现代设计技术n综述.pptx

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1、会计学1现代设计技术现代设计技术n综述综述第二章第二章 现代制造设计现代制造设计技术技术第1页/共110页3提纲提纲n n1现代制造设计技术概述 n n2现代制造设计方法学 n n3现代制造设计案例 第2页/共110页41现代制造设计技术概述现代制造设计技术概述n n1.1 现代设计概述n n1.2 新产品开发n n1.3 现代工程设计的内涵与特点 n n1.4 现代工程设计技术体系 n n1.5 现代工程设计发展趋势 第3页/共110页51.1现代设计概述现代设计概述n n设计的定义n n设计是人类改造自然的一种基本活动，也是一种复杂的创造性思维过程。n n设计有广义和狭义之分，广义的设计指

2、的是发展过程的安排，包括发展方向、程序、细节和达到的目标。狭义的设计指的是将客观需求转换为满足该需求的技术的系统活动，各种产品包括机械产品的设计即此类。第4页/共110页61.1现代设计概述现代设计概述n n社会在发展，需求在变化，对产品的品种、性能和质量不断提出新的要求，迫使激烈竞争种的企业争相采用先进的技术手段开发新的产品，而新产品的开发又不断对技术的发展提出新的要求。第5页/共110页71.1现代设计概述现代设计概述n n设计的类型设计的类型n n1 1）开发性设计：运用成熟的科学技术，从工作原理和结构上设计）开发性设计：运用成熟的科学技术，从工作原理和结构上设计过去没有的新型产品，这是

3、一种完全创新的设计。过去没有的新型产品，这是一种完全创新的设计。2 2）适应性设计：在原理、方案基本保持不变的情况下，对产品作）适应性设计：在原理、方案基本保持不变的情况下，对产品作局部的变更设计，使之能满足用户的需求。局部的变更设计，使之能满足用户的需求。n n3 3）变型设计：在功能和工作原理不变的情况下，变更现有产品的）变型设计：在功能和工作原理不变的情况下，变更现有产品的结构配置、布置方式和尺寸，使之适应多方面的使用要求。结构配置、布置方式和尺寸，使之适应多方面的使用要求。第6页/共110页81.2新产品开发新产品开发 n n激烈的市场竞争靠什么生存？产品，它是企业的生命线。n n新产

4、品指的是采用新技术原理、新技术构思研究生产的全新型产品，或在结构、材质、工艺等任一方面比老产品有重大改进，显著提高了产品性能或扩大了使用性能的改进型产品。第7页/共110页91.2新产品开发新产品开发n n新产品开发是一个技术创新和价值实现的过程，大致可以分为市场分析、产品设计、产品制造和市场营销四个阶段。n n新产品开发有两个重要特点：一，新产品开发过程源于市场，归于市场，要接受市场的最终检验；另一个是新产品开发过程涉及企业内部众多部门，受企业内外各种条件的制约。第8页/共110页10第9页/共110页111.2新产品开发新产品开发n n影响新产品开发的核心因素有：n n1）产品进入市场的时

5、间n n2）产品质量n n3）成本n n这三者被称为新产品开发中的“魔术”，随着社会经济技术的发展，还对服务和环境保护提出了新的要求。第10页/共110页12新产品开发的流程新产品开发的流程第11页/共110页131.3现代工程设计的内涵与特点现代工程设计的内涵与特点 n n传统的工程设计中，从工作性质和内容看，将设计过程分为方案传统的工程设计中，从工作性质和内容看，将设计过程分为方案设计、技术设计和工艺设计。随着计算机、信息技术的发展，工设计、技术设计和工艺设计。随着计算机、信息技术的发展，工程设计的范畴从传统设计的内容已经扩展到产品规划，制造，检程设计的范畴从传统设计的内容已经扩展到产品规

6、划，制造，检测，试验，营销，运行，维护，报废，回收等全过程的，全方位测，试验，营销，运行，维护，报废，回收等全过程的，全方位的设计。设计是一种工程活动，是一种创造性的智力活动，也是的设计。设计是一种工程活动，是一种创造性的智力活动，也是一个综合，决策，迭代，寻优的过程。一个综合，决策，迭代，寻优的过程。第12页/共110页141.3现代工程设计的内涵与特点现代工程设计的内涵与特点设计的内涵设计的内涵n n所谓设计是将来自市场的顾客需求，经过设计所谓设计是将来自市场的顾客需求，经过设计人员的创造性思维，规划和决策过程，最终形人员的创造性思维，规划和决策过程，最终形成可以应用于制造的各种信息。工程

