先進(jìn)制造系統(tǒng)

…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(píng)價(jià)決策時(shí)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)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的定義產(chǎn)品規(guī)劃--需求分析、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、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(xiě)，說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)等?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的時(shí)間維分析--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(píng)價(jià)--對(duì)多種方案進(jìn)行比較和評(píng)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)的邏輯維零件造型、產(chǎn)品裝配產(chǎn)品渲染、動(dòng)態(tài)顯示、運(yùn)動(dòng)仿真工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)繪制工程圖樣、編制物料清單（BOM)2.2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基本概念CAD技術(shù)主要功能計(jì)算機(jī)的支持和參與

利用計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)、邏輯推理、長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)工作、快速精確的計(jì)算等能力和特長(zhǎng)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量；設(shè)計(jì)者的主導(dǎo)作用

計(jì)算機(jī)不可能完全取代人進(jìn)行設(shè)計(jì)作業(yè)；主要輔助完成技術(shù)設(shè)計(jì)

不可能也沒(méi)有必要涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。CAD技術(shù)特征2.2.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)1、產(chǎn)品的造型建模技術(shù)CAD的幾何造型過(guò)程也就是對(duì)被設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，以建立計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型的過(guò)程。被設(shè)計(jì)對(duì)象的造型建模技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了線(xiàn)框模型、表面(曲面)模型、實(shí)體建模、特征造型、特征參數(shù)模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的演變過(guò)程。三維幾何模型類(lèi)型(a)線(xiàn)框模型；(b)表面模型；(c)實(shí)體模型

1)線(xiàn)框模型：以頂點(diǎn)和棱邊描述三維形體，為兩表結(jié)構(gòu)；這種模型曾廣泛應(yīng)用于 工廠(chǎng)或車(chē)間布局、三視圖生成、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的模擬和有限元網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)生成等方面，但它無(wú)法產(chǎn)生剖面圖、消除隱藏線(xiàn)以及求解兩個(gè)形體間的交線(xiàn)，也無(wú)法根據(jù)線(xiàn)框模型進(jìn)行物性計(jì)算和數(shù)控加工指令的編制等作業(yè)。

1)表面模型：以表面描述形體方法，為三表結(jié)構(gòu)；

表面模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在線(xiàn)框模型的基礎(chǔ)上，增加了有關(guān)面的信息和棱邊的連接方向等內(nèi)容。表面造型又分為“多邊平面造型”和“曲面造型”兩種。多邊平面造型只能構(gòu)建平面主體，描述能力不強(qiáng)，故較少采用。曲面造型可以用于構(gòu)建具有復(fù)雜自由曲面和雕塑曲面的物體模型，因此廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、飛機(jī)、船舶等制造工業(yè)中。常用的建模方法有貝塞爾(Beizer)曲面技術(shù)和B樣條(B－spline)曲面技術(shù)。表面模型能求解兩個(gè)形體的交線(xiàn)、消除隱藏線(xiàn)等，但無(wú)法定義厚度及內(nèi)部幾何體，故無(wú)法生成形體的剖面圖以及進(jìn)行物性的計(jì)算。實(shí)體建模：能完整表示三維的幾何信息和拓?fù)湫畔⒊Ｓ玫膶?shí)體造型方法有“邊界表示”(BoundaryRepresentation，B-rep)法和“構(gòu)造實(shí)體幾何”(ConstructiveSolidGeometry，CSG)法。邊界表示法把一個(gè)物體被看作是由有界的平面或曲面片子集構(gòu)成的，每個(gè)面又由它的邊界邊和頂點(diǎn)組成，經(jīng)過(guò)各種幾何運(yùn)算和操作，最后達(dá)到構(gòu)成物體的目的。

CSG法的基本思想認(rèn)為任何幾何形體都是由簡(jiǎn)單的“實(shí)體細(xì)胞”組成的，這種實(shí)體細(xì)胞可稱(chēng)為“體素”。CAD系統(tǒng)中常用的體素有：長(zhǎng)方體、圓柱、圓錐、球、圓臺(tái)、楔、橢圓錐等。系統(tǒng)通過(guò)布爾運(yùn)算可以將這些幾何體素組成所需要的物體。高檔的CAD系統(tǒng)還允許用戶(hù)根據(jù)需要自己定義一些參數(shù)化的幾何體素。復(fù)雜的幾何物體是由體素組成的，通過(guò)正實(shí)體、負(fù)實(shí)體的定義，二維多邊形的掃描、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、挖切和鏡像等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的創(chuàng)建。4)特征造型所謂特征，就是描述產(chǎn)品信息的集合，也是構(gòu)成零、部件設(shè)計(jì)與制造的基本幾何體，它既反映了零件的幾何信息，又反映了零件的加工工藝信息。常用的零件特征包括：形狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征、裝配特征等。與實(shí)體模型相比較，特征造型能更好地表達(dá)統(tǒng)一、完整的產(chǎn)品信息；能更好地體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，使產(chǎn)品模型便于理解和組織生產(chǎn)；有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、加工制造、檢驗(yàn)等各個(gè)部門(mén)之間的聯(lián)系。因此，基于特征的建模技術(shù)更適合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。

