現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)課件

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 2.2計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)2.3有限元分析2.4現(xiàn)代設(shè)計方法

第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 2.2計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)2.3有限元分析2.4現(xiàn)代設(shè)計方法

第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2.1.1機械設(shè)計發(fā)展的基本歷程2.1.2現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵和特點2.1.3現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系結(jié)構(gòu)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2.1.1機械設(shè)計發(fā)展的2.1.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與特點

(1).設(shè)計、設(shè)計技術(shù)的定義設(shè)計技術(shù)：設(shè)計過程中解決具體設(shè)計問題的各種方法和手段

設(shè)計：人類改造自然的一種基本活動，也是一種復(fù)雜的創(chuàng)造性思維過程。2.1.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與特點(1).設(shè)計(2).設(shè)計技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)主要依靠設(shè)計者的經(jīng)驗，并參考類似的機械設(shè)計經(jīng)驗，即通過類比分析的方法進行設(shè)計以電子計算為手段，建立在現(xiàn)代管理技術(shù)之上，運用工程設(shè)計的新理念和新方法，實現(xiàn)計算結(jié)果最優(yōu)化、設(shè)計過程高效化和自動化的設(shè)計技術(shù)。(2).設(shè)計技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)動態(tài)、科學(xué)、主動、現(xiàn)代方法和手段傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的繼承和發(fā)展，多專業(yè)和多學(xué)科交叉，綜合性技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)靜態(tài)、經(jīng)驗、被動、手工傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)傳統(tǒng)技術(shù)難以滿足設(shè)計的要求。動態(tài)、科學(xué)、主動、現(xiàn)代方法和手段現(xiàn)代設(shè)計靜態(tài)、經(jīng)驗、被動、手（3

）.現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；2.產(chǎn)品工作狀態(tài)分析的動態(tài)化；3.產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠化；4.產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化；5.產(chǎn)品設(shè)計過程的高效化和自動化。引入有限元及邊界元方法，實現(xiàn)對任何產(chǎn)品的定量化分析利用理論及測試數(shù)據(jù)建造與實際工況相符合的數(shù)學(xué)模型，通過計算機分析計算，預(yù)測產(chǎn)品的動態(tài)性能和改進效果把零部件或整機中各種具有離散性的性能及參數(shù)均視為隨機變量?；诟怕收摻ㄔ炷Ｐ筒⑦M行分析計算，從而定量地作出產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性預(yù)測根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計目標、性能及要求構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和數(shù)值計算方法，通過計算機求得最優(yōu)化結(jié)果教會計算機，讓計算機完成設(shè)計過程的高效化和自動化（3）.現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；引主體技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法各產(chǎn)品領(lǐng)域知識與技術(shù)計算機輔助設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)可信性設(shè)計技術(shù)設(shè)計試驗技術(shù)相關(guān)學(xué)科與技術(shù)先進制造工藝材料科學(xué)自動化技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)自然科學(xué)政治經(jīng)濟文化社會科學(xué)市場營銷學(xué)……….現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系結(jié)構(gòu)框圖（4）.現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)由4個不同層次的技術(shù)所組成，計算機輔助設(shè)計技術(shù)CAD是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體技術(shù)CAD技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、虛擬設(shè)計和工程數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)設(shè)計、模塊化設(shè)計、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計和工業(yè)設(shè)計等。可靠性設(shè)計、安全性設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、疲勞設(shè)計、耐腐蝕設(shè)計、健壯設(shè)計和人機工程設(shè)計等。產(chǎn)品的性能試驗、可靠性試驗、數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等。主體技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)設(shè)計理論各產(chǎn)品領(lǐng)域知識與1.基礎(chǔ)技術(shù)（理論基礎(chǔ)+發(fā)展源泉）基礎(chǔ)技術(shù)是指傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法，特別是運動學(xué)、靜力學(xué)與動力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)的基本原理與方法等。2.主體技術(shù)（主干）現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的誕生和發(fā)展與計算機技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)、相輔相成。計算機科學(xué)與設(shè)計技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生計算機輔助設(shè)計、智能CAD(IntelligentCAD，ICAD)、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設(shè)計和工程數(shù)據(jù)庫等技術(shù)。運用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的多種理論與方法如優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、模糊設(shè)計等理論構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，來編制計算機應(yīng)用程序，可以更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計算機的“智力”。

因此計算機輔助設(shè)計技術(shù)正是以它對數(shù)值計算和對信息與知識的獨特處理能力，成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)群體的主干，即主體技術(shù)。1.基礎(chǔ)技術(shù)（理論基礎(chǔ)+發(fā)展源泉）3.支撐技術(shù)支撐技術(shù)主要有現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、可信性設(shè)計技術(shù)、試驗設(shè)計技術(shù)。現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)涉及的內(nèi)容很廣，如并行設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、功能設(shè)計、模塊化設(shè)計、價值工程、質(zhì)量功能配制、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計、面向?qū)ο笤O(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計等?？尚判栽O(shè)計是廣義的可靠性設(shè)計的擴展，主要指可靠性與安全性設(shè)計、動態(tài)分析與設(shè)計、防斷裂設(shè)計、健壯設(shè)計、耐環(huán)境設(shè)計等。試驗設(shè)計技術(shù)包括可靠性試驗、環(huán)保性能試驗與控制，以及運用計算機技術(shù)的數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等。3.支撐技術(shù)4.應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)是針對使用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計問題的技術(shù)，如機床、汽車、工程機械、精密機械的現(xiàn)代設(shè)計內(nèi)容可以看作是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)派生出來的具體技術(shù)群。

現(xiàn)代設(shè)計已擴展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、營銷、運行、回收等各個方面，除了必要的傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法的基礎(chǔ)知識外，相關(guān)的學(xué)科與技術(shù)，尤其是制造工藝、自動化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、材料知識與經(jīng)驗及廣泛的自然科學(xué)知識等也是十分必要的。此外，設(shè)計產(chǎn)品總是以滿足社會需求為目的的，因此，設(shè)計人員還應(yīng)具備政治、經(jīng)濟、法律、人文社會、藝術(shù)等方面的知識與素養(yǎng)。4.應(yīng)用技術(shù)是以計算機為工具，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成產(chǎn)品設(shè)計過程的綜合計算機應(yīng)用技術(shù)2.2.1計算機輔助設(shè)計的基本概念計算機輔助設(shè)計概念2.2計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)是以計算機為工具，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完求解結(jié)果：B=4mm,D=44.②穩(wěn)定性約束條件—壓應(yīng)力不大于壓桿穩(wěn)定的臨界應(yīng)力σk：失效率產(chǎn)品工作到某一時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即系統(tǒng)設(shè)計、模塊化設(shè)計、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計和工業(yè)設(shè)計等。有限元分析－電磁場分析反求技術(shù)以已有的先進產(chǎn)品或設(shè)備的實物、軟件（圖樣、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖片、照片等）為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代化的手段和理論，解剖并掌握所研究對象的關(guān)鍵技術(shù)，進行創(chuàng)新，開發(fā)出新產(chǎn)品，實行“樣品-反求-再創(chuàng)造設(shè)計-產(chǎn)品”的新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標準；設(shè)計變量和設(shè)計約束條件的確定采用機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)分析，計算運動件運動歷程和運動副力傳遞歷程。并聯(lián)運動機床的應(yīng)力與應(yīng)變分析2、單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計Runge-Kutta法，差分法）各種方法和手段并聯(lián)運動機床的應(yīng)力與應(yīng)變分析零件造型、產(chǎn)品裝配、工程圖繪制、文檔設(shè)計產(chǎn)品渲染、動態(tài)顯示工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、運動學(xué)及動力學(xué)仿真2.2.1計算機輔助設(shè)計的基本概念CAD技術(shù)主要功能求解結(jié)果：B=4mm,D=44.零件造型、產(chǎn)品裝配、工程圖現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)課件3DMAX3DMAXUG有限元分析UG有限元分析(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。1950年美國麻省理工學(xué)院研制出旋風(fēng)型圖形顯示設(shè)備(2)20世紀60年代—CAD技術(shù)的成長期。1962年SketchPAD圖形系統(tǒng)、首次提出了計算機圖形學(xué)；1965年美國洛克希德飛機公司推出CAD/CAM(3)20世紀70年代—CAD技術(shù)的發(fā)展期。