7、设计包括成可以应用于制造的各种信息。工程设计包括产品规划，方案设计，总体设计，施工设计，产品规划，方案设计，总体设计，施工设计，工艺设计等内容。工艺设计等内容。n n现代设计技术，以满足市场产品的质量，性能，现代设计技术，以满足市场产品的质量，性能，时间，成本，价格综合效益最优为目的，以计时间，成本，价格综合效益最优为目的，以计算机复杂设计技术为主体，以知识为依托，以算机复杂设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法和技术为手段，研究，改进，创多种科学方法和技术为手段，研究，改进，创造产品活动过程中所用到的技术群体的总称。造产品活动过程中所用到的技术群体的总称。第13页/共110页151.3

8、现代工程设计的内涵与特点现代工程设计的内涵与特点第14页/共110页161.3现代工程设计的内涵与特点现代工程设计的内涵与特点现代设计的目标现代设计的目标n n1 1）功效实用性）功效实用性n n2 2）系统可靠性）系统可靠性n n3 3）运行稳定性）运行稳定性n n4 4）人机安全性）人机安全性n n5 5）环境无害性）环境无害性n n6 6）操作宜人性）操作宜人性n n7 7）结构工艺性）结构工艺性n n8 8）技术经济型）技术经济型n n9 9）造型艺术性）造型艺术性n n1010）设计规范性）设计规范性 第15页/共110页171.3现代工程设计的内涵与特点现代工程设计的内涵与特点n

9、n现代设计的特点现代设计的特点n n设计理论和方法不断延伸，思维不断变化，设计范畴不断扩展设计理论和方法不断延伸，思维不断变化，设计范畴不断扩展n n多种设计技术、理论与方法的交叉和综合多种设计技术、理论与方法的交叉和综合n n设计手段的精确化，计算机化，自动化与虚拟化设计手段的精确化，计算机化，自动化与虚拟化n n并行化，最优化和智能化的设计过程并行化，最优化和智能化的设计过程n n面向产品生命周期全过程的可信性设计面向产品生命周期全过程的可信性设计n n多种设计试验技术的综合运用。多种设计试验技术的综合运用。第16页/共110页181.3现代工程设计的内涵与特点现代工程设计的内涵与特点新产

10、品开发中的新技术新产品开发中的新技术新产品首先是设计出来的，然后才是制造出来的；新产品首先是设计出来的，然后才是制造出来的；新产品首先是设计出来的，然后才是制造出来的；新产品首先是设计出来的，然后才是制造出来的；新设计技术：并行设计、系统设计、功能设计、模新设计技术：并行设计、系统设计、功能设计、模新设计技术：并行设计、系统设计、功能设计、模新设计技术：并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、反求工程设计、绿色设计、面向对象设块化设计、反求工程设计、绿色设计、面向对象设块化设计、反求工程设计、绿色设计、面向对象设块化设计、反求工程设计、绿色设计、面向对象设计计计计计算机设计手段：优化设计、计

11、算机设计手段：优化设计、计算机设计手段：优化设计、计算机设计手段：优化设计、CADCAD、模拟仿真与虚、模拟仿真与虚、模拟仿真与虚、模拟仿真与虚拟现实设计、智能计算机辅助设计拟现实设计、智能计算机辅助设计拟现实设计、智能计算机辅助设计拟现实设计、智能计算机辅助设计先进制造工艺：精密高效加工技术、快速原型制造先进制造工艺：精密高效加工技术、快速原型制造先进制造工艺：精密高效加工技术、快速原型制造先进制造工艺：精密高效加工技术、快速原型制造技术、敏捷制造技术技术、敏捷制造技术技术、敏捷制造技术技术、敏捷制造技术先进管理技术：制造资源计划先进管理技术：制造资源计划先进管理技术：制造资源计划先进管理技

12、术：制造资源计划MRPIIMRPII，及时生产，及时生产，及时生产，及时生产JITJIT第17页/共110页191.4现代工程设计技术体系现代工程设计技术体系 第18页/共110页201.4现代工程设计技术体现代工程设计技术体系系 设计技术分为基础技术，主体技术，支撑和应用技术设计技术分为基础技术，主体技术，支撑和应用技术基础技术，指传统的设计理论与方法，包括运动学、基础技术，指传统的设计理论与方法，包括运动学、静力学、动力学，材料力学、热力学、电磁学、工程静力学、动力学，材料力学、热力学、电磁学、工程数学数学主体技术，计算机辅助技术成为现代设计技术的主干。主体技术，计算机辅助技术成为现代设计

