先進(jìn)制造技術(shù)課件第二章現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

本節(jié)要點(diǎn)設(shè)計(jì)的概念和分類現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的概念、特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)第二章現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)第一節(jié)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)1一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)1.設(shè)計(jì)的概念和分類

（1）設(shè)計(jì)的概念：是人類運(yùn)用已有的知識和技術(shù)，解決問題或創(chuàng)造新事物，以滿足社會需要的一種技術(shù)活動。各種方法和手段。

設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的智力活動；設(shè)計(jì)是一個綜合、決策、迭代、尋優(yōu)的過程。

（2）設(shè)計(jì)的分類：根據(jù)設(shè)計(jì)活動中創(chuàng)造性大小分2一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)

常規(guī)設(shè)計(jì)（Routinedesign）：在功能和工作原理不變的情況下，變更現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)配置、布置方式和尺寸，使之適應(yīng)多方面的使用要求。20％。

革新設(shè)計(jì)（Innovationdesign）：在原理、方案基本保持不變前提下，對產(chǎn)品作局部變更設(shè)計(jì)，使之更能滿足用戶要求。55％

創(chuàng)新設(shè)計(jì)（Creativedesign）：運(yùn)用成熟的科學(xué)技術(shù)，從工作原理和結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)過去沒有的新型產(chǎn)品。25％

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設(shè)計(jì)技術(shù):在設(shè)計(jì)過程中解決具體設(shè)計(jì)問題的各種方法和手段。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)是以“靜態(tài)、經(jīng)驗(yàn)、被動和手工”為特征的。

傳統(tǒng)技術(shù)難以滿足設(shè)計(jì)的要求。(1)市場競爭激烈，要求創(chuàng)新性的產(chǎn)品；(2)新技術(shù)、新工藝的涌現(xiàn)，使產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜；(3)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，推動了設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)手段的現(xiàn)代化。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展來的，多學(xué)科和多專業(yè)交叉的基礎(chǔ)科學(xué)。4

2.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵

（1）概念

概念：根據(jù)產(chǎn)品功能要求和市場競爭的需要，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)知識，經(jīng)過設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性思維、規(guī)劃和決策，制定可以用于制造的方案，并使方案實(shí)施的技術(shù)。

設(shè)計(jì)的范疇不斷擴(kuò)大，從單純產(chǎn)品設(shè)計(jì)－全壽命周期設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)的組織形式上，從傳統(tǒng)的順序設(shè)計(jì)方式－并行設(shè)計(jì)方式；設(shè)計(jì)手段上，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)－現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。5…方法維產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)分析，現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是一個由時間維、邏輯維和方法維共同組成的三維系統(tǒng)。6…方法維產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)

是反映按時間順序的設(shè)計(jì)過程。產(chǎn)品規(guī)劃--需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、總體參數(shù)、制約條件和設(shè)計(jì)要求；方案設(shè)計(jì)--功能原理設(shè)計(jì)，確定原理方案；技術(shù)設(shè)計(jì)--將產(chǎn)品的功能原理具體化為機(jī)器產(chǎn)品及其零部件的具體結(jié)構(gòu)；施工設(shè)計(jì)--指工程圖繪制，工藝文件編寫，說明書編寫等。現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的時間維7

是解決問題的邏輯步驟。分析--明確設(shè)計(jì)任務(wù)本質(zhì)；綜合--綜合各種因素，探求解決方案；評價--對多種方案進(jìn)行比較和評定，方案調(diào)整和改進(jìn)；決策--確定最佳的設(shè)計(jì)方案現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的邏輯維…方法維產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)

8是指設(shè)計(jì)過程中的各種思維方法和工作方法。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用知覺法、類比法等經(jīng)驗(yàn)為主的設(shè)計(jì)方法。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)采用各種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論、方法和工具。現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的方法維…方法維產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)

應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的目的是什么？9

新產(chǎn)品開發(fā)是一個技術(shù)創(chuàng)新和價值實(shí)現(xiàn)的過程，大致可分為市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造和市場營銷四個階段10有兩個重要的特點(diǎn)：