三維建模及繪圖工具，曲面模型得到初步應(yīng)用(4)20世紀80年代—CAD技術(shù)的普及期。復(fù)雜曲面描述技術(shù)，實體建模技術(shù)趨于成熟。(5)20世紀90年代—CAD技術(shù)集成化期。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的CAD系統(tǒng)成為主流的設(shè)計平臺2.2.2計算機輔助設(shè)計的產(chǎn)生背景(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。2.2.21、產(chǎn)品造型建模技術(shù)

線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，為兩表結(jié)構(gòu)；表面模型：以表面描述形體方法，為三表結(jié)構(gòu)；實體建模：能完整表示三維的幾何信息和拓撲信息，有掃描表示法、邊界表示法、構(gòu)造實體幾何法等結(jié)構(gòu)形式；特征模型：以具有工程語義的各類特征來定義描述形體的方法，便于CAD/CAM技術(shù)的集成。2、單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計單一數(shù)據(jù)庫：與設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)來自同一數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)性設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。相關(guān)性設(shè)計：任何設(shè)計改動，都將及時反映到其它相關(guān)環(huán)節(jié)上。如：零件圖-產(chǎn)品裝配圖-零件數(shù)控程序-二維工程圖；左視圖-主視圖-俯視圖-三維實體模型；2.2.3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)特征建模1、產(chǎn)品造型建模技術(shù)線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，202.2.3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)3、NURBS曲面造型技術(shù)NURBS（Non-UnifromRationalB-Splines）可統(tǒng)一自由曲線/曲面和規(guī)則曲線/曲面的數(shù)學(xué)模型，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于曲線、曲面操作和修改。4、CAD與CAX集成技術(shù)CAD與CAX集成涉及建模技術(shù)、工程數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交換接口等技術(shù)。包括如下集成：①CAD/CAE/CAPP/CAM--工程設(shè)計領(lǐng)域集成；②CAD/ERP--與管理系統(tǒng)集成；③

異地、異構(gòu)系統(tǒng)企業(yè)間CAD集成，如全球化設(shè)計、虛擬設(shè)計、虛擬制造及虛擬企業(yè)等。5、標準化技術(shù)目的：支持異構(gòu)、跨平臺的工作環(huán)境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標準；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準。2.2.3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)3、NURBS曲面造型21CAD技術(shù)的研究熱點計算機輔助產(chǎn)品的概念設(shè)計難題：建模和推理計算機支持的協(xié)同設(shè)計難題：信息實時可靠交換；異構(gòu)環(huán)境下可靠運行；通訊方法與手段海量信息處理存儲、管理和檢索技術(shù)智能CAD技術(shù)：將人工智能技術(shù)與CAD技術(shù)融為一體，難題：解決人類思維模型建立和表達CAD與虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的集成VR向設(shè)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(shù)開發(fā)難度大計算機安全技術(shù)保密，防病毒感染CAD技術(shù)的研究熱點計算機輔助產(chǎn)品的概念設(shè)計難題：建模22計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用多用途車概念設(shè)計－基本結(jié)構(gòu)平臺多用途車概念設(shè)計－礦山運輸車多用途車概念設(shè)計－油罐車多用途車概念設(shè)計－集裝箱運輸車計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用多用途車概念設(shè)計－基本結(jié)構(gòu)平臺多用途23裝甲車輛概念設(shè)計計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用裝甲車輛概念設(shè)計計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用24型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。建立物理問題的數(shù)學(xué)方程和尋求所建立方程的解算方法是數(shù)學(xué)、物理界最主要的工作之一。飛機齒輪的應(yīng)力及應(yīng)變分析有限元分析－制造系統(tǒng)仿真產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化；設(shè)計技術(shù)：設(shè)計過程中解決具體設(shè)計問題的2）規(guī)定的條件：環(huán)境條件、維護條件、使用條件電熨斗在恒溫控制時的熱場某汽車模具廠現(xiàn)場掃描的實例(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。產(chǎn)品設(shè)計過程的高效化和自動化。從產(chǎn)品成本考慮：原材料昂貴、加工成本高的產(chǎn)品；計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用有限元法FEM（FiniteElementMethod）一種求解工程數(shù)學(xué)物理問題近似解的數(shù)值分析方法，有限元分析FEA（FiniteElementAnalysis）則是采用有限元法來近似求解數(shù)學(xué)物理問題的過程。3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)機車概念設(shè)計計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。機車概念設(shè)計計25數(shù)控車銑中心透視汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)虛擬檢修工飛機底艙的復(fù)雜管路虛擬人檢驗飛機的可維修性摩托車外觀的藝術(shù)渲染計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用數(shù)控車銑中心透視汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)虛擬檢修工飛機底艙的復(fù)雜管路虛26建立物理問題的數(shù)學(xué)方程和尋求所建立方程的解算方法是數(shù)學(xué)、物理界最主要的工作之一。有限元法是求解微分方程的一種數(shù)值方法。微分方程的重要性決定了有限元的理論及工程意義。2.3有限元分析一元N次方程（直接求解、數(shù)值迭代）常微分方程（直接積分，Euler法，Runge-Kutta法，差分法）偏微分方程（差分法，邊界元法，Ritz法，Galerkin法,有限元法).......方程（解法）建立物理問題的數(shù)學(xué)方程和尋求所建立方程的解算方法是數(shù)學(xué)、物理27有限元法2.3.1有限元法的基本概念和特點有限元法FEM（FiniteElementMethod）一種求解工程數(shù)學(xué)物理問題近似解的數(shù)值分析方法，有限元分析FEA（FiniteElementAnalysis）則是采用有限元法來近似求解數(shù)學(xué)物理問題的過程。有限元法的基本思想是將物體（即連續(xù)求解域）離散成有限個且按一定方式相互連接在一起的單元組合，來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題進行求解。有限元法2.3.1有限元法的基本概念和特點28性能仿真分析

有限元分析－性能仿真性能仿真分析有限元分析－性能仿真29運動學(xué)動力學(xué)仿真分析有限元分析－運動學(xué)動力學(xué)仿真運動學(xué)動力學(xué)仿真分析有限元分析－運動學(xué)動力30結(jié)構(gòu)分析

三維實體模型網(wǎng)格模型及主應(yīng)力分析結(jié)果

有限元分析－結(jié)構(gòu)分析三維實體模型網(wǎng)格模型變形結(jié)果飛機齒輪的應(yīng)力及應(yīng)變分析凸輪軸的應(yīng)力和應(yīng)變分析曲軸連桿應(yīng)力變化結(jié)構(gòu)分析三維實體模型網(wǎng)格模型及31有限元分析－結(jié)構(gòu)分析機床動剛度分析－位移云圖并聯(lián)運動機床的應(yīng)力與應(yīng)變分析有限元分析－結(jié)構(gòu)分析機床動剛度分析－位移云圖并聯(lián)運動機床的應(yīng)32齒輪接觸應(yīng)力分析有限元分析－結(jié)構(gòu)分析齒輪接觸應(yīng)力分析有限元分析－結(jié)構(gòu)分析33流體動力學(xué)分析

有限元分析－流體動力學(xué)仿真Gulf球頭的流體分析仿真管路中的流速分析流體動力學(xué)分析有限元分析－流體動力學(xué)仿真G344mmW=10.為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即CAD與虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的集成控制系統(tǒng)仿真分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；5）功能略有下降，成本有更大的下降。把零部件或整機中各種具有離散性的性能及參數(shù)均視為隨機變量。最佳值可能是極大值，也可能是極小值。一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計minF(X)=-maxF(X)或1有限元法的基本概念和特點(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。1962年SketchPAD圖形系統(tǒng)、首次提出了計算機圖形學(xué)；有限元法FEM（FiniteElementMethod）一種求解工程數(shù)學(xué)物理問題近似解的數(shù)值分析方法，有限元分析FEA（FiniteElementAnalysis）則是采用有限元法來近似求解數(shù)學(xué)物理問題的過程。熱分析

