先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義與特點課件

先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展

華北電力大學(xué)戴慶輝

先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展華北電力大學(xué)1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念1.1設(shè)計技術(shù)所屬的學(xué)科1.2設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系2設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程2.1五個階段2.2三大類型3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1設(shè)計過程的智能化

3.2設(shè)計信息的集成化3.3設(shè)計方式的并行化

3.4設(shè)計對象的綠色化

4結(jié)論先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念21先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念

1.1設(shè)計技術(shù)所屬的學(xué)科t1圖1國務(wù)院學(xué)位委員會機(jī)械工程學(xué)科評議組的劃分機(jī)械學(xué)計算機(jī)圖學(xué)（原機(jī)械制圖）機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械設(shè)計機(jī)械動力學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強度摩擦學(xué)機(jī)器人學(xué)振動沖擊噪聲機(jī)械工程機(jī)械制造1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念

1.1設(shè)計技術(shù)所屬的學(xué)科t1圖13t2圖2國家自然科學(xué)基金委員會劃分的一、二、三級學(xué)科機(jī)械學(xué)1機(jī)構(gòu)學(xué)2傳動機(jī)械學(xué)3機(jī)械振動學(xué)4機(jī)械結(jié)構(gòu)強度學(xué)5摩擦學(xué)6機(jī)械設(shè)計學(xué)7機(jī)器人機(jī)械學(xué)機(jī)械制造1金屬材料學(xué)2無機(jī)非金屬材料3有機(jī)高分子材料4冶金與礦業(yè)5機(jī)械工程6工程熱物理與能源利用7電工8建筑環(huán)境與結(jié)構(gòu)工程9水利工程與材料科學(xué)部1材料成形工藝與設(shè)備2機(jī)械制造工藝與設(shè)備3機(jī)械制造自動化4機(jī)械測試?yán)碚撆c技術(shù)5其它t2圖2國家自然科學(xué)基金委員會劃分的一、二、三級學(xué)4t3圖5機(jī)械工程主干學(xué)科與主要相關(guān)學(xué)科的關(guān)系示意圖機(jī)械設(shè)計工程學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)數(shù)學(xué)計算機(jī)技術(shù)工業(yè)工程學(xué)力學(xué)材料學(xué)t3圖5機(jī)械工程主干學(xué)科與主要相關(guān)學(xué)科的關(guān)系示意圖機(jī)械51.2設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.2.1的概念設(shè)計是人們將指定的任務(wù)預(yù)先轉(zhuǎn)化為滿足要求的信息的一種活動。信息的表達(dá)形式有圖形、文字、數(shù)據(jù)、符號等。圖表7人們在不同的歷史階段對“設(shè)計”的理解歷史階段對技術(shù)的理解20世紀(jì)60年代設(shè)計是（結(jié)構(gòu)設(shè)計的）計算和繪圖。70年代設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能設(shè)計。80年代設(shè)計過程延伸到制造和銷售。90年代設(shè)計過程貫串于產(chǎn)品的生命周期。21世紀(jì)設(shè)計目的是創(chuàng)造一個用戶滿意的成果。1.2設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.2.1的概念61.2.2技術(shù)的概念技術(shù)泛指人類在科學(xué)實驗和生產(chǎn)活動過程中認(rèn)識和改造自然所積累起來的知識、經(jīng)驗和技能的總和。這里應(yīng)包含三個層次：a.根據(jù)自然科學(xué)原理和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗而發(fā)展成的各種工藝流程、加工方法、勞動技能和訣竅等；b.將這些流程、方法和技能和訣竅等付諸實現(xiàn)的相應(yīng)的生產(chǎn)工具和其他物質(zhì)裝備；c.適應(yīng)現(xiàn)代勞動分工和生產(chǎn)規(guī)模等要求的對生產(chǎn)系統(tǒng)中所有資源（包括人、財、物）進(jìn)行有效組織與管理的知識經(jīng)驗與方法。1.2.2技術(shù)的概念技術(shù)泛指人類在科學(xué)實驗和生產(chǎn)活動過7圖表8人們在不同的歷史階段對技術(shù)的理解歷史階段對技術(shù)的理解17世紀(jì)technology第一次出現(xiàn)在英文中，僅被用來討論藝術(shù)應(yīng)用←1760是指經(jīng)過熟練(實踐)而獲得的經(jīng)驗、技能和技藝。1760→是為某一目的共同協(xié)作組成的各種工具和規(guī)則的體系。60年代是解決社會生產(chǎn)體系中的勞動手段。70年代是勞動工具、勞動對象與勞動者的勞動技能的總稱。80年代泛指根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科學(xué)原理而發(fā)展成的各種工藝操作方法與技能。90年代①是人類在改造世界過程中采用的手段和方法。②是硬件與軟件的統(tǒng)一，是人的因素(知識、能力)與物化因素(工具、裝備)的統(tǒng)一③技術(shù)的本質(zhì)是知識和信息。圖表8人們在不同的歷史階段對技術(shù)的理解81.2.3什么是設(shè)計技術(shù)?設(shè)計技術(shù)(DesignTechnology)是指人們在為工程提供滿足要求的信息活動中所形成的作業(yè)程序、方法和技能，以及采用的工具和設(shè)備。設(shè)計本身是一項涉及多種學(xué)科、多種技術(shù)的交叉工程。設(shè)計技術(shù)是縱向與橫向多門學(xué)科知識的交叉。1.2.3什么是設(shè)計技術(shù)?設(shè)計技術(shù)(DesignTec9T政治↑社會學(xué)、心理學(xué)↑經(jīng)濟(jì)學(xué)↑自然科學(xué)←工程科學(xué)←設(shè)計技術(shù)→工程技術(shù)→生產(chǎn)（工程設(shè)計）↓工業(yè)設(shè)計↓藝術(shù)設(shè)計↓藝術(shù)圖7設(shè)計技術(shù)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系T10☆一項工程的整個過程也是一項設(shè)計需要考慮的全部過程。設(shè)計不能代替工程的其余階段，但先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)措施必須貫串于工程的各個階段。如圖所示。圖9產(chǎn)品生命周期各階段的定性表示產(chǎn)品研究產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品測試產(chǎn)品制造產(chǎn)品銷售產(chǎn)品使用產(chǎn)品報廢產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品市場產(chǎn)品形成產(chǎn)品處理☆一項工程的整個過程也是一項設(shè)計需要考慮的全部過程。設(shè)計不能111.3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義與特點

1.3.1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義先進(jìn)設(shè)計技術(shù)是指融合最新科技成果，適應(yīng)當(dāng)今社會需求變化的，高級水平的各種設(shè)計手段。它包括３個方面。設(shè)計硬件：計算機(jī)，計算機(jī)的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、繪圖機(jī)、觸覺系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)等），網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境等。設(shè)計軟件：各種現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，用于設(shè)計開發(fā)的工作平臺和通用程序（操作系統(tǒng)，各種標(biāo)準(zhǔn)和支撐軟件等），網(wǎng)絡(luò)通信軟件，幫助設(shè)計人員去完成各種設(shè)計任務(wù)的計算機(jī)應(yīng)用軟件等。設(shè)計人員：與設(shè)計的軟硬件一起組成能協(xié)同完成設(shè)計任務(wù)的人機(jī)系統(tǒng)。設(shè)計人員應(yīng)體現(xiàn)在掌握最新科技知識和運用現(xiàn)代設(shè)計工具的能力上。1.3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.3.1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)121.3.2先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的特點先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的“先進(jìn)”，是指在設(shè)計活動中，由于融入新的科技成果，特別是計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的成果，從而使產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、效率、成本、環(huán)保、交貨時間等方面，達(dá)到明顯高于現(xiàn)有產(chǎn)品，甚至創(chuàng)新的水平。(1)效益指既快又好地為機(jī)械制造系統(tǒng)提供信息。(2)相對指以立足國情能否提高競爭力來確定我國先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念。(3)動態(tài)指“先進(jìn)”的概念要隨國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)步大環(huán)境的變化進(jìn)行修改。(4)面廣指先進(jìn)設(shè)計技術(shù)面對的不僅是機(jī)械制造業(yè)，因為其研究開發(fā)項目都是由市場需求啟動的?？梢哉f，目前采用的設(shè)計技術(shù)一般是傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)或現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)。1.3.2先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的特點13隨著市場競爭、技術(shù)普及和產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新、市場營銷和服務(wù)的增值作用明顯提高，知識和信息已經(jīng)成為重要的生產(chǎn)要素，制造業(yè)已成為物質(zhì)和知識同時加工的產(chǎn)業(yè)，這種變化趨勢正在加劇。見圖10。

T圖10信息和知識將是最重要的生產(chǎn)要素產(chǎn)品開發(fā)營銷服務(wù)加工制造增值比例產(chǎn)品的生命周期（a）20世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)營銷服務(wù)加工制造增值比例產(chǎn)品的生命周期（b）21世紀(jì)的制造業(yè)隨著市場競爭、技術(shù)普及和產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新、141.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系

從目前機(jī)械工程的設(shè)計與制造這兩個二級學(xué)科的研究范圍來看,設(shè)計與制造都有大、小之分?！按笾圃臁笔侵复罅啃袠I(yè)的產(chǎn)品生命周期全過程,即將原材料轉(zhuǎn)化為可用產(chǎn)品的全部行為過程，包括需求的形成、設(shè)計、生產(chǎn)組織、加工與裝配、測試、改進(jìn)等環(huán)節(jié)?！靶≈圃臁笔侵府a(chǎn)品的機(jī)械加工過程。制造技術(shù)解決機(jī)械零件成形、加工與裝配的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系問題。

