)格、通用化較強(qiáng)的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

返回126三、反求設(shè)計(jì)的程式與研究方法1271、反求設(shè)計(jì)的程式1281）分析需求，明確反求設(shè)計(jì)的目的；2）對(duì)所進(jìn)行分析的產(chǎn)品進(jìn)行功能上和結(jié)構(gòu)