先进制造技术 现代设计技术.ppt

1、先进制造技术第二章现代设计技术。现代设计技术概述，1。现代设计技术概述(1)现代设计技术的内涵和特征，系统性，动态性，创造性，计算机化，并行化，优化，虚拟化和自动化，主动性，现代设计技术，设计技术，解决设计过程中具体设计问题的各种方法。1.现代设计技术概述。现代设计技术是在产品活动过程中，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为基础，以各种科学方法和技术为手段，以满足市场上产品质量、性能、时间、成本和价格的最佳综合效益为目的，对技术群体进行研究、改进和创造的总称。先进制造技术，a，4，1。现代设计技术概述。从现代设计技术的内涵分析，现代设计技术具有如下一系列特征：系统化现代设计技术强调从系统的角度

2、处理设计问题，把设计对象作为一个整体来把握，考虑对象与外界(人和环境)的联系。动力学不仅要考虑产品的静态特性，还要考虑产品在实际工作条件下的动态特性，还要考虑产品与周围环境之间的材料、能量和信息的相互作用。创新型现代设计技术是以先进的设计理论和工具为基础，能够充分发挥设计师的创新思维能力和集体智慧，运用各种创新方法和手段开发创新产品。先进制造技术，a，5，1。现代设计技术概述。计算机已经渗透到产品设计和开发的各个方面。许多现代设计技术依赖于计算机，如优化设计、有限元分析和系统仿真。它们充分利用了计算机的快速数值计算功能、严格的逻辑推理能力和巨大的信息存储和处理能力，弥补了自然人的固有缺点，实现

3、了人机优势的互补。先进制造技术，a，6，1。现代设计技术概述、并行化、优化、虚拟化和自动化在产品设计阶段综合考虑了整个产品生命周期中的所有因素，强调产品设计及相关过程的并行、集成和集成设计。在设计过程中，通过优化理论和技术，对产品的方案、结构和参数进行优化，并对系统的整体性能进行优化，从而获得功能齐全、性能良好、低成本、高价值的产品。设计过程自动化的实现主要依靠各种计算机辅助设计技术、自动建模技术和一批功能强大的商业CAD软件的支持。设计虚拟化是指利用虚拟现实设计系统建立三维模型，使设计人员能够在虚拟设计环境中观察到计算机辅助设计的设计内容，从而实现设计的可视化，评价设计产品的性能和可实现性，

4、灵活方便地修改设计，大大提高设计效果和质量。先进制造技术，a，7，1。纵观现代设计技术，积极科学技术的发展使得在产品设计的早期阶段准确预测产品整个生命周期的各种性能成为可能，这有利于早期发现产品的潜在缺陷，将各种错误和可能的故障减少到最低程度，体现主动性的特点，也有利于缩短开发周期，降低生产成本，提高产品质量。先进制造技术，a，8，1。现代设计技术概述，(2)现代设计技术的定义从系统工程的角度来看，现代设计技术是由时间维度、逻辑维度和方法维度、产品规划、方案设计、技术设计、结构设计、分析、综合、评价和决策组成的三维系统。模块化设计、先进制造技术、a、9、I。现代设计技术概述、现代设计技术的时间

5、维度：产品规划-需求分析、市场预测、可行性分析、总体参数、约束和设计要求；方案设计确定原则方案的功能原则设计；手法先进制造技术，a，10，1。现代设计技术概述，现代设计技术的逻辑维度：分析阐明设计任务的本质；综合-整合各种因素，探索解决方案；评估-比较和评估各种方案，调整和改进方案；决策-确定最佳设计方案和先进制造技术，a，11，1。现代设计技术概述，(3)现代设计技术体系结构现代设计技术由四个不同层次的技术组成，而计算机辅助设计是现代设计技术的主要技术、主要技术、基础技术、支撑技术、应用技术、传统设计理论和方法、各种产品领域的知识和技术以及计算机辅助设计技术。现代设计方法论，可信设计技术，设

6、计测试技术，相关学科和技术，先进制造技术，材料科学，自动化技术，系统管理技术，自然科学，政治，经济，文化和社会科学，市场营销，先进制造技术，a，12，2。数字设计和数字产品开发。现代设计技术的整个体系由基础技术、主要技术组成，基础技术是指传统的设计理论和方法，特别是运动学、静力学和动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学和工程数学的基本原理和方法。先进制造技术，a，13，2。数字化设计和数字化产品开发，计算机科学与设计技术的结合产生了计算机辅助设计、智能CAD、优化设计、有限元分析程序、仿真、虚拟设计和工程数据库等。利用现代设计技术的各种理论和方法，如优化设计、可靠性设计、模糊设计等理论模型