13、技术的主干。支撑技术，设计方法学，可信性设计技术以及试验设支撑技术，设计方法学，可信性设计技术以及试验设计计算为设计提供了加工，推理等理论方法和手段。计计算为设计提供了加工，推理等理论方法和手段。应用技术，指针对使用目的，解决各类具体产品设计应用技术，指针对使用目的，解决各类具体产品设计领域的技术。领域的技术。第19页/共110页211.5现代工程设计发展趋现代工程设计发展趋势势现代工程设计技术发展趋势如下现代工程设计技术发展趋势如下n n设计过程的数字化设计过程的数字化n n设计过程的自动化和智能化设计过程的自动化和智能化n n动态多变量优化和工程不确定模型优化动态多变量优化和工程不确定模型

14、优化n n网络化并行设计以及协同设计技术，方法以及软件网络化并行设计以及协同设计技术，方法以及软件n n虚拟设计和方针，虚拟试验即快速成形技术虚拟设计和方针，虚拟试验即快速成形技术n n推广和发展推广和发展CADCAD技术技术n n面向集成制造和分布经营管理的设计方法、人员组织及规划面向集成制造和分布经营管理的设计方法、人员组织及规划n n微型机系统的设计理论，实际方法和技术微型机系统的设计理论，实际方法和技术n n面向生态环境的绿色设计理论方法面向生态环境的绿色设计理论方法n n基础性设计理论与共性设计技术基础性设计理论与共性设计技术 第20页/共110页222现代制造设计方法学现代制造设计

15、方法学n n2.12.1并行设计并行设计n n2.22.2反求工程反求工程 n n2.32.3模块化设计模块化设计 n n2.42.4价值工程价值工程 n n2.52.5质量功能配置质量功能配置 n n2.62.6工业设计工业设计 n n2.72.7计算机辅助设计技术计算机辅助设计技术 n n2.82.8可信性设计可信性设计 第21页/共110页232.1并行设计并行设计n n并行设计 n n质量、时间和成本是衡量产品开发成功的核心因素，并行设计在市场激烈竞争的背景下，为缩短产品开发周期，同时提高产品质量，降低设计制造成本，而逐步形成和建立起来的新的设计思想和策略方法。第22页/共110页24

16、2.1并行设计并行设计产生背景产生背景“泰勒制泰勒制”工程哲理工程哲理 第23页/共110页252.1并行设计并行设计n n存在的缺陷：n n每个工程技术人员只承担局部每个工程技术人员只承担局部工作，影响了它对产品开发整工作，影响了它对产品开发整体过程的综合思考体过程的综合思考n n在任一步骤中发现问题，都要在任一步骤中发现问题，都要向上追溯到某一步骤中重新循向上追溯到某一步骤中重新循环，致使设计周期冗长环，致使设计周期冗长n n与产品开发有关的部门相对独与产品开发有关的部门相对独立，各自业务的专业性相距甚立，各自业务的专业性相距甚远，考虑问题的角度不同，远，考虑问题的角度不同，“过墙工程过墙

17、工程”。第24页/共110页262.1并行设计并行设计n n美国麻省理工学院首先提出“汽车工业的第二次革命”的研究，提出了“精益开发”的思想n n1992年6月，日本东京CIRP国际会议上提出“并行工程”的概念，而后优进一步拓展为“快速产品开发”。第25页/共110页272.1并行设计并行设计n n基本思想基本思想n n并行工程并行工程CECE作为一种崭新的设计哲理，以缩作为一种崭新的设计哲理，以缩短产品开发周期，降低成本，提高产品质量和短产品开发周期，降低成本，提高产品质量和提高产品设计一次成功率为目标，把先进的管提高产品设计一次成功率为目标，把先进的管理思想和先进的自动化技术结合，理思想和

18、先进的自动化技术结合，采用集成化采用集成化和并行化的思想设计产品以及相关过程和并行化的思想设计产品以及相关过程。它是。它是对产品及其相关过程（包括制造和支持过程）对产品及其相关过程（包括制造和支持过程）进行集成并行设计的系统化工作模式进行集成并行设计的系统化工作模式。第26页/共110页282.1并行设计并行设计n n在产品设计阶段，实时并行地模拟产品在制造过程中各种环节地在产品设计阶段，实时并行地模拟产品在制造过程中各种环节地运作；在决定产品结构地同时能模拟产品在实际工作中的运转情运作；在决定产品结构地同时能模拟产品在实际工作中的运转情况，预测产品的性能，产品可制造性以及其对结构设计的影响，

