《现代制造系统》课件UNIT 2-3 design method

1Unit2现代产品设计方法A产品概念设计方法B并行工程及设计方法C系统可靠性设计方法

D产品模块化设计方法E逆向工程及设计方法2模块化设计的概念模块化设计的工程运用产品模块划分及设计步骤产品模块化设计方式产品模块化设计Productmodulizationdesign

4

模块化一般指使用模块的概念对产品或系统进行规划和组织。产品的模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。31模块化设计的概念指在对产品进行市场预测和功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块，然后根据用户的要求对这些模块进行选择和组合，进而构成不同功能的，或功能相同但性能不同或规格不同的产品。思考题：简述模块化设计的概念、类型及主要步骤。4562、模块化设计方式①、横系列模块化设计不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。这种方式是易实现，应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。例如，更换端面铣床的铣头，可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等，形成立式铣床、卧式铣床或转塔铣床等。78②、纵系列模块化设计在同一类型中设计不同规格的基型产品。主参数不同，运动参数也往往不同，导致结构形式和尺寸不同，较横系列模块化设计复杂。若把与动力参数有关的零部件设计成相同的通用模块，势必造成强度或刚度的欠缺或冗余，欠缺影响功能发挥，冗余则造成结构庞大、材料浪费。因而，在设计与运动参数有关的模块时，往往合理划分区段，只在同一区段内模块通用；而对于与动力或尺寸无关的模块，则可在更大范围内通用。9③、跨系列模块化设计除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品者，便属于跨系列模块化设计。德国沙曼机床厂生产的模块化镗铣床，除可发展横系列的数控及各型镗铣加工中心外，更换立柱、滑座及工作台，即可将镗铣床变为跨系列的落地镗床。103、产品模块化分及设计步骤1112131415164、模块化设计的应用实例XS211模块化卧式加工中心三面加工组合机床模块化装甲车模块化设计视频材料17XS211模块化卧式加工中心18三面加工组合机床19模块化装甲车装甲人员输送车

20模块化装甲车21模块化设计视频材料--Excavator22反求设计与反求工程Reversedesignandreverseengineering5一、反求设计概念二、反求设计的研究对象及内容四、计算机辅助的实物反求设计方法三、反求设计的程式与研究方法反求工程（RE），也称逆向工程或反向工程，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。23反求设计是以先进的实物、软件（图样、程序和技术文件等）或影像（图片和照片等）作为研究对象，应用现代设计的理论方法、工程材料和材料科学等有关专业知识，进行系统的分析研究，探索并掌握其关键技术，进而开发出同类型的新产品。一、反求设计（ReverseDesign）概念24实物类：主要是指先进产品设备的实物本身；对于实物反求，可通过常用的测量设备如万能量具、投影仪、坐标机等对产品直接进行测量，以确定形体几何尺寸；1、反求设计的研究对象二、反求设计的研究对象与内容25软件类：包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等；影像类：包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现的资料。软件和影像反求，可采用参照物对比法，利用透视成像的原理和作图技术，并结合人机工程学和相关的专业知识，通过分析计算来确定形体几何尺寸。26从设计角度而言，实物反求工程的研究内容主要包括：

（1）分析引进产品的设计指导思想；

（2）功能和原理方案分析；

2、反求设计的研究内容（以实物反求为例）产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析、了解整个产品设计的前提。反求对象的功能了解，有助于分析、理解和掌握产品原理方案，才有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高于原产品的原理方案。

消化-吸收-创新27从设计角度而言，反求工程的研究内容主要包括：

（1）分析引进产品的设计指导思想；

（2）功能和原理方案分析；

（3）材料分析；2、反求设计的研究内容反求对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织结构的分析和材料的性能检测等。材料成分分析方法常用的有：钢种的火花鉴别法，钢种听音鉴别法，原子发射光谱分析法，红外光谱分析法和化学分析微探针分析技术等；材料的结构分析主要是分析研究材料的组织结构、晶体缺陷及相之间的位相关系，可分为宏观组织分析和微观组织分析；性能检测主要是检测其力学性能和磁、电、声、光、热等物理性能28从设计角度而言，反求工程的研究内容主要包括：

（1）分析引进产品的设计指导思想；

（2）功能和原理方案分析；

（3）材料分析；（4）工艺、装配分析；2、反求设计的研究内容采用反判法编制工艺规程：零件尺寸精度、形位公差、表面质量等为依据，确立设计基准，分析关键工艺，依次由后向前递推加工工序，编制工艺规程。反求对象的装配分析主要是考虑用什么装配工艺来保证性能要求、能否将原产品的若干个零件组合成一个部件及如何提高装配速度等。29从设计角度而言，反求工程的研究内容主要包括：

（1）分析引进产品的设计指导思想；

（2）功能和原理方案分析；

（3）材料分析；

（4）工艺、装配分析；（5）精度分析；2、反求设计的研究内容反求对象精度的分析包括了反求对象形体尺寸的确定、精度的分配等内容。

产品精度分配需根据产品的精度指标、整体技术条件与产品的工作原理图，综合考虑生产的技术水平、产品生产的经济性和国家技术标准等。30从设计角度而言，反求工程的研究内容主要包括：

