先進(jìn)制造系統(tǒng) 課件全套 第1-5章 先進(jìn)制造系統(tǒng)- 先進(jìn)制造模式及其管理技術(shù)

121世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢中國制造業(yè)取得的成就及其局限213421世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境制造技術(shù)發(fā)展歷程5先進(jìn)制造技術(shù)概述6第一章先進(jìn)制造系統(tǒng)概述中國高技術(shù)研究計劃中的R&D2一.二十一世紀(jì)改變?nèi)祟惖目茖W(xué)與技術(shù)21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢1二.中心科學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)移三.高技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域3與

"物質(zhì)科學(xué)"

相關(guān)的文獻(xiàn)總量年度變化規(guī)律圖科學(xué)：物質(zhì)科學(xué)；生命科學(xué)

技術(shù)：信息技術(shù)；生物技術(shù)納米技術(shù)一.二十一世紀(jì)改變?nèi)祟惖目茖W(xué)與技術(shù)21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢12009年8月29日，IBM公司蘇黎世實驗室的科學(xué)家利用原子力顯微鏡成功拍攝了世界首張并五苯(pentacene)單分子成像圖。421世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢二.中心科學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)移1）信息科學(xué)技術(shù)目前是發(fā)展高峰期，預(yù)計其中心科學(xué)技術(shù)的地位還可持續(xù)四十年。2）生命科學(xué)技術(shù)現(xiàn)在已開始注重其發(fā)展與應(yīng)用，預(yù)計21世紀(jì)30年代開始逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹行目茖W(xué)技術(shù)。3）認(rèn)知科學(xué)技術(shù)智能化趨勢現(xiàn)已顯露，預(yù)計21世紀(jì)70年代開始將成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的中心。15三.高技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域(1)信息科學(xué)技術(shù)（包括微電子、光電子科學(xué)技術(shù)）(2)生物科學(xué)技術(shù)（包括生命科學(xué)技術(shù)）(3)新能源科學(xué)技術(shù)（包括核能科學(xué)技術(shù)）(4)新材料科學(xué)技術(shù)（包括納米科學(xué)技術(shù)）(5)環(huán)境科學(xué)技術(shù)（包括地球科學(xué)技術(shù)）(6)航空航天科學(xué)技術(shù)（包括軍事科學(xué)技術(shù)）

(7)海洋科學(xué)技術(shù)（包括地球科學(xué)技術(shù)）(8)先進(jìn)制造科學(xué)技術(shù)（包括微機電系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)）(9)管理科學(xué)技術(shù)（包括軟科學(xué)技術(shù)）(10)認(rèn)知科學(xué)技術(shù)（包括人腦和智能系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)）21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢162制造技術(shù)發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關(guān)鍵階段一.制造業(yè)創(chuàng)造了人類－原始制造業(yè)三.制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)72制造技術(shù)發(fā)展歷程一.制造業(yè)創(chuàng)造了人類－原始制造業(yè)人猿相揖別。

