修改ppt设计技术2

1、1现代制造系统现代制造系统管理工程系薛朝改2第二章 现代制造设计技术32.5 质量功能配置42.5质量功能配置质量功能配置 质量功能配置（Quality Function Deployment，QFD）是一种面向市场顾客的产品开发工作中的管理，方案设计，零部件设计，制造工艺计划以及生产组织等一系列过程有机协调的系统化方法，是现代管理和质量工程的核心技术之一。 52.5 质量功能配置 采用这种方法进行质量管理时，要求从产品的规划开始就要以客户对产品的质量要求为依据进行，并通过质量屋将客户对产品抽象的质量要求转化为具体的、可定量的质量控制的指标，并将这些指标贯穿于产品的设计、生产、销售、售后等各个

2、运营环节之中，以便尽可能地提高用户的满意度。 62.5.1 2.5.1 起源和发展起源和发展当前，用户化产品已越来越成为市场需求的趋势，愈来愈多的顾客希望能按照他们的需求和偏好来生产产品。对于企业来说，质量的定义已经发生根本性的转变，即从“满足设计需求”转变为“满足顾客需求”。为了保证产品能为顾客所接受，企业必须认真研究和分析顾客需求，并将这些要求转换成最终产品的特征以及配置到制造过程的各工序上和生产计划中。这样的过程称作质量功能配置。7 QFD于70年代初起源于日本三菱重工的神户造船厂。为了应付大量的资金支出和严格的政府法规，神户造船厂的工程师们开发了一种称之为质量功能配置的上游质量保证技术

3、，取得了很大的成功。今天，在日本，QFD已成功地用于电子仪器、家用电器、服装、集成电路、合成橡胶、建筑设备和农业机械中。福特公司于1985年在美国率先采用QFD方法。82.5.22.5.2基本思想基本思想 QFD的基本思想是：注重产品从开始的可行性分析研究到产品的生产都是以市场顾客的需求为驱动，强调将市场顾客的需求明确转变为产品开发的管理者、设计者、制造工艺部门以及生产计划部门等有关人员均能理解执行的各种具体信息，从而来保证企业最终生产出符合市场顾客需求的产品。 9 2.5.32.5.3基本内容基本内容 QFD要求企业不断倾听顾客的意见和要求，然后通过合适的方法和措施在开发的产品中体系需求（即

4、顾客驱动的产品开发方法） QFD是在实现顾客需求的过程中，帮助产品开发各职能部门制定各自的相关技术要求和措施，并在各职能部门协调工作的方法。 QFD是一种在产品设计阶段进行质量保证的方法。 QFD目的是使产品以最快的速度，低成本，最优的质量占有市场。 一般认为，质量功能配置（QFD ）是从质量保证的角度出发，通过一定的市场调查方法获取顾客需求 102.5.42.5.4基本工具基本工具-质量屋质量屋 基本工具“质量屋” ，简称质量屋HOQ（House of Quality）是实现QFD结构化的 工具，它是QFD的核心构件。 HOQ提供了一种将用户需求转换成产品和零部件特征，并展开到制造过程的直观

5、结构。通 过建立质量屋的基本框架，输入信息、进行分析评价和输出信息，实现了一种需求转换。11六个矩阵六个矩阵： （1）WHATS 矩阵：是QFD中的“用户需求”。用户需要什么样的功能？通过设计师对用户的使用情况和消费心理、行为的研究，掌握用户的功能需求。同时通过和市场开拓人 员的配合进行市场调研，进一步取得用户的功能需求。 需要一些专业工业设计师或专业的咨询机构来 对用户需求进行概括、分类、合并，以便全面、真实地对产品提出具体的特性要求，避免主观臆断。在这一阶段，常常借助于诸如KANO模型、JK法、亲和图法 等一些工具和方法来完成这项工作。 12 （2）HOWS矩阵：是产品的各项技术特征行矩阵

6、，反映产品的工程特征。通过对应满足用户需求而必须予以保证的产品技术特征矩阵分析，找出最优的实现途径和技术方法。 13 （3）三角形，表示各个工程特性间的相互关系相关关系矩阵：它的作用是区分出项目之间存在的相互关系，以便在设计时进行必要的权衡。它表征了改善产品某一技术特征的性能，对其他技术特征所产生的影响。14 （4） WHATS矩阵项”和“HOWS矩阵项”相互关系矩阵：它反映了从用户需求到产品技术特征地一种映射关系，是用来记录“WHATS矩阵项”和“HOWS矩阵项”之间的关系矩阵。“WHATS矩阵 项”和“HOWS矩阵项”之间是一种目的和手段的关系，存在着多对多的关系，分别用数值1、3、5、7

7、、9来表示关系的密切程度。相关关系矩阵是质量功能 逐级展开的依据，它的分析准确度直接影响到QFD的实施效果，具有重要的作用。 15 （5） HOWS评价矩阵（市场评估矩阵）：是HOWS项的组织困难度或技术成本评价情况。技术评价也称为技术竞争性评价，对不同公司的同类产品在不同技术性能方面的能力做出对 比，列出同类产品在每一设计特性方面的不同数据以区分优劣。技术评价可以用数值1-5标度来区分优劣程度。通过技术评价，系统地了解本公司产品和竞争对手 的产品在技术上的优势和劣势，从而有助于合理的制定产品的技术目标，有效地改进产品的竞争力。16 （6）竞争性或可行性评价矩阵：也称为市场评价。它的目的是从用

