先进制造技术第2章.ppt

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1、第第2 2章章 现代设计技术现代设计技术重点提示重点提示：-论述现代设计技术内涵特征及体系结构论述现代设计技术内涵特征及体系结构 -介绍最常用现代设计方法：介绍最常用现代设计方法：.计算机辅助设计计算机辅助设计 .优化设计优化设计 .可靠性设计可靠性设计 .价值工程价值工程 .反求工程反求工程 .绿色设计绿色设计2.1.1现代设计技术内涵现代设计技术内涵2.1.2现代设计技术特点现代设计技术特点2.1.3现代设计技术体系结构现代设计技术体系结构2.1 2.1 概述概述2.1.1 2.1.1 现代设计技术内涵现代设计技术内涵设计技术设计技术：设计过程中解决具体设计问题的各种方法与手段。传统设计技

2、术传统设计技术：表现为手工的、经验的、静态与被动的各种技术方法。现代设计技术现代设计技术：是传统设计技术的继承与延伸，是以计算机辅助设计技 术为主体，以多学科交叉融合，研究、改进、创新产品活动过程所用 到的技术群体的总称。现代设计技术的现代设计技术的三维系统框架三维系统框架现代设计技术的三维技术框架：现代设计技术的三维技术框架：1 1）时间维）时间维 反映设计过程在时间上的顺序性。-产品规划产品规划 产品设计活动起点，包括需求分析、市场预测、可行性 分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求等设计任务。-方案设计方案设计 是整个产品设计的关键，方案设计阶段投入的费用往往 只占总成本的1%，却决

3、定了产品总成本70%的性能特征。-技术设计技术设计 将产品功能原理化为具体机械结构，决定产品最终形态 和性能。-施工设计施工设计 指零部件和产品工程图绘制以及工艺文件和说明书编写。2 2）逻辑维）逻辑维 设计过程中解决问题的逻辑步骤。-分析分析 明确设计任务，是解决设计问题的前提；-综合综合 是探求解决方案的创新过程，可采用抽象、发散、逆向等思维 方法寻求尽可能多的方案解；-评价评价 对多种方案进行比较和评定，对方案不断进行调整和改进，直 到较满意的结果；-决策决策 在综合和评价基础上选择综合指标最佳设计方案。3 3）方法维）方法维 设计过程所采用的各种先进设计理论、方法和工具。2.1.2 2

4、.1.2 现代设计技术体系现代设计技术体系1 1）基基础础技技术术 是指传统设计理论与方法，包括运动学、静力学、动力学、材料力学、热力学、电磁学、工程数学等。2 2）主主体体技技术术 即计算机辅助设计技术，以其强大的数值计算和信息处理能力，使之成为现代设计技术群体的主干。3 3）支撑技术）支撑技术 为设计过程的信息处理、加工、推理与验证提供支撑。-现现代代设设计计方方法法学学：包括系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、反求工程、绿色设计、模糊设计等；-可可信信性性设设计计：包括可靠性设计、安全性设计、动态设计、疲劳设计、耐腐蚀设计、耐环境设计等；-设计试验技术设计试验技术：包括性能试验、可

5、靠性试验、仿真试验和虚拟试验等。4 4）应应用用技技术术 是解决具体产品设计领域的技术和方法，如汽车、飞机、船舶、机床、工程机械、精密机械、模具等专业产品设计的知识和技术。5 5）其它相关技术）其它相关技术 包括政治、经济、法律、人文科学、艺术科学等。现代设计技术体系结构现代设计技术体系结构1）是传统设计技术的继承与延伸是传统设计技术的继承与延伸由静态向动态设计延伸，由经验类比向精确优化方法延伸，由确定设计模型向随机模糊设计模型延伸，由单维向多维模式延伸。2）多种设计技术的交叉与综合）多种设计技术的交叉与综合多学科融合交叉，多种设计理论、设计方法和设计手段的综合应用，以系统、集成的设计概念从事

6、具有时代特征和科技发展趋势产品设计。3）设计手段的数字化、虚拟化与精确化）设计手段的数字化、虚拟化与精确化数字化数字化-将复杂多变的信息转化为可以度量的数据，建立数字化模型；虚拟化虚拟化-采用虚拟现实技术构建产品的设计、制造、运行环境；精确化精确化-借助于有限元分析、动态分析、可靠性分析等设计工具，极大提高设计的精确化程度。4）设计过程的并行化、最优化与智能化）设计过程的并行化、最优化与智能化并行化并行化-在产品设计阶段就并行考虑产品全生命周期的所有因素；最优化最优化-通过优化设计对产品进行方案优选、结构优选和参数优选；智能化智能化-随着人工智能发展，将有越来越多的智能设计系统投入产品设计。综