單一數(shù)據(jù)庫(kù)：與設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)自同一數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)性設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)周期。相關(guān)性設(shè)計(jì)：任何設(shè)計(jì)改動(dòng)，都將及時(shí)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(shí)體模型；

2單一數(shù)據(jù)庫(kù)與相關(guān)性設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造及虛擬企業(yè)等。4CAD與CAX集成技術(shù)目的：支持異構(gòu)、跨平臺(tái)的工作環(huán)境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標(biāo)準(zhǔn)；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標(biāo)準(zhǔn)。5標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)CAD與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的集成VR向設(shè)計(jì)者提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等直觀、自然、實(shí)時(shí)的感知，目前VR所需軟硬件價(jià)格昂貴，技術(shù)開(kāi)發(fā)難度大

計(jì)算機(jī)安全技術(shù)保密，防病毒感染2.3.1優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的學(xué)科，它是最優(yōu)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)果。要實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的優(yōu)化必須具備兩個(gè)條件：一是存在一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)；另一個(gè)是具有多個(gè)方案可供選擇。

優(yōu)化問(wèn)題的分類(lèi)按目標(biāo)函數(shù)數(shù)量：?jiǎn)文繕?biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化按設(shè)計(jì)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(wú)約束優(yōu)化和有約束優(yōu)化；求解方法：準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法線(xiàn)性規(guī)劃、非線(xiàn)性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃。

課堂作業(yè)1、先進(jìn)制造技術(shù)的特征？2、先進(jìn)制造技術(shù)的分類(lèi)？3、CAD技術(shù)的起源及其包含的內(nèi)容？4、CAD的關(guān)鍵技術(shù)（5點(diǎn)）？5、CAD技術(shù)的研究熱點(diǎn)（5點(diǎn)）？1價(jià)值工程的發(fā)展與特征

價(jià)值工程（ValueEngineering，VE）是一門(mén)管理及設(shè)計(jì)技術(shù)，它以產(chǎn)品的功能分析為核心，以科學(xué)的分析方法為工具，尋求功能與成本的最佳組合以獲得最佳的產(chǎn)品價(jià)值。20世紀(jì)40年代由美國(guó)通用電氣公司L.D.Miles工程師首創(chuàng)。70年代末，價(jià)值工程技術(shù)引入我國(guó)?！?.3.3價(jià)值工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的兩種模式：1、從市場(chǎng)需求出發(fā)，從無(wú)到有(正向工程)：

市場(chǎng)分析→概念設(shè)計(jì)→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→加工制造→裝配檢驗(yàn)2、從已有產(chǎn)品出發(fā)，從有到新(反求工程)：

已有產(chǎn)品→實(shí)物測(cè)量→重構(gòu)模型→創(chuàng)新改進(jìn)→加工制造反求工程定義：反求工程(ReverseEngineering,RE),也稱(chēng)逆向工程、反向工程,是指用一定的測(cè)量手段對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的CAD模型的過(guò)程,是一個(gè)從樣品生成產(chǎn)品數(shù)字化信息模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的全過(guò)程。2.3.4

反求工程綠色產(chǎn)品的定義：可以拆卸、分解的產(chǎn)品；原材料使用合理化，并能處理回收的產(chǎn)品；從生產(chǎn)、使用、回收過(guò)程對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害小產(chǎn)品；可翻新和重新利用的產(chǎn)品；綜合定義：在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，節(jié)約資源和能源，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)危害或少危害，對(duì)生產(chǎn)者及使用者具有良好保護(hù)性的產(chǎn)品。綠色產(chǎn)品特點(diǎn)：優(yōu)良的環(huán)境友好性，最大限度地利用材料資源，節(jié)約能源。2.3.5綠色設(shè)計(jì)綠色產(chǎn)品描述與建模:準(zhǔn)確全面的描述，建立評(píng)價(jià)模型；綠色設(shè)計(jì)材料選擇側(cè)重環(huán)境約束和材料對(duì)環(huán)境影響；面向拆卸的設(shè)計(jì)能夠高效、不加破壞地拆卸，有利于材料的重新利用和循環(huán)再生；可回收性設(shè)計(jì)包括可回收材料識(shí)別及標(biāo)志、回收處理工藝、可回收性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可回收經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)；綠色產(chǎn)品成本分析包括污染物處理成本、拆卸成本、重復(fù)利用成本、環(huán)境成本等；綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)：包括材料成分、降解周期、費(fèi)用、各種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等綠色設(shè)計(jì)主要內(nèi)容資源最佳利用原則①能源選用，盡可能使用再生資源，②提高利用率；能量消耗最少原則盡可能選用可再生一次能源，力求能源消耗最少；“零污染”原則消除污染源，盡可能地做到零污染；“零損害”原則將對(duì)身心健康損害降低最低程度；技術(shù)先進(jìn)原則采用新技術(shù)，使產(chǎn)品具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最佳原則同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。綠色設(shè)計(jì)的原則

綠色設(shè)計(jì)順應(yīng)歷史發(fā)展趨勢(shì)，強(qiáng)調(diào)資源有效利用，減少?gòu)U棄物排放，追求產(chǎn)品生命周期中對(duì)環(huán)境污染最小化，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害化，將成為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效手段。綠色設(shè)計(jì)的原則本章小結(jié)從