…方法維產品規劃方案設計技術設計施工設計分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設計優化設計

模塊化設計

現代設計技術的定義產品規劃--需求分析、市場預測、可行性分析、總體參數、制約條件和設計要求；方案設計--功能原理設計，確定原理方案；技術設計--將產品的功能原理具體化為機器產品及其零部件的具體結構；施工設計--指工程圖繪制，工藝文件編寫，說明書編寫等。現代設計技術的時間維分析--明確設計任務本質；綜合--綜合各種因素，探求解決方案；評價--對多種方案進行比較和評定，方案調整和改進；決策--確定最佳的設計方案現代設計技術的邏輯維零件造型、產品裝配產品渲染、動態顯示、運動仿真工程分析，如有限元分析、優化設計、可靠性設計繪制工程圖樣、編制物料清單（BOM)2.2.1計算機輔助設計的基本概念CAD技術主要功能計算機的支持和參與

利用計算機信息存儲、邏輯推理、長時間重復工作、快速精確的計算等能力和特長，提高產品設計效率和質量；設計者的主導作用

計算機不可能完全取代人進行設計作業；主要輔助完成技術設計

不可能也沒有必要涉及產品設計的所有環節。CAD技術特征2.2.2計算機輔助設計的關鍵技術1、產品的造型建模技術CAD的幾何造型過程也就是對被設計對象進行描述，并用合適的數據結構存儲在計算機內，以建立計算機內部模型的過程。被設計對象的造型建模技術的發展，經歷了線框模型、表面(曲面)模型、實體建模、特征造型、特征參數模型、產品數據模型的演變過程。三維幾何模型類型(a)線框模型；(b)表面模型；(c)實體模型

1)線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，為兩表結構；這種模型曾廣泛應用于 工廠或車間布局、三視圖生成、運動機構的模擬和有限元網絡的自動生成等方面，但它無法產生剖面圖、消除隱藏線以及求解兩個形體間的交線，也無法根據線框模型進行物性計算和數控加工指令的編制等作業。

1)表面模型：以表面描述形體方法，為三表結構；

表面模型的數據結構在線框模型的基礎上，增加了有關面的信息和棱邊的連接方向等內容。表面造型又分為“多邊平面造型”和“曲面造型”兩種。多邊平面造型只能構建平面主體，描述能力不強，故較少采用。曲面造型可以用于構建具有復雜自由曲面和雕塑曲面的物體模型，因此廣泛應用于汽車、飛機、船舶等制造工業中。常用的建模方法有貝塞爾(Beizer)曲面技術和B樣條(B－spline)曲面技術。表面模型能求解兩個形體的交線、消除隱藏線等，但無法定義厚度及內部幾何體，故無法生成形體的剖面圖以及進行物性的計算。實體建模：能完整表示三維的幾何信息和拓撲信息常用的實體造型方法有“邊界表示”(BoundaryRepresentation，B-rep)法和“構造實體幾何”(ConstructiveSolidGeometry，CSG)法。邊界表示法把一個物體被看作是由有界的平面或曲面片子集構成的，每個面又由它的邊界邊和頂點組成，經過各種幾何運算和操作，最后達到構成物體的目的。

CSG法的基本思想認為任何幾何形體都是由簡單的“實體細胞”組成的，這種實體細胞可稱為“體素”。CAD系統中常用的體素有：長方體、圓柱、圓錐、球、圓臺、楔、橢圓錐等。系統通過布爾運算可以將這些幾何體素組成所需要的物體。高檔的CAD系統還允許用戶根據需要自己定義一些參數化的幾何體素。復雜的幾何物體是由體素組成的，通過正實體、負實體的定義，二維多邊形的掃描、移動、旋轉、挖切和鏡像等操作來實現物體的創建。4)特征造型所謂特征，就是描述產品信息的集合，也是構成零、部件設計與制造的基本幾何體，它既反映了零件的幾何信息，又反映了零件的加工工藝信息。常用的零件特征包括：形狀特征、精度特征、技術特征、材料特征、裝配特征等。與實體模型相比較，特征造型能更好地表達統一、完整的產品信息；能更好地體現設計意圖，使產品模型便于理解和組織生產；有助于加強產品設計、分析、加工制造、檢驗等各個部門之間的聯系。因此，基于特征的建模技術更適合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。