19、况，预测产品的性能，产品可制造性以及其对结构设计的影响，评价制造过程的可行性以及企业集团资源分配的合理性，以及对评价制造过程的可行性以及企业集团资源分配的合理性，以及对可能取得的效益以及所承担的风险评估等，这种模式可能取得的效益以及所承担的风险评估等，这种模式力图使产品力图使产品开发任一从设计一开始就考虑到产品全生命周期中的各种因素开发任一从设计一开始就考虑到产品全生命周期中的各种因素，包括质量，成本，进度以及用户需求。包括质量，成本，进度以及用户需求。第27页/共110页292.1并行设计并行设计技术特征技术特征技术特征技术特征n n产品开发过程的并行重组产品开发过程的并行重组n n支持并行

20、设计的群组工作方式支持并行设计的群组工作方式n n统一的产品信息模型统一的产品信息模型n n具有人工智能处理不完备，不确定信息的具有人工智能处理不完备，不确定信息的功能功能n n基于时间的决策基于时间的决策n n分布式的软硬件环境分布式的软硬件环境n n开放式的系统界面开放式的系统界面第28页/共110页302.1并行设计并行设计关键技术关键技术关键技术关键技术n n产品并行开发过程建模与优化产品并行开发过程建模与优化n n支持并行设计的计算机信息系统支持并行设计的计算机信息系统n n模拟仿真技术模拟仿真技术n n产品性能综合评价与决策系统产品性能综合评价与决策系统n n并行设计中的管理技术并

21、行设计中的管理技术 第29页/共110页312.1并行设计并行设计n n并行设计的应用产生效益体现在n n提高企业对市场需求的响应速度提高企业对市场需求的响应速度n n提高产品开发的一次成功率提高产品开发的一次成功率n n降低产品的开发成本降低产品的开发成本 第30页/共110页322.1并行设计并行设计齐齐哈尔铁路车辆并行工程中改进后的棚车开发流程。其改进的措施包括：齐齐哈尔铁路车辆并行工程中改进后的棚车开发流程。其改进的措施包括：n n在产品开发的早期阶段，就能够充分考虑冲压件、铸钢件等零件的可制造性在产品开发的早期阶段，就能够充分考虑冲压件、铸钢件等零件的可制造性问题和铁路货车的结构强度

22、、刚度及动力学品质等产品性能问题，从而能够问题和铁路货车的结构强度、刚度及动力学品质等产品性能问题，从而能够尽量减少设计错误，提高设计质量；尽量减少设计错误，提高设计质量；n n同时增加同时增加 DFX DFX，使得在产品设计阶段即可考虑产品加工、装配和工艺等问题，使得在产品设计阶段即可考虑产品加工、装配和工艺等问题，提高一次设计成功的可能性。实现工艺和工装的并行开发，精简设计过程；提高一次设计成功的可能性。实现工艺和工装的并行开发，精简设计过程；n n制造系统与产品开发过程不构成大循环，从而缩短产品开发周期，提高产品制造系统与产品开发过程不构成大循环，从而缩短产品开发周期，提高产品质量与水平

23、。质量与水平。第31页/共110页332.1并行设计并行设计n n美国洛克希德(Lockheed)导弹与空间公司(LMSC)于 1992 年 10 月接受了美国国防部(DOD)用于“战区高空领域防御”(Thaad)的新型号导弹开发，该公司的导弹开发一般需要 5 年时间，而采用并行工程的方法，最终将产品开发周期缩短 60%。具体的实行如下：第32页/共110页342.1并行设计并行设计n n改进产品开发流程。在项目工作的前期，改进产品开发流程。在项目工作的前期，LMSC LMSC 花费了大量的精花费了大量的精力对力对 Thaad Thaad 开发中的各个过程进行分析，并优化这些过程和开发开发中的