7、述综述：现代设计技术以传统设计技术为基础，以计算机应用为标志，具有信息时代特征的一种设计技术。2.1.3 2.1.3 现代设计技术特征现代设计技术特征2.2 2.2 计算机辅助设计技术计算机辅助设计技术2.2.1计算机辅助设计系统功能作用计算机辅助设计系统功能作用2.2.2产品建模技术的发展产品建模技术的发展2.2.3基于模型的定义技术基于模型的定义技术2.2.1 2.2.1 计算机辅助设计系统功能作用计算机辅助设计系统功能作用1 1）产品建模）产品建模 对产品结构形状、尺寸大小、装配关系等进行描述，按照一定 数据结构进行组织和存储，建立产品三维数字化模型的过程。2 2）工程分析）工程分析 按

8、照产品工作状态对产品结构、性能及安全性进行分析，评价 设计方案和设计质量优劣，证实产品功能可用性和性能可靠性。3 3）工程图绘制）工程图绘制 绘制符合国家标准的工程图样，自动生成产品结构BOM表，以供企业生产与管理部门使用。4 4）工艺设计）工艺设计 规划产品加工工艺路线，完成产品的毛坯设计、工序设计以及 工时定额计算等工艺设计任务，输出产品工艺文档。5 5）数控编程）数控编程 进行产品数控加工的走刀路线设计、刀具轨迹计算、后置处理 等数控编程环节，生成数控加工NC控制指令。6 6）仿真模拟）仿真模拟 借助三维可视化交互环境，对产品制造过程及未来运行状态进 行仿真试验，检查工艺规程的合理性以及

9、NC控制指令的正确性。计算机辅助设计系统功能作用计算机辅助设计系统功能作用2.2.2 2.2.2 产品建模技术的发展产品建模技术的发展产品建模技术产品建模技术发展：发展：2D图样图样2D图样图样+3D模型模型MBD（基于模型定义基于模型定义）1 1、二维工程图样、二维工程图样 1795年由法国蒙日先生提出，是全球通用的工程语言，在CAD技术早期，应用2D工程图样完成产品数字化定义过程。缺陷：缺陷：效率低、不直观，难以提供后续设计环节直接调用与共享。2 2、三维几何模型、三维几何模型+2D+2D图样图样线框模型线框模型-应用棱边和顶点来表示形体结构的建模方法；表面模型表面模型-在线框模型基础上增

10、加了形体表面信息；实体模型实体模型-应用简单结构体素，经并、交、差集合运算进行建模；特征模型特征模型应用产品功能特征构建产品结构模型。不足：不足：尚缺少产品加工制造时所需的技术要求、公差配合等制造信息，难以直接在企业生产环节交流使用。为此，采用为此，采用“2D+3D2D+3D模型模型”进行数字化定义进行数字化定义，其中其中3D3D模型在产品设计模型在产品设计时时 起主导作用，在产品制造起主导作用，在产品制造中中仅起着助和参考作用。仅起着助和参考作用。3 3、MBDMBD模型模型（Model Based Definition，MBD）是将产品所有几何形状、尺寸与公差以及技术要求等信息集成定义在三

11、维产品数字化模型上，实现真正意义上的设计与制造一体化过程。MBD MBD模型表达的数据集模型表达的数据集2.2.3 2.2.3 基于模型的定义技术基于模型的定义技术1 1、MBDMBD模型数据内容：模型数据内容：包含有设计模型、注释和属性三部分内容。设计模型：设计模型：按产品结构而构建的拥有尺寸标注的产品三维实体模型；注释：注释：包括尺寸公差、粗糙度、明细表、技术要求、标题栏等；属性：属性：包括零件号、材料、版本、颜色和日期等。MBDMBD模型定义的数据内容模型定义的数据内容2 2、数字化产品定义规范及、数字化产品定义规范及MBDMBD建模软件平台建模软件平台2003年美国发布了“数字化产品定

