先进制造技术12

第2章先进设计技术12332.1先进设计技术概论2.2计算机辅助设计技术2.3计算机辅助工艺规程设计返回第2章先进设计技术452.4逆向工程技术2.5绿色设计返回2.1

先进设计技术概论2.1.1先进设计技术的特征及内涵1.先进设计的特征先进设计是传统设计的深入、丰富和完善,具有以下特征。(1)以计算机技术为核心以计算机技术为核心是先进设计的主要特征。计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大影响,表现为以下几方面:1)设计手段的更新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、铅笔等为工具,其效率低、人工强度大。计算机辅助设计(CAD)技术的出现和发展,使甩掉图板的“无纸设计”作为先进设计的主流,显著提高了设计效率。下一页返回2.1

先进设计技术概论2)产品表示的改变计算机技术推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。传统设计利用投影原理表示产品结构,这种二维表示的数据单一,数据量少,不便于产品的进一步分析和制造。随着计算机辅助设计(CAD)技术的发展,三维“产品模型(ProductModel)”越来越得到广泛应用,这种表示不仅包括反映产品形状和尺寸的几何信息,还可包括分析、加工、材料、特性等数据,从而可直接用于分析和制造。3)设计方法的发展4)工作方式的变化5)设计与制造一体化6)管理水平的提高7)组织模式的开放上一页下一页返回2.1

先进设计技术概论

(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,以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的。随着理论研究的深入,许多工程现象不断升华并被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。先进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小经验设计的盲目性和随意性,可以提高设计的主动性、科学性和准确性。因此,先进设计是一种以理论指导为主、经验为辅的设计。2.先进设计的内涵上一页下一页返回2.1

先进设计技术概论通过对先进设计特征的分析,可以认为:先进设计就是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,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,进行研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。其内涵就是以市场需求为驱动,以知识获取为中心,以先进设计思想、方法为指导,以先进技术手段为工具,以产品全生命周期为对象的人、机、环境相容的设计理念。2.1.2先进设计技术的体系结构先进设计技术的分支学科有很多,其基本体系结构及其与相关学科的关系如图2.1所示。1.基础技术基础技术是指传统的设计理论与方法,特别是运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学和工程数学的基本原理与方法等。上一页下一页返回2.1

先进设计技术概论它不仅为先进设计技术提供了坚实的理论基础,也是先进设计技术发展的源泉。先进设计技术也可以说是在传统设计技术的基础上,以新的形式和更丰富的内涵来表现传统设计技术中的优秀内核与精华的技术。2.主体技术先进设计技术的诞生与发展和计算机技术的发展息息相关、相辅相成。可以毫不夸张地说,没有计算机科学与计算机辅助技术[如计算机辅助设计(CAD)、智能CAD(IntelligentCAD———ICAD)、优化设计、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等],便没有先进设计技术;另一方面,没有其他先进设计技术的多种理论与方法,计算机技术的应用也会大大受到限制,因为运用优化设计、可靠性设计、模糊设计等理论构造的数学模型来编制计算机应用程序,可以更广泛、更深入地模拟人的推理与思维,从而提高计算机的“智力”。上一页下一页返回2.1

