现代设计技术第五讲

现代设计技术第五讲第一页，共三十二页，编辑于2023年，星期日§2-1

概述一、现代设计技术的概念1.设计是人类改造自然的一种活动，是一种复杂的创造性思维的过程。注:（1）广义设计：发展过程的安排（发展方向、程序、细节和目标）（2）狭义设计：将客观需求转化为满足该需求的技术的系统活动。（3）设计技术：设计过程中解决具体问题的方法。第二页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

2.现代设计技术

以满足应市产品的质量、性能、时间、成本/价格综合效益最优为目的，以计算机为辅助设计（CAD）技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创新产品活动过程所用到的技术群体的总称。第三页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

3.设计的类型1）按设计任务要求分（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过去没有的新型产品。（2）应用性设计：原理、方案基本不变的前提下，对产品作局部的变更使之满足四个要求。（3）变形设计：功能、原理不变，进行结构方式和尺寸的变化。第四页，共三十二页，编辑于2023年，星期日2)新型的现代设计方法

CAD、设计方法学、人工神经网络、工程遗传算法并行工程、价值工程、可靠性、有限元、动态设计、工业设计、人机工程、模块设计、相似性设计、摩擦学设计、迭代（三次）设计、反求工程、智能工程、模拟设计。

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3）现代设计的软件系统

第六页，共三十二页，编辑于2023年，星期日（1）时间维①产品规划：市场调研分析预测，确定总参数，制定制约条件和设计要求，提出决策的纲领性文件。②方案设计：产品功能原理设计：以需求出发，采用功能分析法和原理试验，确定最优方案是关键，创新性和先进性决定产品的未来和寿命及产品的成本的70%.第七页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

③技术设计：将产品的功能具体化④施工阶段：制图、编制工艺文件，说明书和使用手册（2）逻辑维：解决问题的逻辑方法:抽象、发散、逆向。（3）方法维：包括思维方法和工作方法传统的：直觉法、类比法、经验法现代的：模拟、仿真、虚拟第八页，共三十二页，编辑于2023年，星期日二、现代设计技术的目标和特点1.设计目标1）工效实用性：系统的总体的技术指标形式的提出，产量、质量、精度。2）系统可靠性：在预定的时间能可靠工作（寿命)3)运行稳定性：抗干扰和适应环境的功能，产品的精度。4）人机安全性：人、机无故障和事故。第九页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

5）环境无害性：无污染、噪音。

6）操作宜人性：操作方便。

7）结构工艺性：符合制造要求。

8）技术经济性：制造、运行的成本。

9）造型艺术性：人机和谐10）设计规范性：符合国家、民族、行业的规范标准。第十页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

2、特点

1）系统性：德国：抽象到具体的发散思维方法（功能→原理→结构）。美国：创造性设计学、运用创造技术、发挥想象、辩证思维。传统方式：经验、类比，采用收敛方法。第十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

2）社会性：从产品概念、设计、制造、报废、回收的全社会综合考虑。传统方式：技术主管指导，过程中采用单纯注意技术性，设计后再进行经济分析。3）创造性：激励创造冲动、突出创新意识、力主抽象的设计构思，扩展发散的设计思维、综合评价、细心决策。传统方式：封闭收敛的设计思维、思维定式化、强调经验类比。第十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

4）宜人性：人机协调、机环协调、人-

机-环协调。传统:主要强调功能性、使用性。5）主动性：应用科学技术的手段，对产品的周期、性能作早期预测。6）优化：运用科学的原理和方法来规划最优方案。传统：采用自然优化、设计-使用-改进-设计。第十三页，共三十二页，编辑于2023年，星期日7）动态化：动态模拟、概率分析。传统：采用静态+安全系数。8）智能化：扩展机器的功能9）数字化：CAD、CAM

传统：手工、人工。10）并行虚拟化：社会参与、全员参与。第十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期日§2-2并行工程（CE,concurrent,Engeering)一、并行设计以缩短产品的开发周期、降低成本、提高质量、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来，采用集成化的、并行化的思想设计产品及相关过程。第十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期日二、技术特征