12、义数据实施规程数字化产品定义数据实施规程ASME Y14.41-2003ASME Y14.41-2003”。2006年ISO发布了“ISO-16792ISO-16792技术产品文件技术产品文件-数字化产品定义数据实践数字化产品定义数据实践”。2009年我国发布了“技术产品文件数字化产品定义数据通则技术产品文件数字化产品定义数据通则”标准。目前目前MBDMBD建模平台建模平台：CATIA系统的“3D Funtion Tolerancing and Annotation”功能模块；UG NX系统的“产品制造信息PMI”模块；SolidWorks系统的“DimXpert”和“TolAnalyst”模

13、块，等等。上述上述MBDMBD建模平台建模平台均均支持三维标注，具有完备的支持三维标注，具有完备的MBDMBD数字化定义功能。数字化定义功能。3 3、MBDMBD模型的数据管理模型的数据管理 大多MBD建模平台采用产品特征树方法进行管理，即应用建模过程的特征树对非几何标注特征进行组织和定义。4 4、MBDMBD技术意义与特点技术意义与特点 1 1）挑战了二维工程图传统的权威地位）挑战了二维工程图传统的权威地位 为人们提供了一种更为迅速、经济、准确的新型信息媒介，可避免二维 工程图所存在的诸多不便和障碍，2 2）提高了产品数字化定义和应用的效率）提高了产品数字化定义和应用的效率 极大地提高了工作

14、的效率，可使产品开发研制周期缩短30%50%。3 3）MBDMBD模型定义易于操作、便于理解模型定义易于操作、便于理解 MBD建模直接在产品几何实体模型上标注相关的制造信息，易于操作；模 型使用者可动态读取模型几何信息和标注信息，易于理解产品设计意图。4 4）利于建立并行、协调的工作环境）利于建立并行、协调的工作环境 不同生产环节使用统一的产品定义模型，可并行、协调地开展各自的工 作，将大大提高产品开发效率和设计质量。2.3.1优化设计数学模型优化设计数学模型2.3.2优化方法步骤优化方法步骤2.3.3优化设计实例优化设计实例2.3 2.3 优化设计优化设计优优化化设计设计：在工程设计过程中，

15、从众多方案中求出最佳设计方案。设计变量设计变量：X=(x1,x2,xn)T目标函数目标函数：min F（X）设计约束设计约束：gu(x)0 u=1,2,m hv(x)=0 v=1,2,p50 每个设计方案由一组设计变量构成，相当于设计空间中一个设计点，优化设计即为在设计空间的寻优过程。n=1n=1：设计空间为一实轴，一维优化 n=2n=2：设计空间为一平面，二维优化 n=3n=3：设计空间为三维立体 n3n3：设计空间为超越空间为q个优化目标2）目标函数）目标函数目标函数可为极大值也可为极小值统一规格化为求极小值问题：式中：为权重单目标优化：单目标优化：目标函数仅包含一个设计指标，易于求解。多

16、目标优化：多目标优化：目标函数包含多个设计指标，常将之转化为但目标优化：3）设计约束与可行域）设计约束与可行域设计约束：设计约束：使设计指标达到最佳值所满足的附加设计条件。不等式约束：不等式约束：等式约束：等式约束：可可行行域域：指设计变量所允许取值的设计空间，即在该区域内满足设计约束条件；而而非非可可行行域域：不允许设计变量取值的空间。x1g（X）=0g（X）0g（X）100的优化问题，是有效的无约束优化方法，但所需的存储空间较大直接法Powell法（方向加速法）具有直接法的共同优点，即不必对目标函数求导，具有二次收敛性，收敛速度快，适合于中小型问题（n30）的求解，但程序较复杂单纯形法适合

17、于中小型问题（n20）的求解，不必对目标函数求导，方法简单，使用方便有约束非线性规划算法直接法网格法计算量大，适合于求解小型问题（n5)，对目标函数要求不高，易于求得近似局部最优解，也可用于求解离散变量问题随机方向法对目标函数的要求不高，收敛速度较快，可用于中小型问题的求解，但只能求得局部最优解复合形法具有单纯形法的特点，适合于求解n20的规划问题，但不能求解有等式约束的问题间接法拉格朗日乘子法只适合于求解只有等式约束的非线性规划问题，求解时要解非线性方程组，可以求解不等式约束问题，效率也较高罚函数法将有约束问题转化为无约束问题，对大中型问题的求解均较合适，计算效果较好可变容差法可用来求解有约