8、户的角度来评估不同公司生产的同类产品的市场竞争力，根据用户调查数据来获得的。 通常用数字1-5来依次表达满意程度（非常不满意，不 太满意，一般，较满意，非常满意），进行市场评价，从而了解本公司产品及其他公司产品的各方面在市场上的优势和弱点以及产品需要改进的地方，在制定目标是 扬长补短，突出核心竞争机会，从而开发出具有强大竞争力的产品。17质量屋基本结构质量屋基本结构屋顶-HOWS相互关系矩阵天花板-HOWS矩阵技术需求（产品特征或工程措施）房间-相互关系矩阵（顾客需求和技术需求之间的关系）右墙-评价矩阵（市场竞争性评估）左墙-WHATS输入项矩阵（顾客需求极其重要度）地下室HOWS输出项矩阵（

9、技术需求重要度、技术竞争评价、目标）182.5.62.5.6质量功能配置的基本阶段质量功能配置的基本阶段 QFD 的基本阶段：调查和分析顾客需求；顾客需求的瀑布式分解过程顾客需求的KANO模型 KANO模型（基本型，期望型，兴奋型）步骤：合理确定调查对象；选择合适的调查方法；市场调查；整理分析顾客需求19QFDQFD中顾客需求的获取中顾客需求的获取顾客需求的提取是QFD 过程中最为关键也是最难的一步，包括决定顾客需求、顾客需求重要度以及顾客对市场上同类产品在满足他们需求方面的看法。它是通过市场调查获得原始的顾客信息，然后再对此进行整理、分析而得到。20 顾客需求的瀑布分解过程，四阶段： 1）产

10、品规划质量屋，用于将顾客需求转换成技术需求（产品特征）并分别以顾客角度对市场同类产品进行评估，确定各技术需求的目标值及在零件配置阶段的技术需求 2）零件配置阶段，利用前一阶段定义的技术需求，从多个设计方案中选择一个最佳方案，并通过零件配置矩阵转换为关键的零件特征 3）工艺规划阶段，通过工艺规划矩阵，确定为保证实现关键的产品特征和零件特征所必须保证的关键工艺参数 4）工艺，质量控制规划阶段通过工艺质量控制矩阵将关键的零件特征和工艺参数转换为具体的质量控制方法。2.5.62.5.6质量功能配置的基本阶段质量功能配置的基本阶段21221.产品规划阶段的质量屋产品规划阶段的质量屋232.零部件设计阶段

11、的质量屋零部件设计阶段的质量屋243.工艺规划阶段的质量屋工艺规划阶段的质量屋254.生产计划阶段的质量屋生产计划阶段的质量屋26质量屋结构图及其应用质量屋结构图及其应用27 质量屋决策是用已建立的质量屋进行决策 ,目的就是在有限资源约束下确定一组工程特性目标值 ,使顾客对所设计的产品满意度最大.这是一个复杂的多目标、 多变量决策过程 ,需要权衡质量屋中的各种矛盾,因而有必要建立优化模型 ,帮助开发人员进行优化设计。282.5.4 2.5.4 质量功能配置的应用质量功能配置的应用某汽车公司在改进某型号汽车设计时，应用QFD方法进行产品规划。在收集用户反馈意见的基础上，在产品规划质量屋中确定了以

12、下5个顾客需求:汽车噪声小(CR1);加速性良好(CR2)；节省汽油(CR3)；安全性好(CR4)；座位舒适(CR5)。根据以上顾客需求确定了5个工程特性:减少排气系统噪声(EC1)；增大发动机马力(EC2)；减少发动机每公里耗油量(EC3)；提高刹车装置控制力(EC4)；加大座位空间(EC5)。292.5.52.5.5质量屋模型质量屋模型30312.5.6 2.5.6 质量功能配置关键技术质量功能配置关键技术产品规划阶段各种冲突的解决方法各种矩阵以及关系的定量化322.5.7 2.5.7 质量功能配置优点质量功能配置优点1.以满足市场顾客需求为出发点，各阶段的质量屋输入和输出都是由市场顾客的

13、需求取得2.在其系统化过程的各个阶段都是将市场顾客需求转换为管理者和工程人员能明确理解的各种工程信息，减少或避免了产品从规划到产出各环节的盲目性。3.基本思想是需求什么和怎么满足，在这种形式下市场顾客的需求不会被曲解，产品的功能不会由疏漏和冗余，这实质是一种人力和物力资源的优化配置。4.质量屋是建立QFD的基础工具，是其精髓。5.QFD在整个产品全方位的决策、管理、设计及制造等各阶段过程都能加以应用。332.5.8 QFD2.5.8 QFD的发展趋势的发展趋势 智能化、集成化计算辅助QFD应用环 境的出现 QFD的应用领域不断拓宽 QFD的标准化、规范化3435363738392.6 工业设计

14、工业设计402.6.1 工业设计的概念 工业设计是从物与人的关系出发，（尤其是从人的需求，市场的需求，从人的生活和工作方式与质量的角度出发）全面提高产品设计质量的创造活动 。412.6.1 工业设计的概念 广义工业设计(Generalized Industrial Design) ： 是指为了达到某一特定目的，从构思到建立一个切实可行的实施方案，并且用明确的手段表示出来的系列行为。它包含了一切使用现代化手段进行生产和服务的设计过程。 狭义工业设计(Narrow Industrial Design) ： 指产品设计，即针对人与自然的关联中产生的工具装备的需求所作的响应。包括为了使生存与生活得以维