先进设计技术概论计算机辅助设计技术正是以它对数值计算与对信息和知识的独特处理能力而成为先进设计技术群体的主干技术的。3.支撑技术无论是对设计对象的描述,还是对设计信息的处理、加工、推理与映射及验证,都离不开设计方法学、产品的可信性设计技术及设计试验技术所提供的多种理论、方法及手段的支撑。设计方法学、可信性设计技术及试验设计技术所包含的种种内容,即为先进设计技术群体的支撑技术。4.应用技术上一页下一页返回2.1

先进设计技术概论应用技术是针对实用目的来解决各类具体产品设计领域中问题的技术,如机床、汽车、工程机械及精密机械的先进设计内容,其可以看作是先进设计技术派生出来的丰富多彩的具体技术。先进设计技术在各类产品设计领域的广泛应用,促进了产品质量与性能的提高。5.相关学科与技术先进设计技术已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各个方面,除了必要的传统设计理论与方法等基础知识外,相关的学科与技术,尤其是制造工艺、自动化技术、系统管理技术、材料科学、文化社会科学、市场营销学等也是十分必要的。2.1.3先进设计的发展趋势展望先进设计技术的发展趋势主要包括以下几个方面。1.设计过程的数字化上一页下一页返回2.1

先进设计技术概论数字化设计过程中不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模,而且更要研究非确定性变量,包括随机变量、随机过程、模糊变量(人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素)等的数学描述和数学建模。2.设计过程的自动化和智能化研究设计过程的自动化和智能化研究是指健全、研究和发展各种类型的数据库、方法库和知识库及自动编程、自学习和自适应等高级商品化软件的研制,如研究设计知识、数据信息的获取与处理技术、智能CAD人工神经网络专家系统的模型和应用软件等。3.智能性产品设计思想进一步深化随着科技的不断进步和发展,设计要越来越多地考虑产品智能的因素,以通过人工智能等设计手段使产品的智能性得到全面的体现。产品设计应使产品具有一定的自我修复功能,且造型上逐渐走向小型化和轻型化,使产品外形更具亲和力。上一页返回2.2计算机辅辅助设计计技术系系统的的基本功功能CAD系系统一般般应具有有以下基基本功能能:绘图图,计算算,模拟拟,制定定面向设设计用部部件构成成表,制制定各种种设计文文件,生生成与CAPP、NC等的接接口信息息,设计计验证,设计更更改控制制,设计计复审及及图样修修改等。。系系统的的类型CAD系系统按其其工作方方式和功功能特征征可大致致分为检检索型、、派生型型、交互互型与智智能型四四种类型型。1.检检索型CAD系系统检索型CAD系系统主要要用于三三化(标标准化、、通用化化、系列列化)程程度较高高的产品品设计。。下一页返回2.2计算机辅辅助设计计技术机械工业业中的许许多标准准产品,如电动动机、汽汽轮机、、鼓风机机、组合合机床和和变压器器等,它它们的结结构均已已定型,不同规规格的产产品其结结构基本本相同,只是尺尺寸大小小不一样样。将某某种定型型产品的的标准图图样变成成图形信信息存入入计算机机的存储储器中,在需要要时按要要求从中中自动检检索出最最佳的标标准化图图形,这这种主要要以信息息检索的的方式进进行设计计工作的的系统称称为信息息检索设设计系统统。2.派派生型CAD系系统派生型CAD系系统是在在成组技技术基础础上建立立的,按按照被设设计对象象的结构构相似性性,用分分类编码码的方法法将零件件分为若若干零件件族,通通过对零零件族内内所有零零件进行行分析,归纳出出“典型型零件””。该典典型零件件将零件件族所有有零件的的功能要要素集于于一身,并对每每个功能能结构进进行参数数化处理理,建立立相应的的数据库库、参数数化特征征库和典典型零件件图形库库,便构构成了一一个派生生型CAD系统统。上一页下一页返回2.2计算机辅辅助设计计技术3.交交互型CAD系系统交互型设设计系统统是计算算机辅助助设计系系统中较较为完善善的一种种形式。。