18、束的规划问题，适合问题的规模与其采用的基本算法有关1 1）两维优化图解法）两维优化图解法例：某生产线有三台机床，混合生产A、B两产品，各产品售价和生产时间均不同，各机床有限定的生产时间，求两产品如何比例可获取最大经济收益。步骤步骤1：建立优化模型：建立优化模型目标函数：maxZ=11 x1+8 x2约束条件步骤步骤2：根据约束条件确定可行域：根据约束条件确定可行域下图凸多边形OABCDO为可行域。步步骤骤3：最最优优解解的的确确定定可行域中使目标函数达到最大（最小）点坐标即为待求最优解。以目标函数Z=11 x1+8 x2的-11/8为斜率画等值线，Z值递增方向为法线方向。可见可见C点即为最优点

19、，其坐标值为（点即为最优点，其坐标值为（12，3）。）。DCBOx1x23 x1+2 x2422 x1+2 x2302 x1+4 x248MaxZAZ法线maxZ=11 x1+8 x2例例2.12.1 优化求解桁架管径与壁厚优化求解桁架管径与壁厚：设：设：2P300KN，2L1500mm，H900mm，E2.1105N/mm，7.85103Kg/m3，s350N/mm2，D25-60mm、B3-8mm。求解满足强度要求的最轻桁架管径D和壁厚B。设计变量：设计变量：确定目标函数：确定目标函数：2.3.3 2.3.3 优化设计举例优化设计举例强度约束条件强度约束条件压应力不大于屈服极限，即：稳定性

20、约束条件稳定性约束条件压应力不大于压杆稳定的临界应力，即：边界约束条件边界约束条件限制尺寸取值的约束条件：确定约束条件确定约束条件优化结果：优化结果：B=4mm,D=44.4mmW=10.26Kg规范化数学模型规范化数学模型优化求解与结果分析优化求解与结果分析本例属于非线性约束优化，采用MATLAB优化工具箱中fmincon()函数求解，其结果为：x1=D=42.7409mm，x2=B=4.1547mm桁架最轻重量为桁架最轻重量为W=10.2640W=10.2640KgKg。2.4.1可靠性定义及常用可靠性指标可靠性定义及常用可靠性指标2.4.2“应力应力-强度强度”可靠性涉及模型可靠性涉及模

21、型2.4.3系统可靠性预测系统可靠性预测2.4.4系统可靠性分配系统可靠性分配2.4.5系统可靠性试验系统可靠性试验2.4 2.4 可靠性设计可靠性设计1、产品可靠性定义、产品可靠性定义在规定条件和规定时间内完成规定功能的能力。在规定条件和规定时间内完成规定功能的能力。-规定条件：规定条件：包括环境条件、储存条件以及受力条件等；-规定时间：规定时间：一定时间范围，因时间越长产品故障失效越多；-规定功规定功能：能：是指产品若干功能的全部，而不是其中一部分。2.4.12.4.1可靠性定义及常用可靠性指标可靠性定义及常用可靠性指标2 2、常用可靠性指标、常用可靠性指标 l l）可靠度）可靠度 在规定

22、条件和规定时间内完成规定功能的概率R(t)。可靠度愈大，工作愈可靠，取值范围：0R(t)1。2 2）失效率）失效率 产品工作到某一时刻后，在单位时间内发生故障的概率(t)。失效率愈低，产品愈可靠，取值范围：(t)=1-R(t)。3 3）平均工作寿命）平均工作寿命-不可修复产品：发生失效前的工作时间（MTTF）-可修复产品：相邻两故障间工作时间（MTBF）计算公式为计算公式为：典型的失效率曲线典型的失效率曲线2.4.2 2.4.2“应力应力-强度强度”可靠性设计模型可靠性设计模型 设：某零件所受应力为设：某零件所受应力为 Y Y，零件强度为，零件强度为 X X，则应满足：，则应满足：Z ZX-Y

23、0 X-Y0 -“应力应力-强度强度”可靠性设计模型可靠性设计模型应应力力Y Y、强强度度X X及及可可靠靠度度Z Z的的概概率率密密度度分分布布曲曲线线如如下下图图，其其干干涉涉区区即即为为零零件可能失效区域，其干涉区越小，可靠度越高。件可能失效区域，其干涉区越小，可靠度越高。R=P(Z=X-Y0)失效率失效率已知各组成单元的可靠度，计算预测系统可靠度。目的目的：检验设计系统是否满足给定的可靠性要求；比较不同设计方案的系统可靠度；找出设计系统薄弱环节，提出改进措施。2.4.3 2.4.3 系统可靠性预测系统可靠性预测12n-1n 设由n个元件组成的串联系统，其可靠度RS：例:若R1=0.99