15、持与发展所需的诸如工具、器械与产品等物质性装备所进行的设计。产品设计的核心是产品对使用者的身心具有良好的亲和性与匹配。 422.6.1 工业设计的概念 工业设计技术是指以工学、美学、经济学为基础，以科技的手段，用艺术的表现方式，对工业产品在材料、结构、工艺、形态、表面处理及装饰方面进行综合处理，使其具有实用、经济、美观的优良品质的方法。432.6.2 工业设计的产生背景 工业设计技术最先应用于大规模制造业的是美国，如通用，柯达，福特等公司，80年代，工业发达国家，工业设计技术和工业设计教育体系已成体系，20世纪70年代引入我国，1985年中国机械工程学会工业造型设计学会和中国工业设计协会成立标

16、志我国工业造型设计全面启动。 442.6.3 工业设计基本思想 工业设计，是创造具有实用功能的造型，不仅要求以其形象所具有的功能适应人们工作的需要，提供人们使用，而且要求其形象表现式样，形态，风格，气氛给人以美的感觉和艺术的享受，起到美化生产，生活环境，满足人们审美要求的作用，因而成为具有精神和物质两种功能的造型。452.6.4 工业设计的特征 实用性 科学性 艺术性 462.6.5 工业设计基本方法 设计要素 设计程序 美学法则 色彩设计472.6.6工业设计步骤下面以AM2060B指纹锁产品设计为例来说明482.6.6工业设计步骤1. 企业原始产品企业原始产品 明确设计内容：当设计人员跟客

17、户确定设计合作后，会由市场人员及设计人员跟客户沟通，了解设计的内容及工业设计所应实现的目标。 492.6.6工业设计步骤 2. 2. 确定产品主要内部确定产品主要内部 模块模块 根据客户提供的原始产品或产品功能模型，分析产品的功能实现原理，结构的变化幅度，确定产品的限制条件和设计重点。 502.6.6工业设计步骤3. 竞争对手产品市场调研竞争对手产品市场调研 设计调研是设计师设计展开中的必备步骤，此过程使工业设计师必须了解产品的销售状况，所处生命周期的阶段，产品的竞争者的状况、使用者和销售商对产品的意见 。 对于像指纹锁这类产品，设计难度主要集中于外观的悦目性和形态定位的准确性上，如何缩短设计

18、周期来抓住变幻莫测的大众消费市场。 512.6.6工业设计步骤522.6.6工业设计步骤4. 与客户商定产品粗略结构排布与客户商定产品粗略结构排布 在对产品的概念进行定位后，与客户确定产品的粗略结构排布，分析技术和商业运作的可行性，预算成本。了解客户对产品的基本构思。532.6.6工业设计步骤542.6.6工业设计步骤5. 构思产品草图构思产品草图 这一阶段的工作将决定产品设计70%的成本和产品设计的效果。所以这一阶段是整个产品设计最为重要的阶段。 这一设计初期阶段的想法常表现为一种即时闪现的灵感，缺少精确尺寸信息和几何信息。基于设计人员的构思，通过草图勾画方式记录，绘制各种形态或者标注记录下

19、设计信息，确定三至四个方向，再由设计师进行深入设计。 552.6.6工业设计步骤562.6.6工业设计步骤6. 完成产品平面效果图完成产品平面效果图 这个过程可以通过CAD软件来完成。通过这个环节生成精确的产品外观平面设计图，可以清晰地向客户展示产品的尺寸和体积，表达产品的材质和光影关系，使产品更加直观和完善。572.6.6工业设计步骤582.6.7工业设计的其他应用592.6.7工业设计的其他应用602.6.7工业设计的其他应用612.6.7工业设计的其他应用62 2.7 计算机辅助设计技术计算机辅助设计技术632.7计算机辅助设计技术 计算机辅助设计(Computer Aided Desi

20、gn)是利用计算机软硬件系统在工程和产品设计的过程中提供的各种快速有效的工具和手段，加快和优化设计过程与结果，以获得最有设计效果的重要技术，它的产生和发展使传统的设计过程发生了重大的变革。642.7 计算机辅助设计技术产生背景产生背景 60年代中期，第一代系统以图形学的发展为基础而建立的应用技术系统，主要解决二维绘图和简单的数控加工，没有CAE功能。缺点：规模庞大，价格昂贵 60年代末期到70年代中期，成熟阶段，第二代系统具有二、三维绘图和数据加工、线框、曲面、实体建模、有限元分析等功能，并使用多个数据库和分布数据结构。缺点：难以实现系统真正集成，修改困难，使用不便，缺乏数据管理等65产生背景

21、产生背景 80年代中后期，以工程工作站为基础的第三代CAD/CAM系统发展很快，其功能达到甚至超过小型机CAD/CAM系统，使用统一数据库和统一数据结构，使系统真正集成，各分系统间全关联并支持并行工程，提供产品数据管理功能，获取信息完整，使用方便。 现在，CAD已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。 66在我国的应用 始于航空工业：SKC-1、SKC-2、SKC-3等数控加工自动编程系统 造船工业用在船体的数学放样、线型光顺、绘图等。 进入二十世纪八十年代后CAD/CAM技术得到了迅速发展。67CAD/CA