1）新產(chǎn)品開發(fā)過程源于市場、歸于市場，也就是說，市場既是新產(chǎn)品開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)，又是新產(chǎn)品開發(fā)的歸宿，新產(chǎn)品開發(fā)成功與否，要接受市場的最終檢驗(yàn)。11

2）新產(chǎn)品開發(fā)過程涉及企業(yè)內(nèi)部眾多部門，受到企業(yè)內(nèi)部各種因素和企業(yè)外部各種條件的影響。內(nèi)部因素包括：企業(yè)本身的人員素質(zhì)、管理水平、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力等。外部條件包括：相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)發(fā)展水平，當(dāng)時當(dāng)?shù)厮芴峁┑募夹g(shù)手段（材料、元件、設(shè)備等），以及國家的有關(guān)政策、法律等。在新產(chǎn)品開發(fā)中，哪些是事關(guān)功敗垂成的核心因素呢？12（2）現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的核心因素

現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心因素：質(zhì)量、時間和成本：

質(zhì)量：滿足用戶功能要求，符合有關(guān)法律、標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)環(huán)境要求，安全性、可靠性、合理壽命，方便使用和維護(hù)保養(yǎng)，用戶培訓(xùn)、質(zhì)量保證和維修服務(wù)；

成本：產(chǎn)品成本、合理利潤、一次性安裝費(fèi)用和經(jīng)常性維修費(fèi)用。

時間：設(shè)計(jì)開發(fā)的周期，供貨的時間、方式等方面的適應(yīng)能力。132.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)性強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)處理設(shè)計(jì)問題。整體上把握涉及對象，考慮對象與人、環(huán)境的聯(lián)系。

（2）動態(tài)性要考慮產(chǎn)品的靜態(tài)特性，和實(shí)際工作狀態(tài)下的動態(tài)特性，考慮與周圍環(huán)境的物資、能量及信息的交互。

142.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)（3）創(chuàng)造性是建立在先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論及工具，能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性思維，運(yùn)用各種手段和方法，開發(fā)出創(chuàng)造性的產(chǎn)品。

（4）計(jì)算機(jī)化計(jì)算機(jī)已滲透到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)，充分利用計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算、嚴(yán)密的邏輯思維能力和巨大的信息存儲及處理能力：優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析和系統(tǒng)仿真等。

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（5）并行化、最優(yōu)化、虛擬化和自動化強(qiáng)調(diào)的是設(shè)計(jì)過程。綜合考慮產(chǎn)品全生命周期中的所有因素，強(qiáng)調(diào)并行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，用優(yōu)化的理論與技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行方案優(yōu)選、結(jié)構(gòu)優(yōu)選和參數(shù)優(yōu)選，達(dá)到整體優(yōu)化。

自動化主要依靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和自動建模技術(shù)。依靠強(qiáng)大的商品化CAD軟件的支撐，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)虛擬化。三維建模，能在虛擬的環(huán)境中觀察和評價。

16

（6）主動性現(xiàn)代設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)初期，就對產(chǎn)品全生命周期的各種可能做出準(zhǔn)確預(yù)測，減少故障的發(fā)生，體現(xiàn)了主動性。17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(jì)理論與方法各產(chǎn)品領(lǐng)域知識與技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)可信性設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)相關(guān)學(xué)科與技術(shù)先進(jìn)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(jì)文化社會科學(xué)市場營銷學(xué)……….現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)框圖二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)體系CAD技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、虛擬設(shè)計(jì)和工程數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、反求工程、綠色設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)等?？煽啃栽O(shè)計(jì)、安全性設(shè)計(jì)、動態(tài)設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)、耐腐蝕設(shè)計(jì)、健壯設(shè)計(jì)和人機(jī)工程設(shè)計(jì)等。產(chǎn)品的性能試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、數(shù)字仿真試驗(yàn)和虛擬試驗(yàn)等。18（1）基礎(chǔ)技術(shù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論與方法。運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)等。

（2）主體技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。數(shù)值計(jì)算、對信息和知識的獨(dú)特處理能力。CAD技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、虛擬設(shè)計(jì)和工程數(shù)據(jù)庫。19