24、,R2=0.90,R3=0.85,则：RS=R1*R2*R3=0.99*0.90*0.85=0.757串联系统可靠度比系统中最不可靠的元件可靠度还低。串联系统可靠度比系统中最不可靠的元件可靠度还低。1 1、串联系统可靠性预测、串联系统可靠性预测 只要一个元件失效，系统就不能完成规定功能。12n2 2、并联系统可靠度预测、并联系统可靠度预测 只有所有元件全部失效情况下，整个系统才失效。设由n个元件组成的并联系统，其可靠度RS：若R1R2RnR时，则：RS1（1R）n例如：Ri=0.95,n=5时，则 Rs=1-(1-Ri)n=1-(1-0.95)5=0.99999968753 3、混合系统、混合

25、系统可靠度预测可靠度预测混合系统是由串联系统和并联系统组合而成，系统可靠度预测时，先将并联单元转化为串联单元，再按串联系统计算。例：某行星轮机构，其中三个行星轮2为并联单元，则系统可靠度为：Rs=R1R222R3=R11-(1-R2)3 R3 已知系统可靠度，按照一定要求分配求解各个组成单元的可靠度，从而使整个系统的可靠性指标得到保证。2 2）并联系统）并联系统:1 1）串联系统：）串联系统：若系统可靠度为RS，各组成单元的可靠度均为Ri，则：2 2、相对失效率分配法、相对失效率分配法 使每个单元允许失效率正比于预计失效率，分配步骤：获取各单元预计失效率；由单元预计失效率计算每一单元分配权系数

26、；计算出各单元的容许失效率。2.4.4 2.4.4 系统可靠性分配系统可靠性分配1 1、等分配法、等分配法 将系统各个单元分配以相同的可靠度。通过可靠性试验以验证系统是否达到可靠性设计要求，定量评价系统的可靠性指标。l l）可靠性环境试验）可靠性环境试验 对系统环境温度、湿度、振动、含尘量、腐蚀介质等进行可靠性影响试验，以确定系统环境可靠性指标，常用于作业条件十分苛刻的机械系统。2 2）寿命试验）寿命试验 是在实验室条件下模拟系统实际工况，试验确定系统的平均寿命，估计系统的寿命指标以及失效机理，考核产品结构的可靠性和制造工艺水平。3 3）现场使用验证试验）现场使用验证试验 在现场条件下试验验证

27、产品的寿命数据，如汽车样车在批量投产前专门挑选恶劣道路上进行试车试验。2.4.52.4.5系统可靠性试验系统可靠性试验2.5.1价值工程内涵与特征价值工程内涵与特征2.5.2价值工程实施程序价值工程实施程序2.5.3价值工程应用案例价值工程应用案例2.5 价值工程价值工程内涵：价值工程内涵：以提高产品价值为目的，力求以最低成本实现产品所要求必要功能的创造性设计方法。价值工程三要素：价值工程三要素：产品价值产品价值(V(V)-“合算不合算”或“值得不值得”；产品功能产品功能(F)(F)包括功用、作用、效能、用途、目的等；产品成本产品成本(C)-(C)-指实现功能所支付的全部费用。V=F/C价值工

28、程特征：价值工程特征：1)将产品价值、功能与成本三要素机结合起来；2)是以功能分析为核心的工程设计方法；3)是以产品不断改进和创新为其根本目标；4)将技术和经济问题有机结合，克服技术与经济工作相互脱节现象；5)需要不同部门相互配合，是一种有组织的现代设计方法。2.5.1 2.5.1 价值工程内涵与特征价值工程内涵与特征价值工程实施是一个发现矛盾、分析矛盾和解决矛盾的过程，通常是围绕以下7个逻辑问题展开：它是什么？它是什么？它是干什么用的？它是干什么用的？它的成本是多少它的成本是多少,价值多少？价值多少？该方案能满足要求吗？该方案能满足要求吗？有没有实现同样功能的新方案？有没有实现同样功能的新方

29、案？新的方案成本是多少？新的方案成本是多少？新的方案能满足要求吗？新的方案能满足要求吗？2.5.2 2.5.2 价值工程实施程序价值工程实施程序式中，fi为功能系数；Ci为产品总成本。1、对象的选择、对象的选择1）对象选择原则：）对象选择原则：从产品功能考虑从产品功能考虑：不符用户要求，功耗大效率低、可靠性低的产品。从产品成本考虑从产品成本考虑：材料消耗大、加工成本高、原材料难以供货的产品。从外部环境考虑从外部环境考虑：市场需求大、影响重大、实现产品改造升级的产品2）对象选择方法：）对象选择方法：综合加权评分法综合加权评分法：分析对象，确定各因素权重；根据各因素对不同方案评分；计算各方案加权评