22、M概述 CAD/CAM涉及的学科领域：计算机科学、计算数学、计算几何、计算机图形学、数据结构、数据库、数控技术、软件工程、仿真技术、机器人学、人工智能等682.7 计算机辅助设计技术CAD/CAM系统的功能1.图形处理功能图形处理功能：二维三维图形生成、显示、编辑，自动绘图和仿真2.科学计算功能科学计算功能：数值计算、优化设计、有限元分析3.数据管理功能数据管理功能：对产生的大量数据的管理功能4.输入输出功能输入输出功能：输入设计信息，输出中间结果5.实体造型实体造型: 实体造型技术是指描述几何模型的形状和属性的信息并存于计算机内，由计算机生成具有真实感的可视的三维图形的技术 692.7计算机

23、辅助设计技术一、CAD/CAM系统的硬件 1）中央处理机（CPU） 由控制单元和算术逻辑单元组成，用于控制系统所有部件的工作并进行数据的算术和逻辑运算。CPU是CAD/CAM系统的中枢，计算所有的计算任务并控制系统中的各种输入、输出活动。 2）主存储器 3）辅助存储器 用于永久性存储程序和设计制造数据。70一、CAD/CAM系统的硬件 4）图形终端及输入设备 它以图形交互方式来方便用户与CAD/CAM系统通信，是系统与外部世界的接口 5）输出设备 最重要的输出设备是绘图仪712.7计算机辅助设计技术二、CAD/CAM系统的软件 CAD/CAM系统的软件由系统软件、管理软件、支撑软件和应用软件组

24、成 1） 系统软件 系统软件用于实现计算机系统的管理，控制调度，监视和服务，与计算机硬件直接联系，提供方便用户，扩充用户的计算功能，合理调度就计算机硬件资源和提高计算机的使用效率，如：操作系统，程序设计语言，服务性程序等722.7计算机辅助设计技术 2） 管理软件 负责CAD/CAM系统中生成各类数据的组织和管理，通常采用数据库管理系统进行管理 3） 支撑软件 包括工程绘图，三维实体造型，曲面造型，有限元分析，数控编程，系统运动学和动力学模拟分析等方面的软件 4) 应用软件 CAD应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能 ， 以完成面向各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法

25、 、数据结构、用户界面和数据管理。732.7计算机辅助设计技术CAD： 广义上说，CAD技术以计算机，外围设备以及系统软件为基础，包括二维工程绘图、三维几何设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及CAD/CAPP/CAM集成技术等。742.7 计算机辅助设计技术 CAD的工作过程752.7 计算机辅助设计技术（1）协助设计人员进行产品分析和方案设计；（2）使用几何造型快速准确建立产品的三维模型（3）计算分析软件进行分析（4）利用仿真软件进行仿真（5）图形处理软件得到产品的图档（6）CAPP实现零件加工工艺的自动化（7）NC形成刀位文件，最后处理成NC代码762.7计算

26、机辅助设计技术CAD的建模技术 （1）线框几何模型：以线段，圆，弧和一些简单的曲线为描述对象，可能有歧义。 （2）曲面几何模型：主要应用与航空，船舶和汽车制造业领域，以一些基本的曲线进行随意组合构成任何造型的曲线 （3）实体几何模型 （4）特征造型7778798081822.7计算机辅助设计技术 常用的实体造型方法有：常用的实体造型方法有： 边界表示法边界表示法 几何体素构造法几何体素构造法 扫描法扫描法 分割表示法分割表示法83边界表示法（B-rep） 边界表示法：以物体边界为基础定义和描述几何形体，并能给出完整和显式的界面描述。每个物体由有限个面构成，每个面由有限条边围成的有限个封闭域定义

27、。满足的条件：封闭、有向、不自交、有限和相连接，并能区分实体边界内、边界外、边界上的点 边界法强调物体的外表细节，建立了有效的数据结构，把面、边、顶点的信息分层记录，并加入层与层之间的关系。84几何体素法（CSG） 几何体素法：一种简单的几何形体构造复杂实体的造型方法，即用系统定义的体系，如立方体、圆柱体、球体等，通过交、差、并等的集合运算进行实体造型。 包括两部分体素的定义和描述，体素之间的运算（并，交、差） 852.7计算机辅助设计技术862.7计算机辅助设计技术特征造型 特征兼有形状和功能两种属性，包括产品的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求等，特征造型技

28、术使得产品的设计工作在更高的层次上进行，设计人员的操作对象不再是原来的线条和形体要素，而是产品的功能要素。872.7计算机辅助设计技术 特征的分类：形状特征、精度特征、材料特征、装配特征、分析特征等 特征关系：特征定位关系；特征联结关系 特征造型的方法：基于特征的设计；特征自动识别882.7计算机辅助设计技术892.7计算机辅助设计技术90完整的零件特征信息模型分为三层： 零件层 特征层 几何层91922.7计算机辅助设计技术CAD技术存在的问题 （1）产品设计模型难以面向产品的全生命周期 以几何建模为主，在模型上添加工艺、材料、管理、销售、服务等信息是困难的，造成目前企业设计、工艺、制造、管