有限元分析－熱分析電熨斗在恒溫控制時的熱場電熨斗在恒溫控制時的熱場4mmW=10.熱分析有限元分析35有限元分析－電磁場分析電磁場分析馬蹄形磁鐵的磁場有限元分析汽車磁場分布分析圖有限元分析－電磁場分析電磁場分析馬蹄形磁鐵的磁場有限元分析汽36PAM-CRASH分析轎車安全氣囊兩輛轎車橫向相撞有限元分析－碰撞仿真碰撞動力學(xué)分析轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之一轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之二轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之三汽車碰撞PAM-CRASH分析轎車安全氣囊兩輛轎車橫向相撞有限元分析37多物理場耦合仿真

有限元分析－耦合仿真多物理場耦合仿真有限元分析－耦合仿真38控制系統(tǒng)仿真分析

有限元分析－控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真分析有限元分析－控制系統(tǒng)仿真39制造系統(tǒng)仿真分析

有限元分析－制造系統(tǒng)仿真鑄造過程模擬沖壓仿真鑄件凝固過程的仿真沖壓有限元仿真模擬制造系統(tǒng)仿真分析有限元分析－制造系統(tǒng)仿真鑄40一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有41一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真

整型件一次拉深件延成功實驗結(jié)果一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有42一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真KMAS軟件模擬沖壓過程的三個階段實際沖壓過程對應(yīng)的三個階段一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有43機構(gòu)分析、虛擬樣機仿真有限元分析－機構(gòu)分析采用機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)分析，計算運動件運動歷程和運動副力傳遞歷程。進行多體系統(tǒng)分析，考慮結(jié)構(gòu)件的柔度和阻尼等條件。根據(jù)工作過程動態(tài)模擬，進行裝配干涉分析。

機構(gòu)分析、虛擬樣機仿真有限元分析－機構(gòu)分析采用機構(gòu)運動學(xué)和44發(fā)動機運動件模擬有限元分析－機構(gòu)分析控制機構(gòu)運動分析發(fā)動機工作過程仿真發(fā)動機運動件模擬有限元分析－機構(gòu)分析控制機構(gòu)運動分析發(fā)動機工45虛擬人檢驗飛機的可維修性優(yōu)化設(shè)計不僅要使所選擇方案的設(shè)計指標達到最佳值，同時還必須滿足一系列的附加設(shè)計條件，這些附加設(shè)計都構(gòu)成對設(shè)計變量取值的限制，在優(yōu)化設(shè)計中被稱為設(shè)計約束。利用理論及測試數(shù)據(jù)建造與實際工況相符合的數(shù)學(xué)模型，通過計算機分析計算，預(yù)測產(chǎn)品的動態(tài)性能和改進效果1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之一流體動力學(xué)分析進行多體系統(tǒng)分析，考慮結(jié)構(gòu)件的柔度和阻尼等條件。①強度約束條件—壓應(yīng)力不大于屈服極限σs：為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－加工成形過程仿真(3)選擇優(yōu)化求解方法，分析優(yōu)化結(jié)果有限元分析－制造系統(tǒng)仿真為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即求解結(jié)果：B=4mm,D=44.加工與成形過程建模和仿真有限元分析－加工成形過程仿真加工過程的建模和仿真目前應(yīng)用最多的是切削加工過程的運動學(xué)仿真，主要用于刀具路徑軌跡規(guī)劃和運動過程的干涉檢測，很多商品化如Rro-E、UG等CAD軟件都提供了該項功能；

為了實現(xiàn)對加工過程的動力學(xué)仿真和精度仿真，需要針對不同切削加工方法，如車、銑、鉆、鏜等，建立由相應(yīng)機床、刀具、工裝、工件等組成的切削系統(tǒng)動力學(xué)模型及誤差分析模型虛擬人檢驗飛機的可維修性加工與成形過程建模和仿真有限元分析－46刀具路徑軌跡規(guī)劃有限元分析－加工成形過程仿真①垂直進刀②步進進刀③斜線進刀④之字形進刀⑤螺旋進刀不同的切入方式以被加工件曲率為依據(jù)，以走刀路徑最大長度為目標的刀具路徑優(yōu)化刀具路徑速度變化圖不同層之間切削刀具以螺旋方式運動刀具路徑軌跡規(guī)劃有限元分析－加工成形過程仿真①垂直進刀47有限元分析－加工成形過程仿真車削成形過程的仿真可對切削力、切削溫度進行預(yù)測，基于ALE方法的模型對切削力的預(yù)測誤差在10％以內(nèi)

三軸數(shù)控加工模具有限元分析－加工成形過程仿真車削成形過程的仿真48有限元分析－加工成形過程仿真高速切削過程的變形仿真有限元分析－加工成形過程仿真高速切削過程的變形仿真492.4現(xiàn)代設(shè)計方法2.4.1并行設(shè)計關(guān)于并行工程的定義目前國際上有多種提法，被普遍采用的是美國防務(wù)研究所1988年12月在第一屆CE專題研討會上給出的定義：“并行工程是一種對產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)進行并行的、一體化設(shè)計的工作模式。這種工作模式可使產(chǎn)品開發(fā)人員一開始就能從產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)進行全面2.4現(xiàn)代設(shè)計方法2.4.1并行設(shè)計考慮，以達到降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短開發(fā)周期的目的。并行設(shè)計在設(shè)計階段綜合考慮產(chǎn)品生命周期中工藝、制造、裝配、測試、維修等環(huán)節(jié)的因素，全面評價產(chǎn)品設(shè)計，及時反饋改進意見，迅速改進產(chǎn)品設(shè)計，使產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造一次成功?？紤]，以達到降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短開發(fā)周期的目的。2.4.2反求工程反求工程(ReverseEngineering)又稱逆向工程或逆向設(shè)計。這是近年來為消化并提高引進高新技術(shù)而發(fā)展起來的一項綜合性技術(shù)。它指用一定的測量手段對實物或模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法，重構(gòu)實物的CAD模型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與制造的過程。2.4.2反求工程反求技術(shù)以已有的先進產(chǎn)品或設(shè)備的實物、軟件（圖樣、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖片、照片等）為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代化的手段和理論，解剖并掌握所研究對象的關(guān)鍵技術(shù)，進行創(chuàng)新，開發(fā)出新產(chǎn)品，實行“樣品-反求-再創(chuàng)造設(shè)計-產(chǎn)品”的新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程。具有關(guān)文獻統(tǒng)計，反求工程可以縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期40%以上，是提高新產(chǎn)品開發(fā)能力的有效手段?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)課件現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)課件反求工程的關(guān)鍵技術(shù)：1.數(shù)據(jù)測量技術(shù):傳統(tǒng)的接觸式測量法（三坐標測量機法）；非接觸測量法（投影光柵法、激光三角法、工業(yè)CT法、核磁共振法、自動斷層掃描法）2.數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)噪聲點過濾、數(shù)據(jù)點區(qū)分、數(shù)據(jù)點精簡、數(shù)據(jù)點平滑3.模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)測量技術(shù)反求工程的關(guān)鍵技術(shù)：測量技術(shù)點數(shù)據(jù)處理過程2.數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)點數(shù)據(jù)處理過程2.數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)曲線處理過程曲線處理過程曲面處理過程曲面處理過程應(yīng)用領(lǐng)域

(1)新零件的設(shè)計，主要用于產(chǎn)品的改型或彷型設(shè)計。

(2)已有零件的復(fù)制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計意圖。

(3)損壞或磨損零件的還原。

(4)數(shù)字化模型的檢測，例如檢驗產(chǎn)品的變形分析、焊接質(zhì)量等，以及進行模型的比較。

應(yīng)用領(lǐng)域(1)新零件的設(shè)計，主要用于產(chǎn)品的改型或彷應(yīng)用領(lǐng)域

民用領(lǐng)域

三維彩色數(shù)字攝影、三維型面檢測

人體數(shù)字化、服裝CAD、人體建模、人體數(shù)字雕塑、三維面容識別

醫(yī)學(xué)仿生、醫(yī)學(xué)測量與模擬、整形美容及正畸的模擬與評價

三維彩色數(shù)字化、數(shù)字博物館、有形文物及檔案的管理、鑒定與復(fù)制

三維動畫影片的制作、3D游戲建模、三維游戲中三維模型的輸入與建立

公安刑偵、腳印、工具痕跡、彈痕采集及數(shù)字化

應(yīng)用領(lǐng)域民用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)產(chǎn)品的檢測與測量、產(chǎn)品及模具的逆向工程(汽車，航空，家電工業(yè))