1.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系從目前機(jī)械工151.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系

“大設(shè)計”是指對事物發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)及達(dá)到的目標(biāo)。產(chǎn)品設(shè)計過程貫串于產(chǎn)品的生命周期。

“小設(shè)計”是指從明確產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)到編制技術(shù)文件的工作過程。設(shè)計技術(shù)解決機(jī)械產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系問題。按傳統(tǒng)觀念，一般說來，設(shè)計是根據(jù)要求預(yù)先制定方案、圖樣等，這是“小設(shè)計”；制造是把原材料加工成為可供使用的物品，這是“小制造”。把“機(jī)械學(xué)”和“機(jī)械制造”分為不同的學(xué)科，在學(xué)術(shù)界早已形成共識。當(dāng)劃分學(xué)科時，明確區(qū)分設(shè)計和制造，有利于研究學(xué)科發(fā)展。鑒于設(shè)計和制造都是產(chǎn)品全壽命過程中的基本階段，可確認(rèn)二者是并列關(guān)系，而不是從屬關(guān)系。1.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系“大設(shè)計”16論點：先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵是先進(jìn)設(shè)計技術(shù)。⑴并行工程CEConcurrentEngineering→并行設(shè)計CD。其關(guān)鍵技術(shù)：①計算機(jī)輔助技術(shù)：CAX—ComputerAidedX，如CAD、CAE、CAPP、CAM②面向X的設(shè)計：DFX—DesignForX，或為X而設(shè)計，

如：DFC、DFD、DFM、DFA、DFE、DFQ、DFS。Cost、Diagnosis、Manufacturing、Assembly、Environment、Quality、Service成本、診斷、制造、裝配、

環(huán)境、質(zhì)量、服務(wù)③產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理：PDM—ProductDataManagement，是對工程數(shù)據(jù)管理、文檔管理、產(chǎn)品信息管理、技術(shù)數(shù)據(jù)管理、技術(shù)信息管理、圖像管理等信息管理技術(shù)的一種概括與總稱。④大批量定制設(shè)計：DFMC—DesignforMassCustomization⑵虛擬制造VM—VirtualManufacturing→虛擬設(shè)計VD。⑶智能制造IM—IntelligentManufacturing→智能設(shè)計ID⑷敏捷制造AM—AgileManufacturing→快速設(shè)計RD—RapidDesign敏捷性的3個要求：RRS—可重組Reconfigurable、可重用Reusable、可縮放Scalable。⑸綠色制造GM—GreenManufacturing→綠色設(shè)計GD⑹企業(yè)過程重組BPR—BusinessProcessRe-engineering→可重組制造系統(tǒng)RMS—ReconfigurableManufacturingSystem→可重組設(shè)計RD—ReconfigurableDesign

論點：先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵是先進(jìn)設(shè)計技術(shù)。172設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程

2.1設(shè)計技術(shù)五個階段表1

發(fā)展階段1直覺設(shè)計(←1600)萌芽期2經(jīng)驗設(shè)計(1600～1847)醞釀期3半理論設(shè)計(1847～1946)成長期4半自動設(shè)計(1946～1989)成形期5自動化設(shè)計(1990→)成熟期標(biāo)志事件簡單機(jī)械數(shù)學(xué)與力學(xué)結(jié)合1847年英國IME成立1946年計算機(jī)問世;1970年CAD推出計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展;1990年IIICAD系統(tǒng)生產(chǎn)方式勞動分散型勞動密集型設(shè)備密集型信息密集型知識密集型設(shè)計特征個體手工個體手工群體手工個體采用CA群體采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計工具紙、筆、算盤圖紙、筆、繪圖尺手冊、計算尺、圖板、丁字尺、繪圖儀電子計算器、CAD系統(tǒng)ICAD系統(tǒng)，IICAD系統(tǒng)，IIICAD系統(tǒng)2設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程

2.1設(shè)計技術(shù)五個階段表1182.2設(shè)計技術(shù)三大類型表2B類型傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)先進(jìn)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用情況沿襲下來通常使用的初級水平的設(shè)計技術(shù)現(xiàn)在這個時代推廣應(yīng)用的中級水平的設(shè)計技術(shù)正在研究并開始試用的高級水平的設(shè)計技術(shù)基本特征個體手工，類比，試湊，經(jīng)驗數(shù)學(xué)公式，有極大的局限性。設(shè)計工作周期長，效率低。設(shè)計理論主要是揭示設(shè)計對象(專業(yè)產(chǎn)品)的內(nèi)在機(jī)理，未能將設(shè)計本身作為一門學(xué)科來研究。對設(shè)計對象和設(shè)計過程的認(rèn)識從特性上升到共性。研究創(chuàng)造與設(shè)計思維過程本身的規(guī)律，設(shè)計準(zhǔn)則涉及的領(lǐng)域拓寬：強度、摩擦學(xué)、可靠性、造型。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算和繪圖實現(xiàn)了自動化，但大量非圖形的特征尚未實現(xiàn)自動化。把對象置于“人-機(jī)-環(huán)境”大系統(tǒng)中，不盲目追求自動化。屏幕上的三維圖形可以直接與人腦中的構(gòu)思接軌。幾乎在產(chǎn)品設(shè)計全過程內(nèi)都引入了計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代科技成果。將會實現(xiàn)設(shè)計過程中各計算機(jī)支持系統(tǒng)間的集成。具體方法人工設(shè)計，圖紙設(shè)計法，類比設(shè)計，……CAD、ICAD、系統(tǒng)化，優(yōu)化，可靠性，模塊化，價值，摩擦學(xué)，有限元，相似，宜人性，造型，防腐蝕，蠕變，失效分析、疲勞，斷裂，仿生，反求，抗振，降噪聲，……IICAD，集成，智能，綠色設(shè)計，穩(wěn)健設(shè)計，概念設(shè)計，創(chuàng)新設(shè)計，并行設(shè)計，模糊設(shè)計，虛擬設(shè)計，大批量定制設(shè)計，快速設(shè)計，可重組設(shè)計，……

2.2設(shè)計技術(shù)三大類型表2B類型傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計19表3設(shè)計技術(shù)及其說明注：ICAD—IntelligentCAD，智能CADIICAD—IntegratedIntelligentCAD，集成化智能CADIIICAD—InteractiveIntegratedIntelligentCAD，交互式集成化智能CAD設(shè)計技術(shù)代表形式智能部分的承擔(dān)者說明傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)人工設(shè)計/傳統(tǒng)CAD人類專家不存在計算機(jī)的設(shè)計智能現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)ICAD設(shè)計型專家系統(tǒng)智能設(shè)計的初級階段先進(jìn)設(shè)計技術(shù)IICAD,IIICAD人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)智能設(shè)計的高級階段表3設(shè)計技術(shù)及其說明設(shè)計技術(shù)代表形式智能部分的承擔(dān)者203先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢

進(jìn)入21世紀(jì)，社會需求和科學(xué)技術(shù)正發(fā)生著深刻的變化：①信息技術(shù)的迅速發(fā)展，加速了市場的全球化；②人們對產(chǎn)品的要求變化快，批量不定，呈現(xiàn)多樣化；③用戶希望買到體現(xiàn)自己興趣和愛好的產(chǎn)品，趨向個性化；④產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不再按是否滿足使用要求來評價，而是按是否滿足用戶要求來評價；⑤社會關(guān)注產(chǎn)品在生態(tài)和環(huán)境方面的友善性；⑥微電子技術(shù)使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨向機(jī)電一體化；⑦計算機(jī)技術(shù)廣泛深入影響著產(chǎn)品生命周期的全過程；⑧先進(jìn)制造技術(shù)對設(shè)計技術(shù)提出了更高的要求。

3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)入21世紀(jì)，社會需求和科學(xué)技21企業(yè)競爭力的基本因素是：產(chǎn)品的上市時間T、質(zhì)量Q、成本C、增值服務(wù)S及其友好環(huán)境E。制造業(yè)各種高技術(shù)的目標(biāo)都是追求TQCSE，即產(chǎn)品上市快、質(zhì)量高、成本低、服務(wù)好以及在生態(tài)環(huán)境中的良性循環(huán)，其中要解決的核心技術(shù)有：智能設(shè)計,集成設(shè)計,并行設(shè)計,綠色設(shè)計。企業(yè)競爭力的基本因素是：22

3.1設(shè)計過程的智能化3.1.1幾個概念智能：是知識以及運用知識以解決問題的能力的總和。智能化：是指用計算機(jī)模擬人類的個體和群體，對知識進(jìn)行獲取、分析、處理、加工、管理和使用，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計決策自動化之目的。智能化走向設(shè)計自動化的重要途徑。智能設(shè)計是指在設(shè)計過程的各個環(huán)節(jié)，以一種高度柔性和高度集成的方式通過計算機(jī)來模擬人類專家的設(shè)計智能活動，對設(shè)計問題進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策。旨在取代或延伸設(shè)計環(huán)境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的設(shè)計智能進(jìn)行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展。智能設(shè)計的研究對象是如何提高人機(jī)系統(tǒng)中計算機(jī)的智能水平，使計算機(jī)更好地承擔(dān)設(shè)計中各種復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計師得力的助手和同事。簡言之，智能設(shè)計乃計算機(jī)化的設(shè)計智能也。智能設(shè)計技術(shù)就是基于知識處理和操作的設(shè)計技術(shù)。3.1設(shè)計過程的智能化3.1.1幾個概念23智能設(shè)計研究的基本問題：①設(shè)計知識模型的表示與建模方法：設(shè)計知識模型的內(nèi)容包含兩個方面：設(shè)計對象的知識模型；設(shè)計過程的知識②知識利用：研究各種搜索方法、約束滿足方法、推理方法以及基于原型的設(shè)計方法等。③ICAD的體系結(jié)構(gòu)：它必須體現(xiàn)ICAD的基本思想，例如集成、多智能體協(xié)同工作、人機(jī)協(xié)同以人為本等。智能設(shè)計研究的基本問題：243.1.2研究概況與實例⑴設(shè)計型專家系統(tǒng)：兩種存在形式：用于方案綜合和設(shè)計評價。⑵處理設(shè)計條件描述不充分問題的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方案推導(dǎo)系統(tǒng)。⑶針對機(jī)械設(shè)計多解性的模糊設(shè)計，模糊評價方法。⑷借助多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的智能建模系統(tǒng)將被實用化。