它由设设计者描描述出设设计模型型,并由由计算机机对有关关产品的的大量资资料进行行检索,由计算算机对有有关数据据和公式式进行高高速运算算,并通通过草图图或标准准图的形形式显示示结果,设计者者在分析析结果的的基础上上,通过过图形输输入设备备和人——机对话话语言直直接对图图形进行行实时修修改,计计算机根根据修改改的指令令再次作作出响应应,并重重新组织织显示。。这种具具有人——机交互互作用或或者对话话式的反反复作业业过程的的系统,称为交交互型设设计系统统。4.智智能型CAD系系统如果在人人—机交交互过程程中引入入专家系系统技术术,由计计算机给给出智能能化提示示,告诉诉设计师师下一步步该做什什么,当当前设计计存在什什么问题题,建议议解决这这些问题题的途径径和方案案,这样样既可进进一步提提高设计计质量和和速度,且有可可能使缺缺乏经验验的设计计师做出出专家水水平的设设计来。。智能型型CAD系统统就是将将专家系系统技术术与CAD技术术融为一一体而建建立起来来的系统统。上一页下一页返回2.2计算机辅辅助设计计技术典典型CAD软软件简介介1.国国外软件件(1)AutoCADAutoCAD是当当今最流流行的二二维绘图图软件,它在二二维绘图图领域拥拥有广泛泛的用户户群。AutoCAD有强大大的二维维功能,如绘图图、编辑辑、剖面面线和图图案绘制制、尺寸寸标注以以及二次次开发等等功能,同时其其还具有有部分三三维功能能。AutoCAD提提供AutoLisp、ADS、、ARX作为为二次开开发的工工具,在在机械、、建筑、、电子等等领域得得到了广广泛的应应用。(2)Unigraphics(UG)UG是从从二维绘绘图、数数控加工工编程、、曲面造造型等功功能发展展起来的的软件,是UnigraphicsSolutions公司的的“拳头头”产品品,该公公司突破破传统CAD/CAM模式式,为用用户提供供了一个个全面的的产品建建模系统统。上一页下一页返回2.2计算机辅辅助设计计技术在UG中中,优越越的参数数化与变变量化技技术和传传统的实实体、线线框及表表面功能能结合在在一起,这一结结合被实实践证明明是强有有力的,并被大大多数CAD/CAM软件件厂商所所采用。。(3)SolidEdge(UnigraphicsSolutions)SolidEdge是是基于参参数和特特征实体体造型的的新一代代机械设设计CAD系统统,它是是为设计计人员专专门开发发的、易易于理解解和操作作的实体体造型系系统。(4)SolidWorksSolidWorks是基于于Windows平台台的全参参数化特特征造型型软件,它可以以十分方方便地实实现复杂杂的三维维零件实实体造型型、复杂杂装配和和生成工工程图,图形界界面简洁洁,用户户上手快快。该软软件可以以应用于于以规则则几何形形体为主主的机械械产品设设计及生生产准备备工作中中,其价价位适中中。上一页下一页返回2.2计算机辅辅助设计计技术2.国国内软件件(1)CAXA电子子图板和和CAXA—ME制造造工程师师CAXA电子子图板和和CAXA—ME制造造工程师师软件的的开发与与销售单单位是北北京北航航海尔软软件有限限公司。。(2)高华华CAD高华CAD是由由北京京高华华计算算机有有限公公司推推出的的CAD产产品。。高华华CAD系系列产产品包包括计计算机机辅助助绘图图支撑撑系统统GHDrafting、机机械设设计及及绘图图系统统GHMDS、、工艺艺设计计系统统GHCAPP、三三维几几何造造型系系统GHGEMS、、产品品数据据管理理系统统GHPDMS及自自动数数控编编程系系统GHCAM。其其中GHMDS是基基于参参数化化设计计的CAD/CAE/CAM集集成系系统,它具具有全全程导导航、、图形形绘制制、明明细表表的处处理、、全约约束参参数化化设计计、参参数化化图素素拼装装、尺尺寸标标注、、标准准件库库和图图像编编辑等等功能能模块块。上一页页下一页页返回2.2计算机机辅助助设计计技术术(3)金银银花系系统金银花花(Lonicera)系统统是由由广州州红地地技术术有限限公司司开发发的基基于STEP标标准的的CAD/CAM系系统。。该软软件主主要应应用于于机械械产品品设计计和制制造中中,可可以实实现设设计/制造造一体体化和和自动动化。。机械械设计计平台台MDA(MechanicalDesignAssistant)是金金银花花系列列软件件之一一,是是二维维和三三维一一体化化设计计系统统。