24、各个过程进行分析，并优化这些过程和开发过程支持系统。采用集成化的并行设计方法。过程支持系统。采用集成化的并行设计方法。n n实现信息集成与共享。在设计和实验阶段，一些设计、工程变更、实现信息集成与共享。在设计和实验阶段，一些设计、工程变更、试验和实验等数据，所有相关的数据都要进入数据库。并各应用试验和实验等数据，所有相关的数据都要进入数据库。并各应用系统之间必须达到有效的信息集成与共享。系统之间必须达到有效的信息集成与共享。第33页/共110页352.1并行设计并行设计n n利用产品数据管理系统辅助并行设计。利用产品数据管理系统辅助并行设计。LMSC LMSC 采用了一个成熟的采用了一个成熟的

25、工程数据管理系统辅助并行化产品开发。通过支持设计和工程信工程数据管理系统辅助并行化产品开发。通过支持设计和工程信息及其使用的息及其使用的 7 7 个基本过程个基本过程 (数据获取、存储、查询、分配、检查数据获取、存储、查询、分配、检查和标记、工作流管理及产品配置管理和标记、工作流管理及产品配置管理 )，来有效地管理它的工程数，来有效地管理它的工程数据。据。n n CE CE 带来的效益：导弹开发周期由过去的带来的效益：导弹开发周期由过去的 5 5 年缩短到年缩短到 24 24 个月，产个月，产品开发周期缩短品开发周期缩短 60%60%。大大缩短了设计评审与检查的时间。大大缩短了设计评审与检查的

26、时间 (一般一般情况下仅需情况下仅需 3h)3h)，并且提高了检查和设计的质量。，并且提高了检查和设计的质量。第34页/共110页362.2反求工程反求工程n n新产品的开发有两种模式：一是从市场需求出发，历经产品的概念设计、结构设计、加工制造、装配检验等产品开发过程，被成为产品开发的正向过程；另一种是以已有产品为基础，进行消化、吸收并进行创新改进，使之成为新产品，这种开发模式即反求工程（Reverse Engineering）。第35页/共110页372.2反求工程反求工程n n1 1产生背景产生背景n n2020世纪世纪6060年内，日本提出科技立国和大力发展制造业的方针年内，日本提出科技

27、立国和大力发展制造业的方针“一代引进，二一代引进，二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”，并对机床、汽车、电子、，并对机床、汽车、电子、光学设备和家电等行业的发展给予优惠政策。对别国先进产品和先进技术的光学设备和家电等行业的发展给予优惠政策。对别国先进产品和先进技术的引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展的一条捷径，这种观点引发了引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展的一条捷径，这种观点引发了反求工程。反求工程发展至今，已经成为世界各国在发展经济中不可缺少的反求工程。反求工程发展至今，已经成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段和重要策略之一。据

28、统计，各国手段和重要策略之一。据统计，各国7070以上的技术源于国外，逆向工程作以上的技术源于国外，逆向工程作为一种手段，可以使产品的研制周期缩短为一种手段，可以使产品的研制周期缩短4040以上，极大提高了生产率。以上，极大提高了生产率。第36页/共110页382.2反求工程反求工程n n2 2基本思想基本思想n n反求工程以设计方法学为指导，以现代设计理论方法技术为基础，反求工程以设计方法学为指导，以现代设计理论方法技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有产运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖，深化和再创造。它是一种以先进产品设备的实物

29、，品进行解剖，深化和再创造。它是一种以先进产品设备的实物，样件，软件或影像为研究对象，探索掌握其关键技术，进而开发样件，软件或影像为研究对象，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对吸收先进技术采取的一出同类的更为先进的产品的技术，是针对吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的结合，是一个复杂的系统工程。系列分析方法和应用技术的结合，是一个复杂的系统工程。第37页/共110页392.2反求工程反求工程n n3基本内容n n研究对象：实物类，主要是指先进产品设备的实物本身；软件类，包括先进产品设备的图样，程序，技术文件等；影像类，包括先进产品设备的图片，照片以及以影像

30、形式出现的资料。第38页/共110页402.2反求工程反求工程反求对象分析反求对象分析n n反求对象设计指导思想，功能原理方案分析反求对象设计指导思想，功能原理方案分析n n反求对象材料的分析反求对象材料的分析n n反求对象工艺，装配分析反求对象工艺，装配分析n n反求对象精度分析反求对象精度分析n n反求对象造型的分析反求对象造型的分析n n反求对象系列化模块化分析反求对象系列化模块化分析 第39页/共110页412.2反求工程反求工程反求工程的基本步骤n n分析阶段n n再设计阶段n n反求产品的制造阶段第40页/共110页422.2反求工程反求工程 反求工程一般可分为以下四个阶段：第一步

