(精品)《数字化设计与制造》第03章.ppt

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1、数字化设计与制造数字化设计与制造第三章第三章 产品数字化设计产品数字化设计1设设计计是是产产品品生生命命周周期期中中的的第第一一个个环环节节，也也是是最最重要的环节。重要的环节。工工程程研研究究与与实实践践表表明明：整整个个产产品品生生命命周周期期约约8080的的费费用用是是由由产产品品设设计计阶阶段段(从从产产品品定定义义到到制制造造之之前前)的的工工作作所所决决定定的的，而而这这一一阶阶段段本本身身所所需需费费用则占不到总费用的用则占不到总费用的3 3。人人类类的的创创造造性性活活动动在在整整个个产产品品设设计计过过程程中中最最为为活跃，其工作对后续工作具有决定性影响。活跃，其工作对后续工

2、作具有决定性影响。2 75%75%的修改工作由产品设计阶段引起的修改工作由产品设计阶段引起 80%80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成0102030405060产品定义产品定义产品设计产品设计工艺规划工艺规划制造制造检验检验应用应用发生错误修改错误75%成本成本%80%3 本章首先对具有代表性的典型设计理论与本章首先对具有代表性的典型设计理论与方法进行介绍，在此基础之上阐述传统设计与方法进行介绍，在此基础之上阐述传统设计与数字化设计的差异及产品数字化设计的基本知数字化设计的差异及产品数字化设计的基本知识与流程，并介绍数字化设计过程中采用的设识与流程

3、，并介绍数字化设计过程中采用的设计手段与方法，最后讲述数字化设计中的过程计手段与方法，最后讲述数字化设计中的过程管理。管理。4内容提纲内容提纲第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 第三节第三节 数字化设计实现方法和手段数字化设计实现方法和手段 第四节第四节 设计过程管理设计过程管理 5第一节第一节 概述概述 设设计计方方法法学学是是在在深深入入研研究究设设计计过过程程本本质质的的基基础础上上，以以系系统统工工程程的的观观点点研研究究设设计计的的一一般般进进程程、规规律律及及设设计计中中思思维维和和工工作作方方法法的的一一门门综综合合性性学学科科。设设计计方方法法

4、学学的的研研究究成成果果包包括括设设计计理理论论和和设设计方法。计方法。设设计计理理论论是是研研究究设设计计人人员员在在产产品品设设计计过过程程的思维方式和基本规律。的思维方式和基本规律。设设计计方方法法是是产产品品设设计计的的具具体体手手段段，如如功功能能结结构构方方法法、并并行行设设计计、面面向向X X的的设设计计、可可靠性设计、虚拟设计、智能设计等。靠性设计、虚拟设计、智能设计等。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 6第一节第一节 概述概述 一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 1 1欧洲流派的系统设计方法学欧洲流派的系统设计方法学 2 2美国流派的公理化设计方法美国流

5、派的公理化设计方法3 3苏联流派的发明问题解决理论体系苏联流派的发明问题解决理论体系4 4日本流派的通用设计理论日本流派的通用设计理论7第一节第一节 概述概述 第二次世界大战结束后，德国意识到经济复苏的关键第二次世界大战结束后，德国意识到经济复苏的关键在于产品设计水平的提高，并积极开展设计知识获取在于产品设计水平的提高，并积极开展设计知识获取与运用的研究，尤其是在设计理论方面成为世界发源与运用的研究，尤其是在设计理论方面成为世界发源地。地。2020世纪世纪7070年代，德国学者年代，德国学者G GPahlPahl和和W.W.BeitzBeitz提出提出了具有代表性、权威性和系统性的产品设计方法

6、学。了具有代表性、权威性和系统性的产品设计方法学。他们将工程设计过程主要分为他们将工程设计过程主要分为4 4个阶段；个阶段；明确任务阶段、明确任务阶段、概念设计阶段、具体化设计阶段和详细设计阶段概念设计阶段、具体化设计阶段和详细设计阶段，主，主张将从专业设计人员长期的设计实践中归纳总结出来张将从专业设计人员长期的设计实践中归纳总结出来的各种方法作为工程设计流程中各个环节的手段，贯的各种方法作为工程设计流程中各个环节的手段，贯穿到整个设计过程中。同时，他们将归纳和总结出来穿到整个设计过程中。同时，他们将归纳和总结出来的大量工程设计知识经过系统化的整理，以设计目录的大量工程设计知识经过系统化的整理