單一數據庫：與設計相關數據來自同一數據庫，實現產品相關性設計，提高設計質量，縮短開發周期。相關性設計：任何設計改動，都將及時反映到其它相關環節上。如：零件圖-產品裝配圖-零件數控程序-二維工程圖；左視圖-主視圖-俯視圖-三維實體模型；

2單一數據庫與相關性設計CAD與CAX集成涉及建模技術、工程數據管理、數據交換接口等技術。包括如下集成：①CAD/CAE/CAPP/CAM--工程設計領域集成；②CAD/ERP--與管理系統集成；③

異地、異構系統企業間CAD集成，如全球化設計、虛擬設計、虛擬制造及虛擬企業等。4CAD與CAX集成技術目的：支持異構、跨平臺的工作環境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標準；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)產品數據模型交換標準。5標準化技術CAD與虛擬現實（VR）技術的集成VR向設計者提供視覺、聽覺、觸覺等直觀、自然、實時的感知，目前VR所需軟硬件價格昂貴，技術開發難度大

計算機安全技術保密，防病毒感染2.3.1優化設計優化設計是20世紀60年代發展起來的一門新的學科，它是最優化技術和計算機技術在設計領域應用的結果。要實現問題的優化必須具備兩個條件：一是存在一個優化目標；另一個是具有多個方案可供選擇。

優化問題的分類按目標函數數量：單目標優化和多目標優化按設計變量數量(n)：

n=2-10小型優化

n=10-50中型優化

n>50大型優化按約束條件：無約束優化和有約束優化；求解方法：準則法、數學規劃法線性規劃、非線性規劃和動態規劃。

課堂作業1、先進制造技術的特征？2、先進制造技術的分類？3、CAD技術的起源及其包含的內容？4、CAD的關鍵技術（5點）？5、CAD技術的研究熱點（5點）？1價值工程的發展與特征

價值工程（ValueEngineering，VE）是一門管理及設計技術，它以產品的功能分析為核心，以科學的分析方法為工具，尋求功能與成本的最佳組合以獲得最佳的產品價值。20世紀40年代由美國通用電氣公司L.D.Miles工程師首創。70年代末，價值工程技術引入我國。§2.3.3價值工程產品開發的兩種模式：1、從市場需求出發，從無到有(正向工程)：

市場分析→概念設計→結構設計→加工制造→裝配檢驗2、從已有產品出發，從有到新(反求工程)：

已有產品→實物測量→重構模型→創新改進→加工制造反求工程定義：反求工程(ReverseEngineering,RE),也稱逆向工程、反向工程,是指用一定的測量手段對實物或模型進行測量,根據測量數據通過三維幾何建模方法重構實物的CAD模型的過程,是一個從樣品生成產品數字化信息模型,并在此基礎上進行產品設計開發及生產的全過程。2.3.4

反求工程綠色產品的定義：可以拆卸、分解的產品；原材料使用合理化，并能處理回收的產品；從生產、使用、回收過程對生態環境無害或危害小產品；可翻新和重新利用的產品；綜合定義：在產品全生命周期內，節約資源和能源，對生態環境無危害或少危害，對生產者及使用者具有良好保護性的產品。綠色產品特點：優良的環境友好性，最大限度地利用材料資源，節約能源。2.3.5綠色設計綠色產品描述與建模:準確全面的描述，建立評價模型；綠色設計材料選擇側重環境約束和材料對環境影響；面向拆卸的設計能夠高效、不加破壞地拆卸，有利于材料的重新利用和循環再生；可回收性設計包括可回收材料識別及標志、回收處理工藝、可回收性結構設計、可回收經濟分析與評價；綠色產品成本分析包括污染物處理成本、拆卸成本、重復利用成本、環境成本等；綠色產品設計數據庫：包括材料成分、降解周期、費用、各種評價標準等綠色設計主要內容資源最佳利用原則①能源選用，盡可能使用再生資源，②提高利用率；能量消耗最少原則盡可能選用可再生一次能源，力求能源消耗最少；“零污染”原則消除污染源，盡可能地做到零污染；“零損害”原則將對身心健康損害降低最低程度；技術先進原則采用新技術，使產品具有市場競爭力；生態經濟效益最佳原則同時考慮經濟效益和環境效益。綠色設計的原則

綠色設計順應歷史發展趨勢，強調資源有效利用，減少廢棄物排放，追求產品生命周期中對環境污染最小化，對生態環境無害化，將成為人類實現可持續發展的有效手段。綠色設計的原則本章小結從