零部件形狀變形檢測、形狀測量、研究測量、工業(yè)在線檢測

工業(yè)產(chǎn)品造型中的逆向三維重構(gòu)

設(shè)計物理模型轉(zhuǎn)換到數(shù)字模型

工業(yè)產(chǎn)品及零部件的質(zhì)量檢測

工業(yè)品的解析與仿制

工業(yè)研究實驗的檢測工具

模具設(shè)計與檢測領(lǐng)域

應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域某汽車模具廠現(xiàn)場掃描的實例

三維掃描儀對物體多方位多角度進行拍攝

利用被測物體表面的特征點或者標記點自動拼接后獲得的完整點云數(shù)據(jù)

經(jīng)過對原始數(shù)據(jù)進行除噪、取樣后獲得高質(zhì)量的點云數(shù)據(jù)從點云數(shù)據(jù)中提取特征線、邊界線

逆向軟件中建成模型

在逆向件中數(shù)模對比分析，檢驗產(chǎn)品

某汽車模具廠現(xiàn)場掃描的實例三維掃描儀對物體多方位多角度進行實例實例人體數(shù)據(jù)掃描、三角面片處理、雕塑快速成型加工制作的整套解決方案

人體數(shù)據(jù)掃描、三角面片處理、雕塑快速成型加工制作的整套解決方

2.4.3模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計概念

模塊化設(shè)計是指對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場不同需求的設(shè)計方法。模塊特征：

相對獨立性、互換性、通用性2.4.3模塊化設(shè)計

2.4.4綠色產(chǎn)品設(shè)計

綠色設(shè)計概念

綠色設(shè)計是指在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(自然資源的利用、環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等)，并將其作為設(shè)計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，并行地考慮產(chǎn)品應(yīng)有的基本功能、使用壽命、經(jīng)濟性和質(zhì)量等。綠色產(chǎn)品的特點：(1)擴大了產(chǎn)品生命周期。(2)有利于環(huán)境保護，降低資源要求。綠色設(shè)計2.4.4綠色產(chǎn)品設(shè)計綠色設(shè)計2.4.5優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計概念優(yōu)化設(shè)計是根據(jù)一般的設(shè)計方法，把工程問題轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)模型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。優(yōu)化設(shè)計的步驟(1)分析設(shè)計對象，確定設(shè)計變量(2)確定設(shè)計約束條件，建立目標函數(shù)(3)選擇優(yōu)化求解方法，分析優(yōu)化結(jié)果2.4.5優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計步驟

優(yōu)（1）設(shè)計變量

設(shè)計變量的不同參數(shù)表示不同的設(shè)計方案。設(shè)計變量必須是一組相互獨立的變量，將其表示成X，即：X=（x1,x2,…,xn)T其中n是設(shè)計變量的個數(shù)，也稱為維數(shù)。設(shè)計變量的取值：一是連續(xù)變化量，另一是離散量比如齒輪的模數(shù)。

由n個設(shè)計變量所組成一個向量空間，稱之為設(shè)計空間。

（1）設(shè)計變量N=1,設(shè)計空間為一根實數(shù)軸，稱為一維優(yōu)化問題N=2,設(shè)計空間為一平面，稱為二維優(yōu)化問題N=3,設(shè)計空間為三維立體，稱為三維立體。N>3,設(shè)計空間為超越空間。一個設(shè)計方案相當于設(shè)計空間中的一個點。N=1,設(shè)計空間為一根實數(shù)軸，稱為一維優(yōu)化問題n=2-10小型優(yōu)化高速切削過程的變形仿真有限元分析－加工成形過程仿真現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)由4個不同層次的技術(shù)所組成，計算機輔助設(shè)計技術(shù)CAD是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體技術(shù)Powell法（方向加速）飛機齒輪的應(yīng)力及應(yīng)變分析日本的價值設(shè)計和價值革新控制系統(tǒng)仿真分析型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。(1)擴大了產(chǎn)品生命周期。目標函數(shù)是準則性函數(shù)，又稱為評價函數(shù)。電熨斗在恒溫控制時的熱場在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。(5)20世紀90年代—CAD技術(shù)集成化期。1計算機輔助設(shè)計的基本概念（2）目標函數(shù)每一個設(shè)計問題，都有一個或多個設(shè)計中所追求的目標。用設(shè)計變量的函數(shù)來表示。目標函數(shù)是準則性函數(shù)，又稱為評價函數(shù)?？杀硎緸椋篎(X)=F(x1,x2,…,xn)T

優(yōu)化設(shè)計的目的：按要求選擇所需的設(shè)計變量，使目標函數(shù)達到最佳值。最佳值可能是極大值，也可能是極小值。如求產(chǎn)值最大、效率最高等問題，屬于求極大值問題，maxF(X)n=2-10小型優(yōu)化（2）目標函數(shù)優(yōu)化產(chǎn)品的重量最輕、成本最低等問題，即為求目標函數(shù)的極小值問題，屬于求目標函數(shù)的極大值問題，記為minF(X)為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即minF(X)=-maxF(X)或mixF(x)=1/maxF(X)產(chǎn)品的重量最輕、成本最低等問題，即為求目標函(3)設(shè)計約束與可行域

優(yōu)化設(shè)計不僅要使所選擇方案的設(shè)計指標達到最佳值，同時還必須滿足一系列的附加設(shè)計條件，這些附加設(shè)計都構(gòu)成對設(shè)計變量取值的限制，在優(yōu)化設(shè)計中被稱為設(shè)計約束。設(shè)計約束有兩種：一種是不等式約束，另一種是等式約束。不等式約束形式：gu(x)<=0或gu(x)>=0等式約束形式：hv(x)=0(3)設(shè)計約束與可行域由于設(shè)計約束的存在，在整個設(shè)計空間范圍內(nèi)被分為可行域和非可行域兩個不同的區(qū)域。g（X）=0g（X）>0g（X）<0非可行域可行域x1x20約束變量影響設(shè)計空間可行域

由于設(shè)計約束的存在，在整個設(shè)計空間范圍內(nèi)被分2）優(yōu)化方法的分類按目標函數(shù)數(shù)量：單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化按設(shè)計變量數(shù)量(n)：n=2-10小型優(yōu)化n=10-50中型優(yōu)化n>50大型優(yōu)化按約束條件：無約束優(yōu)化和有約束優(yōu)化；求解方法：準則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃。2）優(yōu)化方法的分類設(shè)計對象的分析設(shè)計變量和設(shè)計約束條件的確定目標函數(shù)的建立、合適的優(yōu)化計算方法的選擇優(yōu)化結(jié)果分析3）優(yōu)化設(shè)計的步驟設(shè)計對象的分析3）優(yōu)化設(shè)計的步驟常用優(yōu)化求解方法一維搜索法黃金分割法多項式逼近法無約束非線性規(guī)劃算法間接法梯度法（最速下降法）牛頓法（二階梯度法）DFP變尺度法直接法Powell法（方向加速）單純形法有約束非線性規(guī)劃算法直接法網(wǎng)格法隨機方向法復(fù)合形法間接法拉格郎日乘子法罰函數(shù)法可變?nèi)莶罘ǔＳ脙?yōu)化求解方法一維搜索法黃金分割法多項式逼近法無約束非線性4)優(yōu)化設(shè)計舉例如圖對稱兩桿桁架：2P＝300KN，2L＝1500mm，H＝900mm，E＝2.1×105N/mm，ρ＝7.85×103Kg/m3，σs＝350N/mm2，D＝25-60mm、B＝3-8mm。求解：滿足強度前提下桁架重量最輕時的管徑D及壁厚B。4)優(yōu)化設(shè)計舉例設(shè)計變量：確定目標函數(shù)：設(shè)計變量：確定目標函數(shù)：①強度約束條件—壓應(yīng)力不大于屈服極限σs：