7、，以设计目录的形式保存、传递和运用的形式保存、传递和运用 一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 1 1欧洲流派的系统设计方法学欧洲流派的系统设计方法学 背景背景8第一节第一节 概述概述 系统设计方法学认为产品设计可以看成是有步骤地系统设计方法学认为产品设计可以看成是有步骤地分析与综合，不断从定性到定量问题的求解过程。分析与综合，不断从定性到定量问题的求解过程。强调对原有产品设计经验和设计实践的整理，形成强调对原有产品设计经验和设计实践的整理，形成产品设计的准则性知识；产品设计的准则性知识；强调对产品设计阶段的划分，产品设计是不同阶段强调对产品设计阶段的划分，产品设计是不同阶段之间在知识

8、支撑下的映射和反馈过程；之间在知识支撑下的映射和反馈过程；以设计经验抽象、整理出来的设计知识和准则指导以设计经验抽象、整理出来的设计知识和准则指导设计者进行产品开发。设计者进行产品开发。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 1 1欧洲流派的系统设计方法学欧洲流派的系统设计方法学 特点特点这个过程很典型地代表了串行的产品设计与开发模式。这个过程很典型地代表了串行的产品设计与开发模式。9第一节第一节 概述概述 公理化设计公理化设计(Axiomatic Design,AD)(Axiomatic Design,AD)是由美国麻省理是由美国麻省理工学院的工学院的Nam P.Nam P.SuhSu

9、h教授等学者于教授等学者于2020世纪世纪7070年代提出年代提出的产品设计公理体系。它成为美国设计理论均设计方的产品设计公理体系。它成为美国设计理论均设计方法研究思想的代表之一。公理设计是通过对大量成功法研究思想的代表之一。公理设计是通过对大量成功设计实例进行分析归纳、抽象设计过程的本质而形成设计实例进行分析归纳、抽象设计过程的本质而形成的，是对产品设计的一种概念性的、抽象的描述。的，是对产品设计的一种概念性的、抽象的描述。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 2 2美国流派的公理化设计方法美国流派的公理化设计方法背景背景10第一节第一节 概述概述 公理化设计公理化设计的出发点是将传

10、统以经验为主的设计的出发点是将传统以经验为主的设计转换到以科学公理、法则为基础的公理体系。其主要转换到以科学公理、法则为基础的公理体系。其主要特点为：特点为：试图确立主导所有设计的一般规律；试图确立主导所有设计的一般规律；为设计建立科学基础，向设计者提供设计的科学依为设计建立科学基础，向设计者提供设计的科学依据以提供产品设计能力；据以提供产品设计能力；提高设计的创造性，减少设计的随意性和设计中的提高设计的创造性，减少设计的随意性和设计中的错误和不合理性。错误和不合理性。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 2 2美国流派的公理化设计方法美国流派的公理化设计方法特点特点11第一节第一节

11、概述概述 一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 2 2美国流派的公理化设计方法美国流派的公理化设计方法公理化设计过程公理化设计过程顾客需求功能要求设计参数过程变量映射映射映射映射映射映射用户域用户域功能域功能域结构域结构域过程域过程域12第一节第一节 概述概述 发明问题解决理论（发明问题解决理论（TRIZTRIZ理论理论)方法的研究始于方法的研究始于19461946年，年，以以G.S.G.S.AltshullerAltshuller为首的由苏联的大学、研究所和为首的由苏联的大学、研究所和企业所组成的数百人的研究组织分析研究了世界近企业所组成的数百人的研究组织分析研究了世界近250250

12、万件发明专利、综合多个学科领域的原理、法则形成万件发明专利、综合多个学科领域的原理、法则形成了了TRIZTRIZ理论体系。其主要目的是研究人类进行发明创理论体系。其主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 3 3苏联流派的发明问题解决理论体系苏联流派的发明问题解决理论体系背景背景13第一节第一节 概述概述 无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有术的发展都是遵循着客观的规律发

13、展演变的，即具有客观的进化规律和模式。客观的进化规律和模式。各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。化过程的动力。技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。多的功能。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 3 3苏联流派的发明问题解决理论体系苏联流派的发明问题解决理论体系核心思想核心思想 14第一节第一节 概述概述 以日本东京大学吉川弘之教授为首的日本学者自以日本东京大学吉川弘之教授为首的日本学者自2020世世纪纪7070年代起提出了采用年代起提出了采用数学形式数

