先进制造系统

…方法维产品规划方案设计技术设计施工设计分析综合评价决策时间维逻辑维可靠性设计优化设计

模块化设计

现代设计技术的定义产品规划--需求分析、市场预测、可行性分析、总体参数、制约条件和设计要求；方案设计--功能原理设计，确定原理方案；技术设计--将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构；施工设计--指工程图绘制，工艺文件编写，说明书编写等。现代设计技术的时间维分析--明确设计任务本质；综合--综合各种因素，探求解决方案；评价--对多种方案进行比较和评定，方案调整和改进；决策--确定最佳的设计方案现代设计技术的逻辑维零件造型、产品装配产品渲染、动态显示、运动仿真工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性设计绘制工程图样、编制物料清单（BOM)2.2.1计算机辅助设计的基本概念CAD技术主要功能计算机的支持和参与

利用计算机信息存储、逻辑推理、长时间重复工作、快速精确的计算等能力和特长，提高产品设计效率和质量；设计者的主导作用

计算机不可能完全取代人进行设计作业；主要辅助完成技术设计

不可能也没有必要涉及产品设计的所有环节。CAD技术特征2.2.2计算机辅助设计的关键技术1、产品的造型建模技术CAD的几何造型过程也就是对被设计对象进行描述，并用合适的数据结构存储在计算机内，以建立计算机内部模型的过程。被设计对象的造型建模技术的发展，经历了线框模型、表面(曲面)模型、实体建模、特征造型、特征参数模型、产品数据模型的演变过程。三维几何模型类型(a)线框模型；(b)表面模型；(c)实体模型

1)线框模型：以顶点和棱边描述三维形体，为两表结构；这种模型曾广泛应用于 工厂或车间布局、三视图生成、运动机构的模拟和有限元网络的自动生成等方面，但它无法产生剖面图、消除隐藏线以及求解两个形体间的交线，也无法根据线框模型进行物性计算和数控加工指令的编制等作业。

1)表面模型：以表面描述形体方法，为三表结构；

表面模型的数据结构在线框模型的基础上，增加了有关面的信息和棱边的连接方向等内容。表面造型又分为“多边平面造型”和“曲面造型”两种。多边平面造型只能构建平面主体，描述能力不强，故较少采用。曲面造型可以用于构建具有复杂自由曲面和雕塑曲面的物体模型，因此广泛应用于汽车、飞机、船舶等制造工业中。常用的建模方法有贝塞尔(Beizer)曲面技术和B样条(B－spline)曲面技术。表面模型能求解两个形体的交线、消除隐藏线等，但无法定义厚度及内部几何体，故无法生成形体的剖面图以及进行物性的计算。实体建模：能完整表示三维的几何信息和拓扑信息常用的实体造型方法有“边界表示”(BoundaryRepresentation，B-rep)法和“构造实体几何”(ConstructiveSolidGeometry，CSG)法。边界表示法把一个物体被看作是由有界的平面或曲面片子集构成的，每个面又由它的边界边和顶点组成，经过各种几何运算和操作，最后达到构成物体的目的。

CSG法的基本思想认为任何几何形体都是由简单的“实体细胞”组成的，这种实体细胞可称为“体素”。CAD系统中常用的体素有：长方体、圆柱、圆锥、球、圆台、楔、椭圆锥等。系统通过布尔运算可以将这些几何体素组成所需要的物体。高档的CAD系统还允许用户根据需要自己定义一些参数化的几何体素。复杂的几何物体是由体素组成的，通过正实体、负实体的定义，二维多边形的扫描、移动、旋转、挖切和镜像等操作来实现物体的创建。4)特征造型所谓特征，就是描述产品信息的集合，也是构成零、部件设计与制造的基本几何体，它既反映了零件的几何信息，又反映了零件的加工工艺信息。常用的零件特征包括：形状特征、精度特征、技术特征、材料特征、装配特征等。与实体模型相比较，特征造型能更好地表达统一、完整的产品信息；能更好地体现设计意图，使产品模型便于理解和组织生产；有助于加强产品设计、分析、加工制造、检验等各个部门之间的联系。因此，基于特征的建模技术更适合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。