只幾個石頭磨過，

小兒時節(jié)。

銅鐵爐中翻火焰，

為問何時猜得，

不過幾千寒熱。

人世難逢開口笑，

上疆場彼此彎弓月。

流遍了，

郊原血。一篇讀罷頭飛雪，

但記得斑斑點點，

幾行陳跡。

五帝三皇神圣事，

騙了無涯過客。

有多少風(fēng)流人物？

盜跖莊屩流譽后，

更陳王奮起揮黃鉞。

歌未竟，

東方白。石器時代：石器時代包含了人類進(jìn)化過程中的第一次科技的大范圍傳播。青銅時代：青銅鑄造術(shù)的發(fā)明與石器時代相比，具有劃時代意義

鐵器時代：鐵器時代指已經(jīng)能運用很復(fù)雜的金屬加工來生產(chǎn)鐵器

毛澤東詞【賀新郎.讀史】81）用機器代替手工，由作坊形成工廠2制造技術(shù)發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關(guān)鍵階段17世紀(jì)60年代，瓦特發(fā)明蒸汽機，引發(fā)第一次工業(yè)革命，工業(yè)化大生產(chǎn)從此開始。18世紀(jì)70年代，德國人奧托設(shè)計制造了第一臺內(nèi)燃機，引發(fā)了制造業(yè)的又一次革命。19世紀(jì)，金屬加工機器首先在英國誕生，先后傳到了法國、德國和美國，并在美國率先形成了小型的機械工廠。92）從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式2制造技術(shù)發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關(guān)鍵階段科學(xué)管理思想，代表人物泰勒：科學(xué)管理的創(chuàng)始人，以勞動分工和計件工資制為基礎(chǔ)的科學(xué)管理。大規(guī)模量生產(chǎn)的流水線，代表人物福特：流水線生產(chǎn)的創(chuàng)始人，提出了零件互換技術(shù)，1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產(chǎn)線，實現(xiàn)了以剛性自動化為特征的大量生產(chǎn)方式。103）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)2制造技術(shù)發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關(guān)鍵階段柔性化——生產(chǎn)模式由單一品種（少品種）大批量生產(chǎn)自動化向多品種、中小批量生產(chǎn)自動化轉(zhuǎn)變；該階段形成了一批新型的先進(jìn)制造單元技術(shù)：數(shù)控技術(shù)(NC)、計算機數(shù)控技術(shù)(CNC)、柔性制造單元(FMC)、計算機輔助設(shè)計/制造(CAD/CAM)等。同時涌現(xiàn)出了一批先進(jìn)生產(chǎn)管理技術(shù)：準(zhǔn)時制生產(chǎn)(JIT)、全面質(zhì)量管理(TQM)等。11集成化——單元技術(shù)的集成——CNC，F(xiàn)MC，機器人技術(shù)，自動物料運輸系統(tǒng)，AGV等單元技術(shù)走向集成以后，形成了自動化的柔性制造系統(tǒng)（FMS）使系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息共享。3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)2制造技術(shù)發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關(guān)鍵階段人、技術(shù)、管理的集成——典型的代表性技術(shù)是計算機集成制造系統(tǒng)的推廣和運用，即CIMS。CIMS強調(diào)將企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即市場調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)、加工裝配、銷售、以及售后服務(wù)等全過程作為一個不可分割的整體，從系統(tǒng)的觀點進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而實現(xiàn)全局優(yōu)化。12智能化——智能制造系統(tǒng)，是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統(tǒng)。它強調(diào)的是在制造的各個環(huán)節(jié)中，借助計算機來模擬人類專家的智能活動，諸如：分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等；宗旨是通過人與智能機器的合作共事，來擴大、延伸并部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，從而實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)2制造技術(shù)發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關(guān)鍵階段13網(wǎng)絡(luò)化——運用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，應(yīng)運而生的先進(jìn)制造技術(shù)主要有：并行工程（CE），計算機集成制造CIM，敏捷制造AM，虛擬制造VM等。3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)2制造技術(shù)發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關(guān)鍵階段14美國經(jīng)歷二戰(zhàn)世界大戰(zhàn)，躋身于制造大國，其轎車產(chǎn)量在上世紀(jì)60年代前在全世界名列第一。到上世紀(jì)50年代以后，美國逐漸放松了一般制造業(yè)。到70年代后期，美國國內(nèi)廣泛流傳“第三次浪潮論”，美國的一批學(xué)者提出：美國已經(jīng)進(jìn)入“后工業(yè)社會”，同時美國國內(nèi)也認(rèn)為制造業(yè)是正在走向沒落的“夕陽工業(yè)”。制造技術(shù)倍受冷遇，相關(guān)研究課題減少。結(jié)果導(dǎo)致美國80年代的經(jīng)濟衰退。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)之一——美國2制造技術(shù)發(fā)展歷程1580年代后期，美國意識到忽視制造技術(shù)帶來的嚴(yán)重后果，公眾和輿論界意識到這種情況“危及了美國國家安全”。于是，美國開始了他們的“帝國反擊戰(zhàn)”，政府和企業(yè)界投入巨資，進(jìn)行了大量的研究和分析，最終得出的結(jié)論是：（1）“振興美國經(jīng)濟的出路在于振興制造業(yè)”。（2）“經(jīng)濟競爭歸根到底是制造技術(shù)和能力的競爭”。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)之一——美國2制造技術(shù)發(fā)展歷程16克林頓上臺后，把先進(jìn)制造技術(shù)列為六大國防關(guān)鍵技術(shù)之首。1993年2月，克林頓發(fā)表專題報告，提出要促進(jìn)“先進(jìn)制造技術(shù)”的發(fā)展，同時成立了從國家到地區(qū)以及大學(xué)、企業(yè)等各個層次的先進(jìn)制造技術(shù)研究中心，總結(jié)提出了一系列先進(jìn)制造技術(shù)的理論，如并行工程、敏捷制造等。1994年美國汽車制造水平大幅度提高，產(chǎn)量重新超過了日本。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)之一——美國2制造技術(shù)發(fā)展歷程17上世紀(jì)70-80年代，日本狠抓制造業(yè)，特別是汽車制造和微電子制造，結(jié)果日本的汽車和家用電器占領(lǐng)了全世界的市場，并大舉進(jìn)入美國國內(nèi)市場，到上世紀(jì)80年代，日本的汽車產(chǎn)量一躍成為世界第一。