②穩(wěn)定性約束條件—壓應(yīng)力不大于壓桿穩(wěn)定的臨界應(yīng)力σk：

③邊界約束條件——限制尺寸取值的約束條件：

確定約束條件求解結(jié)果：B=4mm,D=44.4mmW=10.26Kg①強度約束條件—壓應(yīng)力不大于屈服極限σs：②穩(wěn)定性約可靠性的概念在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘幕疽兀?）規(guī)定的時間：一定時間范圍內(nèi)，因產(chǎn)品可靠性水平經(jīng)過一個較長的穩(wěn)定使用或儲存階段后，會隨時間的增長而降低，時間越長，故障失效越多2）規(guī)定的條件：環(huán)境條件、維護條件、使用條件3）規(guī)定的功能：產(chǎn)品若干功能的全部2.4.6可靠性設(shè)計可靠性的概念2.4.6可靠性設(shè)計可靠性的內(nèi)涵：1）性能可靠2）載荷可靠3）使用可靠4）壽命可靠可靠性的內(nèi)涵：可靠性設(shè)計的常用指標產(chǎn)品的工作能力

產(chǎn)品完成規(guī)定功能所處的狀態(tài)；產(chǎn)品工作能力的耗損過程屬于隨機過程。產(chǎn)品在某一時刻t時的工作能力，就是產(chǎn)品在t時刻所處的狀態(tài)?？煽慷?/p>

在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率R(t)，可靠度愈大，工作愈可靠，0≤R(t)≤1。失效率產(chǎn)品工作到某一時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。失效率愈低，產(chǎn)品愈可靠,能決定每一時刻的可靠度。由此可知，失效率是個條件概率。可靠性設(shè)計的常用指標產(chǎn)品的工作能力產(chǎn)品完成規(guī)定功能所處的多用途車概念設(shè)計－集裝箱運輸車Gulf球頭的流體分析仿真在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。按目標函數(shù)數(shù)量：單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化5）功能略有下降，成本有更大的下降?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)有限元分析－電磁場分析N=1,設(shè)計空間為一根實數(shù)軸，稱為一維優(yōu)化問題多用途車概念設(shè)計－礦山運輸車有限元分析－制造系統(tǒng)仿真從產(chǎn)品成本考慮：原材料昂貴、加工成本高的產(chǎn)品；1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與特點人體數(shù)據(jù)掃描、三角面片處理、雕塑快速成型加工制作的整套解決方案電熨斗在恒溫控制時的熱場2.4.7價值工程產(chǎn)生和發(fā)展

價值工程的創(chuàng)立者是美國人L.D邁爾斯(miles),他從產(chǎn)品功能角度出發(fā)來研究和解決材料的代用問題。日本的價值設(shè)計和價值革新到70年代末，價值工程技術(shù)引入我國。價值工程基本概念產(chǎn)品價值V是產(chǎn)品功能F與產(chǎn)品成本C的綜合反映。三者關(guān)系為：V=F/C多用途車概念設(shè)計－集裝箱運輸車2.4.7價值工程提高產(chǎn)品價值有以下五種途徑：1）功能不變，降低成本2）成本不變，提高功能3）功能提高，成本降低4）成本略有提高，功能有更大的提高5）功能略有下降，成本有更大的下降。提高產(chǎn)品價值有以下五種途徑：對象選擇是回答“它是什么”？能否從叢多產(chǎn)品中準確地選擇分析對象，關(guān)系到價值工程地效果，應(yīng)選擇在改進功能、降低成本上有較大潛力地對象。1）對象選擇主要原則：

從產(chǎn)品功能考慮：不能滿足用戶要求，功耗大、效率低、可靠性低的產(chǎn)品；

從產(chǎn)品成本考慮：原材料昂貴、加工成本高的產(chǎn)品；

從企業(yè)外部環(huán)境考慮：市場需求量大，發(fā)展前景好的產(chǎn)品對象選擇對象選擇是回答“它是什么”？能否從叢多產(chǎn)品中準確地現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)87現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)88第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 2.2計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)2.3有限元分析2.4現(xiàn)代設(shè)計方法

第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 2.2計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)2.3有限元分析2.4現(xiàn)代設(shè)計方法

第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu) 2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2.1.1機械設(shè)計發(fā)展的基本歷程2.1.2現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵和特點2.1.3現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系結(jié)構(gòu)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2.1.1機械設(shè)計發(fā)展的2.1.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與特點

(1).設(shè)計、設(shè)計技術(shù)的定義設(shè)計技術(shù)：設(shè)計過程中解決具體設(shè)計問題的各種方法和手段

設(shè)計：人類改造自然的一種基本活動，也是一種復(fù)雜的創(chuàng)造性思維過程。2.1.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與特點(1).設(shè)計(2).設(shè)計技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)主要依靠設(shè)計者的經(jīng)驗，并參考類似的機械設(shè)計經(jīng)驗，即通過類比分析的方法進行設(shè)計以電子計算為手段，建立在現(xiàn)代管理技術(shù)之上，運用工程設(shè)計的新理念和新方法，實現(xiàn)計算結(jié)果最優(yōu)化、設(shè)計過程高效化和自動化的設(shè)計技術(shù)。(2).設(shè)計技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)動態(tài)、科學(xué)、主動、現(xiàn)代方法和手段傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的繼承和發(fā)展，多專業(yè)和多學(xué)科交叉，綜合性技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)靜態(tài)、經(jīng)驗、被動、手工傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)傳統(tǒng)技術(shù)難以滿足設(shè)計的要求。動態(tài)、科學(xué)、主動、現(xiàn)代方法和手段現(xiàn)代設(shè)計靜態(tài)、經(jīng)驗、被動、手（3

）.現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；2.產(chǎn)品工作狀態(tài)分析的動態(tài)化；3.產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠化；4.產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化；5.產(chǎn)品設(shè)計過程的高效化和自動化。引入有限元及邊界元方法，實現(xiàn)對任何產(chǎn)品的定量化分析利用理論及測試數(shù)據(jù)建造與實際工況相符合的數(shù)學(xué)模型，通過計算機分析計算，預(yù)測產(chǎn)品的動態(tài)性能和改進效果把零部件或整機中各種具有離散性的性能及參數(shù)均視為隨機變量?；诟怕收摻ㄔ炷Ｐ筒⑦M行分析計算，從而定量地作出產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性預(yù)測根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計目標、性能及要求構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和數(shù)值計算方法，通過計算機求得最優(yōu)化結(jié)果教會計算機，讓計算機完成設(shè)計過程的高效化和自動化（3）.現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；引主體技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法各產(chǎn)品領(lǐng)域知識與技術(shù)計算機輔助設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)可信性設(shè)計技術(shù)設(shè)計試驗技術(shù)相關(guān)學(xué)科與技術(shù)先進制造工藝材料科學(xué)自動化技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)自然科學(xué)政治經(jīng)濟文化社會科學(xué)市場營銷學(xué)……….現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系結(jié)構(gòu)框圖（4）.現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)由4個不同層次的技術(shù)所組成，計算機輔助設(shè)計技術(shù)CAD是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體技術(shù)CAD技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、虛擬設(shè)計和工程數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)設(shè)計、模塊化設(shè)計、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計和工業(yè)設(shè)計等?？煽啃栽O(shè)計、安全性設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、疲勞設(shè)計、耐腐蝕設(shè)計、健壯設(shè)計和人機工程設(shè)計等。產(chǎn)品的性能試驗、可靠性試驗、數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等。主體技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)設(shè)計理論各產(chǎn)品領(lǐng)域知識與1.基礎(chǔ)技術(shù)（理論基礎(chǔ)+發(fā)展源泉）基礎(chǔ)技術(shù)是指傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法，特別是運動學(xué)、靜力學(xué)與動力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)的基本原理與方法等。2.主體技術(shù)（主干）現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的誕生和發(fā)展與計算機技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)、相輔相成。計算機科學(xué)與設(shè)計技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生計算機輔助設(shè)計、智能CAD(IntelligentCAD，ICAD)、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設(shè)計和工程數(shù)據(jù)庫等技術(shù)。運用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的多種理論與方法如優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、模糊設(shè)計等理論構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，來編制計算機應(yīng)用程序，可以更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計算機的“智力”。