31、第一步:零件原形的数字化零件原形的数字化通常采用三坐标测量机通常采用三坐标测量机(CMM)(CMM)或激光扫描仪等或激光扫描仪等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。第二步第二步:从测量数据中提取零件原形的几何特征从测量数据中提取零件原形的几何特征按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。有的设计与加工特征。第41页/共110页43n n第三步第三步:零件原形零件原形CADCAD模型的重建模型的重建将分割后的三维

32、数据在将分割后的三维数据在CADCAD系统中分别做表面系统中分别做表面模型的拟合，并通过各表面片的求交与拼接获模型的拟合，并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的取零件原形表面的CADCAD模型。模型。n n第四步第四步:重建重建CADCAD模型的检验与修正模型的检验与修正采用根据获得的采用根据获得的CADCAD模型重新测量和加工出样模型重新测量和加工出样品的方法来检验重建的品的方法来检验重建的CADCAD模型是否满足精度模型是否满足精度或其他试验性能指标的要，对不满足要求者重或其他试验性能指标的要，对不满足要求者重复以上过程，直至达到零件的逆向工程设计要复以上过程，直至达到零件的逆向工程

33、设计要求。求。第42页/共110页442.2反求工程反求工程测量方法：n n反求工程中（逆向工程）的测量方法可分成两类:接触式与非接触式。n n(1)接触式测量方法 坐标测量机坐 标测量机是一种大型精密的三坐标标测量仪器，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行逆向工程测量。第43页/共110页452.2反求工程反求工程n n 层析法层析法是近年来发展的 一种反求工程逆向工程技术，将研究的零件原形填充后，采用逐层铣削和逐层光扫描相结合的方法获取零件原形不同位置截面的内外轮廓数据，并将其组合起来获得 零件的三维数据。第44页/共110页462.2反求工程反求工程n n(2)非接触式逆向工程测量方法

34、 n n 基于光学三角型原理的逆向工程扫描法 n n 基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法 n n 基于工业CT断层扫描图像逆向工程法 n n 立体视觉测量方法 第45页/共110页472.2反求工程反求工程第46页/共110页482.2反求工程反求工程n n4关键技术n n反求对象的数字化方法与技术，其中数据获取方法包括接触式数据采集方法和非接触式数据采集方法n n模型重构技术，包括测量数据的分割以及表面片的拟合技术第47页/共110页492.2反求工程反求工程n n反求工程（逆向工程）是近年来发展起来的消化，吸收和提高先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高

35、生产率，增强经济竞争 力。世界各国在经济技术发展中，应用反求工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。第48页/共110页502.2反求工程反求工程n n反求工程（逆向工程）的应用领域大致可分为以下几种情况：n n1）在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原形进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型技术复制出一个相同的零件原型。第49页/共110页512.2反求工程反求工程n n2）当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用反求工程的方法。比如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经

36、过各种性能测试（如风洞实验等）建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。第50页/共110页522.2反求工程反求工程n n3）在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需用反求工程的设计方法。第51页/共110页532.2反求工程反求工程n n4）修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制，而是借助反求工程技术抽取零件原形的设计思想，指导新的设计。这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐近过

37、程。第52页/共110页542.2反求工程反求工程n n反求工程的应用领域：n n三维实体重构三维实体重构n n产品定型产品定型n n产品修复产品修复n n影视、广告业影视、广告业第53页/共110页55?第54页/共110页562.3模块化设计模块化设计 n n模块化设计与传统设计方法模块化设计与传统设计方法有原则的区别，模块化设计有原则的区别，模块化设计不是面向某个产品，而是面不是面向某个产品，而是面向整个产品系统，是一种标向整个产品系统，是一种标准化，组合化设计。准化，组合化设计。第55页/共110页572.3模块化设计模块化设计n n1 1产生背景产生背景n n2020世纪初期，在制造

38、业中开始应用模块化设计思想，当时最具有世纪初期，在制造业中开始应用模块化设计思想，当时最具有代表性的模块化机械产品是组合机床和组合夹具。代表性的模块化机械产品是组合机床和组合夹具。n n5050年代，欧美一些国家提出年代，欧美一些国家提出“模块化设计模块化设计”的概念，从而将模块的概念，从而将模块化设计的思想和方法提高到理论的高度。化设计的思想和方法提高到理论的高度。n n目前，模块化设计不仅广泛应用于硬件产品设计，而且也广泛应目前，模块化设计不仅广泛应用于硬件产品设计，而且也广泛应用于软件产品设计，模块化设计已经发展为一种重要的现代设计用于软件产品设计，模块化设计已经发展为一种重要的现代设计