30、分值；以各方案总分进行对象选择。ABC分类法：分类法：将将A类零件作为分析对象类零件作为分析对象。A类零件占零件总数1020%，却占总成本6070%；B类零件占零件总数6070%，占总成本1020%；其余为C类零件。价值系数分析法：价值系数分析法：价值系数计算公式：2、功能分析、功能分析功能定义：功能定义：说明产品功能实质、限定范围以及与其他产品功能区别。如：车床“车削工件”的。功能整理：功能整理：确定产品必要功能，兼顾辅助功能，去除多余过剩功能。功能评价：功能评价：寻求最低功能成本，找出高价值区域，步骤为：确定功能现实成本：采用一定方式使功能量化；计算功能价值；确定功能改善幅度；按价值从大到

31、小排队，确定价值工程首选对象。3、方案创新与评价、方案创新与评价创建新方案：创建新方案：应注意：要敢于打破框框，不受原设计束缚；要发动大家参加这一工作，互相启发，相互触动灵感；把不同想法进行集中，发展成方案，并逐步完善。新方案评价：新方案评价：从满足需求、保证功能技术方面进行评价；从减少费用、降低成本等经济方面进行评价。4、验证和定案、验证和定案-新方案规格和条件是否合理、恰当；-方案的优缺点是否确切；-存在的问题有无进一步解决的措施等。例例：某企业生产台虎钳，有100mm、125mm、150mm和200mm四种不同的规格。利用价值工程对该产品进行改进设计。1 1）问题分析：）问题分析：该产品

32、实际夹持力远高于部颁标准；125mm和150mm两种规格实际夹持力基本相近；原材料成本所占比例达60左右，说明产品耗材太多，显得笨重。分析结果：分析结果：从减少材料消耗入手，对产品进行改进设计，以提高产品价值2.5.3 2.5.3 价值工程应用案例价值工程应用案例2 2）对象选择：）对象选择：总体设计尚属合理，活动钳体和固定钳体消耗材料80%。将两钳体作为改进对象将两钳体作为改进对象。3）改进与评价）改进与评价：适当降低钳体的强度及刚度，增强虎脖子部件强度和刚度。产品重量大大减轻，减少了原材料消耗和运输费用；价格降低3元，每年6万台计算，为用户减少支出18万元。2.6.1反求工程内涵反求工程内

33、涵2.6.2反求工程实施过程反求工程实施过程2.6.3反求工程的关键技术反求工程的关键技术2.6.4反求工程应用举例反求工程应用举例2.6 2.6 反求工程反求工程2.6.1 2.6.1 反求工程内涵反求工程内涵正向工程：正向工程：市场分析市场分析概念设计概念设计结构设计结构设计加工制造加工制造装配检验装配检验产品产品反求工程：反求工程：已有产品已有产品实物测量实物测量重构模型重构模型创新改进创新改进加工制造加工制造新产品新产品反反求求工工程程：采用多种不同的数据采集设备以获取反求样本的结构信息，借助于专用的数据处理软件和三维建模软件进行处理和模型重构，通过对样本模型的分析和改进，快速设计生产

34、加工出更新的新产品。反求工程类型：反求工程类型：根据反求样本信息来源的不同有：-实物反求实物反求 信息源为产品实物模型，应用最广；-软件反求软件反求 信息源为产品工程图样、数控程序、技术文件等；-影像反求影像反求 信息源为图片、照片或影像等资料。l l）分分析析阶阶段段 对反求对象的功能原理、结构形状、材料性能、加工工艺等方面进行分析，确定产品样本技术指标、几何结构拓扑关系。2 2）再设计阶段）再设计阶段 具体任务有：-制定实物样本测量规划，选择测量设备，确定测量顺序和精度；-对测量数据修正，按原拓扑结构修正几何元素空间位置与相互关系；-利用CAD系统重构反求对象几何模型；-对模型进行再设计，