例如：用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計波音777飛機(jī)獲得成功。這是世界上第一架無圖紙、無樣機(jī)上天的飛機(jī)。⑸將人工智能引入CAD系統(tǒng)，使其具有專家的經(jīng)驗和知識，具有學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和判斷的能力，及視覺、聽覺、語言的處理能力。⑹由計算機(jī)智能化地進(jìn)行處理原CAD繁瑣的操作。如能對整個設(shè)計對象自動標(biāo)注尺寸；用戶只需要很少的操作就能把方便地作圖形修改；在圖形的繪制方面增加了智能導(dǎo)引的機(jī)制。⑺人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)：就是IICAD。設(shè)計過程的智能化只是將人對設(shè)計過程中的干預(yù)減少到最低程度。1991年人工智能的鼻組斐哲保姆(Feigenbaum)和錢學(xué)森教授不約而同地提出了人機(jī)一體化系統(tǒng)的概念，該系統(tǒng)采取以人為主，人與機(jī)械協(xié)作的技術(shù)路線，各自執(zhí)行自己最擅長的工作，達(dá)到“超智能”。人機(jī)一體化系統(tǒng)強調(diào)人在系統(tǒng)中的安全性和創(chuàng)新性，重視資源的再生性和社會性。面對復(fù)雜的設(shè)計對象，應(yīng)從整體最優(yōu)的前提出發(fā)，以尋求低值自動化更為可靠。3.1.2研究概況與實例253.1.3初級智能設(shè)計系統(tǒng)與高級智能設(shè)計系統(tǒng)的比較表4ICAD系統(tǒng)與IIAD系統(tǒng)的異同特性設(shè)計型專家系統(tǒng)ICAD人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)IICAD系統(tǒng)的物理分布一般集中在一臺計算機(jī)上分布在同地或異地的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上領(lǐng)域知識單一多樣內(nèi)嵌智能體數(shù)量一般為一個多個功能集成=覆蓋各設(shè)計階段覆蓋各設(shè)計階段集成環(huán)境不強調(diào)網(wǎng)絡(luò)強調(diào)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的集成設(shè)計過程管理不強調(diào)強調(diào)設(shè)計過程規(guī)劃、控制與沖突消解產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理不強調(diào)是實現(xiàn)集成的重要手段共享產(chǎn)品信息模型及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換不強調(diào)是實現(xiàn)IICAD的基礎(chǔ)通信不強調(diào)強調(diào)基于Web的互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)人的作用=強調(diào)人的創(chuàng)造性、主動性、主張人機(jī)協(xié)同強調(diào)人的創(chuàng)造性、主動性、主張人機(jī)協(xié)同3.1.3初級智能設(shè)計系統(tǒng)與高級智能設(shè)計系統(tǒng)的比較表4263.1.4智能設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)⑴設(shè)計過程的再認(rèn)識探索適合于計算機(jī)程序系統(tǒng)的設(shè)計理論和有效的設(shè)計處理模型。⑵設(shè)計知識的表示如何建立一個合理而有效表達(dá)設(shè)計知識的知識表達(dá)模型始終是關(guān)鍵。面向?qū)ο蟮闹R表示，框架式的知識結(jié)構(gòu)是目前采用的流行方法。⑶多方案的并行設(shè)計需求功能邏輯樹的采用，功能空間符號表示，矩陣表示和設(shè)計處理是多方案設(shè)計的基礎(chǔ)。針對設(shè)計問題的復(fù)雜性，采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行并行處理。⑷多專家系統(tǒng)協(xié)同合作以及信息處理多個專家系統(tǒng)協(xié)同合作是概念設(shè)計專家系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。模糊評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價相結(jié)合的方法是目前解決多專家系統(tǒng)協(xié)同合作中的多目標(biāo)信息處理的最有效的方法。⑸再設(shè)計與自學(xué)習(xí)機(jī)制當(dāng)設(shè)計結(jié)果不能滿足要求時，系統(tǒng)應(yīng)能夠返回到各個層次進(jìn)行再設(shè)計；同時采用歸納推理和類比推理等方法獲得新的知識進(jìn)行自學(xué)習(xí)和自我完善。將并行工程設(shè)計的思想應(yīng)用于概念設(shè)計過程中是解決再設(shè)計問題的最有效方法。⑹多種推理機(jī)制的綜合運用演繹推理，歸納推理（包括理想、類比等推理）、各種非標(biāo)準(zhǔn)推理以及模糊推理等等?；趯嵗念惐刃投鄬油评頇C(jī)制和模糊邏輯推理方法的運用是目前智能設(shè)計的一個重要特征。⑺智能化的人機(jī)接口和設(shè)計過程中人的參與怎樣能實現(xiàn)計算機(jī)對自然語言的理解，對語音、文字、圖形和圖像的直接輸入輸出是一項重要的任務(wù)。對于復(fù)雜的設(shè)計問題，如果沒有人的適當(dāng)參與也很難得到理想的設(shè)計結(jié)果。3.1.4智能設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)273.2設(shè)計信息的集成化3.2.1集成的兩個觀點與三個層次⑴計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS概念包含兩個基本觀點（出發(fā)點）：①系統(tǒng)的觀點。企業(yè)各個環(huán)節(jié)（設(shè)計、制造、管理等）是不可分割的，必須統(tǒng)一考慮。②信息化的觀點。經(jīng)營是一個數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工處理的過程，其產(chǎn)品是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。

⑵90年代追求TQCSE，產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的集成應(yīng)包括三個層次：①功能集成。即有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計所需的各種功能必須首先集成起來，例如產(chǎn)品需求分析、方案設(shè)計、裝配草圖設(shè)計、零部件詳細(xì)設(shè)計、工程分析、優(yōu)化設(shè)計、產(chǎn)品可裝配性及可制造性分析等，以形成功能完整的設(shè)計集成系統(tǒng)，這種集成稱為設(shè)計系統(tǒng)本身小環(huán)境的集成。②信息集成。是CAD子系統(tǒng)與下游或周邊子系統(tǒng)的信息集成，其核心問題是CAD子系統(tǒng)按STEP標(biāo)準(zhǔn)生成統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型并與其它子系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交換與管理，這種集成稱為CIMS或并行工程環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的復(fù)雜環(huán)境的集成。③企業(yè)間集成。是在敏捷制造模式下基于動態(tài)聯(lián)盟的虛擬產(chǎn)品集成開發(fā)，這時必須解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的企業(yè)間集成問題，這種集成稱為動態(tài)聯(lián)盟虛擬設(shè)計大環(huán)境的集成。3.2設(shè)計信息的集成化3.2.1集成的兩個觀點與三個層次283.2.2集成化的含義與實例設(shè)計信息：包括產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息。

設(shè)計信息的集成化：是指不同事件的不同領(lǐng)域知識的集成，經(jīng)驗知識和解析知識的集成，各種設(shè)計功能(建模、仿真、分析、計算等)的集成，各種設(shè)計理論和方法的集成，各個不同專家系統(tǒng)的集成，字符推理和數(shù)值計算程序的集成，CAD/CAPP/CAM/CAE的集成。設(shè)計信息集成對CAD的要求：設(shè)計信息的集成將是未來產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的主要模式。這一集成可以實現(xiàn)信息流的暢通，產(chǎn)品從構(gòu)思到實現(xiàn)可以在一個系統(tǒng)內(nèi)完成，減少信息的冗余。CAD所產(chǎn)生的實體模型將最大限度地被后續(xù)的分析、加工、工藝和仿真所利用。CAD/CAPP/CAM/CAE集成：CIMS要求將CAD/CAPP/CAM/CAE集成起來。CAD/CAPP/CAM/CAE的集成并不是將孤立的CAD、CAPP、CAM和CAE等系統(tǒng)進(jìn)行簡單的連接，而是從概念設(shè)計開始就考慮到集成，要建立一種新的設(shè)計、生產(chǎn)、分析以及技術(shù)管理的一體化。