单一数据库：与设计相关数据来自同一数据库，实现产品相关性设计，提高设计质量，缩短开发周期。相关性设计：任何设计改动，都将及时反映到其它相关环节上。如：零件图-产品装配图-零件数控程序-二维工程图；左视图-主视图-俯视图-三维实体模型；

2单一数据库与相关性设计CAD与CAX集成涉及建模技术、工程数据管理、数据交换接口等技术。包括如下集成：①CAD/CAE/CAPP/CAM--工程设计领域集成；②CAD/ERP--与管理系统集成；③

异地、异构系统企业间CAD集成，如全球化设计、虚拟设计、虚拟制造及虚拟企业等。4CAD与CAX集成技术目的：支持异构、跨平台的工作环境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)图形交换标准；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)产品数据模型交换标准。5标准化技术CAD与虚拟现实（VR）技术的集成VR向设计者提供视觉、听觉、触觉等直观、自然、实时的感知，目前VR所需软硬件价格昂贵，技术开发难度大

计算机安全技术保密，防病毒感染2.3.1优化设计优化设计是20世纪60年代发展起来的一门新的学科，它是最优化技术和计算机技术在设计领域应用的结果。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；另一个是具有多个方案可供选择。

优化问题的分类按目标函数数量：单目标优化和多目标优化按设计变量数量(n)：

n=2-10小型优化

n=10-50中型优化

n>50大型优化按约束条件：无约束优化和有约束优化；求解方法：准则法、数学规划法线性规划、非线性规划和动态规划。

课堂作业1、先进制造技术的特征？2、先进制造技术的分类？3、CAD技术的起源及其包含的内容？4、CAD的关键技术（5点）？5、CAD技术的研究热点（5点）？1价值工程的发展与特征

价值工程（ValueEngineering，VE）是一门管理及设计技术，它以产品的功能分析为核心，以科学的分析方法为工具，寻求功能与成本的最佳组合以获得最佳的产品价值。20世纪40年代由美国通用电气公司L.D.Miles工程师首创。70年代末，价值工程技术引入我国。§2.3.3价值工程产品开发的两种模式：1、从市场需求出发，从无到有(正向工程)：

市场分析→概念设计→结构设计→加工制造→装配检验2、从已有产品出发，从有到新(反求工程)：

已有产品→实物测量→重构模型→创新改进→加工制造反求工程定义：反求工程(ReverseEngineering,RE),也称逆向工程、反向工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程,是一个从样品生成产品数字化信息模型,并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。2.3.4

反求工程绿色产品的定义：可以拆卸、分解的产品；原材料使用合理化，并能处理回收的产品；从生产、使用、回收过程对生态环境无害或危害小产品；可翻新和重新利用的产品；综合定义：在产品全生命周期内，节约资源和能源，对生态环境无危害或少危害，对生产者及使用者具有良好保护性的产品。绿色产品特点：优良的环境友好性，最大限度地利用材料资源，节约能源。2.3.5绿色设计绿色产品描述与建模:准确全面的描述，建立评价模型；绿色设计材料选择侧重环境约束和材料对环境影响；面向拆卸的设计能够高效、不加破坏地拆卸，有利于材料的重新利用和循环再生；可回收性设计包括可回收材料识别及标志、回收处理工艺、可回收性结构设计、可回收经济分析与评价；绿色产品成本分析包括污染物处理成本、拆卸成本、重复利用成本、环境成本等；绿色产品设计数据库：包括材料成分、降解周期、费用、各种评价标准等绿色设计主要内容资源最佳利用原则①能源选用，尽可能使用再生资源，②提高利用率；能量消耗最少原则尽可能选用可再生一次能源，力求能源消耗最少；“零污染”原则消除污染源，尽可能地做到零污染；“零损害”原则将对身心健康损害降低最低程度；技术先进原则采用新技术，使产品具有市场竞争力；生态经济效益最佳原则同时考虑经济效益和环境效益。绿色设计的原则

绿色设计顺应历史发展趋势，强调资源有效利用，减少废弃物排放，追求产品生命周期中对环境污染最小化，对生态环境无害化，将成为人类实现可持续发展的有效手段。绿色设计的原则本章小结从