14、学形式来表达设计过程的思来表达设计过程的思想，并将处理人类思维活动领域内的设计操作表示为想，并将处理人类思维活动领域内的设计操作表示为知识处理的概念模型。通用设计理论知识处理的概念模型。通用设计理论(General Design(General Design TheoryTheory，GDT)GDT)试图将一般的设计本质在严密的数学原试图将一般的设计本质在严密的数学原理基础上予以阐述，从而得到有别于各具体领域设计理基础上予以阐述，从而得到有别于各具体领域设计的一般设计理论。的一般设计理论。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与方法 4 4日本流派的通用设计理论日本流派的通用设计理论 背景背景

15、15第一节第一节 概述概述 GDTGDT引入了引入了元模型元模型(MetamodelMetamodel)和和元模型空间元模型空间(MetamodelMetamodel Space)Space)来描述设计中的映射过程。来描述设计中的映射过程。元模型用一组有限的属性来描述设计对象在设计过程元模型用一组有限的属性来描述设计对象在设计过程特定阶段的状态、设计对象组成实体间的相互关联与特定阶段的状态、设计对象组成实体间的相互关联与依赖关系。依赖关系。元模型集合构成的元模型空间是逐步完善的设计过程元模型集合构成的元模型空间是逐步完善的设计过程的具体反映。的具体反映。一、典型设计理论与方法一、典型设计理论与

16、方法 4 4日本流派的通用设计理论日本流派的通用设计理论 方法方法16第一节第一节 概述概述 都从不同的角度强调设计的原理、准则和知识的重要都从不同的角度强调设计的原理、准则和知识的重要性；性；都强调设计是一个映射过程，即知识与产品或产品部都强调设计是一个映射过程，即知识与产品或产品部件、细节之间的映射，以及产品设计不同阶段之间的件、细节之间的映射，以及产品设计不同阶段之间的映射映射(系统设计方法理论和公理设计理论尤为如此系统设计方法理论和公理设计理论尤为如此)。二、产品设计一般程序二、产品设计一般程序 1 1产品设计理论与方法的共性问题产品设计理论与方法的共性问题 由于映射是建立在映射规则和

17、各映射空间的知由于映射是建立在映射规则和各映射空间的知识基础上的，所以识基础上的，所以原有设计知识和设计规则对产品原有设计知识和设计规则对产品设计具有极其重要的作用。设计具有极其重要的作用。17第一节第一节 概述概述 二、产品设计一般程序二、产品设计一般程序 2 2产品设计过程产品设计过程任务任务阐明任务书阐明任务书制定要求表制定要求表评审评审总体方案设计总体方案设计研究试验研究试验绘制草图绘制草图方案设计评审方案设计评审修正总体方案修正总体方案设计计算设计计算主要零部件设计主要零部件设计提出特殊外购件和特殊材料提出特殊外购件和特殊材料技术设计评审技术设计评审全部零件设计全部零件设计图样及技术

18、文件审查图样及技术文件审查确定产品文件确定产品文件转入制造转入制造结束结束再再设设计计再再设设计计不通过不通过不通过不通过不通过不通过再再设设计计再再设设计计否否通过通过通过通过通过通过是是产产品品定定义义方方案案设设计计技技术术设设计计详详细细设设计计18内容提纲内容提纲第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 第三节第三节 数字化设计实现方法和手段数字化设计实现方法和手段 第四节第四节 设计过程管理设计过程管理 19 一、传统设计与数字化设计一、传统设计与数字化设计 传统设计传统设计数字化设计数字化设计设计方式设计方式手工绘图手工绘图计算机绘图计算机绘图设计工具

19、设计工具绘图板、丁字尺、圆规、铅笔、绘图板、丁字尺、圆规、铅笔、橡皮等橡皮等计算机、网络、计算机、网络、CADCAD及及CAECAE软件、绘图仪、打软件、绘图仪、打印机等印机等产品表示产品表示二维工程图纸、各种明细表等二维工程图纸、各种明细表等三维三维CADCAD模型、二维模型、二维CADCAD电子图纸、电子图纸、BOMBOM等等设计方法设计方法经验设计、手工计算、封闭收经验设计、手工计算、封闭收敛的设计思维敛的设计思维基于三维的虚拟设计、智能设计、可靠性设基于三维的虚拟设计、智能设计、可靠性设计、有限元分析、优化设计、动态设计、计、有限元分析、优化设计、动态设计、工业造型设计等现代设计方法工