（3）支撐技術(shù)設(shè)計(jì)信息的處理、加工、推理與驗(yàn)證提供多種理論、方法和手段的支撐。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、反求工程、綠色設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)等。

可信性設(shè)計(jì)：可靠性設(shè)計(jì)、安全性設(shè)計(jì)、動態(tài)設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)、耐腐蝕設(shè)計(jì)、健壯設(shè)計(jì)和人機(jī)工程設(shè)計(jì)等。

設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)：產(chǎn)品的性能試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、數(shù)字仿真試驗(yàn)和虛擬試驗(yàn)等。20

（4）應(yīng)用技術(shù)：針對實(shí)用的目的，解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)。機(jī)床、汽車、工程機(jī)械等。21

本節(jié)要點(diǎn)反求工程的定義、分類、應(yīng)用反求工程設(shè)計(jì)的基本步驟反求工程的關(guān)鍵技術(shù)反求工程設(shè)計(jì)技術(shù)(ReverseEngineering,RE)22反求工程（反向工程、逆向工程）

1.新產(chǎn)品開發(fā)的模式

（1）正向工程

是根據(jù)零件最終所承擔(dān)的功能，從無到有，從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)，最終完成產(chǎn)品開發(fā)和制造零件。一、反求工程的含義2324

（2）反向工程(反求工程、逆向工程)

是從產(chǎn)品的有關(guān)信息（實(shí)物、軟件和影像等）尋找這些信息的科學(xué)依據(jù)，加以消化和吸收，再現(xiàn)出產(chǎn)品，產(chǎn)品的CAD模型是在這些信息的基礎(chǔ)上建立的。2526

2.反求工程分類

根據(jù)產(chǎn)品信息的來源不同分為：

實(shí)物反求－產(chǎn)品的實(shí)物模型；

軟件反求－圖樣、數(shù)控程序、技術(shù)文件；

影像反求－圖片、照片或影像等。27

3.實(shí)物反求工程

按照現(xiàn)有零件的實(shí)物模型，利用各種數(shù)字化技術(shù)及CAD技術(shù)重新構(gòu)造樣件CAD模型的過程。

基本過程是：測量；將所獲得的特征數(shù)據(jù)借助于計(jì)算機(jī)重構(gòu)反求對象模型；對重建的模型進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)、分析；進(jìn)行數(shù)控編程，快速加工出產(chǎn)品。以CAD/CAM軟件為基礎(chǔ)的反求工程應(yīng)用越來越廣泛。反求工程的目的是完成反求對象的仿制和改進(jìn)。28

（1）在沒有原始設(shè)計(jì)CAD模型和沒有設(shè)計(jì)圖紙的情況下，在對實(shí)物進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上重構(gòu)其CAD模型或進(jìn)一步生成零件的設(shè)計(jì)圖紙，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼或應(yīng)用快速原型技術(shù)，加工復(fù)制出一個相同的零件；4.實(shí)物反求工程的應(yīng)用29

（4）在批量生產(chǎn)中，每個產(chǎn)品的外形都有著細(xì)微的差異這時通過反求工程建立的CAD模型，可以作為工業(yè)檢測的重要依據(jù)；30（5）藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制31

（6）人體中骨頭和關(guān)節(jié)等的復(fù)制、假肢的制造（7）特種服裝、頭盔的制造，要以使用者的身體為原始設(shè)計(jì)依據(jù)，用RE建立人體的幾何模型

反求工程的實(shí)現(xiàn)需要多種途徑和手段，涉及影響因素也很多，如：信息源的形式；反求對象的形狀、結(jié)構(gòu)和精度要求；制造企業(yè)的軟件、硬件條件及工程技術(shù)人員的素質(zhì)。反求工程不同于一般常規(guī)產(chǎn)品的仿制，一般采用此技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品往往比較復(fù)雜，一般都由復(fù)雜曲面構(gòu)成，精度要求也高，所以必須借助于計(jì)算機(jī)輔助（CAX）技術(shù)手段。32二、反求工程設(shè)計(jì)的基本步驟