35、根据需要改进和创新功能在结构。3 3）反求产品制造阶段）反求产品制造阶段 按照常规制造方法，完成反求产品的制造过程。2.6.2 2.6.2 反求工程实施过程反求工程实施过程包含：包含：反求分析反求分析再设计再设计加工制造加工制造三个阶段，三个阶段，1 1）反求分析）反求分析 对原产品进行功能、结构、材料、工艺等进行全面分析，以确定反求工程技术指标以及结构形体拓扑关系。2 2）再设计）再设计样本数据采集样本数据采集制定数据采集规划，选择合适设备进行数据采集。样本数据整理样本数据整理剔除数据中的坏点，修正明显不合理的测量数据。样本模型重构样本模型重构利用建模软件对样本数据进行几何结构模型重构。模型

36、再设计模型再设计根据功能特征，对样本结构模型进行再设计。3 3）加工制造加工制造按照再设计品结构模型加工制造完成反求工程的新产品。反求工程实施过程应注意：反求工程实施过程应注意：根据反求对象工作环境及性能要求，保证反求产品精度和功能特征。采用合适采集工具和制造工艺，有效控制反求工程技术成本。综合考虑反求样本参数的取舍，尽可能提高反求工程的设计效率。2.6.3 2.6.3 反求工程的关键技术反求工程的关键技术1 1、反求对象分析、反求对象分析 包括反求对象功能原理分析、材料分析、精度分析、加工工艺分析、建 模分析以及反求对象系列化和模块化分析。2、反求对象数据采集、反求对象数据采集实物样本形体参

37、数测量常用实物样本形体参数测量常用方法方法3、反求对象的模型重构技术、反求对象的模型重构技术三三角角化化网网格格模模型型：这是最常用的反求对象模型，其原理是由最邻近的三个坐标点联接为一个个小三角面片构成，其基本步骤为：1）数据预处理）数据预处理对原始数据进行过滤、筛选，去除无效噪声数据。2）网格模型生成）网格模型生成应用反求重构软件工具自动生成反求样本的三角化网格模型。3）模型后处理）模型后处理整理修补三角化网格模型中所存在的孔洞、缝隙、重叠等表面缺陷。2.6.4 2.6.4 求工程应用举例求工程应用举例例：例：鼠标样本的反求反求步骤为：1 1）数据采集数据采集；2 2）数据处理数据处理；3

38、3）重建曲面模型重建曲面模型；4 4）构建三维实体模型构建三维实体模型；5 5）实物模型制造。实物模型制造。2.7.1 2.7.1 绿色设计概念绿色设计概念2.7.2 2.7.2 绿色设计主要内容绿色设计主要内容2.7.3 2.7.3 绿色设计基本原则绿色设计基本原则2.7.5 2.7.5 绿色产品案例绿色产品案例2.7 2.7 绿色设计绿色设计1 1、绿色设计提出背景、绿色设计提出背景工业污染导致环境恶化达到了前所未有程度；制造业向资源利用合理化、废弃物少量化、无污染或少污染方向发展；产品绿色标志制度相继建立；绿色设计、绿色制造技术成为全球研究热点。世界主要国家绿色产品标识世界主要国家绿色产

39、品标识2.7.1 2.7.1 绿色设计概念绿色设计概念2 2、绿色产品定义、绿色产品定义 1）生产和使用过程具有节油、节电、节水、节气，能源消耗最少的产品；2）尽可能少的零部件、结构简化、原材料使用合理的产品；3）全生命周期都符合环境保护要求，对生态环境无害或危害小的产品；4）寿命完结后可方便分解、拆卸、可翻新再生利用的产品。综综合合定定义义：全全生生命命周周期期内内节节约约资资源源和和能能源源，对对生生态态环环境境无无危危害害或或少少危危害害，对对生产者及使用者具有良好保护性的产品。生产者及使用者具有良好保护性的产品。3 3、绿色设计定义、绿色设计定义 绿绿色色设设计计：3R-1D（Redu

40、ce、Recycle、Reuse、Degradable），即为低消耗、可回收、再利用、可降解的产品设计，不仅要求减少资源和能源的消耗，降低有害物质排放，还要求便于分类回收，能够再生、循环、重复利用。4、绿色设计与传统设计方法比较、绿色设计与传统设计方法比较传统设计传统设计绿色设计绿色设计设计目的设计目的满满足足市市场场需需求求，获获取取最最大大经经济利益济利益满足市场和环境保护要求，保证可持续发展满足市场和环境保护要求，保证可持续发展设计依据设计依据产品功能、质量和成本产品功能、质量和成本优优先先考考虑虑产产品品环环境境属属性性同同时时，保保证证产产品品功功能能、质量和成本要求质量和成本要求设

