先进制造技术-3现代设计技术

2006-4-261成本沉淀理论—设计的重要性

现代设计技术是先进制造技术的第一个环节，根据成本沉淀理论，设计成本占产品成本5-7%，但却决定产品成本的70％!设计开发生产准备加工材料消耗销售管理

100%50

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5%70%18%

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3%对成本的影响所需成本企业中成本的确定2006-4-262传统设计技术传统的产品制造模式是一个开环系统，即原料工业生产产品使用报废弃入环境。它是靠大量消耗资源和破坏环境为代价的工业发展模式。所以设计技术主要考虑产品的功能、质量和成本。2006-4-263现代设计技术现代设计技术是根据产品在整个生命周期中功能和市场竞争（时间、质量、价格）的需要，考虑生态环境和资源效率，应用科学知识和现化技术，经过设计人员创造性的思维、规划和决策，制定先进的产品设计方案，通过CAD等先进方法，并使方案付褚实施的技术。2006-4-264现代设计技术的特点现代设计从单纯的产品功能设计扩展到生命周期设计（包括考虑环境因素的绿色设计）;从传统的经验设计转向应用现代计算机技术的数字化设计技术;从传统的顺序设计方式过渡到并行设计和网络协调设计等。

现代设计技术的发展方向是不断吸收现代科学技术，使其实现数字化、智能化和网络化。2006-4-265现代设计技术的内涵现代设计技术包含了：绿色产品设计技术优良性能设计基础技术竞争优势创建技术全寿命周期设计技术2006-4-266绿色产品设计技术绿色产品设计技术是在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率，使产品在整个生命周期（设计、制造、使用到报废）中，符合环境保护和人类健康的需要，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的设计技术。2006-4-267绿色产品设计技术包括:面向环境的设计技术面向能源的设计技术面向材料的设计技术人机工程设计技术2006-4-268绿色产品设计技术举例

—零件结构的拓扑优化减少材料利用2006-4-269优良性能设计基础技术优良性能设计基础技术是一项以提高机械产品综合性能为目标的设计技术，是各种创新技术发展的基础，是全寿命周期设计技术的必要条件，世界各发达国家和企业都十分重视此技术的研究开发和应用。体现在静态到动态、单项到综合、个体到系统、无限寿命到有限寿命、设计对象向太空、深水、微观、生命等领域发展，设计的基础理论要求更高。2006-4-2610优良性能设计基础技术包括：可靠性设计试验技术防疲劳断裂设计技术系统动态设计和稳定性设计技术摩擦学设计技术防腐蚀设计技术表面工程设计技术状态监测补偿控制技术2006-4-2611竞争优势创建技术竞争优势创建技术是从产品的工作特性和功能目标出发，在特定技术、经济和社会等具体条件下，根据相邻学科的原理，创造性地设计产品，并使它在技术及经济上达到最佳水平。重点研究设计思维、功能目标评价、设计决策技术、新的设计理论与方法、CAD和集成化、智能化。2006-4-2612竞争优势创建技术包括：创新设计技术降低成本设计技术快速设计技术仿真与虚拟设计技术智能设计技术广义优化技术工业产品造型设计技术采用新原理、新方法的全新产品设计设计是一种创造性思维活动，随科技和经济的发展对创新设计提出新的挑战，计算机的应用为设计创新带来新希望，智能化是重要方向。以缩短产品开发周期为主要目的设计技术，包括模块化设计、并行设计、基于实例设计、反求设计、虚拟设计等，一切有助于加快产品开发速度的理论和方法都是快速设计的组成部分，涉及多学科的交叉、多方向发展。并联机床设计2006-4-2613全寿命周期设计技术全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作方式，能对产品生产周期、质量和成本进行有效控制，形成生产、销售、用户服务一条龙。主要体现在缩短产品投放市场时间、提高质量、降低生产成本、增强市场竞争力。其特点是全寿命全系统管理、全寿命周期费用分析，达到“优生、优育、优管”。它包括并行设计技术、面向制造的设计技术、全寿命周期设计数据管理技术、全寿命周期管理及费用分析技术。2006-4-2614全寿命周期设计过程框图ProductLifecycle