29、理、销售、服务等方面的信息孤岛，限制了企业信息的集成。 （2）设计过程难以支持并行工程 CAD系统的建模方式以线框，曲面，实体造型为主，侧重于产品最终形状的几何描述，这种建模方式难以支持面向产品过程以及性能设计的建模，特别是在并行工程环境下，任何的修改，均应通过网络快速进行修改，并回溯到相关的历史设计。 （3）异构CAD系统之间的信息难以交换和共享932.7计算机辅助设计技术CAE CAE是随着CAD/CAM技术发展的一种新技术，没有统一的提法，有些专家将CAE看称是把工程分析在内的广义的CAD/CAM。有些学者把CAE看成是以计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，并相应的归入广义

30、CAD功能中，作为实现产品优化设计的支持模块。CAE技术包括有限元和边界元分析、运动机构分析、气动或流场分析、电路设计和磁场分析等。942.7计算机辅助设计技术 有限元法（Finite Element Method） 是一种借助计算机进行工程分析的离散化数值方法，是重要的工程分析技术之一。 基本思想，是将结构离散化，用有限个比较容易分析的单元来表示复杂对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。952.7计算机辅助设计技术96CAE在汽车工业中的应用 一、刚度和强度分析 有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用，特别是在材料应力-应变的线性范

31、围内更是如此。另外，当考虑机械应力与热应力的偶合时，像ANSYS、NASTRAN等大型软件都提供了极为方便的分析手段。 97 （1）车架和车身的强度和刚度分析：车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂的部件，对于全承载式的客车车身更是如此。车架和车身有限元分析的目的在于提高 其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。另外，就整个汽车而言，当车架和车身重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力性和经济性等性能。 （2）齿轮的弯曲应力和接触应力分析：齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用的传动零件。通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。

32、 （3）发动机零件的应力分析：以发动机的缸盖为例，其工作工程中不仅受到气缸内高压气体的作用，还会产生复杂的热应力。缸盖开裂事件时有发生。如果仅采用在开裂处局部加强的办法加以改进，无法从根本上解决问题。有限元法提供了解决这一问题的根本途径。 98 二、NVH分析 近年来，随着人们环保意识的增强，对汽车提出了更高要求。为此，国际汽车界制定NVH标准，即噪音(Noise)、振动(Vibration)、平稳(Harshness)三项标准，通俗称为乘坐轿车的“舒适感”。 对NVH标准的一项试验表明，用顾客较喜欢的轿车作试验，在用水泥铺得较平坦的公路上，轿车以时速40公里的速度行驶，如将欧洲产轿车的NVH

33、以 100%作标准，日本轿车则为75%，韩国轿车为50%。欧洲轿车悬架技术较高，所以乘坐舒适，日本轿车设计时将人体工程学考虑在内，对提高乘坐舒适感有很大帮助。 99 三、机构运动分析 机构运动分析就是根据原动件的已知运动规律，求该机构其他构件上某些点的位移、轨迹、速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。通过对机构进行位移或轨迹的分析，可以确定某机构件在运动时所需得空间，判断当机构运动时各构件之间是否会互相干涉，确定机构中从动件的行程，考察构件上某一点能否 实现预定的位置或轨迹要求。通过对机构进行速度分析，可以了解从动件的速度变化规律能否满足工作要求，了解机构的受力情况。通过对机构

34、进行加速度分析，可以确定各构件及构件上某些点的加速度，了解机构加速度的变化规律。机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。 100 四、车辆碰撞模拟分析 汽车作为现代化交通工具，在给人们的生活带来便利与乐趣的同时，也因其引起的交通事故给人类的生命和财产带来极大的威胁和伤害。因此，汽车的安全性是汽车厂商、消费者、政府部门高度关注的问题。汽车的安全性可划分为主动安全性和被动安全性。主动安全性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速，或当突发的因素出 现时，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能；被动安全性是指汽车发生不可避免的交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免发生伤害或使伤害降低到最

35、小程度。交通事故原因的统计分析表明，以预防事故发生的主动安全性只能避免5的事故，因此提高汽车被动安全性日趋重要。 101 五、金属板冲压成型模拟分析 由于冲压成型材料利用率高，产品质量稳定，易于实现自动化生产，故这一工艺方法在汽车生产中得到广泛应用。在传统的冲压生产过程中，无论是冲压工序的制定、工艺参数的选取，还是冲压模具的设计、制造，都要经过多次修改才能确定。这种反复的调试过程造成企业人力、物力和财力的大量消耗，导致生产成本高，生 产周期难以保证。 冲压成型过程数值模拟技术的出现为改变这种传统模式提供了强有力的工具。通过对冲压过程模拟分析得到最佳模具结构和工艺条件，并能通过对板材冲压过程数值

36、模拟，在计算机上观察到模具结构、冲压工艺条件（如压边力、冲压方向、摩擦润滑等）和材料性能参数（如皱曲、破裂）的影响，还可以提供最佳钣料形状、合理 的压料面形状、最佳冲压方向、以及分析卸载和切边后的回弹量，并补偿模具尺寸以得到尺寸和形状精度良好的冲压件。该技术使试模时间大大缩短，从而减少制模成本。 102 六、疲劳分析 传统的疲劳技术由许多经验公式组成。这些经验公式根据一些理论框架，从材料、零件或结构的疲劳试验数据中拟合而成。验证产品的疲劳性能一般需要进行疲劳试验。疲劳分析依赖于准确的试验数据，同时也需要得到试验验证。过去，常规设计定型样机疲劳试验需要几年甚至更多时间来发现设计失误、修改设计。现