CAE：指對產(chǎn)品零件的機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力等動態(tài)特性進(jìn)行有限元分析，以及考慮產(chǎn)品本身等因素的優(yōu)化設(shè)計。目前集成化的核心是數(shù)據(jù)庫、知識庫和圖形庫。（見圖20，21）3.2.2集成化的含義與實例293.2.3集成化的關(guān)鍵技術(shù)：6⑴計算機(jī)圖形處理技術(shù)。⑵圖形輸入和工程圖樣識別。⑶產(chǎn)品造型技術(shù)。①參數(shù)化造型技術(shù)的特點：基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改和全數(shù)據(jù)相關(guān)。它是由編程者預(yù)先設(shè)置一些幾何圖形約束，然后供設(shè)計者在造型時使用。與一個幾何圖形相關(guān)聯(lián)的所有尺寸參數(shù)可以用來產(chǎn)生其他幾何圖形。②變量化造型技術(shù)的特點：保留了參數(shù)化技術(shù)基于特征、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改的優(yōu)點，但在全尺寸約束方面做了根本性改變。變量化技術(shù)將參數(shù)化技術(shù)中需定義的尺寸“參數(shù)”進(jìn)一步區(qū)分為形狀約束和尺寸約束，而不是像參數(shù)化技術(shù)那樣只用尺寸來約束全部幾何。3.2.3集成化的關(guān)鍵技術(shù)：630⑷計算機(jī)輔助工藝設(shè)計CAPP它是指利用計算機(jī)對產(chǎn)品及加工零件工藝參數(shù)進(jìn)行合理選擇。在CAD系統(tǒng)中建立的實體模型較為完善地描述了產(chǎn)品的幾何特征，工藝參數(shù)只是當(dāng)作圖紙上的標(biāo)注加以處理。這些模型進(jìn)入CAPP后，目前大多需要人工介入，以提取CAPP所需的幾何信息，補充面向加工的信息。這不僅造成了信息流的中斷和重復(fù)勞動，而且可能發(fā)生信息丟失和錯誤，降低設(shè)計的可靠性。⑸產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)PDM（ProductDataManagement）⑷計算機(jī)輔助工藝設(shè)計CAPP31⑹產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)：為了使不同系統(tǒng)間的信息交換順利進(jìn)行，就必須建立各系統(tǒng)軟件都應(yīng)遵守的信息交換標(biāo)準(zhǔn)。ISO10303產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP已經(jīng)成為許多CAD開發(fā)者為其它CAD系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口程序的依據(jù)。STEP在于建立一個使產(chǎn)品生命周期各階段的信息能夠進(jìn)行互換的產(chǎn)品模型，以保證產(chǎn)品信息在各個環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換過程中保持完整性和一致性。近年來，圍繞零件供應(yīng)商和企業(yè)之間的信息集成和工程數(shù)據(jù)共享，針對開放性零件庫的國際標(biāo)準(zhǔn)ISOl3584也在不斷完善，基干此標(biāo)準(zhǔn)的零件庫資源已經(jīng)部分實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化共享。另一種發(fā)展趨勢是平臺化，許多設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)重建模型比用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換模型更容易。比如，使用STEP得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果常常是無特征的靜態(tài)幾何形狀，針對具體的特征和細(xì)節(jié)還需補做大量工作。大的CAD廠家采取數(shù)據(jù)加密等技術(shù)，阻止競爭對手對自己數(shù)據(jù)的直接讀取，形成了廠家商業(yè)利益與用戶需要背道而馳的局面。從降低成本，提高效率的角度考慮，PC級的CAD產(chǎn)品揚棄了傳統(tǒng)的CAD廠家自行設(shè)計從幾何平臺到應(yīng)用層的所有模塊，而是采用專業(yè)公司提供的幾何平臺等技術(shù)。⑹產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)：為了使不同系統(tǒng)間的信息交換順利進(jìn)行，就必323.3設(shè)計方式的并行化3.3.1并行設(shè)計的基本思想產(chǎn)品的上市時間往往直接決定了產(chǎn)品設(shè)計的成敗。如何縮短產(chǎn)品的上市時間，一個自然的想法就是把原來串行順序過程盡可能同時進(jìn)行。1988年美國防御分析研究所在R338報告中首次提出了并行工程(CE)的概念。并行設(shè)計(CD)是并行工程中最重要的環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品設(shè)計來說，設(shè)計工作是從構(gòu)思產(chǎn)品方案直到產(chǎn)品最終報廢的整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)，每個環(huán)節(jié)的代表，如工藝員、采購員、銷售員都要參加到設(shè)計工作中來，甚至用戶也可以對設(shè)計提出建議。設(shè)計方式的并行化，可以實現(xiàn)超前考慮設(shè)計的后續(xù)過程，確保設(shè)計“一次成功”。

3.3設(shè)計方式的并行化3.3.1并行設(shè)計的基本思想3313.3.2并行設(shè)計的組織實施為了實現(xiàn)CE系統(tǒng)，需要組織一個包括與產(chǎn)品開發(fā)全過程有關(guān)的各部門的工作技術(shù)人員的多功能小組，小組成員在設(shè)計階段“協(xié)同工作”(TeamWork)，設(shè)計產(chǎn)品的同時設(shè)計有關(guān)過程。為了保證小組成員之間良好的合作，必須以分布式計算機(jī)系統(tǒng)、通過網(wǎng)絡(luò)建立聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)化可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的總體優(yōu)勢，共享昂貴的設(shè)備，節(jié)省投資。借助現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，用戶可以用高性能的PC代替昂貴的工作站。不同設(shè)計人員可以在網(wǎng)絡(luò)上方便地交換設(shè)計數(shù)據(jù)。目前CAD系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了從單機(jī)到局域網(wǎng)LAN的轉(zhuǎn)變，目前正在與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet整合。在企業(yè)行為國際化的大潮下，在外部網(wǎng)Extranet的大環(huán)境下建立設(shè)計系統(tǒng)不久將成為現(xiàn)實。13.3.2并行設(shè)計的組織實施343.3.3并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)：⑴并行環(huán)境下的信息抽象與建模技術(shù)源于日本的質(zhì)量功能配置QFD（QualityFunctionDeployment）方法，強調(diào)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中職能部門人員的信息交流和作業(yè)協(xié)同，它的目標(biāo)就是要保證客戶的需求能夠有機(jī)地布置到企業(yè)各個職能部門的作業(yè)目標(biāo)上，也就是說，將客戶的需求分別轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品功能構(gòu)思、結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃及作業(yè)控制等四個階段。QFD將產(chǎn)品的需求、功能、質(zhì)量和成本有機(jī)地結(jié)合起來，把客戶對產(chǎn)品的需求信息轉(zhuǎn)換到產(chǎn)品開發(fā)的各個階段，從而將客戶與設(shè)計、生產(chǎn)緊密地聯(lián)系起來。3.3.3并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)：35

工藝特征作業(yè)特征零件特征功能特征圖23QFD方法的四個階段產(chǎn)品規(guī)劃客戶需求結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計功能特征工藝規(guī)劃零件特征控制作業(yè)工藝特征工藝特征作業(yè)特征零件特征功能特征圖23QFD方法的四個36⑵計算機(jī)輔助設(shè)計評價和決策——DFMA與RPM面向制造的設(shè)計DFM以及面向裝配的設(shè)計DFA通常被合在一起稱為DFMA。通過DFMA，使設(shè)計人員在新產(chǎn)品的設(shè)計階段，可以充分考慮所設(shè)計產(chǎn)品的零部件的加工工藝性和裝配工藝性，從而使新產(chǎn)品在制造與裝配過程中由于設(shè)計不當(dāng)而產(chǎn)生的工程更改數(shù)量減少到最小程度。快速原型制造技術(shù)RPM是對產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計進(jìn)行快速評價和測試的又一種思路，盡管它被人們歸為制造技術(shù)，但它與產(chǎn)品的快速設(shè)計與開發(fā)有著緊密的聯(lián)系。80年代末起源于美國的新技術(shù)RPM是機(jī)械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)的技術(shù)集成，其特點就在于無需模具或任何加工，僅憑CAD中的產(chǎn)品三維實體造型的分層數(shù)據(jù)，就可以用最快的速度得到與設(shè)計數(shù)據(jù)完全一致的產(chǎn)品實體，從而將設(shè)計人員的設(shè)計構(gòu)思物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的產(chǎn)品原型，給新產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計帶來極大的便利。⑵計算機(jī)輔助設(shè)計評價和決策——DFMA與RPM37⑶支持并行設(shè)計的分布式計算機(jī)環(huán)境并行的設(shè)計環(huán)境要求一個在計算機(jī)支持下的協(xié)同工作環(huán)境，CSCW（ComputerSupportedCooperativeWork）是實現(xiàn)這一環(huán)境的核心技術(shù)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，就是用通信線路和通信設(shè)備將分散在不同地點的多臺計算機(jī)，按一定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接起來。這些功能使獨立計算機(jī)按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信，實現(xiàn)資源共享。由于CAD/CAPP/CAM技術(shù)日趨成熟，可應(yīng)用于越來越大的項目。這類項目往往不是一個人，而是多個人、多個企業(yè)在多臺計算機(jī)上協(xié)同完成，所以分布式計算機(jī)系統(tǒng)非常適用于CAD/CAPP/CAM的作業(yè)方式。隨著Internet網(wǎng)的發(fā)展，可針對某一特定產(chǎn)品，將分散在不同地區(qū)的現(xiàn)有智力資源和生產(chǎn)設(shè)備資源迅速組合，建立動態(tài)聯(lián)盟的制造體系，以適應(yīng)不同地區(qū)的現(xiàn)有智力資源和生產(chǎn)設(shè)備資源的迅速組合。建立動態(tài)聯(lián)盟制造體系，將成為全球化制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。并行設(shè)計不僅局限于一個企業(yè)內(nèi)部，而且可以擴(kuò)展到全社會乃至全球，從而形成虛擬企業(yè)或虛擬組織。中國已于1997年成立“現(xiàn)代設(shè)計與產(chǎn)品研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)——虛擬異地合作設(shè)計組織”。⑶支持并行設(shè)計的分布式計算機(jī)環(huán)境383.4設(shè)計對象的綠色化