20、业造型设计等现代设计方法工作方式工作方式串行设计、独立设计串行设计、独立设计并行设计、协同设计并行设计、协同设计管理方式管理方式纸质图档、技术文档管理纸质图档、技术文档管理基于基于PDMPDM的产品数字化管理的产品数字化管理仿真方式仿真方式物理样机物理样机数字样机、物理样机数字样机、物理样机特点特点过早进入物理样机阶段，从设过早进入物理样机阶段，从设计到物理样机反复迭代修正计到物理样机反复迭代修正由个人经验、手工计算带来由个人经验、手工计算带来的设计误差，设计周期长，的设计误差，设计周期长，成本高成本高形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、优化设计、外

21、观及色彩设计等采用数字优化设计、外观及色彩设计等采用数字样机实现，设计错误少，设计周期短、样机实现，设计错误少，设计周期短、成本低成本低第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程20第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 二、设计过程模型二、设计过程模型 设计过程模型的选择有赖于设计过程中各项活设计过程模型的选择有赖于设计过程中各项活动所采用的设计手段、设计方式、产品模型的表达动所采用的设计手段、设计方式、产品模型的表达方式、管理模式和设计理念等。明确了产品设计的方式、管理模式和设计理念等。明确了产品设计的阶段划分后，目前存在着以下几种不同的产品设计阶段划分后，目前存在着以下几种不同的产品

22、设计过程模型：过程模型：顺序过程模型顺序过程模型以设计为中心的模型以设计为中心的模型并行设计模型并行设计模型动态模型动态模型21第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 二、设计过程模型二、设计过程模型 1 1顺序过程模型顺序过程模型 传统的设计过程模型为顺序模型，企业选择该类模型传统的设计过程模型为顺序模型，企业选择该类模型的支配因素是为了的支配因素是为了保证产品的质量与降低成本保证产品的质量与降低成本。按这种模。按这种模型，新产品设计在交给制造部门之前，按照图中顺序在企型，新产品设计在交给制造部门之前，按照图中顺序在企业的不同部门内完成。经过试验或后续的制造发现设计的业的不同部门内完成。

23、经过试验或后续的制造发现设计的不合理之处，再返回到设计的某个阶段，如详细设计阶段，不合理之处，再返回到设计的某个阶段，如详细设计阶段，进行再设计，一直到满足要求为止。进行再设计，一直到满足要求为止。22第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 二、设计过程模型二、设计过程模型 2 2以设计为中心的模型以设计为中心的模型 企业选择该类模型的支配因素也是产品的企业选择该类模型的支配因素也是产品的质量与成本质量与成本。该模型与上述顺序过程模型的不同点是设计人员在设计阶该模型与上述顺序过程模型的不同点是设计人员在设计阶段要更详细地考虑到制造段要更详细地考虑到制造(DFM)(DFM)、装配、装配(DF

24、A)(DFA)、环境、环境(DFE)(DFE)、全生命周期的成本全生命周期的成本(Life-Cycle Costing(Life-Cycle Costing，LCC)LCC)等具体问等具体问题，使设计反复的过程尽可能短。题，使设计反复的过程尽可能短。分析是该类模型的分析是该类模型的重要特征。有限元重要特征。有限元计算、运动学与动计算、运动学与动力学仿真、加工过力学仿真、加工过程仿真、装配过程程仿真、装配过程仿真等都是分析的仿真等都是分析的内容。内容。23第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 二、设计过程模型二、设计过程模型 3 3并行设计模型并行设计模型 企业选择该类模型的支配因素是企业

25、选择该类模型的支配因素是产品质量及推向市场产品质量及推向市场的时间的时间。该模型与以设计为中心的模型的不同点为：该模。该模型与以设计为中心的模型的不同点为：该模型为小组工作方式，小组成员要具有不同的知识结构，要型为小组工作方式，小组成员要具有不同的知识结构，要有产品开发的下游人员参加，为了共同的目的有产品开发的下游人员参加，为了共同的目的尽快开尽快开发出新产品，而共同努力。发出新产品，而共同努力。该类模型不仅适用于该类模型不仅适用于具备网络环境的大中型企具备网络环境的大中型企业，也适用于不具备网络业，也适用于不具备网络环境的小企业。环境的小企业。24第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程