1.产品的开发过程的并行重组市场分析、构思、市场策划、各部门并行进行、重新组合。2.支持并行工程的群组工作项目管理的工作模式。3.统一的产品信息模型符合各部门收集的信息。第十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期日4.具有人工智能处理不完善、不确定信息的功能。能及时调整信息不全面的影响。5.基于时间的决策多目标优化方法。6.分布式的软硬件环境网络系统。7.开放式系统界面高度集成化。第十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期日三、关键技术1.产品并行开发过程建模及优化2.支撑并行设计的计算机信息系统信息的采集和交流的畅通性。3.模拟仿真技术改变“设计-样机-修改”的方法。4.产品性能综合评价和决策系统5.并行设计中的管理技术第十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期日四优点1.市场响应快；2.开发的一次成功率高；3.能降低产品的成本。第十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期日§2-3反求工程一、反求工程以先进产品设备的实物、样件、软件（包括图样、程序、技术文件）或形象（图像，图片等）作为研究对象。应用现代设计方法、生产工程学，材料学和相关专业知识进行系统分析和研究，探索掌握关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品技术（它包括几何反求，材料反求，工艺反求）。第二十页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

1.几何反求方法：

（1）了解该产品的使用特点，制造商的产地及国家区域。（2）对外形的几何要素检查、分析。（3）使用先进的测量仪器来进行技术处理及建模（三坐标、抄描仪）。（4）利用可靠的先进软件进行还原。第二十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期日2.材料反求方法：（1）谨慎取样（以新的没有使用的最好）。（2）成分检测（光谱直读、化学分析）。（3）硬度检测（硬度计）。（4）组织分析（光谱仪，显微镜）。第二十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.工艺反求方法：

（1）反判法编制工艺规程：用现有的样件（尺寸、精度、粗糙度等）在整机中的应用来判定基准。采用反推法。（2）改进工艺：保证引进技术的原设计要求（从装配关系入手）。

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（3）用曲线对应法反求工艺参数：将需分析的产品性能指标或工艺参数建立第一参照系，以实际条件建立第二参照系。根据已知点或某些特殊点把工艺参数及其有关的量与性能的关系拟合成一条曲线来确定工艺参数。（4）材料国产化：以与现有的工艺水平相对应。第二十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期日4.反求对象的精度确定

（1）依据产品的技术指标及技术条件，产品的工作原理图，并综合考虑生产技术水平，产品生产的经济性和国家标准。（2）判断产品精度的指标。（3）综合考虑原理误差和理论误差，进行产品的工作原理反推。（4）完成草图，进行精度计算。（5）编制技术文件。第二十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期日二、反求工程的内容1.分析所引进产品的设计指导思路。2.功能和原理方案分析。3.结构分析。4.形状尺寸分析。5.精度分析。第二十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

6.材料分析。7.工作性能分析。8.造型设计分析。9.工艺分析。10.使用及维修分析和包装技术分析。11.包装技术第二十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期日三．反求工程的基本步骤第二十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期日四、反求工程的关键技术

1.反求对象的数字化方法及技术1）接触式数据采集方法（1）触发式数据采集：测头的探针。（2）连续式数据采集：采用模拟量开关采样头，连续取点。（3）磁场法：将被测物置于磁场中，手持触针在物体表面采样，简单（磁电数字信号）。第二十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

（2）非接触式数据采集方法

1）激光三角法：曲面数据采样特点：①触针不与工件接触，不受松软材料尖角、凹坑无影响；②数据采样速度快；③价格贵，垂直壁表面特征会影响精度，杂散反射。

2）距离法：利用光传播时间来测量被测实物与参考平面的距离。种类有：脉冲波、调幅连续波、调频连续波。

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3）结构光法：将一定模式的光照射到被测样件的表面，然后摄得反射光的图像，通过对比不同模式之间的差别来获取表面点的位置（干涉仪），不需要使用三坐标机。特点：造价低