3.4.1背景⑴70年代以來，工業(yè)污染所導(dǎo)致的全球性環(huán)境惡化達(dá)到了前所未有的程度。90年代以來，全球性的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整呈現(xiàn)出新的綠色戰(zhàn)略趨勢。這就是向資源利用合理化，廢棄物產(chǎn)生少量化，對環(huán)境元污染或少污染的方向發(fā)展。⑵在這種“綠色浪潮”的沖擊下，綠色產(chǎn)品逐漸興起，相應(yīng)的綠色設(shè)計技術(shù)就成為研究熱點。工業(yè)發(fā)達(dá)國家都是努力實現(xiàn)綠色設(shè)計的有效手段。⑶如果說，當(dāng)初是西方國家嚴(yán)格的環(huán)保立法和綠色法規(guī)促進(jìn)了制造業(yè)奉行綠色設(shè)計，那么，現(xiàn)在是綠色設(shè)計的先行者嘗到了甜頭后自覺地遵循綠色行為，施樂、柯達(dá)和惠普等公司的綠色設(shè)計已經(jīng)有了直接贏利。這同時也促進(jìn)了綠色產(chǎn)品及綠色設(shè)計的迅速發(fā)展。⑷過去判斷企業(yè)的市場競爭力只需研究下述前三點就足夠了，而如今為了獲得市場競爭力，企業(yè)必須做到五點：生產(chǎn)成本低6、產(chǎn)品質(zhì)量高7、生產(chǎn)周期短8、銷售服務(wù)好9、不影響生態(tài)環(huán)境21（即進(jìn)行綠色產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)水平高）。IBM公司宣布，該公司新的流水線中，制造CPU的塑料將可以100%的回收。在德國，政府立法規(guī)定電視制造企業(yè)必須回收自己的電視機(jī)方能生產(chǎn)，為此，施奈特電子公司不久前研制出了一種“綠色電視機(jī)”，其零部件回收率高達(dá)90%以上。3.4設(shè)計對象的綠色化3.4.1背景393.4.2基本概念綠色是清潔和節(jié)約的意思。綠色產(chǎn)品就是在產(chǎn)品生命周期過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小、對資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。內(nèi)涵：⑴優(yōu)良的環(huán)境友好性。⑵最大限度地利用材料資源。⑶最大限度地節(jié)約能源。綠色設(shè)計就是把產(chǎn)品視為與人類共存的生命體，對它的研究要基于它自身的從需求、設(shè)計、制造到銷售、使用、廢棄/回收再生的廣義產(chǎn)品生命周期，并行地考慮生命周期內(nèi)每一個階段產(chǎn)品與人和環(huán)境的相互影響。實現(xiàn)產(chǎn)品綠色要求的設(shè)計稱為綠色設(shè)計。3.4.2基本概念403.4.4綠色設(shè)計策略B表5綠色產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計策略產(chǎn)品生命周期設(shè)計策略相關(guān)對象面向設(shè)計使用再生材料資源浪費、環(huán)境負(fù)荷使用能耗少的材料環(huán)境負(fù)荷考慮環(huán)境因素的零部件選擇供應(yīng)商的環(huán)境行為、環(huán)境負(fù)荷使用可重用的材料資源浪費面向制造采用短的工藝處理時間環(huán)境負(fù)荷、工作環(huán)境采用節(jié)省材料的工藝方法資源浪費、環(huán)境負(fù)荷縮減輔助消耗環(huán)境負(fù)荷而向銷售改善后勤服務(wù)環(huán)境負(fù)荷減少體積、重量資源浪費、環(huán)境負(fù)荷使用可再生的材料包裝資源浪費、環(huán)境負(fù)荷面向使用降低能量消耗資源浪費、環(huán)境負(fù)荷面向便于維護(hù)和長壽命的設(shè)計資源浪費面向回收/再生面向拆卸的設(shè)計資源浪費保護(hù)材料性能資源浪費、環(huán)境負(fù)荷3.4.4綠色設(shè)計策略B表5綠色產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)413.4.6綠色產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)⑴面向環(huán)境的設(shè)計技術(shù)主要有：①綠色產(chǎn)品的描述與建模。②面向回收的產(chǎn)品可拆卸性設(shè)計及評價。③可拆卸結(jié)構(gòu)的模塊劃分和接口設(shè)計。④可回收零件及材料的識別與分類系統(tǒng)。⑤適合綠色設(shè)計的環(huán)境指標(biāo)的建立。⑥綠色產(chǎn)品評價體系和方法的研究。⑦綠色產(chǎn)品集成設(shè)計理論與方法。⑧綠色產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計工具平臺。⑵面向能源的設(shè)計技術(shù)是指用對環(huán)境影響最小和資源消耗最少的能源供給方式支持產(chǎn)品的整個生命周期，并以最少的代價獲得能量的可靠回收和重新利用的設(shè)計技術(shù)，從而全面指導(dǎo)、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計過程。⑶面向材料的設(shè)計技術(shù)是以材料為對象，在產(chǎn)品的整個壽命周期（設(shè)計、制造、使用、廢棄）中的每一階段，以材料對環(huán)境的影響和有效利用作為控制目標(biāo)，在實現(xiàn)產(chǎn)品功能要求的同時實施，使其對環(huán)境污染最小和能源消耗最少的綠色設(shè)計技術(shù)。

3.4.6綠色產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)⑴面向環(huán)境的設(shè)計技術(shù)423.4.7環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)ISO14000自1987年，德國、日本、美國、加拿大等國先后建立產(chǎn)品綠色標(biāo)志認(rèn)證制度。中國于1993年實行綠色標(biāo)志認(rèn)證制度。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織繼推出質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)ISO9000后，又制定了環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)ISO14000。ISO標(biāo)準(zhǔn)14000系列最初是在1992年GATT（關(guān)貿(mào)總協(xié)定）烏拉圭談判回合和在里約召開的環(huán)境保護(hù)首腦會議上產(chǎn)生的。GATT談判旨在消除貿(mào)易上的非關(guān)稅壁壘，而里約首腦會議則就全球的環(huán)境保護(hù)提出了承諾。(注：GATT目前已改名為WTO即世界貿(mào)易組織)

ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)包括了以下幾方面內(nèi)容：

l）EnvironmentalManagementSystems環(huán)境管理體系2）EnvironmentalAuditing環(huán)境審核3）EnvironmentalperformanceEvaluation環(huán)境行為評價4）EnvironmentalLabeling環(huán)境標(biāo)志5）Life-cycleAssessment產(chǎn)品生命周期、評估6）EnvironmentalAspectsinProductStandards產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)目前，誰擁有了ISO9000認(rèn)證，誰就有了產(chǎn)品質(zhì)量的信譽；未來，誰擁有ISO14000認(rèn)證，誰就擁有了更廣闊的國際市場。可以預(yù)言，今后不實行綠色設(shè)計，產(chǎn)品進(jìn)入國際市場的資格將被取消。3.4.7環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)ISO14000434結(jié)論①市場對產(chǎn)品的需求發(fā)生了很大的變化，產(chǎn)品在發(fā)展，設(shè)計技術(shù)必須有超前的發(fā)展。各個學(xué)科間的聯(lián)系日趨緊密，但哪一個學(xué)科都不能代替設(shè)計學(xué)科，因為設(shè)計學(xué)科中與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有關(guān)的應(yīng)用與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身的理論和方法集成在一起，形成了自己的理論和方法體系。②設(shè)計技術(shù)的經(jīng)歷直覺、經(jīng)驗、半經(jīng)驗、半自動、自動化等５個發(fā)展階段，可劃分為傳統(tǒng)、現(xiàn)代、先進(jìn)３個主要類別。其內(nèi)容隨國家和時代而變化。著重點在于觀察到技術(shù)的目前狀況和發(fā)展趨勢。③市場需求產(chǎn)品，產(chǎn)品需求先進(jìn)設(shè)計技術(shù)。先進(jìn)設(shè)計技術(shù)發(fā)展呈“四化”趨勢：設(shè)計過程智能化、設(shè)計信息集成化、設(shè)計方式并行化、設(shè)計對象綠色化。從本質(zhì)上看，通過鑒定、獲獎或?qū)＠确绞?，還不能證明設(shè)計的成功。真正的檢驗是市場。對于設(shè)計者來說，如果今天你不生活在未來的市場，那么明天你將生活在過去的市場。4結(jié)論①市場對產(chǎn)品的需求發(fā)生了很大的變化，產(chǎn)品在發(fā)展，設(shè)計44

謝謝

再見謝謝再見45先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展

華北電力大學(xué)戴慶輝

先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展華北電力大學(xué)46先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念1.1設(shè)計技術(shù)所屬的學(xué)科1.2設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系2設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程2.1五個階段2.2三大類型3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1設(shè)計過程的智能化

3.2設(shè)計信息的集成化3.3設(shè)計方式的并行化

3.4設(shè)計對象的綠色化

4結(jié)論先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念471先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念

1.1設(shè)計技術(shù)所屬的學(xué)科t1圖1國務(wù)院學(xué)位委員會機(jī)械工程學(xué)科評議組的劃分機(jī)械學(xué)計算機(jī)圖學(xué)（原機(jī)械制圖）機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械設(shè)計機(jī)械動力學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強度摩擦學(xué)機(jī)器人學(xué)振動沖擊噪聲機(jī)械工程機(jī)械制造1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念

