第2章现代设计技术.doc

第2 第2章 现代设计技术 第2章 现代设计技术 【本章要点】 本章主要讨论现代设计技术的内涵、特征及体系结构，侧重介绍优化设计、可靠性设计、价值工程、面向X的设计、逆向工程、绿色设计等最常用的现代设计方法的相关概念、主要内容、实施步骤以及所涉及的关键技术，并以具体实例说明。 【学习目标】 掌握优化设计的关键技术。 掌握可靠性预测和分配。 了解面向X的设计。 了解逆向工程的基本国策。 现代设计技术是先进制造技术中的首要的关键的技术，它是现代科技发展和全球市场竞争的产物。产品设计是以社会需求为目标，在一定设计原则的约束下，利用设计方法和手段创造出产品结构的过程。市场竞争的需要和各种新方法、新技术、新工艺、新材料不断涌现，推动了设计方法和技术的进步，使产品设计从传统的经验设计进入现代设计。 2.1 现代设计的内涵和特征 产品设计是以社会需求为目标，在一定设计原则的约束下，利用设计方法和手段创造出产品结构的过程。产品设计不合理引起产品技术性和经济性的先天不足，难以通过生产过程中的质量控制和成本控制措施挽回。据统计，失败产品中85%的原因是设计失误造成的。 设计技术是指在设计过程中解决具体设计问题的方法和手段。人类的设计活动经历了“直觉设计阶段”——“经验设计阶段”——“半理论半经验设计阶段”。随着科学技术的发展和各种新材料、新工艺、新技术的出现，产品的功能与结构日趋复杂，市场竞争日益激烈，传统的产品开发方法和手段已难以满足市场需求和产品设计的要求。计算机科学及应用技术的发展促使工程设计领域涌现出一系列先进的设计技术。 现代设计技术是先进制造技术的基础。它是以满足产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所使用的技术群的总称。它的内涵就是以市场为驱动，以知识获取为中心，以产品全寿命周期为对象，人、机、环境相容的设计理念。 2.1.1 现代设计的特征 现代设计是传统设计的深入、丰富和完善，而非独立于传统设计的全新设计具有如下特征。 1. 以计算机技术为核心 计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大影响。设计手段的更新使计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。传统设计以图板、直尺、铅笔等作为工具，效率低、工作强度大。CAD技术的出现和发展，使“无纸化设计”成为主流，使得设计效率大大提高。 计算机技术推动了产品表现形式从“二维”向“三维”的转变。传统设计利用投影原理表示产品结构，这种方法的数据量少，不利于产品的进一步分析和制造。随着CAD技术的发展，三维“产品模型(Product Model)”得到广泛应用。三维表现形式不仅包括反映产品形状和尺寸的几何信息，还包括分析、加工、材料、特性等数据，可直接用于分析和制造。 设计方法在计算机技术的发展中得到发展。高性能的计算机硬件和先进的软件技术促使一些新的设计方法出现。一些先进的设计方法如有限元分析、优化、模态分析等都涉及大量复杂计算，只有计算机技术的发展才能推动这些方法的进步和应用。新的设计方法有并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。 计算机技术改变工作方式。传统设计过程采用串行方式进行，即设计任务按时序从一个环节传入下一环节。随着数据库技术和网络技术的发展，并行设计正得到广泛应用。它要求设计小组同时地、并行地参与设计，并最大限度地交流信息，以缩短设计周期及有助于将各种新思想、新技术、新方法融入产品设计中。 计算机技术促使设计与制造一体化。存在于计算机内的产品模型可直接进入CAPP系统进行工艺规划和NC编程，进而加工代码可直接传入NC机床、加工中心进行加工。产品模型加强了设计与制造两个环节的连接，提高了产品开发的效率。 计算机技术提高了管理水平。产品设计是一个复杂的系统工程，设计过程中涉及大量设计数据和设计行为的管理。数据库技术的发展改变了传统的手工管理模式，各种MIS、PDM系统的广泛应用大大提高了设计的管理水平，保证了设计过程的高效、协同和安全。 计算机技术使得组织模式进一步开放。网络技术的发展加快了数据通信速度，缩短了企业之间的距离。传统的局限于企业内部的封闭设计正在变为不受行政隶属关系约束的、多企业共同参与的异地设计。为完成一种设计任务形成的虚拟企业或动态联盟将实现优势互补和资源共享，可极大地提高设计效率和水平。 2. 以设计理论为指导 受科学技术发展水平的限制，传统设计是以生产经验为基础，运用力学和数学形成的计算公式、经验公式、图表、手册等作为依据进行。随着理论研究的深入，许多工程现象不断升华和总结为揭示事物内在规律和本质的理论，如摩擦学理论、模态分析理论、可靠性理论、疲劳理论、润滑理论等。现代设计方法是基于理论形成的方法，利用这种方法指导设计可减少经验设计的盲目性和随意性，提高