7、，可以编制计算机应用程序来更广泛、更深入地模拟人。计算机辅助设计技术以其处理数值计算、信息和知识的独特能力，成为现代设计技术群体的中坚力量。先进制造技术，a，14，2。数字设计和数字产品开发。支撑技术是指现代设计方法、可信设计技术和实验设计技术。现代设计方法涉及广泛的内容，如并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配置、逆向工程、绿色设计、模糊设计、面向对象设计、工业建模设计等。可信性设计是广义可靠性设计的延伸，主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设计、抗断裂设计、稳健设计和环境耐受设计。设计测试技术包括可靠性测试、环境性能测试与控制、数字模拟测试和计算机虚拟测试。先进制造

8、技术，a，15，2。数字化设计和数字化产品开发、应用技术是一种为实用目的而解决各种特定产品设计领域的技术，如机床、汽车、工程机械和精密机械的现代设计内容，可以看作是现代设计技术衍生出来的特定技术群体。先进制造技术，a，16，2。数字设计和数字产品开发，2。数字设计和数字产品开发1。数字化设计的特点(1)统一的产品定义模型数字化设计通过建立从产品设计到制造的单一数字化产品定义模型，也是产品生命周期管理的基础。先进制造技术，a，17，2。数字化设计和数字化产品开发，(2)实现并行设计的传统设计需要经过“原型生产、原型测试和设计修改”的过程，才能最终确定和生产产品，并且需要重复多次，这不仅消耗了物力

9、和财力，还延长了产品的发布周期。在数字化设计中，在制造物理模型之前进行计算机仿真分析和测试，以消除一些设计上的不合理性。先进制造技术，a，18，2。数字设计和数字产品开发，以及(3)在设计过程中减少或避免物理模型的制造。传统的设计需要经过“原型生产、原型试验和设计修改”的过程，才能最终确定和生产产品，并且需要重复多次，这不仅消耗了大量的材料在数字化设计中，在制造物理模型之前进行计算机仿真分析和测试，以消除一些设计上的不合理性。先进制造技术，a，19，2。数字设计和数字产品开发，2。数字化产品开发方法21世纪产品的特点是个性化、多样化、绿色化、小型化、智能化和集成化。数字化产品开发的概念不仅指产

10、品数据模型、数值分析、仿真和产品数据管理，更重要的是，它是一个新的产品开发概念。数字化产品开发是信息时代的一种新的开发模式。它与计算机技术和信息技术在制造业中的应用密切相关。基于产品数据模型的数据处理、转换、传输、共享和可视化，利用数据的可变性、离散性、共享性和可见性，提出了支持产品创新的四种方法。这四种方法可以支持变异创新、模仿创新、合作创新和自由创新、先进制造技术、a、20、2。数字设计和数字产品开发。数字化产品定义引发了设备的重大革命，为数字化制造奠定了基础，20世纪制造技术的重大突破引发了全球制造模式和跨国企业的出现，融合了人类的观察、思考、想象和操作，实现了快速设计，保证了设计质量，

11、先进的制造技术，a，21，II。数字设计和数字产品开发，(1)数据可变性参数化，可变性，模块化设计大多数产品设计。利用参数化、变量化和模块化建模技术，可以方便地修改设计，提高设计效率，保证设计质量和可靠性。CAD中的尺寸驱动方法是利用参数化和变量化技术修改设计的有力工具；利用广义相似理论，通过重组功能单元和结构单元，可以获得不同结构形式的系列化产品；参数化和可变技术也是配置设计和基于订单的设计的基础。先进制造技术，a，22，2。数字设计和数字产品开发，先进制造技术，a，23，2。数字化设计与数字化产品开发，(2)数据离散性利用逆向工程和快速原型技术设计复杂产品的模仿创新是降低风险投资、加快产品

12、创新的有效途径。逆向工程是利用一些测量方法(如三坐标测量、ct、核磁共振、自动断层扫描等)根据测量数据重建产品三维数据模型的方法。)。快速成型技术是20世纪后期制造业的一大突破。它直接利用计算机辅助设计的离散数据，简单、快速、准确地将人们的思想转化为功能原型或零件，弱化了设计与制造的界限。先进制造技术，a，24，2。数字设计和数字产品开发，扫描，点云，先进制造技术，a，25，2。数字设计和数字产品开发(3)数据共享异地协同设计网络技术的发展为实现数字信息的传输和共享提供了技术手段。这不仅有利于客户的参与，也有利于快速获取合作伙伴和竞争对手的信息，从而打破传统的闭门开发方式。异地开放式协同设计方