(4)开目目CAD开目CAD是开开目集集成技技术公公司开开发的的具有有自主主版权权的基基于微微机平平台的的CAD和和图纸纸管理理软件件,它它面向向工程程实际际,模模拟人人的设设计绘绘图思思路,操作作简便便,机机械绘绘图效效率比比AutoCAD高高得多多。上一页页返回2.3计算机机辅助助工艺艺规程程设计计的的基本本概念念计算机机辅助助工艺艺规程程设计计(ComputerAidedProcessPlanning,CAPP)是是通过过计算算机技技术辅辅助工工艺设设计人人员,以系系统、、科学学的方方法确确定零零件从从毛坯坯到成成品的的整个个技术术过程程,即即工艺艺规程程。的的基本本组成成CAPP系系统的的构成成,视视其工工作原原理、、产品品对象象、规规模大大小不不同而而有较较大的的差异异。CAPP系系统基基本的的构成成模块块如图2.2所示。。(1)控制制模块块控制模模块的的主要要任务务是协协调各各模块块的运运行,是人人机交交互的的窗口口,能能够实实现人人机之之间的的信息息交流流和控控制零零件信信息的的获取取方式式。下一页页返回2.3计算机机辅助助工艺艺规程程设计计的的类型型及工工作原原理CAPP系系统就就其工工作原原理主主要可可以分分为检检索式式、派派生式式和创创成式式三大大类。。1.检检索索式CAPP系系统检索式式CAPP系统统是将将企业业现行行各类类工艺艺文件件根据据产品品和零零件图图号,存入入到计计算机机数据据库中中。进进行工工艺设设计时时,可可以根根据产产品或或零件件图号号,在在工艺艺文件件库中中检索索相类类似零零件的的工艺艺文件件,由由工艺艺人员员采用用人机机交互互方式式进行行修改改,最最后由由计算算机按按工艺艺文件件要求求进行行打印印输出出。如如图2.3所示。。2.派派生生式CAPP系系统派生式式CAPP系统统是检检索式式CAPP系统统的发发展,是利利用零零件GT(成组组技术术)代代码(或企企业现现行零零件图图编码码)将将零件件根据据结构构和工工艺相相似性性进行行分组组,然然后针针对每每个零零件组组编制制典型型工艺艺,又又称主主样件件工艺艺。上一页页下一页页返回2.3计算机机辅助助工艺艺规程程设计计工艺设设计时时,首首先应应根据据零件件的GT代代码或或零件件图号号确定定该零零件所所属的的零件件组,然后后检索索出该该零件件的典典型工工艺文文件,最后后根据据该零零件的的GT代代码和和其他他有关关信息息对典典型工工艺进进行自自动化化或人人机交交互式式修改改,生生成符符合要要求的的工艺艺文件件。如图2.4所示。。3.创创成成式CAPP系系统创成式式CAPP系统统是依依靠系系统中中的决决策逻逻辑生生成,收集集大量量的工工艺数数据和和加工工知识识,并并以此此规程程为基基础,在计计算机机软件件基础础上建建立一一系列列的决决策逻逻辑,以形形成工工艺数数据库库和加加工知知识库库。在在输入入新零零件的的有关关信息息后,系统统可以以模仿仿工艺艺人员员应用用各种种工艺艺决策策逻辑辑规则则,在在没有有人工工干预预的条条件下下自动动生成成零件件的工工艺规规程。。如图25所示。。的的作用用与意意义CAPP的的作用用与意意义可可从以以下两两个方方面来来说明明。上一页页下一页页返回2.3计算机机辅助助工艺艺规程程设计计1.克克服服传统统工艺艺设计计的不不足,促进进工艺艺技术术的发发展传统的的工艺艺设计计一直直采用用工艺艺设计计人员员的““个体体”和和“手手工””劳动动方式式,工工艺设设计质质量和和效率率低、、周期期长,已远远远不不能满满足现现代机机械制制造技技术发发展的的要求求。采采用CAPP技技术可可以克克服传传统工工艺设设计的的不足足,彻彻底改改变传传统工工艺设设计的的落后后面貌貌。2.为为现现代制制造系系统集集成提提供技技术桥桥梁CAPP是是适应应当前前机械械制造造业自自动化化和智智能化化发展展的需需求,实现现计算算机集集成制制造(CIM)、并并行工工程(CE)及及其他他多种种先进进自动动化技技术的的基础础。上一页页返回2.4逆向工工程技技术逆逆向工工程基基本概概念1.逆逆向向工程程的含含义逆向工工程(ReverseEngineering,RE)技术术与传传统产产品正正向设设计方方法不不同,它是是以已已存在在的产产品或或零件件原型型构造造产品品或零零件的的工程程设计计模型型为依依据,并在在此基基础上上对已已有产产品进进行剖剖析、、理解解和改改进,是对对已有有设计计的再再设计计。