26、二、设计过程模型二、设计过程模型 4 4动态模型动态模型 与并行设计模型相比，各个设计阶段一起开始，小组与并行设计模型相比，各个设计阶段一起开始，小组之间的信息交流更加重要，因此需要更好的设计与过程的之间的信息交流更加重要，因此需要更好的设计与过程的集成环境。企业选用这种模型的驱动力是集成环境。企业选用这种模型的驱动力是产品推向市场的产品推向市场的时间时间。25第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计 1 1串行设计过程串行设计过程特点：特点：以顺序过程为前提，即前一阶段完成后，下一阶段以顺序过程为前提，即前一阶段完成后，下一阶段才能开始。才能开

27、始。由于各个阶段应用不同的开发系统，系统之间数据由于各个阶段应用不同的开发系统，系统之间数据交换困难。交换困难。经常的数据修改，使产品设计费用增加。经常的数据修改，使产品设计费用增加。设计时间长，不能满足市场的需求。设计时间长，不能满足市场的需求。需求结构设计工艺设计制造串行过程26第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计 2 2并行设计过程并行设计过程(1)(1)并行设计的产生背景和基本概念并行设计的产生背景和基本概念背景背景：2020世纪世纪9090年代，出现了一种新的产品生命周期管年代，出现了一种新的产品生命周期管理方法。这种方法理方法。这

28、种方法把时间作为关键因素，以缩短产品上把时间作为关键因素，以缩短产品上市时间为目标市时间为目标，全方位地解决从设计到产品报废的整个，全方位地解决从设计到产品报废的整个产品生命周期的管理，力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期的管理，力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度产品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求，这种管理过程就是并行工程。与用户需求，这种管理过程就是并行工程。27第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计 2 2并行设计过程并行设计过程(1)(1)并行设计的产生背景和基本概念并

29、行设计的产生背景和基本概念概念概念：所谓并行设计就是指在产品开发的设计阶段就要所谓并行设计就是指在产品开发的设计阶段就要考虑产品生命周期中的工艺规划、制造、装配、测试、考虑产品生命周期中的工艺规划、制造、装配、测试、维修等其他后续环节的影响，通过各环节的并行集成，维修等其他后续环节的影响，通过各环节的并行集成，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。并行设计将下游环节的可靠性、技术、生产条件等作为并行设计将下游环节的可靠性、技术、生产条件等作为设计环节的约束条件，以避免或减少产品开发进行到晚设计环节的约束条件，以避免或减少产品开发进行到晚

30、期才发现错误，再返回到设计初期进行修改，延长产品期才发现错误，再返回到设计初期进行修改，延长产品上市时间，增加产品成本。上市时间，增加产品成本。28第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计 2 2并行设计过程并行设计过程(1)(1)并行设计的产生背景和基本概念并行设计的产生背景和基本概念并并行行设设计计过过程程并行设计是一并行设计是一个持续地改善个持续地改善产品性能的过产品性能的过程，它是在不程，它是在不影响产品性能影响产品性能的前提下，最的前提下，最大限度地不断大限度地不断改进产品设计改进产品设计的工艺性、质的工艺性、质量与成本的控量与成本的控

31、制和相应的管制和相应的管理规划，以减理规划，以减少制造成本、少制造成本、缩短产品开发缩短产品开发周期、提高设周期、提高设计效率，努力计效率，努力做到设计一次做到设计一次成功。成功。29第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计 2 2并行设计过程并行设计过程优点：优点：并行设计的实质就是把传统设计的并行设计的实质就是把传统设计的“设计评价设计评价再设计再设计”的大循环转变为多次的的大循环转变为多次的“设计一评价一再设计设计一评价一再设计”的小循环，通过信息反馈，使设计团队中不同专业的人的小循环，通过信息反馈，使设计团队中不同专业的人员及早参加设计。