37、代疲劳寿 命设计技术是以电子技术（数字信息）和计算机技术（数字仿真）结合进入机械设计领域，将机械强度寿命由定性设计提高到定量设计。它立足于随机、动态，整个受载过程的每一实时信号都参与设计，而不仅仅是一个最大值。现代疲劳试验技术只需在计算机上用仿真技术，用载荷谱模拟和加载，预测寿命和反馈优化。 103 七、空气动力学分析 汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力（称为空气动力），以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。此外，空气对汽车的作用还表现在汽车发动机的冷却、车厢里的通风换气、车身外表面的清洁、气流

38、噪声、车身 表面覆盖件的振动、甚至刮水器的性能等方面的影响。 104 八、虚拟试车场整车分析 CAE技术的飞速发展、软硬件功能的大幅度提高使得整车系统仿真已经成为可能。美国工程技术合作公司（ETA）在ANSYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出的虚拟试验场技术（virtual proving ground, VPG）就是一个对整车系统性能全面仿真实用软件的代表。VPG技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。 VPG是在NASYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出的，以整车系统为分析对象，考虑系统各类非线性，以标准路面和车速为负荷，对整车系统同时进行结构疲劳、权频率振动噪声分析和

39、数据处理、以及碰撞历程仿真，达到在产品设计前期即可得到样车道路实验结果的“整车性能预测”效果的计算机仿真技术。 105 九、焊装模拟分析 机器人在车身焊装工位上的大量应用提高了车身的焊接质量，缩短了生产加工时间。但如何能够快速而准确地完成全部焊点的加工，即如何规划机器人焊接路径问题，是目前汽车制造企业迫切需要解决的问题。 现代车身焊装模拟分析结合虚拟制造技术，在仿真环境下，运用相应的优化算法对车身焊装工位的机器人加工路径进行离线规划，并通过仿真加工进行验证，从而达到指导实际生产的目的。 1062.7计算机辅助设计技术 CAPP（Computer Aided Process Planning）是

40、指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于CAPP 系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。 1072.7计算机辅助设计技术108 CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统：AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统 。2.7计算机辅助设计技术1091102.7计算机辅助设计技术CAPP系统的组成部分有：产品设计信息输入

41、工艺决策产品工艺信息输出一、产品设计信息输入：CAPP直接从CAD提取所需产品设计信息。111 二、工艺决策： 1）修订式方法：又称为派生式。利用零件的结构和工艺相似性，通过检索和修改零件族主样件的标准工艺而获得当前零件的工艺规程。在派生式CAPP的数据库中存储各类标准工艺，从设计角度，与常规工艺设计的类比设计相同，其继承和应用的是标准工艺。从本质上，这类系统是一种数据检索系统。112 2）生成式方法：又称为创成式法。CAPP系统根据程序中所反映的决策逻辑和制造过程数据信息生成加工工艺，这些信息主要有关各种加工方法的加工能力和对象，对各种设备及刀具的使用范围一系列的基本知识。创成式CAPP系统

42、中不存入任何工艺过程方案，将工艺决策知识用决策表，决策树或公理模型等技术实现。 3）综合式方法：将派生式，创成式与人工智能及专家系统技术结合在一起，综合而成的系统。 1131141152.7计算机辅助设计技术三、产品工艺信息输出 CAPP需要提供CAM数控编程所需的工艺参数文件，在CIM环境下，CAPP需要通过数据库存储产品工艺过程信息，以实现信息共享。116117CAPP 应用案例 太重相关部门对国内CAPP软件技术的发展作了比较广泛深入的调研，2002年时就已经开始与天河公司进行接触，探讨CAPP系统在太原重工全面推广的可能性。为了全面推广的成功进行，太重工艺部门进行了的软件试用，对天河公

43、司的典型用户和相近行业的客户进行了考察，最终于2005年11月与天河公司正式签订合作协议，在太原重工起重机、挖掘焦化设备、轧锻和减速机四个分公司全面推广THCAPP系统。 118方案背景方案背景 随着太重集团CAD/CAE/PDM系统的建设，较大的提高了设计工作的效率，工艺技术准备成为太重技术准备的瓶颈，特别是近几年企业的生产规模不断扩大，大量工艺文件的编制使工艺人员陷入重复繁琐的劳动中。减少工艺人员的重复劳动，提高效率，缩短工艺准备周期，实现工艺数据的共享，成为工艺技术准备工作迫切需要解决的问题。 为推进企业信息化建设步伐，太重的技术人员从90年代初就开始尝试了CAPP软件的开发，已经成功的

44、开发出了基于FOXBASE数据库的CAPP系统，但是随着时间的推移，计算机技术的发展，原有的系统必须升级与改进方可适应工艺工作要求，但由于工艺部门的变更，人员的更迭，原有系统的升级与维护变得非常困难，太重工艺部门需要寻找新的途径解决工艺软件的问题。 119用户需求用户需求 随着国民经济的快速发展，固定资产投资的不断加大，能源、钢铁等需求不断加大，而作为能源开采与加工的装备制造业再次迎来了行业的春天，带来了新一轮的发展机会。特别是近年来，太重在起重设备、航天设备、轧机设备等的订单数量激增，而用户对产品的交货周期却要求得越来越短，研发任务和工艺技术准备任务都比较紧张。起重机、挖掘机、轧锻和减速机等