因此計算機輔助設(shè)計技術(shù)正是以它對數(shù)值計算和對信息與知識的獨特處理能力，成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)群體的主干，即主體技術(shù)。1.基礎(chǔ)技術(shù)（理論基礎(chǔ)+發(fā)展源泉）3.支撐技術(shù)支撐技術(shù)主要有現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、可信性設(shè)計技術(shù)、試驗設(shè)計技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)涉及的內(nèi)容很廣，如并行設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、功能設(shè)計、模塊化設(shè)計、價值工程、質(zhì)量功能配制、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計、面向?qū)ο笤O(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計等。可信性設(shè)計是廣義的可靠性設(shè)計的擴展，主要指可靠性與安全性設(shè)計、動態(tài)分析與設(shè)計、防斷裂設(shè)計、健壯設(shè)計、耐環(huán)境設(shè)計等。試驗設(shè)計技術(shù)包括可靠性試驗、環(huán)保性能試驗與控制，以及運用計算機技術(shù)的數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等。3.支撐技術(shù)4.應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)是針對使用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計問題的技術(shù)，如機床、汽車、工程機械、精密機械的現(xiàn)代設(shè)計內(nèi)容可以看作是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)派生出來的具體技術(shù)群。

現(xiàn)代設(shè)計已擴展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、營銷、運行、回收等各個方面，除了必要的傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法的基礎(chǔ)知識外，相關(guān)的學(xué)科與技術(shù)，尤其是制造工藝、自動化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、材料知識與經(jīng)驗及廣泛的自然科學(xué)知識等也是十分必要的。此外，設(shè)計產(chǎn)品總是以滿足社會需求為目的的，因此，設(shè)計人員還應(yīng)具備政治、經(jīng)濟、法律、人文社會、藝術(shù)等方面的知識與素養(yǎng)。4.應(yīng)用技術(shù)是以計算機為工具，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成產(chǎn)品設(shè)計過程的綜合計算機應(yīng)用技術(shù)2.2.1計算機輔助設(shè)計的基本概念計算機輔助設(shè)計概念2.2計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)是以計算機為工具，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完求解結(jié)果：B=4mm,D=44.②穩(wěn)定性約束條件—壓應(yīng)力不大于壓桿穩(wěn)定的臨界應(yīng)力σk：失效率產(chǎn)品工作到某一時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即系統(tǒng)設(shè)計、模塊化設(shè)計、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計和工業(yè)設(shè)計等。有限元分析－電磁場分析反求技術(shù)以已有的先進產(chǎn)品或設(shè)備的實物、軟件（圖樣、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖片、照片等）為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代化的手段和理論，解剖并掌握所研究對象的關(guān)鍵技術(shù)，進行創(chuàng)新，開發(fā)出新產(chǎn)品，實行“樣品-反求-再創(chuàng)造設(shè)計-產(chǎn)品”的新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標準；設(shè)計變量和設(shè)計約束條件的確定采用機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)分析，計算運動件運動歷程和運動副力傳遞歷程。并聯(lián)運動機床的應(yīng)力與應(yīng)變分析2、單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計Runge-Kutta法，差分法）各種方法和手段并聯(lián)運動機床的應(yīng)力與應(yīng)變分析零件造型、產(chǎn)品裝配、工程圖繪制、文檔設(shè)計產(chǎn)品渲染、動態(tài)顯示工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、運動學(xué)及動力學(xué)仿真2.2.1計算機輔助設(shè)計的基本概念CAD技術(shù)主要功能求解結(jié)果：B=4mm,D=44.零件造型、產(chǎn)品裝配、工程圖現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)課件3DMAX3DMAXUG有限元分析UG有限元分析(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。1950年美國麻省理工學(xué)院研制出旋風(fēng)型圖形顯示設(shè)備(2)20世紀60年代—CAD技術(shù)的成長期。1962年SketchPAD圖形系統(tǒng)、首次提出了計算機圖形學(xué)；1965年美國洛克希德飛機公司推出CAD/CAM(3)20世紀70年代—CAD技術(shù)的發(fā)展期。

三維建模及繪圖工具，曲面模型得到初步應(yīng)用(4)20世紀80年代—CAD技術(shù)的普及期。復(fù)雜曲面描述技術(shù)，實體建模技術(shù)趨于成熟。(5)20世紀90年代—CAD技術(shù)集成化期。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的CAD系統(tǒng)成為主流的設(shè)計平臺2.2.2計算機輔助設(shè)計的產(chǎn)生背景(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。2.2.21、產(chǎn)品造型建模技術(shù)

線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，為兩表結(jié)構(gòu)；表面模型：以表面描述形體方法，為三表結(jié)構(gòu)；實體建模：能完整表示三維的幾何信息和拓撲信息，有掃描表示法、邊界表示法、構(gòu)造實體幾何法等結(jié)構(gòu)形式；特征模型：以具有工程語義的各類特征來定義描述形體的方法，便于CAD/CAM技術(shù)的集成。2、單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計單一數(shù)據(jù)庫：與設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)來自同一數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)性設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。相關(guān)性設(shè)計：任何設(shè)計改動，都將及時反映到其它相關(guān)環(huán)節(jié)上。如：零件圖-產(chǎn)品裝配圖-零件數(shù)控程序-二維工程圖；左視圖-主視圖-俯視圖-三維實體模型；2.2.3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)特征建模1、產(chǎn)品造型建模技術(shù)線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，1062.2.3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)3、NURBS曲面造型技術(shù)NURBS（Non-UnifromRationalB-Splines）可統(tǒng)一自由曲線/曲面和規(guī)則曲線/曲面的數(shù)學(xué)模型，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于曲線、曲面操作和修改。4、CAD與CAX集成技術(shù)CAD與CAX集成涉及建模技術(shù)、工程數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交換接口等技術(shù)。包括如下集成：①CAD/CAE/CAPP/CAM--工程設(shè)計領(lǐng)域集成；②CAD/ERP--與管理系統(tǒng)集成；③

異地、異構(gòu)系統(tǒng)企業(yè)間CAD集成，如全球化設(shè)計、虛擬設(shè)計、虛擬制造及虛擬企業(yè)等。5、標準化技術(shù)目的：支持異構(gòu)、跨平臺的工作環(huán)境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標準；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準。2.2.3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)3、NURBS曲面造型107CAD技術(shù)的研究熱點計算機輔助產(chǎn)品的概念設(shè)計難題：建模和推理計算機支持的協(xié)同設(shè)計難題：信息實時可靠交換；異構(gòu)環(huán)境下可靠運行；通訊方法與手段海量信息處理存儲、管理和檢索技術(shù)智能CAD技術(shù)：將人工智能技術(shù)與CAD技術(shù)融為一體，難題：解決人類思維模型建立和表達CAD與虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的集成VR向設(shè)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(shù)開發(fā)難度大計算機安全技術(shù)保密，防病毒感染CAD技術(shù)的研究熱點計算機輔助產(chǎn)品的概念設(shè)計難題：建模108計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用多用途車概念設(shè)計－基本結(jié)構(gòu)平臺多用途車概念設(shè)計－礦山運輸車多用途車概念設(shè)計－油罐車多用途車概念設(shè)計－集裝箱運輸車計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用多用途車概念設(shè)計－基本結(jié)構(gòu)平臺多用途109裝甲車輛概念設(shè)計計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用裝甲車輛概念設(shè)計計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用110型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。建立物理問題的數(shù)學(xué)方程和尋求所建立方程的解算方法是數(shù)學(xué)、物理界最主要的工作之一。飛機齒輪的應(yīng)力及應(yīng)變分析有限元分析－制造系統(tǒng)仿真產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化；設(shè)計技術(shù)：設(shè)計過程中解決具體設(shè)計問題的2）規(guī)定的條件：環(huán)境條件、維護條件、使用條件電熨斗在恒溫控制時的熱場某汽車模具廠現(xiàn)場掃描的實例(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。產(chǎn)品設(shè)計過程的高效化和自動化。從產(chǎn)品成本考慮：原材料昂貴、加工成本高的產(chǎn)品；計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用有限元法FEM（FiniteElementMethod）一種求解工程數(shù)學(xué)物理問題近似解的數(shù)值分析方法，有限元分析FEA（FiniteElementAnalysis）則是采用有限元法來近似求解數(shù)學(xué)物理問題的過程。3計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)機車概念設(shè)計計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。機車概念設(shè)計計111數(shù)控車銑中心透視汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)虛擬檢修工飛機底艙的復(fù)雜管路虛擬人檢驗飛機的可維修性摩托車外觀的藝術(shù)渲染計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用數(shù)控車銑中心透視汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)虛擬檢修工飛機底艙的復(fù)雜管路虛112建立物理問題的數(shù)學(xué)方程和尋求所建立方程的解算方法是數(shù)學(xué)、物理界最主要的工作之一。有限元法是求解微分方程的一種數(shù)值方法。微分方程的重要性決定了有限元的理論及工程意義。2.3有限元分析一元N次方程（直接求解、數(shù)值迭代）常微分方程（直接積分，Euler法，Runge-Kutta法，差分法）偏微分方程（差分法，邊界元法，Ritz法，Galerkin法,有限元法).......方程（解法）建立物理問題的數(shù)學(xué)方程和尋求所建立方程的解算方法是數(shù)學(xué)、物理113有限元法2.3.1有限元法的基本概念和特點有限元法FEM（FiniteElementMethod）一種求解工程數(shù)學(xué)物理問題近似解的數(shù)值分析方法，有限元分析FEA（FiniteElementAnalysis）則是采用有限元法來近似求解數(shù)學(xué)物理問題的過程。有限元法的基本思想是將物體（即連續(xù)求解域）離散成有限個且按一定方式相互連接在一起的單元組合，來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題進行求解。有限元法2.3.1有限元法的基本概念和特點114性能仿真分析