Transformationforthe

DigitalEconomy314768259102006-4-2615最引人注目的设计技术现代设计技术中最受设计工作者关心的是并行设计技术和虚拟设计技术。2006-4-2616并行设计技术并行设计是并行工程、协同设计、敏捷制造、虚拟制造等先进技术的基础，它涉及到计算机技术、通讯技术、机械设计方法等领域。而并行工程是把CAD、制造、管理和质量保证等有机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、过程集成。设计者一开始就考虑到产品全生命周期中所有因素，包括质量、进度、成本和用户需求。2006-4-2617并行设计的内容（1）过程重构：由传统的串行产品开发模式转变成集成的、并行的产品开发模式，使下游设计过程中的需求及早地反馈给相应过程中。数字化产品定义：包括数字化产品模型定义和管理、数字化过程定义和管理、数字化工具定义和信息集成，如DFQ、DFA、DFM、CAD/CAE/CAM集成等。2006-4-2618并行设计的内容（2）产品开发队伍重构：将传统的以功能部门为主线的产品设计，改变以产品为主线，组织多功能集成产品开发团队，进行产品并行开发。协同工作环境：利用多煤体、网络等技术，组建协调工作环境，支持并行设计。并行设计技术实际上是一门涉及多个领域的交叉学科，内容极为丰富。2006-4-2619产品分析2006-4-2620以下图零件的模具设计为例2006-4-2621在进行模具设计时，生产、采购、工艺、标准化、设计、试模等方面的技术人员协同工作，完成设计。2006-4-2622利用模具CAD/CAM软件，自动提取BOM表供各生产环节使用。2006-4-2623利用自顶向下的设计方法，将总体零件分解给不同的设计小组。2006-4-2624CE产品设计过程（分组）2006-4-2625型芯设计、NC编程、加工小组2006-4-2626模架、模板采购加工组2006-4-2627标准件准备小组2006-4-2628利用CE以最短的交货期、最好的质量、最低的成本在市场竞争中赢得客户。2006-4-2629虚拟设计技术全球化、网络化和虚拟化己成为制造业发展的重要特征，实现虚拟设计是制造业虚拟化的重要内容。近年来，为了缩短产品开发周期、降低生产成本，人们提出了各种各样的制造模式。计算机技术的发展为这些制造模式的应用提供了有力的支持，“虚拟现实”技术的引入更是加快了各种敏捷制造模式的实现。2006-4-2630虚拟现实技术虚拟现实技术(VirtualReality)是一种三维计算机图形技术与计算机硬件技术集成而实现的高级人机交互技术，让用户通过视觉、听觉、触觉、甚至嗅觉和味觉等多种知觉方式

，实时地与计算机所建造的仿真环境发生相互作用。比如，进入“虚拟厂房”，操纵“虚拟机床”，抓取“虚拟零件”，组装“虚拟设备”等等。2006-4-2631虚拟现实的硬件设备虚拟现实技术提供：具有独特输入/输出装置的特殊人机界面，如头盔式显示器HMD、跟踪器、数据手套、定位器等。借助这些虚拟外设，比之传统CAD技术，用户就可沉浸在仿真环境之中，有“身临其境”的感觉，从而完成在现实世界中可能或不可能的工作。2006-4-2632（1）头盔（HMD-HeadMountedDisplay)

两个LCD或CRT显示器典型分辨率360x2402006-4-2633

（2）立体眼镜由液晶光栅眼镜和红外线控制器组成。（3）三维鼠标六自由度探测器，利用内构式超声接收器和具有发射器的固定基坐标来测量鼠标器离开桌面后的位置和方向。（4）跟踪器（Tracker)

对VR用户的头或手的位置和方向进行实时的、精确的测量。类型有：机械式、电磁式和超声式。2006-4-2634

（5）数据手套将用户手的姿势转化成计算机能读的数据，有测量几个或全部手指关节的传感器。有的具有三维传感器，以跟踪用户腕部的运动。基于光导衰减的光纤手套2006-4-2635

（6）立体投影屏幕通过立体复合技术显示左、右眼的信息。使用“无源”偏振眼镜。价格低，可多人参与。2006-4-2636

（1）单人沉浸式头盔式立体显示器产生逼真的沉浸感虚拟环境产生器头盔显示器声音合成声音合成语音识别电子显示装置头/眼/手跟踪触觉/动觉系统手位置头位置眼位置虚拟现实环境的几种主要形式2006-4-2637

（2）虚拟世界窗口在虚拟环境中建立一窗口，通过该窗口漫游环境。（3）半实物模拟建立半事物模拟环境，并提供实际控制与屏幕上虚拟环境之间的交互途径。（4）CAVE

墙式显示屏全自动声像虚拟环境。2006-4-2638虚拟现实技术应用真实感图形显示2006-4-2639虚拟现实技术应用真实感图形显示2006-4-2640虚拟现实技术应用2006-4-2641虚拟现实技术应用2006-4-2642高临场感的视景仿真系统2006-4-2643虚拟现实技术各种仿