1.1設(shè)計技術(shù)所屬的學(xué)科t1圖148t2圖2國家自然科學(xué)基金委員會劃分的一、二、三級學(xué)科機(jī)械學(xué)1機(jī)構(gòu)學(xué)2傳動機(jī)械學(xué)3機(jī)械振動學(xué)4機(jī)械結(jié)構(gòu)強度學(xué)5摩擦學(xué)6機(jī)械設(shè)計學(xué)7機(jī)器人機(jī)械學(xué)機(jī)械制造1金屬材料學(xué)2無機(jī)非金屬材料3有機(jī)高分子材料4冶金與礦業(yè)5機(jī)械工程6工程熱物理與能源利用7電工8建筑環(huán)境與結(jié)構(gòu)工程9水利工程與材料科學(xué)部1材料成形工藝與設(shè)備2機(jī)械制造工藝與設(shè)備3機(jī)械制造自動化4機(jī)械測試?yán)碚撆c技術(shù)5其它t2圖2國家自然科學(xué)基金委員會劃分的一、二、三級學(xué)49t3圖5機(jī)械工程主干學(xué)科與主要相關(guān)學(xué)科的關(guān)系示意圖機(jī)械設(shè)計工程學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)數(shù)學(xué)計算機(jī)技術(shù)工業(yè)工程學(xué)力學(xué)材料學(xué)t3圖5機(jī)械工程主干學(xué)科與主要相關(guān)學(xué)科的關(guān)系示意圖機(jī)械501.2設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.2.1的概念設(shè)計是人們將指定的任務(wù)預(yù)先轉(zhuǎn)化為滿足要求的信息的一種活動。信息的表達(dá)形式有圖形、文字、數(shù)據(jù)、符號等。圖表7人們在不同的歷史階段對“設(shè)計”的理解歷史階段對技術(shù)的理解20世紀(jì)60年代設(shè)計是（結(jié)構(gòu)設(shè)計的）計算和繪圖。70年代設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能設(shè)計。80年代設(shè)計過程延伸到制造和銷售。90年代設(shè)計過程貫串于產(chǎn)品的生命周期。21世紀(jì)設(shè)計目的是創(chuàng)造一個用戶滿意的成果。1.2設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.2.1的概念511.2.2技術(shù)的概念技術(shù)泛指人類在科學(xué)實驗和生產(chǎn)活動過程中認(rèn)識和改造自然所積累起來的知識、經(jīng)驗和技能的總和。這里應(yīng)包含三個層次：a.根據(jù)自然科學(xué)原理和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗而發(fā)展成的各種工藝流程、加工方法、勞動技能和訣竅等；b.將這些流程、方法和技能和訣竅等付諸實現(xiàn)的相應(yīng)的生產(chǎn)工具和其他物質(zhì)裝備；c.適應(yīng)現(xiàn)代勞動分工和生產(chǎn)規(guī)模等要求的對生產(chǎn)系統(tǒng)中所有資源（包括人、財、物）進(jìn)行有效組織與管理的知識經(jīng)驗與方法。1.2.2技術(shù)的概念技術(shù)泛指人類在科學(xué)實驗和生產(chǎn)活動過52圖表8人們在不同的歷史階段對技術(shù)的理解歷史階段對技術(shù)的理解17世紀(jì)technology第一次出現(xiàn)在英文中，僅被用來討論藝術(shù)應(yīng)用←1760是指經(jīng)過熟練(實踐)而獲得的經(jīng)驗、技能和技藝。1760→是為某一目的共同協(xié)作組成的各種工具和規(guī)則的體系。60年代是解決社會生產(chǎn)體系中的勞動手段。70年代是勞動工具、勞動對象與勞動者的勞動技能的總稱。80年代泛指根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科學(xué)原理而發(fā)展成的各種工藝操作方法與技能。90年代①是人類在改造世界過程中采用的手段和方法。②是硬件與軟件的統(tǒng)一，是人的因素(知識、能力)與物化因素(工具、裝備)的統(tǒng)一③技術(shù)的本質(zhì)是知識和信息。圖表8人們在不同的歷史階段對技術(shù)的理解531.2.3什么是設(shè)計技術(shù)?設(shè)計技術(shù)(DesignTechnology)是指人們在為工程提供滿足要求的信息活動中所形成的作業(yè)程序、方法和技能，以及采用的工具和設(shè)備。設(shè)計本身是一項涉及多種學(xué)科、多種技術(shù)的交叉工程。設(shè)計技術(shù)是縱向與橫向多門學(xué)科知識的交叉。1.2.3什么是設(shè)計技術(shù)?設(shè)計技術(shù)(DesignTec54T政治↑社會學(xué)、心理學(xué)↑經(jīng)濟(jì)學(xué)↑自然科學(xué)←工程科學(xué)←設(shè)計技術(shù)→工程技術(shù)→生產(chǎn)（工程設(shè)計）↓工業(yè)設(shè)計↓藝術(shù)設(shè)計↓藝術(shù)圖7設(shè)計技術(shù)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系T55☆一項工程的整個過程也是一項設(shè)計需要考慮的全部過程。設(shè)計不能代替工程的其余階段，但先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)措施必須貫串于工程的各個階段。如圖所示。圖9產(chǎn)品生命周期各階段的定性表示產(chǎn)品研究產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品測試產(chǎn)品制造產(chǎn)品銷售產(chǎn)品使用產(chǎn)品報廢產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品市場產(chǎn)品形成產(chǎn)品處理☆一項工程的整個過程也是一項設(shè)計需要考慮的全部過程。設(shè)計不能561.3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義與特點

1.3.1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義先進(jìn)設(shè)計技術(shù)是指融合最新科技成果，適應(yīng)當(dāng)今社會需求變化的，高級水平的各種設(shè)計手段。它包括３個方面。設(shè)計硬件：計算機(jī)，計算機(jī)的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、繪圖機(jī)、觸覺系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)等），網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境等。設(shè)計軟件：各種現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，用于設(shè)計開發(fā)的工作平臺和通用程序（操作系統(tǒng)，各種標(biāo)準(zhǔn)和支撐軟件等），網(wǎng)絡(luò)通信軟件，幫助設(shè)計人員去完成各種設(shè)計任務(wù)的計算機(jī)應(yīng)用軟件等。設(shè)計人員：與設(shè)計的軟硬件一起組成能協(xié)同完成設(shè)計任務(wù)的人機(jī)系統(tǒng)。設(shè)計人員應(yīng)體現(xiàn)在掌握最新科技知識和運用現(xiàn)代設(shè)計工具的能力上。1.3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的定義與特點1.3.1先進(jìn)設(shè)計技術(shù)571.3.2先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的特點先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的“先進(jìn)”，是指在設(shè)計活動中，由于融入新的科技成果，特別是計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的成果，從而使產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、效率、成本、環(huán)保、交貨時間等方面，達(dá)到明顯高于現(xiàn)有產(chǎn)品，甚至創(chuàng)新的水平。(1)效益指既快又好地為機(jī)械制造系統(tǒng)提供信息。(2)相對指以立足國情能否提高競爭力來確定我國先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的概念。(3)動態(tài)指“先進(jìn)”的概念要隨國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)步大環(huán)境的變化進(jìn)行修改。(4)面廣指先進(jìn)設(shè)計技術(shù)面對的不僅是機(jī)械制造業(yè)，因為其研究開發(fā)項目都是由市場需求啟動的?？梢哉f，目前采用的設(shè)計技術(shù)一般是傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)或現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)。1.3.2先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的特點58隨著市場競爭、技術(shù)普及和產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新、市場營銷和服務(wù)的增值作用明顯提高，知識和信息已經(jīng)成為重要的生產(chǎn)要素，制造業(yè)已成為物質(zhì)和知識同時加工的產(chǎn)業(yè)，這種變化趨勢正在加劇。見圖10。

T圖10信息和知識將是最重要的生產(chǎn)要素產(chǎn)品開發(fā)營銷服務(wù)加工制造增值比例產(chǎn)品的生命周期（a）20世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)營銷服務(wù)加工制造增值比例產(chǎn)品的生命周期（b）21世紀(jì)的制造業(yè)隨著市場競爭、技術(shù)普及和產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新、591.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系

從目前機(jī)械工程的設(shè)計與制造這兩個二級學(xué)科的研究范圍來看,設(shè)計與制造都有大、小之分?！按笾圃臁笔侵复罅啃袠I(yè)的產(chǎn)品生命周期全過程,即將原材料轉(zhuǎn)化為可用產(chǎn)品的全部行為過程，包括需求的形成、設(shè)計、生產(chǎn)組織、加工與裝配、測試、改進(jìn)等環(huán)節(jié)?！靶≈圃臁笔侵府a(chǎn)品的機(jī)械加工過程。制造技術(shù)解決機(jī)械零件成形、加工與裝配的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系問題。

1.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系從目前機(jī)械工601.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系

“大設(shè)計”是指對事物發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)及達(dá)到的目標(biāo)。產(chǎn)品設(shè)計過程貫串于產(chǎn)品的生命周期。

“小設(shè)計”是指從明確產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)到編制技術(shù)文件的工作過程。設(shè)計技術(shù)解決機(jī)械產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系問題。按傳統(tǒng)觀念，一般說來，設(shè)計是根據(jù)要求預(yù)先制定方案、圖樣等，這是“小設(shè)計”；制造是把原材料加工成為可供使用的物品，這是“小制造”。把“機(jī)械學(xué)”和“機(jī)械制造”分為不同的學(xué)科，在學(xué)術(shù)界早已形成共識。當(dāng)劃分學(xué)科時，明確區(qū)分設(shè)計和制造，有利于研究學(xué)科發(fā)展。鑒于設(shè)計和制造都是產(chǎn)品全壽命過程中的基本階段，可確認(rèn)二者是并列關(guān)系，而不是從屬關(guān)系。1.4先進(jìn)設(shè)計技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系“大設(shè)計”61論點：先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵是先進(jìn)設(shè)計技術(shù)。⑴并行工程CEConcurrentEngineering→并行設(shè)計CD。其關(guān)鍵技術(shù)：①計算機(jī)輔助技術(shù)：CAX—ComputerAidedX，如CAD、CAE、CAPP、CAM②面向X的設(shè)計：DFX—DesignForX，或為X而設(shè)計，