有限元分析－性能仿真性能仿真分析有限元分析－性能仿真115運動學(xué)動力學(xué)仿真分析有限元分析－運動學(xué)動力學(xué)仿真運動學(xué)動力學(xué)仿真分析有限元分析－運動學(xué)動力116結(jié)構(gòu)分析

三維實體模型網(wǎng)格模型及主應(yīng)力分析結(jié)果

有限元分析－結(jié)構(gòu)分析三維實體模型網(wǎng)格模型變形結(jié)果飛機齒輪的應(yīng)力及應(yīng)變分析凸輪軸的應(yīng)力和應(yīng)變分析曲軸連桿應(yīng)力變化結(jié)構(gòu)分析三維實體模型網(wǎng)格模型及117有限元分析－結(jié)構(gòu)分析機床動剛度分析－位移云圖并聯(lián)運動機床的應(yīng)力與應(yīng)變分析有限元分析－結(jié)構(gòu)分析機床動剛度分析－位移云圖并聯(lián)運動機床的應(yīng)118齒輪接觸應(yīng)力分析有限元分析－結(jié)構(gòu)分析齒輪接觸應(yīng)力分析有限元分析－結(jié)構(gòu)分析119流體動力學(xué)分析

有限元分析－流體動力學(xué)仿真Gulf球頭的流體分析仿真管路中的流速分析流體動力學(xué)分析有限元分析－流體動力學(xué)仿真G1204mmW=10.為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即CAD與虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的集成控制系統(tǒng)仿真分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；5）功能略有下降，成本有更大的下降。把零部件或整機中各種具有離散性的性能及參數(shù)均視為隨機變量。最佳值可能是極大值，也可能是極小值。一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計minF(X)=-maxF(X)或1有限元法的基本概念和特點(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。(1)20世紀50年代—CAD技術(shù)的萌芽期。1962年SketchPAD圖形系統(tǒng)、首次提出了計算機圖形學(xué)；有限元法FEM（FiniteElementMethod）一種求解工程數(shù)學(xué)物理問題近似解的數(shù)值分析方法，有限元分析FEA（FiniteElementAnalysis）則是采用有限元法來近似求解數(shù)學(xué)物理問題的過程。熱分析

有限元分析－熱分析電熨斗在恒溫控制時的熱場電熨斗在恒溫控制時的熱場4mmW=10.熱分析有限元分析121有限元分析－電磁場分析電磁場分析馬蹄形磁鐵的磁場有限元分析汽車磁場分布分析圖有限元分析－電磁場分析電磁場分析馬蹄形磁鐵的磁場有限元分析汽122PAM-CRASH分析轎車安全氣囊兩輛轎車橫向相撞有限元分析－碰撞仿真碰撞動力學(xué)分析轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之一轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之二轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之三汽車碰撞PAM-CRASH分析轎車安全氣囊兩輛轎車橫向相撞有限元分析123多物理場耦合仿真

有限元分析－耦合仿真多物理場耦合仿真有限元分析－耦合仿真124控制系統(tǒng)仿真分析

有限元分析－控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真分析有限元分析－控制系統(tǒng)仿真125制造系統(tǒng)仿真分析

有限元分析－制造系統(tǒng)仿真鑄造過程模擬沖壓仿真鑄件凝固過程的仿真沖壓有限元仿真模擬制造系統(tǒng)仿真分析有限元分析－制造系統(tǒng)仿真鑄126一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有127一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真

整型件一次拉深件延成功實驗結(jié)果一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有128一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真KMAS軟件模擬沖壓過程的三個階段實際沖壓過程對應(yīng)的三個階段一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有129機構(gòu)分析、虛擬樣機仿真有限元分析－機構(gòu)分析采用機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)分析，計算運動件運動歷程和運動副力傳遞歷程。進行多體系統(tǒng)分析，考慮結(jié)構(gòu)件的柔度和阻尼等條件。根據(jù)工作過程動態(tài)模擬，進行裝配干涉分析。

機構(gòu)分析、虛擬樣機仿真有限元分析－機構(gòu)分析采用機構(gòu)運動學(xué)和130發(fā)動機運動件模擬有限元分析－機構(gòu)分析控制機構(gòu)運動分析發(fā)動機工作過程仿真發(fā)動機運動件模擬有限元分析－機構(gòu)分析控制機構(gòu)運動分析發(fā)動機工131虛擬人檢驗飛機的可維修性優(yōu)化設(shè)計不僅要使所選擇方案的設(shè)計指標達到最佳值，同時還必須滿足一系列的附加設(shè)計條件，這些附加設(shè)計都構(gòu)成對設(shè)計變量取值的限制，在優(yōu)化設(shè)計中被稱為設(shè)計約束。利用理論及測試數(shù)據(jù)建造與實際工況相符合的數(shù)學(xué)模型，通過計算機分析計算，預(yù)測產(chǎn)品的動態(tài)性能和改進效果1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)轎車側(cè)撞有限元仿真模擬之一流體動力學(xué)分析進行多體系統(tǒng)分析，考慮結(jié)構(gòu)件的柔度和阻尼等條件。①強度約束條件—壓應(yīng)力不大于屈服極限σs：為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設(shè)計有限元分析－加工成形過程仿真(3)選擇優(yōu)化求解方法，分析優(yōu)化結(jié)果有限元分析－制造系統(tǒng)仿真為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即求解結(jié)果：B=4mm,D=44.加工與成形過程建模和仿真有限元分析－加工成形過程仿真加工過程的建模和仿真目前應(yīng)用最多的是切削加工過程的運動學(xué)仿真，主要用于刀具路徑軌跡規(guī)劃和運動過程的干涉檢測，很多商品化如Rro-E、UG等CAD軟件都提供了該項功能；

為了實現(xiàn)對加工過程的動力學(xué)仿真和精度仿真，需要針對不同切削加工方法，如車、銑、鉆、鏜等，建立由相應(yīng)機床、刀具、工裝、工件等組成的切削系統(tǒng)動力學(xué)模型及誤差分析模型虛擬人檢驗飛機的可維修性加工與成形過程建模和仿真有限元分析－132刀具路徑軌跡規(guī)劃有限元分析－加工成形過程仿真①垂直進刀②步進進刀③斜線進刀④之字形進刀⑤螺旋進刀不同的切入方式以被加工件曲率為依據(jù)，以走刀路徑最大長度為目標的刀具路徑優(yōu)化刀具路徑速度變化圖不同層之間切削刀具以螺旋方式運動刀具路徑軌跡規(guī)劃有限元分析－加工成形過程仿真①垂直進刀133有限元分析－加工成形過程仿真車削成形過程的仿真可對切削力、切削溫度進行預(yù)測，基于ALE方法的模型對切削力的預(yù)測誤差在10％以內(nèi)