32、这样做的优点是，员及早参加设计。这样做的优点是，来自各方面的人在产来自各方面的人在产品设计开发的初期就可以从其各自工作部分的角度出发，品设计开发的初期就可以从其各自工作部分的角度出发，对设计的合理性、可行性、经济性等因素加以控制，以便对设计的合理性、可行性、经济性等因素加以控制，以便一开始就能致力于发现、寻找能满足新产品性能的技术，一开始就能致力于发现、寻找能满足新产品性能的技术，能满足目标成本的材料和合理的生产工艺等，并且可以及能满足目标成本的材料和合理的生产工艺等，并且可以及早发现和改正设计错误早发现和改正设计错误。(1)(1)并行设计的产生背景和基本概念并行设计的产生背景和基本概念30第

33、二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计(2)(2)并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术2 2并行设计过程并行设计过程过程建模和仿真技术过程建模和仿真技术 并行设计的集成平台并行设计的集成平台 产品数据管理技术产品数据管理技术综合协调技术综合协调技术产品性能综合评价和决策产品性能综合评价和决策并行设计中的管理技术并行设计中的管理技术31第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计(2)(2)并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术2 2并行设计过程并行设计过程()()过程建模和仿真技术过程建模和仿真技

34、术 并行工程要求及时了解产品生命周期中各个过程的并行工程要求及时了解产品生命周期中各个过程的反映，如可制造性、可装配性等。因此，必须建立各种反映，如可制造性、可装配性等。因此，必须建立各种相关模型，如产品模型、装配模型、成本模型、资源模相关模型，如产品模型、装配模型、成本模型、资源模型，从而进行生产过程的结构化分析和绘制数据流向图，型，从而进行生产过程的结构化分析和绘制数据流向图，简化操作过程，并运用仿真技术对产品性能及相关过程简化操作过程，并运用仿真技术对产品性能及相关过程进行仿真分析，给出评价结果和改进意见。进行仿真分析，给出评价结果和改进意见。32第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过

35、程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计(2)(2)并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术2 2并行设计过程并行设计过程()并行设计的集成平台并行设计的集成平台 集成平台是支撑并行设计的基本框架，为所有的产集成平台是支撑并行设计的基本框架，为所有的产品设计人员提供协同工作环境。该框架突破了原有企业品设计人员提供协同工作环境。该框架突破了原有企业的边界，成为一种可以跨越地域、文化、组织，在时间的边界，成为一种可以跨越地域、文化、组织，在时间上并行的产品开发环境，实现面向过程的集成与协同。上并行的产品开发环境，实现面向过程的集成与协同。在集成平台下，设计成员可以在共享的环境下协同工作、在

36、集成平台下，设计成员可以在共享的环境下协同工作、交互协商、分工合作，共同完成设计任务。交互协商、分工合作，共同完成设计任务。33第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计(2)(2)并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术2 2并行设计过程并行设计过程()产品数据管理技术产品数据管理技术 信息共享是实现制造业信息化的基础，也是实现并信息共享是实现制造业信息化的基础，也是实现并行工程的基础。产品数据管理的目标是对并行设计中共行工程的基础。产品数据管理的目标是对并行设计中共享的数据与过程进行统一规范管理，保证全局数据的一享的数据与过程进行统一规范管理，

37、保证全局数据的一致性、安全性，并提供统一的数据库操作界面，使设计致性、安全性，并提供统一的数据库操作界面，使设计成员在统一的界面下工作，而不必要关心应用程序在什成员在统一的界面下工作，而不必要关心应用程序在什么平台上以及数据的物理位置。么平台上以及数据的物理位置。34第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计(2)(2)并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术2 2并行设计过程并行设计过程()综合协调技术综合协调技术 产品的并行设计过程中，不同专业的设计人员分散产品的并行设计过程中，不同专业的设计人员分散在不同地区或部门下协同工作，所用的计算机软件

38、、硬在不同地区或部门下协同工作，所用的计算机软件、硬件环境往往也是异构的。此外，不同人员看待问题、处件环境往往也是异构的。此外，不同人员看待问题、处理问题的侧重点不同，他们之间可能存在不一致、不和理问题的侧重点不同，他们之间可能存在不一致、不和谐、不稳定，甚至发生冲突。因此，为保证产品设计的谐、不稳定，甚至发生冲突。因此，为保证产品设计的顺利进行，使并行设计的效益得以充分发挥，需要有协顺利进行，使并行设计的效益得以充分发挥，需要有协调管理技术的支持。并行设计的协调管理应提供有效的调管理技术的支持。并行设计的协调管理应提供有效的冲突消解机制，处理多学科设计成员在并行设计环境下冲突消解机制，处理多