日本的微電子芯片成為美國高技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)鍵元件。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)之二——日本2制造技術(shù)發(fā)展歷程181）1998年爆發(fā)的東南亞經(jīng)濟危機，從另一個側(cè)面反映了一個國家發(fā)展制造業(yè)的重要。一個國家，如果把經(jīng)濟的基礎(chǔ)放在股票、旅游、金融、房地產(chǎn)、服務(wù)業(yè)上，而無自己的制造業(yè)，這個國家的經(jīng)濟就容易形成泡沫經(jīng)濟，一有風(fēng)吹草動就會產(chǎn)生經(jīng)濟危機。2）新加坡、臺灣都有自己的制造業(yè)，因此受經(jīng)濟危機的影響小一些。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)之三——東南亞經(jīng)濟危機啟示2制造技術(shù)發(fā)展歷程191）瑞士是一個僅700萬人口的小國，但瑞士的制造業(yè)十分發(fā)達(dá)，瑞士的精密機械產(chǎn)品的出口量是我國的8倍，瑞士的手表世界第一，連小小的軍刀，也風(fēng)靡全世界。2）現(xiàn)在瑞士的年人均國民生產(chǎn)總值達(dá)到4.3萬美元以上,居世界第一。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)之四——瑞士人均產(chǎn)值為何居世界第一2制造技術(shù)發(fā)展歷程20321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境一.國際形勢的變化二.制造業(yè)市場競爭的新特點三.制造全球化和貿(mào)易自由化四.科技進(jìn)步與信息社會五.環(huán)境保護意識的增強與可持續(xù)發(fā)展21321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境一.國際形勢的變化1）國際競爭和對抗的焦點由軍備競賽轉(zhuǎn)向以科技為先導(dǎo)、以經(jīng)濟為基礎(chǔ)、軍事為后盾的綜合國力的較量；2）提高制造業(yè)產(chǎn)品競爭能力，發(fā)展高技術(shù)，尤其是獨具知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)成為未來搶占經(jīng)濟制高點、振興國家經(jīng)濟的焦點；3）自美國提出“先進(jìn)制造技術(shù)”之后，日本、西歐以及亞洲各新興工業(yè)國家都相繼作出了響應(yīng)，將先進(jìn)制造技術(shù)列為國家的高新技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展的項目。22來源:Bullinger

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94962時間46810平均產(chǎn)品壽命TL平均開發(fā)時間TDTD>TL年數(shù)1）知識/技術(shù)/產(chǎn)品更新的周期——更短321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境二.制造業(yè)市場競爭的新特點23波音777的設(shè)計和制造全數(shù)字化定義——無紙化生產(chǎn)數(shù)字化預(yù)裝配——無金屬樣機的生產(chǎn)（虛擬制造的一部分）廣域網(wǎng)上的異地設(shè)計、異地制造基于STEP的數(shù)據(jù)交換協(xié)同工作小組Teamwork238個→設(shè)計制造周期大大縮短：4年(而波音757、767約9-10年)更大的利潤，每架777，$1.4億基于分布式CAD/CAM系統(tǒng)在8臺IBM大型計算機ES/9000和IBM5080～5086圖形終端，發(fā)現(xiàn)零件干涉2500處，減少工程更改50％以上設(shè)計、工藝、制造、供應(yīng)商、潛在用戶的工作小組，7000人參加，采用并行工程的模式。Internet將發(fā)動機供應(yīng)商GE、HP和諾依斯羅斯聯(lián)在一起。63M長的波音777，裝配準(zhǔn)誤差僅0.58mm.二.制造業(yè)市場競爭的新特點2425研制周期交付周期研制周期01234567891070772773774775776777751596263727290年57646871828194.5(年)波音各種機型研制交付周期比較二.制造業(yè)市場競爭的新特點262)產(chǎn)品品種

