先進(jìn)制造技術(shù)-3現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

2006-4-261成本沉淀理論—設(shè)計(jì)的重要性

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)成本沉淀理論，設(shè)計(jì)成本占產(chǎn)品成本5-7%，但卻決定產(chǎn)品成本的70％!設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)準(zhǔn)備加工材料消耗銷(xiāo)售管理

100%50

0

5%70%18%

7%

5%54%28%

3%對(duì)成本的影響所需成本企業(yè)中成本的確定2006-4-262傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造模式是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，即原料工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品使用報(bào)廢棄入環(huán)境。它是靠大量消耗資源和破壞環(huán)境為代價(jià)的工業(yè)發(fā)展模式。所以設(shè)計(jì)技術(shù)主要考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量和成本。2006-4-263現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是根據(jù)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)（時(shí)間、質(zhì)量、價(jià)格）的需要，考慮生態(tài)環(huán)境和資源效率，應(yīng)用科學(xué)知識(shí)和現(xiàn)化技術(shù)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性的思維、規(guī)劃和決策，制定先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，通過(guò)CAD等先進(jìn)方法，并使方案付褚實(shí)施的技術(shù)。2006-4-264現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)從單純的產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)擴(kuò)展到生命周期設(shè)計(jì)（包括考慮環(huán)境因素的綠色設(shè)計(jì)）;從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù);從傳統(tǒng)的順序設(shè)計(jì)方式過(guò)渡到并行設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)等。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展方向是不斷吸收現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，使其實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。2006-4-265現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)包含了：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)良性能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建技術(shù)全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)2006-4-266綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)是在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率，使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期（設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢）中，符合環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)健康的需要，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的設(shè)計(jì)技術(shù)。2006-4-267綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)包括:面向環(huán)境的設(shè)計(jì)技術(shù)面向能源的設(shè)計(jì)技術(shù)面向材料的設(shè)計(jì)技術(shù)人機(jī)工程設(shè)計(jì)技術(shù)2006-4-268綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)舉例

—零件結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化減少材料利用2006-4-269優(yōu)良性能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)優(yōu)良性能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)是一項(xiàng)以提高機(jī)械產(chǎn)品綜合性能為目標(biāo)的設(shè)計(jì)技術(shù)，是各種創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)的必要條件，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家和企業(yè)都十分重視此技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。體現(xiàn)在靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、單項(xiàng)到綜合、個(gè)體到系統(tǒng)、無(wú)限壽命到有限壽命、設(shè)計(jì)對(duì)象向太空、深水、微觀(guān)、生命等領(lǐng)域發(fā)展，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論要求更高。2006-4-2610優(yōu)良性能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)包括：可靠性設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)防疲勞斷裂設(shè)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)技術(shù)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)防腐蝕設(shè)計(jì)技術(shù)表面工程設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)補(bǔ)償控制技術(shù)2006-4-2611競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建技術(shù)是從產(chǎn)品的工作特性和功能目標(biāo)出發(fā)，在特定技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等具體條件下，根據(jù)相鄰學(xué)科的原理，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并使它在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上達(dá)到最佳水平。重點(diǎn)研究設(shè)計(jì)思維、功能目標(biāo)評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)決策技術(shù)、新的設(shè)計(jì)理論與方法、CAD和集成化、智能化。2006-4-2612競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建技術(shù)包括：創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)降低成本設(shè)計(jì)技術(shù)快速設(shè)計(jì)技術(shù)仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)智能設(shè)計(jì)技術(shù)廣義優(yōu)化技術(shù)工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)技術(shù)采用新原理、新方法的全新產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性思維活動(dòng)，隨科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)提出新的挑戰(zhàn)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用為設(shè)計(jì)創(chuàng)新帶來(lái)新希望，智能化是重要方向。以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期為主要目的設(shè)計(jì)技術(shù)，包括模塊化設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、基于實(shí)例設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)等，一切有助于加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度的理論和方法都是快速設(shè)計(jì)的組成部分，涉及多學(xué)科的交叉、多方向發(fā)展。并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)2006-4-2613全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)全壽命周期設(shè)計(jì)改變了制造業(yè)的企業(yè)結(jié)構(gòu)和工作方式，能對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)周期、質(zhì)量和成本進(jìn)行有效控制，形成生產(chǎn)、銷(xiāo)售、用戶(hù)服務(wù)一條龍。主要體現(xiàn)在縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間、提高質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。其特點(diǎn)是全壽命全系統(tǒng)管理、全壽命周期費(fèi)用分析，達(dá)到“優(yōu)生、優(yōu)育、優(yōu)管”。它包括并行設(shè)計(jì)技術(shù)、面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)、全壽命周期設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理技術(shù)、全壽命周期管理及費(fèi)用分析技術(shù)。2006-4-2614全壽命周期設(shè)計(jì)過(guò)程框圖ProductLifecycle