41、计思想设计思想较较少少考考虑虑资资源源合合理理应应用用、环环境影响以及产品回收利用境影响以及产品回收利用必必須須考考虑虑能能源源消消耗耗、资资源源合合理理应应用用、生生态态环环境境保保护护等等问问题题，尽尽可可能能设设计计出出低低耗耗能能、零零排排放放、可拆卸、易回收绿色产品可拆卸、易回收绿色产品绿色设计流程和目标绿色设计流程和目标1 1）绿色产品描述与建模）绿色产品描述与建模 准确全面的描述，建立评价模型；2 2）绿色设计材料选择）绿色设计材料选择 侧重环境约束和材料对环境影响；3 3）面向拆卸的设计）面向拆卸的设计 能够高效、不加破坏地拆卸，有利于材料的重新利用和 循环再生；4 4）可回收

42、性设计）可回收性设计 包括可回收材料识别及标志、回收处理工艺、可回收性结 构设计、可回收经济分析与评价；5 5）绿色产品成本分析）绿色产品成本分析 包括污染物处理成本、拆卸成本、重复利用成本、环 境成本等；6 6）绿色设计数据库建立）绿色设计数据库建立 包括材料成分、降解周期、费用、各种评价标准等。2.7.2 2.7.2 绿色设计主要内容绿色设计主要内容1 1）资源最佳利用原则）资源最佳利用原则 尽可能使用再生资源；提高利用率；2 2）能量消耗最少原则）能量消耗最少原则 尽可能选用可再生一次能源，力求能源消耗最少；3 3）“零污染零污染”原则原则 消除污染源，尽可能地做到零污染；4 4）“零损

43、害零损害”原则原则 将对身心健康损害降低最低程度；5 5）技术先进原则）技术先进原则 采用新技术，使产品具有市场竞争力；6 6）生态经济效益最佳原则）生态经济效益最佳原则 同时考虑经济效益和环境效益。绿色设计顺应历史发展趋势，强调资源有效利用，减少废弃物排绿色设计顺应历史发展趋势，强调资源有效利用，减少废弃物排放，追求产品生命周期中对环境污染最小化，对生态环境无害化，将放，追求产品生命周期中对环境污染最小化，对生态环境无害化，将成为人类实现可持续发展的有效手段。成为人类实现可持续发展的有效手段。2.7.32.7.3绿色设计基本原则绿色设计基本原则2.7.5 2.7.5 绿色产品案例绿色产品案例

44、案例案例1 1：超声波洗衣机超声波洗衣机 不用电机和波轮转动；利用20kHz超音波产生千万个小汽泡冲击波冲击衣物；冲击波达上千个大气压；可节省50%电源，減少50%用水量；大大减少清洗剂的用量。案例案例2：太阳能无线键盘太阳能无线键盘该键盘可由太阳光或普通灯光充电，一次充电后可在黑暗环境下连续工作三月之久，塑料键盘可回收，充分体现了节能、环保理念。案例案例3 3：可回收材料衣夾可回收材料衣夾单一高分子材料，可回收利用；夾衣服、夾浴室、做吊环等多功能；结构简单易于注塑成形；造型优美。现代设计技术：现代设计技术：是一门多学科交叉的综合性技术，包含有基础技术、主体技术、支撑技术及不同领域应用技术的技

45、术集群。计算机辅助设计：计算机辅助设计：产品建模技术经历了二维图样、二维图样+三维实体模型、MBD模型三个发展阶段。优化设计：优化设计：在设计对象分析基础上，建立由设计变量、目标函数和设计约束三要素组成的优化设计数学模型，选择合适优化算法进行求解，对结果进行综合分析后，最终获得满意设计方案。可靠性设计：可靠性设计：实现所设计产品可靠性水平。机械零件可靠性设计是根据零件强度和作用应力，计算零件失效率和可靠度。可根据零件可靠度预测系统可靠度，也根据根据系统可靠度分配个组成单元的可靠度。价值工程：价值工程：以最少费用换取所需要功能，涉及价值、功能和寿命周期成本三个基本要素，是不断发现矛盾、分析矛盾和解决矛盾的创新过程。反求工程反求工程：是对已有产品进行分析、重构和再创造的产品开发技术，其关键在于反求对象分析和模型的重构。绿色设计：绿色设计：是将环境性能作为产品的设计目标，力求使产品对环境的影响为最小，其核心是减少资源消耗，减少有害物质排放，方便回收、再生循环利用。本章小结本章小结