更多；3）產(chǎn)品批量（大批量生產(chǎn)→大批量定制生產(chǎn)）

更??；4）顧客對產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量的要求

更高；5）能參與全球競爭的企業(yè)

更多；6）跨國公司的壟斷性

更明顯；7）企業(yè)的兼并重組

更激烈、更動蕩；8）一般水平的產(chǎn)品及制造能力

嚴(yán)重過剩；9）人口老齡化

更嚴(yán)重；10）環(huán)保意識、綠色制造呼聲

更強。321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境二.制造業(yè)市場競爭的新特點27321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境二.制造業(yè)市場競爭的新特點現(xiàn)代市場競爭的內(nèi)容不斷變化280255075100低高擾動程度80年代90年代54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674///質(zhì)量意識價格意識服務(wù)水平對替代品的脆弱性產(chǎn)品生命周期經(jīng)濟循環(huán)依賴水平流行時尚意識競爭強度消費者需求及欲望的變化程度購買者能力技術(shù)變化率飽和水平愿望的一致程度需求水平穩(wěn)定性需求及消費者欲望的確定性必需品奢侈品價格競爭產(chǎn)品的差異性市場影響因素的變化

Pine和B.JosephII“MassCustomization,TheNewFrontierinBusinessCompetition.”Boston:HarvardBusinessSchoolPress,二.制造業(yè)市場競爭的新特點29“中心”的變化以產(chǎn)品為中心以顧客為中心以市場為中心二.制造業(yè)市場競爭的新特點30二.制造業(yè)市場競爭的新特點互聯(lián)網(wǎng)的巨大沖擊，網(wǎng)絡(luò)制造降低成本

開發(fā)和設(shè)計生產(chǎn)市場ABCA+C>70%所得利潤31

消費觀念的變化消費者的行為更具選擇性顧客化產(chǎn)品：批量生產(chǎn)的產(chǎn)品逐步被個性化、多樣化產(chǎn)品所代替制造業(yè)“服務(wù)”：產(chǎn)品生產(chǎn)與產(chǎn)品服務(wù)的界限越來越模糊、不滿足感增加：“新三年、舊三年、縫縫補補又三年”的觀念逐步消失

對生產(chǎn)及產(chǎn)品的影響產(chǎn)品訂貨批量下降，單件、小批量產(chǎn)品壽命周期減短：5-10年-3-5年甚至更短產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短二.制造業(yè)市場競爭的新特點32三.制造全球化和貿(mào)易自由化原因：世界自由貿(mào)易體制進(jìn)一步完善全球交通運輸進(jìn)一步完善全球通訊網(wǎng)絡(luò)建立國際經(jīng)濟合作與交往日益緊密導(dǎo)致：全球產(chǎn)業(yè)界結(jié)構(gòu)大調(diào)整世界逐步形成一個統(tǒng)一的大市場使得：供應(yīng)與需求國家化、國際化，不同時間、地區(qū)、國家，市場需求有波動對于同一用戶、同一產(chǎn)品，可供選擇的市場國際化、競爭國際化任何國家、地區(qū)，不論實行怎樣的社會制度，不可能離開世界市場而獨立謀求發(fā)展;制造業(yè)發(fā)展應(yīng)該進(jìn)入國家目標(biāo)層次，才能促進(jìn)經(jīng)濟增長321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境33四.科技進(jìn)步與信息社會從微電子、信息（計算機與通信、控制理論、人工智能等）、新材料、系統(tǒng)科學(xué)所代表的新一代工程科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展在制造領(lǐng)域中的廣泛滲透、應(yīng)用、衍生，極大的拓展了制造活動的深度和廣度，急劇的改變了現(xiàn)代設(shè)計方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝、設(shè)備以及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了一大批新的制造技術(shù)和制造模式。高新技術(shù)的綜合作用促進(jìn)了制造技術(shù)在宏觀(制造系統(tǒng)集成)和微觀(精密、超精密、微納米加工檢測)兩個方向上的蓬勃發(fā)展，成為一門涵蓋整個生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)（市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工準(zhǔn)備、制造裝配、監(jiān)控檢測、質(zhì)量保證、生產(chǎn)管理、售后服務(wù)、回收再利用等）、包括人、機器、能量、信息等多種資源的組織、控制與管理，橫跨多個學(xué)科的集成技術(shù)。321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境34五.環(huán)境保護意識的增強與可持續(xù)發(fā)展環(huán)境問題：大量消耗資源和破壞環(huán)境的傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式與工藝技術(shù)系統(tǒng)引起了嚴(yán)重的環(huán)境問題可持續(xù)發(fā)展思想：