其其主要要任务务是将将原始始物理理模型型转化化为工工程设设计概概念或或产品品数字字化模模型,一方方面为为提高高工程程设计计、加加工制制造的的质量量和效效率提提供充充足的的信息息,另另一方方面为为充分分利用用CAD/CAE/CAM技技术术对已已有的的产品品进行行设计计服务务。2.逆逆向向工程程的分分类从广义义讲,逆向向工程程可分分为以以下三三类。。(1)实物物逆向向下一页页返回2.4逆向工工程技技术顾名思思义,它是是在已已有实实物条条件下下,通通过试试验、、测绘绘和分分析来来确定定其关关键技技术,然后后再创创造出出新产产品的的过程程,其其中包包括功功能、、性能能、方方案、、结构构、材材质、、精度度、使使用规规范等等多方方面的的逆向向。实实物逆逆向对对象可可以是是整机机、部部件、、组件件或零零件。。(2)软件件逆向向软件逆逆向是是以产产品的的样本本资料料、技技术文文件、、设计计书、、使用用说明明书、、图纸纸、有有关规规范和和标准准、管管理规规范和和质量量保证证手册册等为为研究究对象象的逆逆向工工程技技术。。(3)影像像逆向向无实物物和技技术软软件,仅有有产品品相片片、图图片、、广告告介绍绍、参参观印印象或或影视视画面面等,要从从其中中去构构思、、想象象来逆逆向,称为为影像像逆向向。影影像逆逆向本本身就就是创创新过过程,其目目前还还未形形成成成熟的的技术术。影影像逆逆向一一般要要利用用透视视变换换和透透视投投影,形成成不同同透视视图,从外外形、、尺寸寸、比比例和和专业业知识识去琢琢磨其其功能能和性性能,进而而分析析其内内部可可能的的结构构。上一页页下一页页返回2.4逆向工工程技技术逆逆向工工程的的工作作流程程逆向工工程与与传统统设计计制造造流程程中的的各功功能模模块在在序列列上是是相互互换位位倒置置的。。在逆逆向工工程中中,按按照现现有的的零件件原形形进行行设计计生产产,零零件所所具有有的几几何特特征与与技术术要求求都包包含在在原形形中;在传传统的的设计计制造造中,按照照零件件最终终所要要承担担的功功能以以及各各方面面的影影响因因素,进行行从无无到有有的设设计。。此外外,从从概念念设计计出发发到最最终形形成CAD模型型的传传统设设计是是一个个确定定的明明晰过过程,而通通过对对现有有的零零件原原型数数字化化后形形成CAD模型型的逆逆向工工程是是一个个推理理、逼逼近的的过程程。逆逆向工工程一一般可可分为为4个个阶段段,如图2.8所示。。1.模模型型数字字化模型数数字化化是逆逆向工工程的的第一一步,是后后续工工作的的基础础。如如采用用三坐坐标测测量机机(CMM)或或激光光扫描描等测测量装装置,通过过测量量采集集零件件原形形表面面点的的三维维坐标标值;使用用逆向向工程程专业业软件件接收收处理理离散散的““点、、点云云”数数据。。上一页下一页返回2.4逆向工程技技术2.测量量数据的处处理通过测量设设备得到的的点数据存存在着噪声声和误差等等,需要将将点数据进进行格式转转化,噪声声滤除、平平滑、对齐齐、合并、、插值补点点,数据精精简和数据据分割等一一系列的数数据处理。。3.CAD三维维模型重构构模型重构是是对上一步步骤处理的的数据利用用逆向工程程软件进行行曲面拟合合,然后通通过点、线线、面的求求交、拼接接和匹配,连接成光光滑曲面,从而获得得产品模型型的一个过过程,是逆逆向工程中中最重要和和最复杂的的一个阶段段。4.实体体制造上一页下一页返回2.4逆向工程技技术快速成形技技术是实体体制造最常常用的方法法,其工艺艺方法很多多,其中常常见的有光光固化成形形(SLA)、选择择性激光烧烧结(SLS)、分分层实体制制造(LOM)和熔熔融沉积制制造(FDM)等。。其中SLA技术最最为常用,其原理是是计算机控控制激光束束对光敏树树脂为原料料的表面进进行逐点扫扫描,被扫扫描区域的的树脂薄层层(约十分分之几毫米米)产生光光聚合反应应而固化,形成零件件的一个薄薄层。工作作台下移一一个层厚的的距离,以以便固化好好的树脂表表面再敷上上一层新的的液态树脂脂,然后进进行下一层层的扫描加加工,如此此反复,直直到整个原原型制造完完毕。由于于光聚合反反应是基于于光和热的的作用,故故在工作时时只需功率率较低的激激光源。