（1）分析階段

反求對象的功能原理、結(jié)構(gòu)形狀、材料性能、加工工藝。明確其關(guān)鍵功能和關(guān)鍵技術(shù)。通過分析可以確定實(shí)物的技術(shù)指標(biāo)和幾何元素之間的拓?fù)潢P(guān)系；33二、反求工程設(shè)計(jì)的基本步驟

（2）再設(shè)計(jì)階段

①根據(jù)分析結(jié)果和實(shí)物模型的幾何元素拓?fù)潢P(guān)系，制定零件的測量規(guī)劃，確定測量設(shè)備、測量順序和精度等；②修正測量數(shù)據(jù)，剔除測量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)、明顯不合理的測量結(jié)果；③按照修正后的測量數(shù)據(jù)以及反求對象的幾何元素托仆關(guān)系，利用CAD系統(tǒng)，重構(gòu)幾何模型；④再設(shè)計(jì)，創(chuàng)新和改進(jìn)。34二、反求工程設(shè)計(jì)的基本步驟

（3）反求產(chǎn)品的制造階段

按通常的制造方法，完成制造，并采用一定的檢測手段，進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能檢測，修改設(shè)計(jì)。3536

（1）反求對象分析

根據(jù)實(shí)物，分析其功能、原理、材料性能、加工工藝等。是反求工程成敗的關(guān)鍵。1)反求對象的功能及原理分析

分析了解實(shí)物所具有的功能，以及實(shí)現(xiàn)功能的原理和方法，獲得原理方案。2)反求對象的材料分析材料成分的分析，材料組織結(jié)構(gòu)分析和材料的性能檢測等。三、反求工程的關(guān)鍵技術(shù)373)反求對象的加工、裝配工藝分析

對反求對象進(jìn)行分析，怎樣加工和裝配來保證其性能要求。4)反求對象的精度分析

產(chǎn)品精度直接影響到產(chǎn)品性能。包括反求對象形體尺寸的確定和精度分配等。進(jìn)行精度分配時，需考慮產(chǎn)品的精度指標(biāo)，技術(shù)條件和工作原理，企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。385)反求對象的造型分析

造型設(shè)計(jì)運(yùn)用工業(yè)美學(xué)、產(chǎn)品造型原理、人機(jī)工程學(xué)原理，對產(chǎn)品外形，色彩，質(zhì)地，提高外觀質(zhì)量，舒適性及方便性。6)反求對象的系列化、模塊化分析

系列化和模塊化有利于產(chǎn)品的多品種、多規(guī)格和通用化設(shè)計(jì)，以提高質(zhì)量，降低成本。39（2）反求對象的幾何參數(shù)采集

是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)反求對象，確定其形體的尺寸。實(shí)物反求中，確定形體尺寸，可以采用的手段有：40

1.以圓規(guī)、卡尺、千分尺等簡易測量工具進(jìn)行手工測量；2.采用機(jī)械接觸式坐標(biāo)測量設(shè)備；3.采用激光、數(shù)字成像、聲學(xué)等非接觸測量設(shè)備。此方法能得到較為精確模型數(shù)據(jù)，但相應(yīng)的測量設(shè)備也較昂貴，對技術(shù)人員的要求也高。

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接觸式測量是通過傳感頭與實(shí)物接觸而記錄實(shí)物表面的坐標(biāo)位置?？煞譃辄c(diǎn)接觸式數(shù)據(jù)采集和連續(xù)式數(shù)據(jù)采集。探針尖逐點(diǎn)移動是點(diǎn)接觸式數(shù)據(jù)采集。采樣頭連續(xù)移動是連續(xù)式數(shù)據(jù)采集。42

接觸式測量精度一般較高，但測量速度效率較低。

三坐標(biāo)測量機(jī)CMM（3D-CoordianateMeasureMachine）是一種接觸式測量設(shè)備。不適合大塊曲面的大量點(diǎn)的測量，也不能對橡膠、黏土、彈塑性材料、超薄材料進(jìn)行測量。德國zeiss公司CONTURASELECT型三坐標(biāo)測量機(jī)