39、学科设计成员在并行设计环境下出现的各种冲突。出现的各种冲突。35第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计(2)(2)并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术2 2并行设计过程并行设计过程()产品性能综合评价和决策产品性能综合评价和决策 并行设计作为现代设计方法，其核心准则是并行设计作为现代设计方法，其核心准则是“最优最优化化”。它是在对产品各项性能，包括可加工性、可装配。它是在对产品各项性能，包括可加工性、可装配性、可检验性、易维护性，以及材料成本、加工成本、性、可检验性、易维护性，以及材料成本、加工成本、管理成本，模拟仿真的基础上选优。因此产品

40、性能综合管理成本，模拟仿真的基础上选优。因此产品性能综合评价和决策是并行设计中不可缺少的模块。评价和决策是并行设计中不可缺少的模块。36第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 三、串行设计与并行设计三、串行设计与并行设计(2)(2)并行设计中的关键技术并行设计中的关键技术2 2并行设计过程并行设计过程()并行设计中的管理技术并行设计中的管理技术 并行设计是一项复杂的系统工程，不仅涉及技术科并行设计是一项复杂的系统工程，不仅涉及技术科学，而且还涉及管理科学。目前的企业组织机构是建立学，而且还涉及管理科学。目前的企业组织机构是建立在产品开发的串行模式基础上的，并行设计的实施势必在产品开发的串行

41、模式基础上的，并行设计的实施势必导致企业的机构设置、运行方式、管理手段发生较大的导致企业的机构设置、运行方式、管理手段发生较大的改变。改变。37第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 四、数字化设计过程的特点四、数字化设计过程的特点(1)(1)广泛采用广泛采用CAxCAx工具工具：CAxCAx软件的应用是数字化产品设计软件的应用是数字化产品设计的基础，这些软件工具的应用表明制造业已经开始利用现的基础，这些软件工具的应用表明制造业已经开始利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设计的开始。计的开始。(2)(2)面向产品全生命周期

42、面向产品全生命周期：数字化产品设计必须考虑产品：数字化产品设计必须考虑产品生命周期的各个环节，包括设计、分析、装配、试验、加生命周期的各个环节，包括设计、分析、装配、试验、加工、维修、销售、服务等。设计过程中，各环节的相关人工、维修、销售、服务等。设计过程中，各环节的相关人员从各自角度及早发现问题，并提出修改意见。员从各自角度及早发现问题，并提出修改意见。(3)(3)基于知识的设计基于知识的设计：产品设计的每一步都渗透着设计者：产品设计的每一步都渗透着设计者的知识和经验，知识获取是其中最为重要、最为繁重，也的知识和经验，知识获取是其中最为重要、最为繁重，也是最需要在大范围中进行广泛合作的过程。

43、是最需要在大范围中进行广泛合作的过程。38第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 四、数字化设计过程的特点四、数字化设计过程的特点(4)(4)跨地域跨地域：制造的全球化使得参与设计过程各个阶段的：制造的全球化使得参与设计过程各个阶段的设计人员分别来自不同的部门、地区，甚至不同的国家，设计人员分别来自不同的部门、地区，甚至不同的国家，为了实现设计过程中的相互协作，产品设计人员可以在为了实现设计过程中的相互协作，产品设计人员可以在PDMPDM支持的网络环境下，并行协同地完成产品设计、制造支持的网络环境下，并行协同地完成产品设计、制造活动。活动。(5)(5)并行性并行性：在产品设计过程中，下游设

44、计人员，如工艺：在产品设计过程中，下游设计人员，如工艺设计人员，可以对产品模型的可制造、可装配性进行评价，设计人员，可以对产品模型的可制造、可装配性进行评价，通过通过PDMPDM向设计人员及时反馈评价结果或修改建议；生产向设计人员及时反馈评价结果或修改建议；生产制造人员可以通过对加工过程的仿真模拟来检验工艺路线制造人员可以通过对加工过程的仿真模拟来检验工艺路线的可行性和合理性，向工艺人员反馈仿真结果或修改意见。的可行性和合理性，向工艺人员反馈仿真结果或修改意见。39第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 四、数字化设计过程的特点四、数字化设计过程的特点(6)(6)协同性协同性：在设计过程中