此此外,因为为没有热扩扩散,加上上链式反应应能够很好好地控制,并能保证证聚合反应应不发生在在激光点之之外,因而而其加工精精度高,表表面质量好好,原材料料的利用率率接近100%,能能制造形状状复杂、精精细的零件件,效率较较高。对于于尺寸较大大的零件,则可采用用先分块成成形然后粘粘接的方法法进行制作作。上一页下一页返回2.4逆向工程技技术2.4.3逆向工工程的应用用领域逆向工程已已成为联系系新产品开开发过程中中各种先进进技术的纽纽带,并成成为消化、、吸收先进进技术及实实现新产品品快速开发发的重要技技术手段。。其主要应应用领域如如下:(1)对产产品外形美美学有特别别要求的领领域由于设计师师习惯于依依赖3D实实物模型对对产品设计计进行评估估,因此,产品几何何外形通常常不是应用用CAD软软件直接设设计的,而而是首先制制作全尺寸寸的木质或或黏土模型型或比例模模型,然后后利用逆向向工程技术术重建产品品数字化模模型。上一页返回2.5绿色设计2.5.1绿色设设计的基本本概念绿色设计(GreenDesign)也称生生态设计(EcologicalDesign)、环境境设计(DesignforEnvironment)或环境意意识设计(EnvironmentConsciousDesign),其在产品品整个生命命周期内,着重考虑虑产品环境境属性(可可拆卸性、、可回收性性、可维护护性、可重重复利用性性等)并将将其作为设设计目标,在满足环环境目标要要求的同时时,保证产产品应有的的功能、使使用寿命和和质量等要要求。绿色色设计的原原则被公认认为“3R”原则,Reduce、Reuse和Recycle,即减少少环境污染染、减小能能源消耗及及产品和零零部件的回回收再生循循环或者重重新利用。。下一页返回2.5绿色设计2.5.2绿色设设计的内容容和方法1.绿色色设计的内内容绿色设计的的主要内容容包括绿色色设计的材材料选择、、面向可拆拆卸性和回回收性设计计、面向制制造和装配配设计、产产品的成本本分析和寿寿命周期评评估等。(1)绿色色设计的材材料选择(DesignforMaterials,简简称DFM)材料选择是是绿色设计计不可缺少少的组成部部分,是产产品开发过过程最早且且最重要的的设计决策策,同时又又是一种重重要的绿色色设计手段段。选择合合适的满足足绿色设计计要求的材材料可以使使产品对环环境的影响响降至最小小。因此,绿色设计计要求选材材时不仅要要考虑产品品的使用要要求和性能能,更要优优先考虑产产品的环境境性能,即即优先考虑虑在其本身身制备过程程中低能耗耗、少污染染,产品报报废后便于于回收再生生重用或易易于降解,具有良好好环境协调调性的绿色色材料。上一页下一页返回2.5绿色设计具体的措施施包括选用用可回收再再生的材料料、节能型型材料、可可降解材料料、环境友友善型元件件和减少产产品中使用用材料的品品种等。(2)面面向向可可拆拆卸卸性性设设计计(DesignforDisassembly,简简称称DFD)传统统的的设设计计方方法法一一般般只只考考虑虑零零部部件件的的装装配配性性,很很少少考考虑虑产产品品的的可可拆拆卸卸性性。。而而绿绿色色设设计计则则要要求求把把可可拆拆卸卸性性作作为为产产品品结结构构设设计计的的一一项项评评价价准准则则,使使产产品品在在报报废废以以后后其其零零部部件件可可重重新新利利用用或或进进行行材材料料循循环环再再生生,以以达达到到既既节节省省材材料料又又保保护护环环境境的的目目的的。。因因此此,面面向向可可拆拆卸卸性性设设计计成成为为绿绿色色设设计计的的重重要要内内容容之之一一,引引起起了了许许多多研研究究人人员员的的重重视视,并并进进行行了了深深入入的的研研究究。。近近年年来来,面面向向可可拆拆卸卸性性设设计计的的研研究究主主要要集集中中在在以以下下几几个个方方面面:总总的的设设计计原原则则的的建建立立;面面向向可可拆拆卸卸性性设设计计的的软软件件工工具具的的开开发发;拆拆卸卸与与再再循循环环的的经经济济性性和和环环境境后后果果分分析析;拆拆卸卸深深度度的的研研究究;拆拆卸卸顺顺序序的的优优化化及及其其与与经经济济效效益益最最大大化化的的关关系系分分析析;起起源源于于面面向向装装配配设设计计分分析析的的再再设设计计建建议议与与可可拆拆卸卸性性设设计计的的兼兼容容性性分分析析等等。。