重視環(huán)境方面對制造業(yè)及其產(chǎn)品的制約，通過國家政策與經(jīng)濟立法手段建立循環(huán)經(jīng)濟與再制造工程結(jié)論:

面向可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)安全型和資源節(jié)約型的制造技術(shù)將是制造領(lǐng)域中亟待解決的一個重要問題321世紀(jì)制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境35中國制造業(yè)取得的成就及其局限4一、制造業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位二、我國制造業(yè)取得的重大成就三、我國制造業(yè)存在的局限四、制造大國走向制造強國的途徑與措施36中國制造業(yè)取得的成就及其局限4制造業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位1）在發(fā)達(dá)國家中,制造業(yè)創(chuàng)造了約60%的社會財富、約45%的國民經(jīng)濟收入。2）據(jù)統(tǒng)計，美國68%的社會財富來自于制造業(yè)。3）在國家生產(chǎn)力的構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占55%-65%。37宇航生物工程微電子光電子信息技術(shù)核技術(shù)空間技術(shù)制造業(yè)38中國制造業(yè)取得的成就及其局限4建國初期到1978年，我國科技人員成功爆破了原子彈和氫彈，成功發(fā)射了人造衛(wèi)星，在世界第一次人工合成牛胰島素結(jié)晶等一批舉世矚目的尖端技術(shù)。改革開放以來，建成了正負(fù)電子對撞機等重大科學(xué)工程，秦山、大亞灣核電站并網(wǎng)發(fā)電成功，銀河系列巨型計算機不斷升級并全部研制成功。建成當(dāng)今世界最大的水利樞紐工程――長江三峽水利樞紐工程許多指標(biāo)都突破了世界水利工程的記錄。量子信息領(lǐng)域避錯碼被國際公認(rèn)為量子信息領(lǐng)域“最令人激動的成果”。王選的激光照排系統(tǒng)。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局39中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國自主研發(fā)的“嫦娥”一號繞月飛行成功，“神舟”系列航天飛船成功發(fā)射，“神舟”五號、六號、七號飛船載人航天飛行圓滿成功，標(biāo)志著我國成為世界上第三個獨立掌握空間出艙技術(shù)的國家，是我國空間技術(shù)發(fā)展具有里程碑意義的重大突破。高性能計算機曙光5000A躋身世界超級計算機前十位，首款64位高性能通用CPU芯片問世。超級雜交水稻不斷取得重大突破，對提高我國水稻產(chǎn)量、確保糧食安全起了重要作用。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局40中國制造業(yè)取得的成就及其局限4一些新產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)世界領(lǐng)先或先進(jìn)水平：沈陽機床集團的電主軸高速臥式加工中心、激光切割機床；沈陽變壓器廠的50萬伏超高壓變壓器；黎明航發(fā)集團的中國第一臺擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的航空發(fā)動機、燃?xì)廨啓C；沈陽新松機器人自動化有限公司的6000米水下機器人等產(chǎn)品；清華大學(xué)制造工程研究所研制開發(fā)的并聯(lián)構(gòu)型機床……41中國制造業(yè)取得的成就及其局限4工業(yè)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了從門類簡單到齊全，從以輕工業(yè)為主到輕、重工業(yè)共同發(fā)展，從以勞動密集型工業(yè)為主導(dǎo)，向勞動、資本和技術(shù)密集型共同發(fā)展的轉(zhuǎn)變。目前我國已擁有39個工業(yè)大類、191個中類、525個小類，涵蓋了聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中所列的全部工業(yè)門類。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局42中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國由一個只能制造初級工業(yè)產(chǎn)品的國家發(fā)展成為世界制造業(yè)大國。根據(jù)聯(lián)合國工發(fā)組織資料，按照2000年不變價計算，我國制造業(yè)增加值占世界的份額由1995年的5.1%上升到2007年的11.4%。按照國際標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)分類，在22個大類中，我國制造業(yè)占世界比重在7個大類中名列第一，其中，煙草類占比49.8%，紡織品類占比29.2%，衣服、皮毛類占比24.7%，皮革、皮革制品、鞋類占比33.4%，堿性金屬占比23.8%，電力裝備占比28.2%，其他交通工具占比34.1%；有15個大類名列前三；除機動車、拖車、半拖車一個大類外，其他21個大類所占份額均名列世界前六位。