（1）分析引进产品的设计指导思想；

（2）功能和原理方案分析；

（3）材料分析；

（4）工艺分析；（5）精度分析；（6）外观造型设计分析；2、反求设计的研究内容产品造型设计是产品设计与艺术设计相结合的综合性技术。其主要目的是运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理等对产品的外形构型、色彩设计等进行分析，以提高产品的外观质量和舒适方便程度。31三、反求设计的程式与研究方法321、反求设计的程式331）分析需求，明确反求设计的目的；2）对所进行分析的产品进行功能上和结构上的分析；3）分析并验证产品的性能参数；4）调研国内外同类产品，并从中吸收有益的成分；5）撰写反求设计论证书。2、反求设计的研究方法——软件反求设计方法342、反求设计的研究方法——影像反求设计方法影像反求的研究对象主要是产品的外观图片、画面、影像等，了解产品的内部结构很难，只能根据产品的功能、结构特点和由内部结构所反映出的产品外部结构特征来进行设计、分析；产品的外形尺寸主要是靠对资料的分析研究、产品的结构特性和功能需求来确定。影像反求设计要求工程技术人员必须掌握相应的理论和分析方法，如透视变换和透视投影、透视图的形成原理、色彩、阴影等。352、反求设计的研究方法——实物反求设计方法实物反求设计法的研究对象为引进的比较先进的设备或产品实物，其目的是通过对产品的设计原理、结构、材料、工艺装配、包装、使用等进行分析研究，开发在功能、结构等方面相似的产品。实物反求设计是一个认识产品—再现产品—超越原产品的过程。实物反求可分为对整个设备的反求（即整机反求）、对组成机器的部件的反求（即部件反求）和对机器的零件的反求（即零件反求）。

36实物反求设计法与软件反求和影像反求比有如下特点：具有直观、形象的实物；对产品功能、性能、材料等均可进行直接试验分析，求得详细的设计参数；对机器设备能进行直接测绘，以求得尺寸参数；仿制产品起点高，设计周期可大大缩短；引进的样品即为所设计产品的检验标准。返回37四、计算机辅助的实物反求设计方法38对象数字化是实物反求设计中最基本的、必不可少的步骤，通常采用三坐标测量机、三维激光扫描仪、三维数字化仪、物体多角度照片等数字化方法来快速、准确地获取产品模型的空间拓扑离散点数据。当得到了较完整的采样数据以后，可通过三维图形处理技术将采样数据以三维图形的方式显示出来，得到直观简略的产品结构外形。此外还需要对测量数据作些编辑处理，比如删除噪声点、增加必要的补偿点，数据分割、压缩等。1、计算机辅助实物反求设计的具体过程Step1——对象数字化（objectdigitization）391、计算机辅助实物反求设计的具体过程Step1——对象数字化（objectdigitization）40根据产品模型测量的空间拓扑离散点数据反求出产品的三维CAD模型，并在产品对象分析和插值检测后，对模型进行逼近调整和优化。Step2——对象的模型重构（objectmodeling）41Step2——对象的模型重构（objectmodeling）上图是压缩之后的扫描数据点。将这些数据点读入到CAD系统，生成NURBS曲面。上图是重构之后的高尔夫球拍NURBS自由曲面。42点位法拼接拼接后效果43将产品模型和设计特征用于产品的表面分析、有限元分析和工艺分析，并将分析结果以文件或数据库的方式存储起来，以备其他模块检索调用。Step3——对象分析（objectanalysis）光顺性效果44根据对象分析结果，生成NC加工代码，并在NC设备上将反求对象加工出来。Step4——对象加工（objectmanufacturing）45叶片扫描模型扫描数据与数模数据重合偏差图扫描叶片截面偏差图Step5——对象检验与修正（Inspection&Modification）根据获得的CAD模型，采用重新测量和加工出样品的方法来检验重构的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要求，对不满足要求者重复以上过程，直至达到零件的设计要求。46返回2、计算机辅助实物反求实例47返回实体扫描点云数据由点云构造的数模油泥模型扫描模型48返回创建人体模型49返回503、计算机辅助实物反求实例——压气机叶轮513、计算机辅助实物反求实例——压气机叶轮Step1——测量结果大叶片点云形状523、计算机辅助实物反求实例——压气机叶轮Step1——测量结果小叶片点云形状533、计算机辅助实物反求实例——压气机叶轮Step1——测量结果543、计算机辅助实物反求实例——压气机叶轮Step2——曲面拟合前的数据预处理553、计算机辅助实物反求实例——压气机叶轮Step3——曲面重构Step4——曲面检验563、计算机辅助实物反求实例——压气机叶轮Step5——实体模型创建57图示为一叶轮反求设计过程。叶轮的形状可分为两部分：叶轮基体和叶片。叶轮基体形状