如：DFC、DFD、DFM、DFA、DFE、DFQ、DFS。Cost、Diagnosis、Manufacturing、Assembly、Environment、Quality、Service成本、診斷、制造、裝配、

環(huán)境、質(zhì)量、服務(wù)③產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理：PDM—ProductDataManagement，是對工程數(shù)據(jù)管理、文檔管理、產(chǎn)品信息管理、技術(shù)數(shù)據(jù)管理、技術(shù)信息管理、圖像管理等信息管理技術(shù)的一種概括與總稱。④大批量定制設(shè)計：DFMC—DesignforMassCustomization⑵虛擬制造VM—VirtualManufacturing→虛擬設(shè)計VD。⑶智能制造IM—IntelligentManufacturing→智能設(shè)計ID⑷敏捷制造AM—AgileManufacturing→快速設(shè)計RD—RapidDesign敏捷性的3個要求：RRS—可重組Reconfigurable、可重用Reusable、可縮放Scalable。⑸綠色制造GM—GreenManufacturing→綠色設(shè)計GD⑹企業(yè)過程重組BPR—BusinessProcessRe-engineering→可重組制造系統(tǒng)RMS—ReconfigurableManufacturingSystem→可重組設(shè)計RD—ReconfigurableDesign

論點：先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵是先進(jìn)設(shè)計技術(shù)。622設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程

2.1設(shè)計技術(shù)五個階段表1

發(fā)展階段1直覺設(shè)計(←1600)萌芽期2經(jīng)驗設(shè)計(1600～1847)醞釀期3半理論設(shè)計(1847～1946)成長期4半自動設(shè)計(1946～1989)成形期5自動化設(shè)計(1990→)成熟期標(biāo)志事件簡單機(jī)械數(shù)學(xué)與力學(xué)結(jié)合1847年英國IME成立1946年計算機(jī)問世;1970年CAD推出計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展;1990年IIICAD系統(tǒng)生產(chǎn)方式勞動分散型勞動密集型設(shè)備密集型信息密集型知識密集型設(shè)計特征個體手工個體手工群體手工個體采用CA群體采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計工具紙、筆、算盤圖紙、筆、繪圖尺手冊、計算尺、圖板、丁字尺、繪圖儀電子計算器、CAD系統(tǒng)ICAD系統(tǒng)，IICAD系統(tǒng)，IIICAD系統(tǒng)2設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程

2.1設(shè)計技術(shù)五個階段表1632.2設(shè)計技術(shù)三大類型表2B類型傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)先進(jìn)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用情況沿襲下來通常使用的初級水平的設(shè)計技術(shù)現(xiàn)在這個時代推廣應(yīng)用的中級水平的設(shè)計技術(shù)正在研究并開始試用的高級水平的設(shè)計技術(shù)基本特征個體手工，類比，試湊，經(jīng)驗數(shù)學(xué)公式，有極大的局限性。設(shè)計工作周期長，效率低。設(shè)計理論主要是揭示設(shè)計對象(專業(yè)產(chǎn)品)的內(nèi)在機(jī)理，未能將設(shè)計本身作為一門學(xué)科來研究。對設(shè)計對象和設(shè)計過程的認(rèn)識從特性上升到共性。研究創(chuàng)造與設(shè)計思維過程本身的規(guī)律，設(shè)計準(zhǔn)則涉及的領(lǐng)域拓寬：強度、摩擦學(xué)、可靠性、造型。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算和繪圖實現(xiàn)了自動化，但大量非圖形的特征尚未實現(xiàn)自動化。把對象置于“人-機(jī)-環(huán)境”大系統(tǒng)中，不盲目追求自動化。屏幕上的三維圖形可以直接與人腦中的構(gòu)思接軌。幾乎在產(chǎn)品設(shè)計全過程內(nèi)都引入了計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代科技成果。將會實現(xiàn)設(shè)計過程中各計算機(jī)支持系統(tǒng)間的集成。具體方法人工設(shè)計，圖紙設(shè)計法，類比設(shè)計，……CAD、ICAD、系統(tǒng)化，優(yōu)化，可靠性，模塊化，價值，摩擦學(xué)，有限元，相似，宜人性，造型，防腐蝕，蠕變，失效分析、疲勞，斷裂，仿生，反求，抗振，降噪聲，……IICAD，集成，智能，綠色設(shè)計，穩(wěn)健設(shè)計，概念設(shè)計，創(chuàng)新設(shè)計，并行設(shè)計，模糊設(shè)計，虛擬設(shè)計，大批量定制設(shè)計，快速設(shè)計，可重組設(shè)計，……

2.2設(shè)計技術(shù)三大類型表2B類型傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計64表3設(shè)計技術(shù)及其說明注：ICAD—IntelligentCAD，智能CADIICAD—IntegratedIntelligentCAD，集成化智能CADIIICAD—InteractiveIntegratedIntelligentCAD，交互式集成化智能CAD設(shè)計技術(shù)代表形式智能部分的承擔(dān)者說明傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)人工設(shè)計/傳統(tǒng)CAD人類專家不存在計算機(jī)的設(shè)計智能現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)ICAD設(shè)計型專家系統(tǒng)智能設(shè)計的初級階段先進(jìn)設(shè)計技術(shù)IICAD,IIICAD人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)智能設(shè)計的高級階段表3設(shè)計技術(shù)及其說明設(shè)計技術(shù)代表形式智能部分的承擔(dān)者653先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢

進(jìn)入21世紀(jì)，社會需求和科學(xué)技術(shù)正發(fā)生著深刻的變化：①信息技術(shù)的迅速發(fā)展，加速了市場的全球化；②人們對產(chǎn)品的要求變化快，批量不定，呈現(xiàn)多樣化；③用戶希望買到體現(xiàn)自己興趣和愛好的產(chǎn)品，趨向個性化；④產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不再按是否滿足使用要求來評價，而是按是否滿足用戶要求來評價；⑤社會關(guān)注產(chǎn)品在生態(tài)和環(huán)境方面的友善性；⑥微電子技術(shù)使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨向機(jī)電一體化；⑦計算機(jī)技術(shù)廣泛深入影響著產(chǎn)品生命周期的全過程；⑧先進(jìn)制造技術(shù)對設(shè)計技術(shù)提出了更高的要求。

3先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)入21世紀(jì)，社會需求和科學(xué)技66企業(yè)競爭力的基本因素是：產(chǎn)品的上市時間T、質(zhì)量Q、成本C、增值服務(wù)S及其友好環(huán)境E。制造業(yè)各種高技術(shù)的目標(biāo)都是追求TQCSE，即產(chǎn)品上市快、質(zhì)量高、成本低、服務(wù)好以及在生態(tài)環(huán)境中的良性循環(huán)，其中要解決的核心技術(shù)有：智能設(shè)計,集成設(shè)計,并行設(shè)計,綠色設(shè)計。企業(yè)競爭力的基本因素是：67

3.1設(shè)計過程的智能化3.1.1幾個概念智能：是知識以及運用知識以解決問題的能力的總和。智能化：是指用計算機(jī)模擬人類的個體和群體，對知識進(jìn)行獲取、分析、處理、加工、管理和使用，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計決策自動化之目的。智能化走向設(shè)計自動化的重要途徑。智能設(shè)計是指在設(shè)計過程的各個環(huán)節(jié)，以一種高度柔性和高度集成的方式通過計算機(jī)來模擬人類專家的設(shè)計智能活動，對設(shè)計問題進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策。旨在取代或延伸設(shè)計環(huán)境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的設(shè)計智能進(jìn)行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展。智能設(shè)計的研究對象是如何提高人機(jī)系統(tǒng)中計算機(jī)的智能水平，使計算機(jī)更好地承擔(dān)設(shè)計中各種復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計師得力的助手和同事。簡言之，智能設(shè)計乃計算機(jī)化的設(shè)計智能也。智能設(shè)計技術(shù)就是基于知識處理和操作的設(shè)計技術(shù)。3.1設(shè)計過程的智能化3.1.1幾個概念68智能設(shè)計研究的基本問題：①設(shè)計知識模型的表示與建模方法：設(shè)計知識模型的內(nèi)容包含兩個方面：設(shè)計對象的知識模型；設(shè)計過程的知識②知識利用：研究各種搜索方法、約束滿足方法、推理方法以及基于原型的設(shè)計方法等。③ICAD的體系結(jié)構(gòu)：它必須體現(xiàn)ICAD的基本思想，例如集成、多智能體協(xié)同工作、人機(jī)協(xié)同以人為本等。智能設(shè)計研究的基本問題：693.1.2研究概況與實例⑴設(shè)計型專家系統(tǒng)：兩種存在形式：用于方案綜合和設(shè)計評價。⑵處理設(shè)計條件描述不充分問題的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方案推導(dǎo)系統(tǒng)。⑶針對機(jī)械設(shè)計多解性的模糊設(shè)計，模糊評價方法。⑷借助多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的智能建模系統(tǒng)將被實用化。