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非接觸式測量主要有基于光學(xué)、聲學(xué)、磁學(xué)等原理，將一定的物理模擬量通過適當(dāng)?shù)乃惴ㄞD(zhuǎn)化為實(shí)物表面的坐標(biāo)點(diǎn)。(1)結(jié)構(gòu)光法，是將條形光、柵格光投影到被測物體表面，并捕捉被曲面反射后的圖像，通過圖像的分析獲得三維點(diǎn)的坐標(biāo)。

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非接觸式測量主要有基于光學(xué)、聲學(xué)、磁學(xué)等原理，將一定的物理模擬量通過適當(dāng)?shù)乃惴ㄞD(zhuǎn)化為實(shí)物表面的坐標(biāo)點(diǎn)。(2)激光測距法，是將激光束的飛行時間轉(zhuǎn)化為被測點(diǎn)與參考平面之間的距離。(3)聲納測量儀，利用聲音發(fā)射到被測物體后產(chǎn)生回聲的時間差來計(jì)算與被測點(diǎn)的距離。

464748上海數(shù)造機(jī)電科技有限公司3DSS便攜式三維照相測量儀

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范圍：10mm～10m

德國GOM公司

ATOS三維光學(xué)測量系統(tǒng)50英國3DScanners公司的REPLICA激光快速掃描儀51北京機(jī)床研究所LSH654型3D激光掃描系統(tǒng)52美國Surveyor1200立體激光掃描系統(tǒng)53深圳海信逆向工程有限公司Lacus系列激光掃描測量儀54

逐層掃描測量方法有非破壞性測量和破壞性測量兩種：(1)非破壞測量有超聲波、CT(ComputedTomography）和核磁共振法（MRI）。(2)破壞性測量有CGI，是美國的公司的，逐層除去材料的方法，獲得界面圖像，來得到輪廓尺寸。5556（3）模型重構(gòu)技術(shù)

模型重構(gòu)，就是根據(jù)所采集的實(shí)物幾何數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)重構(gòu)實(shí)物模型的技術(shù)。測量后的數(shù)據(jù)，一般都是點(diǎn)云，常達(dá)幾十萬甚至上百萬個數(shù)據(jù)點(diǎn)。

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重構(gòu)過程就是采用適當(dāng)?shù)乃惴▽⒓械娜齻€測量點(diǎn)連成小三角片，各個三角片之間不能有交叉、重疊、穿越或存在縫隙，從而使眾多的小三角片連接成分片的曲面。59

2)網(wǎng)格模型生成通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄉ扇蔷W(wǎng)格模型。三角網(wǎng)格化計(jì)算、三角化數(shù)據(jù)優(yōu)化?？梢蚤_發(fā)配套的專用模型重構(gòu)軟件，也可采用通用的反求工程模型重構(gòu)軟件生產(chǎn)網(wǎng)格模型。

3)網(wǎng)格模型后處理小三角面片數(shù)量較大，在精度允許的范圍內(nèi)，有必要對三角網(wǎng)格簡化。孔洞、縫隙和重疊等缺陷，需要對其進(jìn)行修補(bǔ)。

1)數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)量極大，并包含一些噪聲數(shù)據(jù)。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、篩選、去噪、平滑和編輯等操作。

60掃描后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理后的三角面片圖61實(shí)物原型掃描后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后的三角面片圖曲面圖62

目前，已有商品化的反求工程軟件進(jìn)行反求模型重構(gòu)：美國Imageware公司的Surfacer軟件英國Delcam公司的Copycad軟件美國Raindrop公司的Gemgicstudio軟件一些主流的CAD/CAM軟件系統(tǒng)中也有反求工程模塊：UG中的PointcloudPRO/E中的Pro/Icemsurf、Pro/designer、Pro/scantoolsCimatron中的Reverseengineering