上一一页页下一一页页返回回2.5绿色色设设计计⑤采采用用标标准准化化的的零零部部件件,制制造造方方法法标标准准化化,减减少少零零件件的的多多样样性性。。(3)回回收收性性设设计计(DesignforRecycling&Recovery,简简称称DFR)回收收性性设设计计是是指指在在进进行行产产品品设设计计时时充充分分考考虑虑产产品品各各种种材材料料组组分分回回收收再再用用的的可可能能性性、、回回收收处处理理方方法法(再再生生、、降降解解等等)、、回回收收费费用用等等与与产产品品回回收收有有关关的的一一系系列列问问题题,从从而而达达到到节节约约材材料料、、减减少少浪浪费费及及对对环环境境污污染染最最小小的的目目的的。。(4)面面向向制制造造和和装装配配的的设设计计(DesignforManufacturing&Assembly,简简称称DFMA)DFMA是是一一种种使使产产品品更更容容易易制制造造和和装装配配的的设设计计方方法法,其其提提供供了了一一种种从从装装配配和和制制造造的的观观点点分分析析设设计计方方案案的的系系统统化化方方法法,能能使使产产品品更更简简化化,且且能能使使装装配配和和制制造造费费用用更更少少。。DFMA是是在在产产品品的的设设计计阶阶段段就就尽尽早早地地考考虑虑与与产产品品制制造造和和装装配配有有关关的的约约束束(如如可可制制造造性性、、可可装装配配性性),全全面面评评价价产产品品和和工工艺艺设设计计,同同时时提提供供改改进进的的设设计计反反馈馈信信息息,在在设设计计过过程程中中完完成成可可制制造造性性和和可可装装配配性性检检测测,使使产产品品结结构构合合理理、、制制造造简简单单、、装装配配性性好好,从从而而缩缩短短产产品品的的开开发发周周期期,取取得得最最大大的的经经济济效效益益。。上一一页页下一一页页返回回2.5绿色色设设计计(5)产产品品的的成成本本分分析析在产产品品设设计计的的初初期期就就应应考考虑虑产产品品的的回回收收、、再再利利用用等等性性能能。。因因此此,在在进进行行成成本本分分析析时时,必必须须考考虑虑污污染染物物的的替替代代、、产产品品拆拆卸卸、、重重复复利利用用成成本本,特特殊殊产产品品相相应应的的环环境境成成本本等等。。对对企企业业来来说说,是是否否支支出出环环保保费费用用,也也会会形形成成企企业业间间产产品品成成本本的的差差异异。。(6)生生命命周周期期评评估估(Life-CycleAssessment,简简称称LCA)生命命周周期期评评估估是是绿绿色色设设计计的的一一项项重重要要的的内内容容之之一一,如图图29所示示。。LCA能能够够量量化化一一个个产产品品贯贯穿穿其其整整个个产产品品生生命命周周期期对对环环境境的的影影响响,并并能能提提供供改改进进的的指指导导原原则则,因因此此,LCA被被认认为为是是支支持持绿绿色色产产品品设设计计的的核核心心工工具具。。2.绿绿色色设设计计的的方方法法上一一页页下一一页页返回回2.5绿色色设设计计绿色色设设计计方方法法是是一一种种集集突突变变论论、、信信息息论论、、离离散散论论、、模模糊糊论论、、系系统统论论、、智智能能论论、、控控制制论论、、优优化化论论、、对对应应论论、、功功能能论论和和艺艺术术论论于于一一身身的的现现代代设设计计方方法法的的集集成成,是是理理性性的的设设计计方方法法。。典典型型的的绿绿色色设设计计方方法法主主要要有有以以下下几几种种。。(1)生生命命周周期期设设计计方方法法生命命周周期期设设计计方方法法,即即综综合合考考虑虑调调研研、、设设计计、、制制造造、、销销售售、、使使用用、、回回收收和和处处理理等等生生命命周周期期中中各各环环节节对对环环境境及及产产品品影影响响的的设设计计方方法法,是是对对一一种种产产品品从从加加工工制制造造到到废废弃弃分分解解的的全全过过程程进进行行全全面面的的环环境境分分析析和和评评估估,并并试试图图找找出出改改善善途途径径的的设设计计方方法法。。(2)并行工工程设计方法法并行工程设计计方法,即利利用并行工程程技术,综合合考虑产品绿绿色设计中的的各因素,在在设计过程中中随时在各环环节间进行信信息交流和反反馈,实现多多因素、多目目标和闭环设设计过程的全全局最优化。。上一页下一页返回2.5绿色设计(3)模块化化设计方法模块化设计是是产品结构设设计的一种有有效方法,也也是绿色设计计中确定产品品结构方案的的常见方法。。