例如：用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計波音777飛機(jī)獲得成功。這是世界上第一架無圖紙、無樣機(jī)上天的飛機(jī)。⑸將人工智能引入CAD系統(tǒng)，使其具有專家的經(jīng)驗和知識，具有學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和判斷的能力，及視覺、聽覺、語言的處理能力。⑹由計算機(jī)智能化地進(jìn)行處理原CAD繁瑣的操作。如能對整個設(shè)計對象自動標(biāo)注尺寸；用戶只需要很少的操作就能把方便地作圖形修改；在圖形的繪制方面增加了智能導(dǎo)引的機(jī)制。⑺人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)：就是IICAD。設(shè)計過程的智能化只是將人對設(shè)計過程中的干預(yù)減少到最低程度。1991年人工智能的鼻組斐哲保姆(Feigenbaum)和錢學(xué)森教授不約而同地提出了人機(jī)一體化系統(tǒng)的概念，該系統(tǒng)采取以人為主，人與機(jī)械協(xié)作的技術(shù)路線，各自執(zhí)行自己最擅長的工作，達(dá)到“超智能”。人機(jī)一體化系統(tǒng)強調(diào)人在系統(tǒng)中的安全性和創(chuàng)新性，重視資源的再生性和社會性。面對復(fù)雜的設(shè)計對象，應(yīng)從整體最優(yōu)的前提出發(fā)，以尋求低值自動化更為可靠。3.1.2研究概況與實例703.1.3初級智能設(shè)計系統(tǒng)與高級智能設(shè)計系統(tǒng)的比較表4ICAD系統(tǒng)與IIAD系統(tǒng)的異同特性設(shè)計型專家系統(tǒng)ICAD人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)IICAD系統(tǒng)的物理分布一般集中在一臺計算機(jī)上分布在同地或異地的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上領(lǐng)域知識單一多樣內(nèi)嵌智能體數(shù)量一般為一個多個功能集成=覆蓋各設(shè)計階段覆蓋各設(shè)計階段集成環(huán)境不強調(diào)網(wǎng)絡(luò)強調(diào)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的集成設(shè)計過程管理不強調(diào)強調(diào)設(shè)計過程規(guī)劃、控制與沖突消解產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理不強調(diào)是實現(xiàn)集成的重要手段共享產(chǎn)品信息模型及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換不強調(diào)是實現(xiàn)IICAD的基礎(chǔ)通信不強調(diào)強調(diào)基于Web的互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)人的作用=強調(diào)人的創(chuàng)造性、主動性、主張人機(jī)協(xié)同強調(diào)人的創(chuàng)造性、主動性、主張人機(jī)協(xié)同3.1.3初級智能設(shè)計系統(tǒng)與高級智能設(shè)計系統(tǒng)的比較表4713.1.4智能設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)⑴設(shè)計過程的再認(rèn)識探索適合于計算機(jī)程序系統(tǒng)的設(shè)計理論和有效的設(shè)計處理模型。⑵設(shè)計知識的表示如何建立一個合理而有效表達(dá)設(shè)計知識的知識表達(dá)模型始終是關(guān)鍵。面向?qū)ο蟮闹R表示，框架式的知識結(jié)構(gòu)是目前采用的流行方法。⑶多方案的并行設(shè)計需求功能邏輯樹的采用，功能空間符號表示，矩陣表示和設(shè)計處理是多方案設(shè)計的基礎(chǔ)。針對設(shè)計問題的復(fù)雜性，采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行并行處理。⑷多專家系統(tǒng)協(xié)同合作以及信息處理多個專家系統(tǒng)協(xié)同合作是概念設(shè)計專家系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。模糊評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價相結(jié)合的方法是目前解決多專家系統(tǒng)協(xié)同合作中的多目標(biāo)信息處理的最有效的方法。⑸再設(shè)計與自學(xué)習(xí)機(jī)制當(dāng)設(shè)計結(jié)果不能滿足要求時，系統(tǒng)應(yīng)能夠返回到各個層次進(jìn)行再設(shè)計；同時采用歸納推理和類比推理等方法獲得新的知識進(jìn)行自學(xué)習(xí)和自我完善。將并行工程設(shè)計的思想應(yīng)用于概念設(shè)計過程中是解決再設(shè)計問題的最有效方法。⑹多種推理機(jī)制的綜合運用演繹推理，歸納推理（包括理想、類比等推理）、各種非標(biāo)準(zhǔn)推理以及模糊推理等等?；趯嵗念惐刃投鄬油评頇C(jī)制和模糊邏輯推理方法的運用是目前智能設(shè)計的一個重要特征。⑺智能化的人機(jī)接口和設(shè)計過程中人的參與怎樣能實現(xiàn)計算機(jī)對自然語言的理解，對語音、文字、圖形和圖像的直接輸入輸出是一項重要的任務(wù)。對于復(fù)雜的設(shè)計問題，如果沒有人的適當(dāng)參與也很難得到理想的設(shè)計結(jié)果。3.1.4智能設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)723.2設(shè)計信息的集成化3.2.1集成的兩個觀點與三個層次⑴計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS概念包含兩個基本觀點（出發(fā)點）：①系統(tǒng)的觀點。企業(yè)各個環(huán)節(jié)（設(shè)計、制造、管理等）是不可分割的，必須統(tǒng)一考慮。②信息化的觀點。經(jīng)營是一個數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工處理的過程，其產(chǎn)品是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。

⑵90年代追求TQCSE，產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的集成應(yīng)包括三個層次：①功能集成。即有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計所需的各種功能必須首先集成起來，例如產(chǎn)品需求分析、方案設(shè)計、裝配草圖設(shè)計、零部件詳細(xì)設(shè)計、工程分析、優(yōu)化設(shè)計、產(chǎn)品可裝配性及可制造性分析等，以形成功能完整的設(shè)計集成系統(tǒng)，這種集成稱為設(shè)計系統(tǒng)本身小環(huán)境的集成。②信息集成。是CAD子系統(tǒng)與下游或周邊子系統(tǒng)的信息集成，其核心問題是CAD子系統(tǒng)按STEP標(biāo)準(zhǔn)生成統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型并與其它子系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交換與管理，這種集成稱為CIMS或并行工程環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的復(fù)雜環(huán)境的集成。③企業(yè)間集成。是在敏捷制造模式下基于動態(tài)聯(lián)盟的虛擬產(chǎn)品集成開發(fā)，這時必須解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的企業(yè)間集成問題，這種集成稱為動態(tài)聯(lián)盟虛擬設(shè)計大環(huán)境的集成。3.2設(shè)計信息的集成化3.2.1集成的兩個觀點與三個層次733.2.2集成化的含義與實例設(shè)計信息：包括產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息。

設(shè)計信息的集成化：是指不同事件的不同領(lǐng)域知識的集成，經(jīng)驗知識和解析知識的集成，各種設(shè)計功能(建模、仿真、分析、計算等)的集成，各種設(shè)計理論和方法的集成，各個不同專家系統(tǒng)的集成，字符推理和數(shù)值計算程序的集成，CAD/CAPP/CAM/CAE的集成。設(shè)計信息集成對CAD的要求：設(shè)計信息的集成將是未來產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的主要模式。這一集成可以實現(xiàn)信息流的暢通，產(chǎn)品從構(gòu)思到實現(xiàn)可以在一個系統(tǒng)內(nèi)完成，減少信息的冗余。CAD所產(chǎn)生的實體模型將最大限度地被后續(xù)的分析、加工、工藝和仿真所利用。CAD/CAPP/CAM/CAE集成：CIMS要求將CAD/CAPP/CAM/CAE集成起來。CAD/CAPP/CAM/CAE的集成并不是將孤立的CAD、CAPP、CAM和CAE等系統(tǒng)進(jìn)行簡單的連接，而是從概念設(shè)計開始就考慮到集成，要建立一種新的設(shè)計、生產(chǎn)、分析以及技術(shù)管理的一體化。

CAE：指對產(chǎn)品零件的機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力等動態(tài)特性進(jìn)行有限元分析，以及考慮產(chǎn)品本身等因素的優(yōu)化設(shè)計。目前集成化的核心是數(shù)據(jù)庫、知識庫和圖形庫。（見圖20，21）3.2.2集成化的含義與實例743.2.3集成化的關(guān)鍵技術(shù)：6⑴計算機(jī)圖形處理技術(shù)。⑵圖形輸入和工程圖樣識別。⑶產(chǎn)品造型技術(shù)。①參數(shù)化造型技術(shù)的特點：基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改和全數(shù)據(jù)相關(guān)。它是由編程者預(yù)先設(shè)置一些幾何圖形約束，然后供設(shè)計者在造型時使用。與一個幾何圖形相關(guān)聯(lián)的所有尺寸參數(shù)可以用來產(chǎn)生其他幾何圖形。②變量化造型技術(shù)的特點：保留了參數(shù)化技術(shù)基于特征、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改的優(yōu)點，但在全尺寸約束方面做了根本性改變。變量化技術(shù)將參數(shù)化技術(shù)中需定義的尺寸“參數(shù)”進(jìn)一步區(qū)分為形狀約束和尺寸約束，而不是像參數(shù)化技術(shù)那樣只用尺寸來約束全部幾何。3.2.3集成化的關(guān)鍵技術(shù)：675⑷計算機(jī)輔助工藝設(shè)計CAPP它是指利用計算機(jī)對產(chǎn)品及加工零件工藝參數(shù)進(jìn)行合理選擇。在CAD系統(tǒng)中建立的實體模型較為完善地描述了產(chǎn)品的幾何特征，工藝參數(shù)只是當(dāng)作圖紙上的標(biāo)注加以處理。這些模型進(jìn)入CAPP后，目前大多需要人工介入，以提取CAPP所需的幾何信息，補充面向加工的信息。這不僅造成了信息流的中斷和重復(fù)勞動，而且可能發(fā)生信息丟失和錯誤，降低設(shè)計的可靠性。⑸產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理