三軸數(shù)控加工模具有限元分析－加工成形過程仿真車削成形過程的仿真134有限元分析－加工成形過程仿真高速切削過程的變形仿真有限元分析－加工成形過程仿真高速切削過程的變形仿真1352.4現(xiàn)代設(shè)計方法2.4.1并行設(shè)計關(guān)于并行工程的定義目前國際上有多種提法，被普遍采用的是美國防務(wù)研究所1988年12月在第一屆CE專題研討會上給出的定義：“并行工程是一種對產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)進行并行的、一體化設(shè)計的工作模式。這種工作模式可使產(chǎn)品開發(fā)人員一開始就能從產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)進行全面2.4現(xiàn)代設(shè)計方法2.4.1并行設(shè)計考慮，以達到降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短開發(fā)周期的目的。并行設(shè)計在設(shè)計階段綜合考慮產(chǎn)品生命周期中工藝、制造、裝配、測試、維修等環(huán)節(jié)的因素，全面評價產(chǎn)品設(shè)計，及時反饋改進意見，迅速改進產(chǎn)品設(shè)計，使產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造一次成功。考慮，以達到降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短開發(fā)周期的目的。2.4.2反求工程反求工程(ReverseEngineering)又稱逆向工程或逆向設(shè)計。這是近年來為消化并提高引進高新技術(shù)而發(fā)展起來的一項綜合性技術(shù)。它指用一定的測量手段對實物或模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法，重構(gòu)實物的CAD模型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與制造的過程。2.4.2反求工程反求技術(shù)以已有的先進產(chǎn)品或設(shè)備的實物、軟件（圖樣、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖片、照片等）為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代化的手段和理論，解剖并掌握所研究對象的關(guān)鍵技術(shù)，進行創(chuàng)新，開發(fā)出新產(chǎn)品，實行“樣品-反求-再創(chuàng)造設(shè)計-產(chǎn)品”的新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程。具有關(guān)文獻統(tǒng)計，反求工程可以縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期40%以上，是提高新產(chǎn)品開發(fā)能力的有效手段。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)課件現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)課件反求工程的關(guān)鍵技術(shù)：1.數(shù)據(jù)測量技術(shù):傳統(tǒng)的接觸式測量法（三坐標測量機法）；非接觸測量法（投影光柵法、激光三角法、工業(yè)CT法、核磁共振法、自動斷層掃描法）2.數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)噪聲點過濾、數(shù)據(jù)點區(qū)分、數(shù)據(jù)點精簡、數(shù)據(jù)點平滑3.模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)測量技術(shù)反求工程的關(guān)鍵技術(shù)：測量技術(shù)點數(shù)據(jù)處理過程2.數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)點數(shù)據(jù)處理過程2.數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)曲線處理過程曲線處理過程曲面處理過程曲面處理過程應(yīng)用領(lǐng)域

(1)新零件的設(shè)計，主要用于產(chǎn)品的改型或彷型設(shè)計。

(2)已有零件的復(fù)制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計意圖。

(3)損壞或磨損零件的還原。

(4)數(shù)字化模型的檢測，例如檢驗產(chǎn)品的變形分析、焊接質(zhì)量等，以及進行模型的比較。

應(yīng)用領(lǐng)域(1)新零件的設(shè)計，主要用于產(chǎn)品的改型或彷應(yīng)用領(lǐng)域

民用領(lǐng)域

三維彩色數(shù)字攝影、三維型面檢測

人體數(shù)字化、服裝CAD、人體建模、人體數(shù)字雕塑、三維面容識別

醫(yī)學(xué)仿生、醫(yī)學(xué)測量與模擬、整形美容及正畸的模擬與評價

三維彩色數(shù)字化、數(shù)字博物館、有形文物及檔案的管理、鑒定與復(fù)制

三維動畫影片的制作、3D游戲建模、三維游戲中三維模型的輸入與建立

公安刑偵、腳印、工具痕跡、彈痕采集及數(shù)字化

應(yīng)用領(lǐng)域民用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)產(chǎn)品的檢測與測量、產(chǎn)品及模具的逆向工程(汽車，航空，家電工業(yè))

零部件形狀變形檢測、形狀測量、研究測量、工業(yè)在線檢測

工業(yè)產(chǎn)品造型中的逆向三維重構(gòu)

設(shè)計物理模型轉(zhuǎn)換到數(shù)字模型

工業(yè)產(chǎn)品及零部件的質(zhì)量檢測

工業(yè)品的解析與仿制

工業(yè)研究實驗的檢測工具

模具設(shè)計與檢測領(lǐng)域

應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域某汽車模具廠現(xiàn)場掃描的實例

三維掃描儀對物體多方位多角度進行拍攝

利用被測物體表面的特征點或者標記點自動拼接后獲得的完整點云數(shù)據(jù)

經(jīng)過對原始數(shù)據(jù)進行除噪、取樣后獲得高質(zhì)量的點云數(shù)據(jù)從點云數(shù)據(jù)中提取特征線、邊界線

逆向軟件中建成模型

在逆向件中數(shù)模對比分析，檢驗產(chǎn)品

某汽車模具廠現(xiàn)場掃描的實例三維掃描儀對物體多方位多角度進行實例實例人體數(shù)據(jù)掃描、三角面片處理、雕塑快速成型加工制作的整套解決方案

人體數(shù)據(jù)掃描、三角面片處理、雕塑快速成型加工制作的整套解決方

2.4.3模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計概念

模塊化設(shè)計是指對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場不同需求的設(shè)計方法。模塊特征：

相對獨立性、互換性、通用性2.4.3模塊化設(shè)計

2.4.4綠色產(chǎn)品設(shè)計

綠色設(shè)計概念

綠色設(shè)計是指在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(自然資源的利用、環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等)，并將其作為設(shè)計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，并行地考慮產(chǎn)品應(yīng)有的基本功能、使用壽命、經(jīng)濟性和質(zhì)量等。綠色產(chǎn)品的特點：(1)擴大了產(chǎn)品生命周期。(2)有利于環(huán)境保護，降低資源要求。綠色設(shè)計2.4.4綠色產(chǎn)品設(shè)計綠色設(shè)計2.4.5優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計概念優(yōu)化設(shè)計是根據(jù)一般的設(shè)計方法，把工程問題轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)模型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。優(yōu)化設(shè)計的步驟(1)分析設(shè)計對象，確定設(shè)計變量(2)確定設(shè)計約束條件，建立目標函數(shù)(3)選擇優(yōu)化求解方法，分析優(yōu)化結(jié)果2.4.5優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計步驟

優(yōu)（1）設(shè)計變量

設(shè)計變量的不同參數(shù)表示不同的設(shè)計方案。設(shè)計變量必須是一組相互獨立的變量，將其表示成X，即：X=（x1,x2,…,xn)T其中n是設(shè)計變量的個數(shù)，也稱為維數(shù)。設(shè)計變量的取值：一是連續(xù)變化量，另一是離散量比如齒輪的模數(shù)。

由n個設(shè)計變量所組成一個向量空間，稱之為設(shè)計空間。

（1）設(shè)計變量N=1,設(shè)計空間為一根實數(shù)軸，稱為一維優(yōu)化問題N=2,設(shè)計空間為一平面，稱為二維優(yōu)化問題N=3,設(shè)計空間為三維立體，稱為三維立體。N>3,設(shè)計空間為超越空間。一個設(shè)計方案相當于設(shè)計空間中的一個點。N=1,設(shè)計空間為一根實數(shù)軸，稱為一維優(yōu)化問題n=2-10小型優(yōu)化高速切削過程的變形仿真有限元分析－加工成形過程仿真現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)由4個不同層次的技術(shù)所組成，計算機輔助設(shè)計技術(shù)CAD是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體技術(shù)Powell法（方向加速）飛機齒輪的應(yīng)力及應(yīng)變分析日本的價值設(shè)計和價值革新控制系統(tǒng)仿真分析型，再應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計和計算機找到最優(yōu)的設(shè)計方案。(1)擴大了產(chǎn)品生命周期。目標函數(shù)是準則性函數(shù)，又稱為評價函數(shù)。電熨斗在恒溫控制時的熱場在規(guī)定