39、方法，并已经成为快速响应制造系统的重要基础。方法，并已经成为快速响应制造系统的重要基础。第56页/共110页582.3模块化设计模块化设计n n2 2基本思想基本思想n n模块化产品的模式可以用一个简单公式表达：新产品（系统）通用模块模块化产品的模式可以用一个简单公式表达：新产品（系统）通用模块（不变部分）专用模块（变动部分）。由于模块化产品是以现有模块为基（不变部分）专用模块（变动部分）。由于模块化产品是以现有模块为基础构成的，可大大缩短新产品设计、研制周期，增强企业对市场变化和用户础构成的，可大大缩短新产品设计、研制周期，增强企业对市场变化和用户需求的快速应变能力；产品虽是多品种，小批量，

40、但模块是通用不变，仍可需求的快速应变能力；产品虽是多品种，小批量，但模块是通用不变，仍可以取得批量生产的效率和效益；模块的设计制造已定型，其性能和质量已经以取得批量生产的效率和效益；模块的设计制造已定型，其性能和质量已经过大力的试验和实践的考验，从而可提高整机的可靠性。过大力的试验和实践的考验，从而可提高整机的可靠性。第57页/共110页592.3模块化设计模块化设计n n模块化设计的定义：根据用户需求和功能分析，划分并设计出一系列通用的标准模块，通过对这些模块的选择和组合，构造出不同功能或者性态功能，但性能不同，规格不同的产品的过程。第58页/共110页602.3模块化设计模块化设计 模块的

41、定义：一组具有同一功能和接口要素（指连接方式和连一组具有同一功能和接口要素（指连接方式和连接部分的结构、形状、尺寸、配合等）的，但性接部分的结构、形状、尺寸、配合等）的，但性能、规格或结构不同的可以互换的单元。能、规格或结构不同的可以互换的单元。第59页/共110页61模块的特征：模块的特征：n n一是模块具有特定的功能；模块的功能是整个产品功能的组成部一是模块具有特定的功能；模块的功能是整个产品功能的组成部分，且这个功能是自我包含，自我实现的。分，且这个功能是自我包含，自我实现的。n n二是模块具有通用的接口，即一个模块于另一个相关模块可以实二是模块具有通用的接口，即一个模块于另一个相关模块

42、可以实现自由连接，相同或相似的模块之间可以实现互换。现自由连接，相同或相似的模块之间可以实现互换。n n三是模块是依赖产品平台的存在而存在的三是模块是依赖产品平台的存在而存在的 ；n n四是模块是有层次的，并且受观察角度和范围的影响四是模块是有层次的，并且受观察角度和范围的影响第60页/共110页622.3模块化设计模块化设计第61页/共110页632.3模块化设计模块化设计第62页/共110页642.3模块化设计模块化设计n n模块与标准件的区别：模块多指除标准件以外，仍需要被设计又可以用于不同组合的结构单元，它更强调得是部件级上的通用。n n模块与部件的不同：模块强调功能独立性，而部件强调

43、结构完整性；模块具有通用接口，而部件无此要求；模块比部件更容易细化，即模块要求标准化和系列化程度更高。第63页/共110页652.3模块化设计模块化设计n n模块化系统的分类：n n按照产品中模块使用的多少分：纯按照产品中模块使用的多少分：纯模块化系统；混合系统模块化系统；混合系统n n按照模块组合可能多少分：闭式系按照模块组合可能多少分：闭式系统；开放系统统；开放系统n n对整个产品系列而言，功能和对应对整个产品系列而言，功能和对应模块的类型：基本模块；辅助模块；模块的类型：基本模块；辅助模块；特殊模块；适应模块特殊模块；适应模块 第64页/共110页66第65页/共110页672.3模块化

44、设计模块化设计接口接口n n接口的定义：系统各组成部分之间可传递功能的共享界面。物质，接口的定义：系统各组成部分之间可传递功能的共享界面。物质，能量，信息通过接口进行传递，模块通过接口组成系统。系统中能量，信息通过接口进行传递，模块通过接口组成系统。系统中能有效实现模块间功能传递所必须的一套独立于模块功能而不随能有效实现模块间功能传递所必须的一套独立于模块功能而不随模块而异的接口要素称为接口系统。模块而异的接口要素称为接口系统。n n接口类型：机械接口；电气接口；机电接口；其他物理量与电量接口类型：机械接口；电气接口；机电接口；其他物理量与电量接口；软件接口；人机环境接口。接口；软件接口；人机