45、各分公司的生产和工艺技术准备工作都非常紧张，工艺部门都是加班加点进行工艺技术准备工作。 120存在问题存在问题 一一. 软件和网络应用造成的信息孤岛软件和网络应用造成的信息孤岛 太重经过多年的信息化探索与应用，原工艺设计研究院开发了基于DOS系统的CAPP系统，随着计算机软件和硬件的不断发展，在工艺技术部门应用了各种计算机工具，如WORD、FOXPRO等，对不同阶段的工艺工作效率的提高起到了很好的作用。 但是也带来一些显然易见的问题，这些不同的应用程序，不同版本的应用程序所产生的电子文档的兼容性不好甚至无法兼容，例如FOXBASE和FOXPRO的版本问题、FOXBASE与WORD格式问题，造成

46、信息共享的问题，高版本产生的数据无法直接在低版本系统中使用，而且企业内部如果需要共享这些数据，则必须在相关的计算机上安装各种各样的计算机软件工具。这些看似集中管理的文件形成了散落在不同计算机系统中的信息孤岛，工艺数据不能被大多数的系统浏览。 121 二二. 工作模式造成的信息孤岛工作模式造成的信息孤岛 目前起重机、挖掘焦化设备、轧锻和减速机分公司工艺技术部门采用相同或相似的工艺流程。工艺工作过程中，工艺员或资料员手工录入的次数较多，数据来源复杂，被不同的操作分隔成多个信息孤岛，无法实现数据的一次输入，多次利用。 在整个工艺流程中，存在多处的信息孤岛： 1、 工艺人员的填写的工艺分析表不能直接被

47、资料员应用，手工录入容易出现错 2、 工艺卡片与工艺分析表间数据无法实施共享 3、 工艺卡片中的工装、工时等数据无法为下游部门共享; 122 三三.工艺标准难统一工艺标准难统一 由于各个分公司使用的工艺数据处理软件不一致、编辑工艺卡片的工具不一致，而且不同的工艺人员所有的计算机没有统一的工作平台，造成企业的工艺文件的标准不统一，标准化部门制定的标准无法严格贯彻与执行。 123技技 术术 路路 线线 124125过过 程程 太原重工CAPP的项目自从2005年11月25日正式在起重机、挖掘机、轧锻和减速机四个分公司开始实施，经历了项目启动、系统需求调研、方案制定与系统定制阶段、系统安装与培训阶段

48、、系统试运行阶段和系统正式运行阶段，历时约6个月时间，于2006年6月系统全面进入运行。 天河公司在通过近两个月的调研、与太原重工起重机、挖掘机、轧锻和减速机四个分公司多次沟通和调研的基础上，结合THCAPP的架构与太原重工各分公司的工艺现状和特点，重新规划了各分公司以加工件为核心的工艺流程，定制开发了符合太重特点的CAPP系统。 126 在此期间，规划部与网络中心协同合作，完成了各分公司与网络中心的网络布署，完成了分公司硬件的采购与调试，为CAPP系统上线运行作好了硬件准备。 从2006年3月开始，正式开始系统的实施，起重机、减速机分公司作为第一组开始实施，挖掘机和轧锻分公司作为第二组进行实

49、施，完成了各分公司及其下属分厂工艺技术部门软件系统的安装、调试，并分批分阶段对各分公司应用人员进行了软件应用培训。 2006年4月中旬各分公司CAPP系统全部进入到了试运行状态。 在天河公司的辅助和指导下，经过一个多月的试运行，CAPP系统具备了正式运行的条件，2006年6月份，太原重工的CAPP系统进入正式运行状态，起重机、挖掘机、轧锻和减速机四个分公司的工艺工作均可在CAPP系统进行。 127成成 果果 目前，太原重工实施CAPP系统的四个分公司的工艺工作基本都已经转移到CAPP系统中进行，目前CAPP服务器上数据备份文件已经达到1G左右，在CAPP系统进行工艺编制的产品已经达到250多个

50、，各分公司工艺卡片数量达到将40000多张。CAPP系统实施，对太重各分公司工艺部门和太重集团整体信息化带来长远的影响。128 统一工作平台统一工作平台 实施完成了太重CAPP系统，系统的数据服务器存放在网络中心，由专门人员统一管理，起重机、挖掘机、轧锻和减速机四个分公司工艺技术部门在同一个平台上进行工艺工作，采用统一的工作模式，工艺文件标准一致。129 提高工艺设计质量提高工艺设计质量 随着CAPP系统的应用，形成了大量的典型工艺，挂接大量的数据库资源，将多年的工艺经验总结出来，不断的利用软件实施优化，而且应用大量标准工艺术语，不仅经济合理，而且减少了人为的错误，大大的提高工艺设计的质量。

51、130 提高工艺编制速度，工艺编制标准化提高工艺编制速度，工艺编制标准化 工艺人员熟练使用CAPP系统后，所见即所得的操作界面，大量资源库的使用，通用资源、用户资源、用户符号、用户词句等可以辅助工艺人员快速的进行工艺编制，工艺编制速度有所提高。工艺文件的借用大大减少了工艺人员编制的重复性劳动。CAPP系统的应用，缩短了工艺技术准备周期。 各种工艺术语、词句、符号的标准化、规范化，大大提高工艺文件的可读性，各分公司都使用统一的工艺文件模板，使工艺编制标准化，有利于企业标准的贯彻。 131 工艺设计和管理的计算机化工艺设计和管理的计算机化 工艺文件完全进入计算机管理，存入数据库中，结合公司内部网络