13、法可以充分利用合作伙伴的技术和资源，实现优势互补、资源共享、共赢的原则。先进制造技术，a，26，2。数字设计和数字产品开发，先进制造技术，a，27，2。数字设计和数字产品开发，a，28，2。数字设计和数字产品开发(4)数据可见性虚拟产品开发技术是基于信息技术的虚拟产品开发是实际产品开发、制造、使用和维护在计算机上的本质表现。虚拟产品开发需要全面的产品数据描述和各种可视化仿真工具以及人机交互工具。虚拟产品是存储在计算机中的产品数据模型，也称为数字原型或数字模型。先进制造技术，a，29，2。数字设计和数字产品开发，虚拟产品开发不是简单的数字建模和仿真，它强调虚拟技术的应用，通过虚拟现实的交互性、沉

14、浸性和想象性来实现虚拟产品开发环境的高速逼真，并能直接操作虚拟原型产生身临其境的感觉。数字原型是描述产品功能和行为特征的产品数字模型。它支持产品的多学科优化设计以及产品的运动学、动力学和操作性能的仿真。通过对模型的评估、测试和优化，我们可以提前了解相应物理原型的特性。随着虚拟现实技术的发展，虚拟样机的概念是在数字样机的基础上提出的，强调仿真技术和虚拟现实技术的应用。通过在虚拟现实环境中运行虚拟样机，可以有效地发挥人的创造力，提高概念设计和总体设计的分析和决策能力。先进制造技术，a，30，2。数字设计与产品开发，巨型挖掘机，先进制造技术，a，31，2。数字设计和产品开发，数字车身，气动数值风洞的

15、人机工程学，先进制造技术，a，32，2。数字设计和产品开发，加载3。计算机辅助设计技术及应用。计算机辅助设计是20世纪50年代后期发展起来的一门综合性的计算机应用技术。它是一种在产品设计过程中以计算机为工具处理图形和数据信息并辅助产品设计过程的技术。计算机辅助设计技术包括以下内容：利用计算机进行建模、装配、绘制工程图纸和设计相关文件；产品的渲染和动态显示；产品的工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学和动力学仿真等。先进制造技术，a，34，3。计算机辅助设计技术及其应用。计算机辅助设计技术及其主要功能有零件建模、产品装配产品渲染、动态显示、运动仿真工程分析、有限元分析、优化设计、可

16、靠性设计、工程制图、物料清单(BillofMaterial)、先进制造技术等，一、35、3。计算机辅助设计技术及其应用表面模型：用表面描述物体的方法是一种三表结构；实体建模：能够完整地表示三维几何信息和拓扑信息，包括扫描表示、边界表示、构造实体几何和其他结构形式；特征建模：描述形状的方法由各种具有工程语义的特征定义，便于集成CAD/CAM技术。先进制造技术，a，36，3。CAD技术及应用，(2)关联设计的单一数据库和单一数据库：与设计相关的数据来自同一个数据库，可以实现产品关联设计，提高设计质量，缩短开发周期。相关设计：任何设计变更都会及时反映到其他相关环节。如：零件图-产品装配图-零件数控程

17、序-二维工程图；左视图-主视图-顶视图-三维实体模型；先进制造技术，a，37，3。(3)NURBS曲面造型技术NURBS(非均匀b样条)能够统一自由曲线/曲面和规则曲线/曲面的数学模型，简化系统结构，方便曲线和曲面的操作和修改。(4)CAD与CAX的集成技术CAD与CAX的集成涉及建模技术、工程数据管理、数据交换接口等技术。包括以下集成：工程设计领域的计算机辅助设计/计算机辅助工程/计算机辅助工艺设计/计算机辅助制造集成；与管理系统的集成；异地企业与异构系统之间的计算机辅助设计集成，如全球设计、虚拟设计、虚拟制造和虚拟企业。先进制造技术，a，38，3。计算机辅助设计技术与应用，先进制造技术，一，39，3。计算机辅助设计技术与应用，一，40，3。计算机辅助设计技术及应用。计算机辅助设计技术的研究热点：计算机辅助产品的概念设计；建模与