國內(nèi)也有軟件開發(fā)：浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)。

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本節(jié)要點(diǎn)綠色產(chǎn)品的定義和特點(diǎn)綠色設(shè)計(jì)的定義綠色設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容綠色設(shè)計(jì)的原則第二節(jié)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法綠色設(shè)計(jì)(GreenDesign)64一、.綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)生的背景1.綠色設(shè)計(jì)是綠色消費(fèi)的產(chǎn)物地球生態(tài)環(huán)境急劇惡化。制造業(yè)每年產(chǎn)生55億噸無害廢物，7億噸有害廢物。歐洲，80萬噸的電視機(jī)、計(jì)算機(jī)設(shè)備、收音機(jī)和300萬噸廢舊汽車。（1）綠色消費(fèi)是指人類的消費(fèi)活動無害于環(huán)境，即無污染或最小污染的消費(fèi)。綠色設(shè)計(jì)是由綠色產(chǎn)品的誕生所引申的一種設(shè)計(jì)方法65（2）綠色消費(fèi)是指人類的消費(fèi)活動應(yīng)做到對自然資源的適度利用和綜合利用。

（3）綠色消費(fèi)是是指人類的消費(fèi)活動應(yīng)符合生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量流通的規(guī)律。

綠色消費(fèi)是通過實(shí)行綠色產(chǎn)品制度來得以傳播和擴(kuò)展的。1978，德國，綠色產(chǎn)品制度，貼上綠色標(biāo)志。2.綠色設(shè)計(jì)是可持續(xù)發(fā)展的有效途徑綠色技術(shù)是以節(jié)約資源能源為目標(biāo)；以保護(hù)環(huán)境為準(zhǔn)則。6620世紀(jì)80年代。有關(guān)資料常見的綠色產(chǎn)品定義有幾種：

（1）綠色產(chǎn)品是指以環(huán)境和環(huán)境資源保護(hù)為核心概念而設(shè)計(jì)產(chǎn)生的、可以拆卸和分解的產(chǎn)品，其零部件經(jīng)過翻新處理后可以重新利用。

（2）刊登在美國《幸?！冯p周刊上一篇題為“為再生而制造產(chǎn)品”的文章認(rèn)為：綠色產(chǎn)品是將重點(diǎn)放在減少部件，使原材料使用合理化并能進(jìn)行回收處理的產(chǎn)品。二、綠色產(chǎn)品的定義和特點(diǎn)67（3）還有人把綠色產(chǎn)品歸納為:綠色產(chǎn)品是指從生產(chǎn)到使用乃至回收的整個過程都符合特定的環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害小，以及可以再生或回收、循環(huán)、再利用的產(chǎn)品。（4）也有人把綠色產(chǎn)品看成:綠色產(chǎn)品是指其使用壽命完結(jié)時，部件可以翻新和重新利用的產(chǎn)品。

綠色產(chǎn)品是指在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，包括原材料制備、設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用、回收、再用或再生過程，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，對資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。68綠色產(chǎn)品的特點(diǎn)：

（1）優(yōu)良的環(huán)境友好性。各個環(huán)節(jié)對環(huán)境無害或危害極小。清潔的原材料、清潔的工藝過程；使用時，對使用者沒有危害；報(bào)廢后很少產(chǎn)生廢棄物。

（2）最大限度地利用材料資源。減少材料的使用量和種類；盡量簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；材料最大限度的再利用。

（3）最大限度地節(jié)約能源。各個環(huán)節(jié)所消耗的能源最少。69三、產(chǎn)品的生命周期從市場營銷的角度：

產(chǎn)品生命周期是指從新產(chǎn)品投入市場到退出市場的生命周期過程：產(chǎn)生、成長、成熟和衰退。從設(shè)計(jì)開發(fā)的角度：