45、环境接口。第66页/共110页682.3模块化设计模块化设计主要方式：主要方式：主要方式：主要方式：n n横系列模块化设计横系列模块化设计 不改变产品主参数，利用模块发展变型产品。不改变产品主参数，利用模块发展变型产品。n n纵系列模块化设计纵系列模块化设计 在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计n n横系列和跨系列模块化设计横系列和跨系列模块化设计 除了发展横系列产品外，改变某些模块还能得到除了发展横系列产品外，改变某些模块还能得到其他系列产品其他系列产品n n全系列模块化设计全系列模块化设计n n全系列和跨系列模块化设计全系列和跨系列模块化设计 主

46、要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨系主要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨系列产品的模块化设计。列产品的模块化设计。第67页/共110页692.3模块化设计模块化设计n n模块化设计的优点模块化设计的优点模块化设计的优点模块化设计的优点：n n可以减少设计工作量，缩短产品设计周期可以减少设计工作量，缩短产品设计周期n n将新技术融入所设计的模块，有利于加速产品的更将新技术融入所设计的模块，有利于加速产品的更新换代新换代n n提高设计的标准化程度，有利于实现优化设计提高设计的标准化程度，有利于实现优化设计n n扩大生产批量，降低生产成本，有利于发展专业化扩大生产批量，降低生产成本，有利于发

47、展专业化生产，提高生产率生产，提高生产率n n对市场应变能力将，可以在短时间内生产所需产品，对市场应变能力将，可以在短时间内生产所需产品，满足顾客需求满足顾客需求n n可以使生产系统具有较大的柔性，适应市场需求变可以使生产系统具有较大的柔性，适应市场需求变化化n n使产品易于维护和更新。使产品易于维护和更新。第68页/共110页702.3模块化设计模块化设计模块化设计的步骤n n市场调查与分析n n产品功能分析n n确定参数范围和主参数n n确定模块化设计类型，划分模块n n模块结构及接口设计，形成模块库n n编写技术文件 第69页/共110页712.3模块化设计模块化设计n n图 抽象的模块

48、层次逻辑 第70页/共110页722.3模块化设计模块化设计第71页/共110页732.3模块化设计模块化设计模化设计的关键技术模化设计的关键技术模化设计的关键技术模化设计的关键技术 1 1）模块标准化）模块标准化n n模块的标准化指模块结构的标准化，特别是模块接口的标准化，模块的标准化指模块结构的标准化，特别是模块接口的标准化，为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有组合型和互换性两个基本特征。有组合型和互换性两个基本特征。2 2）模块的划分与组合模块的划分与组合n n在开发系列模块产品时，首先必须将目标产品划分为若干

49、模块，在开发系列模块产品时，首先必须将目标产品划分为若干模块，然后以模块为基本单元进行设计和制造。模块划分的合理与否直然后以模块为基本单元进行设计和制造。模块划分的合理与否直接影响模块化产品的性能，柔性，成本，是保证模块化设计获得接影响模块化产品的性能，柔性，成本，是保证模块化设计获得成功的关键。成功的关键。3 3）模块的连接方式与接口设计模块的连接方式与接口设计n n通常接口设计应考虑的内容：保证模块之间的位置关系；方便模通常接口设计应考虑的内容：保证模块之间的位置关系；方便模块的连接和分离；保证连接的可靠性；具有一定的连接刚度和适块的连接和分离；保证连接的可靠性；具有一定的连接刚度和适当的

50、物理性能；便于加工制造。当的物理性能；便于加工制造。第72页/共110页742.3模块化设计模块化设计n n模块化设计的发展呈现如下趋势：n n计算机技术的渗入计算机技术的渗入n n数据库技术和成组技术的应用数据库技术和成组技术的应用n n模块化产品建模技术模块化产品建模技术n n数学方法的引入数学方法的引入n n全寿命周期多目标综合全寿命周期多目标综合 第73页/共110页752.4价值工程价值工程 n n价值工程（价值工程（Value EngineeringValue Engineering，VEVE）是一门管理及设）是一门管理及设计技术，它以产品的功能分析为核心，以科学的分计技术，它以产