Transformationforthe

DigitalEconomy314768259102006-4-2615最引人注目的設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)中最受設(shè)計(jì)工作者關(guān)心的是并行設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)。2006-4-2616并行設(shè)計(jì)技術(shù)并行設(shè)計(jì)是并行工程、協(xié)同設(shè)計(jì)、敏捷制造、虛擬制造等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)，它涉及到計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)方法等領(lǐng)域。而并行工程是把CAD、制造、管理和質(zhì)量保證等有機(jī)地集成在一起，實(shí)現(xiàn)信息集成、信息共享、過(guò)程集成。設(shè)計(jì)者一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品全生命周期中所有因素，包括質(zhì)量、進(jìn)度、成本和用戶(hù)需求。2006-4-2617并行設(shè)計(jì)的內(nèi)容（1）過(guò)程重構(gòu)：由傳統(tǒng)的串行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式轉(zhuǎn)變成集成的、并行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式，使下游設(shè)計(jì)過(guò)程中的需求及早地反饋給相應(yīng)過(guò)程中。數(shù)字化產(chǎn)品定義：包括數(shù)字化產(chǎn)品模型定義和管理、數(shù)字化過(guò)程定義和管理、數(shù)字化工具定義和信息集成，如DFQ、DFA、DFM、CAD/CAE/CAM集成等。2006-4-2618并行設(shè)計(jì)的內(nèi)容（2）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)隊(duì)伍重構(gòu)：將傳統(tǒng)的以功能部門(mén)為主線(xiàn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，改變以產(chǎn)品為主線(xiàn)，組織多功能集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行產(chǎn)品并行開(kāi)發(fā)。協(xié)同工作環(huán)境：利用多煤體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，組建協(xié)調(diào)工作環(huán)境，支持并行設(shè)計(jì)。并行設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)際上是一門(mén)涉及多個(gè)領(lǐng)域的交叉學(xué)科，內(nèi)容極為豐富。2006-4-2619產(chǎn)品分析2006-4-2620以下圖零件的模具設(shè)計(jì)為例2006-4-2621在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，生產(chǎn)、采購(gòu)、工藝、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)、試模等方面的技術(shù)人員協(xié)同工作，完成設(shè)計(jì)。2006-4-2622利用模具CAD/CAM軟件，自動(dòng)提取BOM表供各生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用。2006-4-2623利用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，將總體零件分解給不同的設(shè)計(jì)小組。2006-4-2624CE產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程（分組）2006-4-2625型芯設(shè)計(jì)、NC編程、加工小組2006-4-2626模架、模板采購(gòu)加工組2006-4-2627標(biāo)準(zhǔn)件準(zhǔn)備小組2006-4-2628利用CE以最短的交貨期、最好的質(zhì)量、最低的成本在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得客戶(hù)。2006-4-2629虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)全球化、網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化己成為制造業(yè)發(fā)展的重要特征，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)是制造業(yè)虛擬化的重要內(nèi)容。近年來(lái)，為了縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本，人們提出了各種各樣的制造模式。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為這些制造模式的應(yīng)用提供了有力的支持，“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)的引入更是加快了各種敏捷制造模式的實(shí)現(xiàn)。2006-4-2630虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality)是一種三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)與計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)集成而實(shí)現(xiàn)的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，讓用戶(hù)通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、甚至嗅覺(jué)和味覺(jué)等多種知覺(jué)方式

，實(shí)時(shí)地與計(jì)算機(jī)所建造的仿真環(huán)境發(fā)生相互作用。比如，進(jìn)入“虛擬廠(chǎng)房”，操縱“虛擬機(jī)床”，抓取“虛擬零件”，組裝“虛擬設(shè)備”等等。2006-4-2631虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供：具有獨(dú)特輸入/輸出裝置的特殊人機(jī)界面，如頭盔式顯示器HMD、跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、定位器等。借助這些虛擬外設(shè)，比之傳統(tǒng)CAD技術(shù)，用戶(hù)就可沉浸在仿真環(huán)境之中，有“身臨其境”的感覺(jué)，從而完成在現(xiàn)實(shí)世界中可能或不可能的工作。2006-4-2632（1）頭盔（HMD-HeadMountedDisplay)

兩個(gè)LCD或CRT顯示器典型分辨率360x2402006-4-2633

（2）立體眼鏡由液晶光柵眼鏡和紅外線(xiàn)控制器組成。（3）三維鼠標(biāo)六自由度探測(cè)器，利用內(nèi)構(gòu)式超聲接收器和具有發(fā)射器的固定基坐標(biāo)來(lái)測(cè)量鼠標(biāo)器離開(kāi)桌面后的位置和方向。（4）跟蹤器（Tracker)

對(duì)VR用戶(hù)的頭或手的位置和方向進(jìn)行實(shí)時(shí)的、精確的測(cè)量。類(lèi)型有：機(jī)械式、電磁式和超聲式。2006-4-2634

（5）數(shù)據(jù)手套將用戶(hù)手的姿勢(shì)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能讀的數(shù)據(jù)，有測(cè)量幾個(gè)或全部手指關(guān)節(jié)的傳感器。有的具有三維傳感器，以跟蹤用戶(hù)腕部的運(yùn)動(dòng)。基于光導(dǎo)衰減的光纖手套2006-4-2635

（6）立體投影屏幕通過(guò)立體復(fù)合技術(shù)顯示左、右眼的信息。使用“無(wú)源”偏振眼鏡。價(jià)格低，可多人參與。2006-4-2636

（1）單人沉浸式頭盔式立體顯示器產(chǎn)生逼真的沉浸感虛擬環(huán)境產(chǎn)生器頭盔顯示器聲音合成聲音合成語(yǔ)音識(shí)別電子顯示裝置頭/眼/手跟蹤觸覺(jué)/動(dòng)覺(jué)系統(tǒng)手位置頭位置眼位置虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的幾種主要形式2006-4-2637

（2）虛擬世界窗口在虛擬環(huán)境中建立一窗口，通過(guò)該窗口漫游環(huán)境。（3）半實(shí)物模擬建立半事物模擬環(huán)境，并提供實(shí)際控制與屏幕上虛擬環(huán)境之間的交互途徑。（4）CAVE

墻式顯示屏全自動(dòng)聲像虛擬環(huán)境。2006-4-2638虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用真實(shí)感圖形顯示2006-4-2639虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用真實(shí)感圖形顯示2006-4-2640虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用2006-4-2641虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用2006-4-2642高臨場(chǎng)感的視景仿真系統(tǒng)2006-4-2643虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)各種仿