傳統(tǒng)產(chǎn)品生命周期：從環(huán)境中提取原材料，加工成成品，并流通給消費(fèi)者使用。70綠色產(chǎn)品生命周期：從原材料生產(chǎn)、生產(chǎn)制造、裝配、包裝、運(yùn)輸、銷售、使用直至回收重用及處理處置所涉及的各個階段總和。綠色產(chǎn)品生命周期包括以下五個過程，即：①綠色產(chǎn)品規(guī)劃及設(shè)計(jì)開發(fā)過程；②綠色產(chǎn)品制造與生產(chǎn)過程；③產(chǎn)品使用過程；④產(chǎn)品維護(hù)與服務(wù)過程；⑤廢棄淘汰產(chǎn)品的回收、重用及處理處置過程。7172綠色產(chǎn)品是20世紀(jì)80年代末期世界各國為適應(yīng)全球環(huán)保戰(zhàn)略，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的產(chǎn)物。由于發(fā)展歷史不長，綠色產(chǎn)品至今尚無嚴(yán)格準(zhǔn)確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但從消費(fèi)市場來看，目前得到公認(rèn)的綠色標(biāo)準(zhǔn)包括以下三條：四、綠色產(chǎn)品的評價標(biāo)準(zhǔn)及其認(rèn)證

73①產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中少用資源和能源，并且不污染環(huán)境。②產(chǎn)品在使用過程中能耗低，不會對使用者造成危害，也不會產(chǎn)生環(huán)境污染物。

③產(chǎn)品使用后易于拆卸、回收、翻新或能夠安全廢置并長期無慮。四、綠色產(chǎn)品的評價標(biāo)準(zhǔn)及其認(rèn)證74只有經(jīng)過嚴(yán)格認(rèn)證，獲得綠色標(biāo)志（或稱環(huán)境標(biāo)志）的產(chǎn)品才是綠色產(chǎn)品。綠色產(chǎn)品的概念是20世紀(jì)70年代在美國政府起草的環(huán)境污染法規(guī)中首次提出的。但真正的綠色產(chǎn)品首先誕生于前聯(lián)邦德國。1987年該國實(shí)施一項(xiàng)被稱為“藍(lán)天使”的計(jì)劃，對在生產(chǎn)和使用過程中都符合環(huán)保要求，且對生態(tài)環(huán)境和人體健康無損害的商品，環(huán)境標(biāo)志委員會則授予孩產(chǎn)品綠色標(biāo)志。這就是第一代綠色標(biāo)志75

1978，德國最早使用綠色標(biāo)志的。目前，已達(dá)7500多種。其后日本、美國、加拿大等國也相繼建立自己的綠色標(biāo)志認(rèn)證制度，以保證消費(fèi)者自識別產(chǎn)品的環(huán)保性質(zhì)，同時鼓勵廠商生產(chǎn)低污染的綠色產(chǎn)品。

綠色標(biāo)志：是一種產(chǎn)品的證明性商標(biāo)，受法律保護(hù)，是經(jīng)過嚴(yán)格檢查、檢測、綜合評定，并經(jīng)專門機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)使用的標(biāo)志。德國藍(lán)天使中國環(huán)境標(biāo)志76匈牙利韓國美國瑞典

泰國克羅地亞新加坡澳地利77

典型的綠色產(chǎn)品：

綠色汽車：節(jié)約能源、回收利用率高、不污染環(huán)境。電動汽車、天然氣汽車、甲醇汽車和太陽能汽車。如日本豐田汽車的馬自達(dá)HR-X2型汽車，用液氫做為原料，不產(chǎn)生二氧化碳，耗資57億日元。1992年，擁有15410輛電動汽車?；窘Y(jié)構(gòu)高碳聚纖維強(qiáng)化的塑料做成，可以100％回收利用。78

綠色電腦：耗電只有一般電腦的25％；采用的平面顯示屏產(chǎn)生的輻射比陰極射線管屏少，增加了防輻射安全；能利用特別設(shè)計(jì)的高效太陽能電池供電；IBM1991年以來開發(fā)出12種型號易于分解、低電耗的電腦，僅有3個螺釘，拆卸方便。機(jī)身用再生塑料制成，可回收，貴重金屬零件翻新后組裝在新機(jī)器上出售，對余下的則賣給玩具制造商，制造高科技玩具。79

綠色冰箱：耗電少，結(jié)構(gòu)簡單，不用氟里昂。英國太陽能冰箱，箱內(nèi)安裝了9片的光電板，通過太陽能的照射發(fā)出的電流，為冰箱制冷提供能量。