模块化设计计就是在一定定范围内,在在对不同功能能、不同性能能、不同规格格的产品进行行功能分析的的基础上,划划分并设计出出一系列功能能模块,通过过模块的选择择和组合构成成不同的产品品,以满足不不同的市场需需求。(4)长寿命命设计方法长寿命设计方方法的主要目目的是确保产产品能长期、、安全的使用用。对于一些些关键设备,特别是大型型和重型机械械,一旦出现现事故,就会会长时间停产产,造成的损损失很大,对对这些设备进进行长寿命设设计就很有必必要。长寿命命设计方法的的关键就是要要使得设备的的工作应力小小于零件的疲疲劳强度。上一页下一页返回2.5绿色设计绿绿色设计的的原则和关键键技术1.绿色设设计的原则绿色设计与传传统设计相比比较,应遵循循以下原则。。(1)资源最最佳利用原则则资源最佳利用用原则包括两两个方面的内内容:①在选用资资源时应从可可持续发展的的观念出发,考虑资源的的再生能力和和跨时段配置置问题,不能能因资源的不不合理使用而而加剧枯竭危危机,应尽可可能使用可再再生资源。②在设计时时应尽可能保保证所选用的的资源在产品品的整个生命命周期中得到到最大限度的的利用。(2)能量消消耗最少原则则上一页下一页返回2.5绿色设计(3)“零污污染”原则绿色设计应彻彻底抛弃传统统的“先污染染,后处理””的末端治理理环境方式,而要实施““预防为主,治理为辅””的环境保护护策略。因此此,设计时就就必须充分考考虑如何消除除污染源,以以从根本上防防止污染。(4)“零损损害”原则绿色设计应该该确保产品在在生命周期内内对劳动者(生产者和使使用者)具有有良好的保护护功能,在设设计上不仅要要从产品制造造、使用环境境以及产品的的质量和可靠靠性等方面考考虑如何确保保生产者和使使用者的安全全,而且要使使产品符合人人机工程学和和美学等有关关原理,以免免对人们的身身心健康造成成危害。总之之,绿色设计计的原则是力力求损害为零零。(5)技术先先进原则绿色设计要使使设计出的产产品为“绿色色”,这就要要求其要采用用最先进的技技术,而且要要求设计者有有创造性,以以使产品具有有最佳的市场场竞争力。上一页下一页返回2.5绿色设计(6)生态经经济效益最佳佳原则绿色设计不仅仅要考虑产品品所创造的经经济效益,而而且要从可持持续发展的观观点出发,考考虑产品在生生命周期内的的环境行为对对生态环境和和社会所造成成的影响及其其带来的环境境生态效益和和社会效益的的损失。也就就是说绿色设设计要使绿色色产品生产者者不仅能取得得好的环境效效益,而且要要使其能取得得好的经济效效益,即取得得最佳的生态态经济效益。。2.绿色设设计的关键技技术(1)面向材材料的设计技技术面向材料的设设计技术是以以材料为对象象,在产品整整个寿命周期期(设计、制制造、使用和和废弃)中的的每一个阶段段,以材料对对环境的影响响和有效利用用作为控制目目标,在实现现产品功能要要求的同时,使其对环境境污染最小和和资源消耗最最少的绿色设设计技术。上一页下一页返回2.5绿色设计(2)面向环环境的设计技技术面向环境的设设计是在世界界“绿色浪潮潮”中诞生的的一种新型产产品设计概念念,其是以面面向环境的技技术为原则所所进行的产品品设计。面向向环境的设计计是一种系统统化的设计方方法,即在产产品的整个生生命周期内,以系统集成成的观点考虑虑产品环境属属性(可拆性性、可回收性性、可维护性性、可重复利利用性和人身身健康及安全全性等)和基基本属性,并并将其作为设设计目标,使使产品在满足足环境目标要要求的同时保保证应有的基基本性能、使使用寿命和质质量等。(3)面向能能源的设计技技术面向能源的设设计技术是指指用对环境影影响最小和能能源消耗最少少的能源供给给方式支持产产品的整个生生命周期,并并以最少的代代价获得能源源的可靠回收收和重新利用用。上一页下一页页返回2.5绿色设设计产品设设计是是影响响能源源消耗耗最关关键的的环节节。在在产品品功能能和基基本要要素确确定的的情况况下,产品品的结结构布布局、、材料料选择择、加加工工工艺、、可制制造性性、可可装卸卸性和和可重重复利利用性性等影影响能能源消消耗的的主要要因素素都是是在设设计阶阶段确确定的的。因因此,分析析产品品设计计对能能源消消耗的的影响响因素素,并并从系系统的的角度度研究究面向向能源源优化化利用用的产产品设设计方方法,对提提高能能源利利用