52、，CAPP系统实现工艺计算机化、管理计算机化，辅助工艺管理部门或人员间协同工作。 132 实现数据共享，为实现数据共享，为ERP实施提供数据准备实施提供数据准备 CAPP系统的重要目的之一是为了实现数据共享，实施CAPP系统后，设计部门的BOM数据可以取过来在CAPP系统中应用，CAPP系统的工艺数据可以直接提取出来供生产车间、采购部门、设备部门、财务部门等使用，大大缩短工艺的准备周期和财务报价周期。 而太重集团将要实施的ERP系统，需要各个部门的基础数据，方能为企业带来不断的效益，而CAPP系统的应用，为ERP系统作好工艺数据准备。 133 培养工艺培养工艺&计算机兼容人才计算机兼容人才 通

53、过CAPP系统的实施，为企业培训一批既懂工艺又懂计算机管理的人员，数据库维护人员，企业的后期信息系统的实施以及CAPP系统的扩展功能和完善等有赖于企业自己人员。 1342.7计算机辅助设计技术CAPP技术存在的问题技术存在的问题 （1）并行化问题：设计和制造是串行的，设计者，规划者和制造者之间缺乏必要的通信联系 （2）集成化问题：商品化CAD系统的信息不能直接被CAPP使用，不同规划之间互相独立不具备功能集成 （3）分布式规划问题：生产过程分散，设计多部门，缺乏统一的管理程序，协调组织困难；目前开发的CAPP只能提供单一操作的规划功能而不适合多个加工过程。135CAPP技术存在的问题技术存在的

54、问题 （4）柔性化问题：不同企业有不同的工艺规划要求，好的CAPP系统应具有良好的适应性；产品工艺规划问题的复杂性和制造环境的多变性，CAPP系统应具有良好的稳健性 （5）模型化问题：工艺规划是一种层次化结构，存在一些共性，只有充分利用这些共性的模型化，结构化特点，才能开发出充分协调局部约束的模块化CAPP系统，使系统具有稳健性。 （6）动态规划问题：当前大多数CAPP系统没有考虑车间实时资源的动态反馈 （7）实用性问题1362.7计算机辅助设计技术优化设计优化设计 优化设计是20世纪60年代发展起来的新学科，是最优化技术和计算机技术在设计领域应用的结果，为工程设计提供了重要的科学设计方法，在

55、解决复杂设计问题时，能从众多设计方案中找到尽可能完善，最适宜的设计方案。 要实现问题的优化必须具备两个条件：一是存在一个优化目标；二是具有多个方案可供选择。1372.7计算机辅助设计技术 最优化技术，是优化设计全过程中各种方法，技术的总称。主要包含两个部分内容：优化设计问题的建模技术和优化设计问题的求解技术。 如何将一个实际的设计问题抽象成一个优化设计问题，并建立符合实际设计要求的优化设计数学模型，这就是建模技术要解决的问题。138最优设计实例 有一块边长为6cm的正方形铝板，四角各剪去一个小正方形，做成一个无盖的盒子，试确定剪去的正方形的边长，使所做的盒子最大。 设剪去的正方形的边长为x则1

56、391401411421431442.7计算机辅助设计技术优化设计的数学模型和求解 优化设计的方法是一个格式化的设计方法，它首先将设计问题按优化设计所规定的数学格式建立数学模型，选择合适的优化方法即计算机程序，然后再通过计算机的计算，获得最优的设计方案。 优化设计数学模型的三要素：设计变量，目标函数和设计约束。 1452.7计算机辅助设计技术工程设计问题设计要求设计参数设计准则数学模型目标函数约束条件设计变量方案评价优化设计方法x(k+1)=x(k)+&x(k)最优方程1462.7计算机辅助设计技术优化设计步骤 设计对象的分析 设计变量和设计约束条件的确定 目标函数的建立 合适的优化计算方法选

57、择 优化结果分析1472.7计算机辅助设计技术模拟仿真与虚拟技术模拟仿真与虚拟技术 模拟是指选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一个系统来表示它们的过程。仿真是指用另一个数据处理系统，主要用硬件来全部或部分模仿某一数据处理系统，以至于模仿的系统能象被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。通常人们习惯将两个词连用，用simulation表示，指的是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究，而模拟却被用来仅指用模拟计算机进行仿真。148 20世纪初仿真技术已得到应用。例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。4050年代航空

58、、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。 149 计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。 50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。 50年代中，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。在发展仿真技术的过程中已研制出大量仿真程序包和仿真语言。 70年代后期，还研制成功专用的全数字并行仿真计算机。15

59、02.7计算机辅助设计技术 VR技术是计算机仿真技术在更高层次上延伸与扩展。VR技术为用户提供逼真的感觉，包括三维视觉，立体听觉，触觉和嗅觉，从而使人成为系统中集成的一部分，进入了沉浸交互构思，即三个I的信息环境。虚拟设计（VD）是在虚拟现实中从事设计的技术，它使设计者可以用各种方式表达和实现自己的设计意图，最大限度发挥创造力和想象力，在一种丰富，自然的多维信息环境中完成一项工程或一个产品的设计，修改，制造，装配，测试和使用，从根本上改变产品的设计方式。 151 虚拟现实技术是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交虚拟技术叉学科，对该技术的研究

60、始于20世纪60年代。到90年代初，虚拟现实技术才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注。152 虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。 虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。 因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。虚拟现实的本