45、，不同阶段、不同学科或是不：在设计过程中，不同阶段、不同学科或是不同部门、不同地区的设计人员经常需要进行协同交互，因同部门、不同地区的设计人员经常需要进行协同交互，因此，数字化设计需要在线交互的通信工具的支持。此，数字化设计需要在线交互的通信工具的支持。(7)(7)群体性群体性：产品设计过程中，涉及多领域、多学科知识：产品设计过程中，涉及多领域、多学科知识的集成，整个开发过程往往不是一个人、一个部门或是一的集成，整个开发过程往往不是一个人、一个部门或是一个企业所能完成的，而是多个领域的设计专家共同协作完个企业所能完成的，而是多个领域的设计专家共同协作完成的。成的。(8)(8)异构性异构性：数字

46、化设计中所采用的操作系统及相应的：数字化设计中所采用的操作系统及相应的CADCADCAECAECAPPCAPPCAMCAM等软件工具可能是不相同的，计算机配等软件工具可能是不相同的，计算机配置、网络环境等硬件平台也可能是不相同的。因此，数字置、网络环境等硬件平台也可能是不相同的。因此，数字化设计是在异构环境中运行的。化设计是在异构环境中运行的。40内容提纲内容提纲第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 数字化设计过程数字化设计过程 第三节第三节 数字化设计实现方法和手段数字化设计实现方法和手段 第四节第四节 设计过程管理设计过程管理 41第三节第三节 数字化设计实现方法和手段数字化设计实现方法

47、和手段 数字化产品设计离不开先进的设计理论、方法数字化产品设计离不开先进的设计理论、方法和数字化设计手段的支持。和数字化设计手段的支持。设计理论设计理论是对设计过程的系统行为和基本规律是对设计过程的系统行为和基本规律的科学总结；的科学总结；设计方法设计方法是指导产品设计的具体实施指南，是是指导产品设计的具体实施指南，是使产品满足设计原则的依据；使产品满足设计原则的依据；设计手段设计手段是实现人的创造性思想的工具和技术。是实现人的创造性思想的工具和技术。在现代设计方法中，计算机技术、信息技术、软件技术、在现代设计方法中，计算机技术、信息技术、软件技术、数据库技术和网络技术的发展对设计方法和设计手

48、段的数据库技术和网络技术的发展对设计方法和设计手段的变革起到了决定性的作用。变革起到了决定性的作用。42第三节第三节 数字化设计实现方法和手段数字化设计实现方法和手段 CAD(ComputerCAD(Computer Aided Design)Aided Design)技术是一种应用计算技术是一种应用计算机软、硬件系统在工程和产品设计的各个阶段和过程中，机软、硬件系统在工程和产品设计的各个阶段和过程中，为设计人员提供各种快速、有效的产品设计工具和手段，为设计人员提供各种快速、有效的产品设计工具和手段，加快和优化设计过程和设计结果，以达到最佳设计效果加快和优化设计过程和设计结果，以达到最佳设计效

49、果的一种技术，的一种技术，是工程技术人员以计算机与是工程技术人员以计算机与CADCAD软件为工具，软件为工具，结合各自的专业知识，对产品进行设计、分析和编写技结合各自的专业知识，对产品进行设计、分析和编写技术文档、优化设计方案，并绘制出产品或零件图的过程。术文档、优化设计方案，并绘制出产品或零件图的过程。一、计算机辅助设计技术一、计算机辅助设计技术 定义定义43第三节第三节 数字化设计实现方法和手段数字化设计实现方法和手段 CADCAD习惯上指应用于几何建模和结构设计的习惯上指应用于几何建模和结构设计的计算机辅助设计技术，其计算机辅助设计技术，其功能一般有几何建模、功能一般有几何建模、特征建模

50、、特性计算等，以及一般软件使用操特征建模、特性计算等，以及一般软件使用操作，数据存储、显示和输出等。作，数据存储、显示和输出等。CADCAD系统的发展系统的发展和应用使传统的、依靠手工绘图的产品设计方和应用使传统的、依靠手工绘图的产品设计方法发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济法发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益。效益。一、计算机辅助设计技术一、计算机辅助设计技术 功能功能44第三节第三节 数字化设计实现方法和手段数字化设计实现方法和手段 一、计算机辅助设计技术一、计算机辅助设计技术 1 1三维建模三维建模三维模型展现了产品在三维空间中的真实形状，是设计三维模型展现了产品在三维空间中