綠色照相機(jī)、綠色紡織品、綠色建筑、綠色食品等。

我國于1993年實(shí)行綠色標(biāo)志認(rèn)證制度，并制訂了嚴(yán)格的綠色標(biāo)志產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，目前涉及七類產(chǎn)品，即家用制冷器具、氣溶膠制品、可降解地膜、車用無鉛汽油、水性涂料和衛(wèi)生紙。迄今為止，已有11家企業(yè)的18種產(chǎn)品獲得了綠色標(biāo)志。80五、綠色設(shè)計(jì)（GreenDesign）1.傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

考慮的是產(chǎn)品的基本屬性，如功能、質(zhì)量、壽命、成本等，很少考慮環(huán)境屬性。回收率低，資源、能源浪費(fèi)嚴(yán)重，污染環(huán)境。81

不足：產(chǎn)品開發(fā)的各個環(huán)節(jié)順序進(jìn)行，反復(fù)次數(shù)多，開發(fā)周期長，開發(fā)費(fèi)用高；

很少考慮環(huán)境屬性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆卸回收難度大，造成大量資源、能源浪費(fèi)，并且污染環(huán)境；

設(shè)計(jì)人員的環(huán)境意識不強(qiáng)，對綠色產(chǎn)品和綠色設(shè)計(jì)的認(rèn)識不很明確；產(chǎn)品難于適應(yīng)市場競爭和持續(xù)發(fā)展的需要。82環(huán)境屬性：可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性基本屬性：功能、質(zhì)量、壽命、成本考慮各環(huán)節(jié)資源、能源的合理利用、環(huán)境保護(hù)和勞動者保護(hù)2.

綠色設(shè)計(jì)

綠色設(shè)計(jì)是以保護(hù)環(huán)境資源為核心的設(shè)計(jì)過程，在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)優(yōu)先考慮的是產(chǎn)品的環(huán)境屬性，在滿足環(huán)境目標(biāo)的同時保證產(chǎn)品的基本性能和使用壽命。83綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)人員、設(shè)計(jì)工藝和技術(shù)、設(shè)計(jì)目的等方面都存在不同。比較因素傳統(tǒng)設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)依據(jù)依據(jù)用戶對產(chǎn)品提出的功能、性能、質(zhì)量及成本要求來設(shè)計(jì)依據(jù)環(huán)境效益和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)與產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量及成本要求來設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)人員很少或沒有考慮到有效的資源再生利用及對生態(tài)環(huán)境的影響要求設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品構(gòu)思及設(shè)計(jì)階段，必須考慮降低能耗、資源重復(fù)利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)技術(shù)或工藝在制造和使用過程中很少考慮產(chǎn)品回收，有也僅是有限的材料回收，用完后就被廢棄在產(chǎn)品制造和使用過程中可拆卸、易回收，不產(chǎn)生毒副作用及保證產(chǎn)生最少的廢棄物設(shè)計(jì)目的為需求而設(shè)計(jì)為需求和環(huán)境而設(shè)計(jì)，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求產(chǎn)品傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品綠色產(chǎn)品或綠色標(biāo)志產(chǎn)品84綠色設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：（1）擴(kuò)大了產(chǎn)品的生命周期（2）綠色設(shè)計(jì)是并行閉環(huán)設(shè)計(jì)（3）綠色設(shè)計(jì)有利于保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡（4）綠色設(shè)計(jì)可以防止地球上礦物資源的枯竭（5）綠色設(shè)計(jì)的結(jié)果是減少廢棄物數(shù)量及其處理的棘手問題

綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本區(qū)別在于：綠色設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)構(gòu)思階段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境與保證產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、壽命、成本的要求列為同等的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并保證在生產(chǎn)過程中能夠順利實(shí)施。85六、綠色設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容

（1）綠色設(shè)計(jì)的材料選擇與管理要考慮產(chǎn)品的使用性能和要求，材料對環(huán)境的影響，無毒、無污染、易回收、可重用、易降解。86六、綠色設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容

（2）產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)考慮零部件回收再用的可能性、回收處理