在發(fā)展中國家中，除機動車、拖車、半拖車一個大類名列第十一位外，其他21個大類所占份額均名列第一位。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局43中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國制造工業(yè)雖然取得了巨大的成就，但是我國經(jīng)濟整體處于工業(yè)化中期，工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程步入了從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉(zhuǎn)變階段。中國工業(yè)發(fā)展需要完成兩次轉(zhuǎn)變，第一次是從規(guī)模增長型向質(zhì)量進(jìn)步型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變時間大約為2006年—2015年；第二次是從質(zhì)量進(jìn)步型向創(chuàng)新福利型轉(zhuǎn)變，時間大約為2015-2050年。中國經(jīng)濟可望在2030年前后全面完成新工業(yè)化和信息化。來源：2005年中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會提出的《中國工業(yè)發(fā)展報告》44中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國制造業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比，存在階段性的差距——產(chǎn)品質(zhì)量和水平不高，技術(shù)開發(fā)能力不強，基礎(chǔ)元器件和基礎(chǔ)工藝不過關(guān)，生產(chǎn)率低下，科技投入嚴(yán)重不足。我國制造業(yè)大量的是來料加工，突出表現(xiàn)在電子等工業(yè)，許多產(chǎn)品、設(shè)計的知識產(chǎn)權(quán)并不掌握在我們手里，附加值很低。我國制造業(yè)的主體技術(shù)依靠國外，有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，依附于國外企業(yè)的組裝業(yè)比重大，表現(xiàn)為工業(yè)增加值僅為美國的22.14％、日本的35.43％；我國制造業(yè)的勞動生產(chǎn)率約為美國的4.38％、日本的4.07％、德國的5.56％，來源：2005年中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會提出的《中國工業(yè)發(fā)展報告》45在制造技術(shù)領(lǐng)域，我國的發(fā)明專利數(shù)只有美國、日本的1/30，韓國的1/40。國務(wù)院發(fā)展研究中心報告顯示，中國的制造業(yè)經(jīng)濟總量占全球的6%，而研發(fā)投入僅占0.3%。中國研究與發(fā)展投入占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比例為1%，遠(yuǎn)低于世界5%的平均水平裝備制造在制造業(yè)中的比例僅為26.5%(1999年),低于美國(41.9%)、日本(43.6%)、德國(46.4%)；中國制造業(yè)取得的成就及其局限4來源：2005年中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會提出的《中國工業(yè)發(fā)展報告》46我國制造服務(wù)業(yè)的附加值普遍不高。在發(fā)達(dá)國家，服務(wù)業(yè)占GDP比重超過了70%，其中生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)又占服務(wù)業(yè)的70%。由此可見，生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)已經(jīng)占發(fā)達(dá)國家GDP的一半左右。全球500強企業(yè)中，從事服務(wù)行業(yè)的有281家，占500強的56%。全球跨國制造企業(yè)中，服務(wù)收入比例超過25%，兩成制造企業(yè)的服務(wù)收入超過總收入的50%。而在我國，2007年服務(wù)業(yè)實現(xiàn)增加值9.6萬億元，比上年增長11.4%，但占GDP比重僅為40%。其中，制造服務(wù)業(yè)在服務(wù)業(yè)中所占比例也不高。根據(jù)中國社科院財政與貿(mào)易經(jīng)濟研究所研究員裴長洪的估算，在我國，金融與保險、信息傳輸、計算機服務(wù)和軟件、科學(xué)研究和技術(shù)服務(wù)等新興服務(wù)業(yè)只占服務(wù)業(yè)總增加值的20%左右。中國制造業(yè)取得的成就及其局限4來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局47中國制造業(yè)取得的成就及其局限4總之，我國制造業(yè)的發(fā)展面臨資源能源和環(huán)境的嚴(yán)重制約，未來20年制造業(yè)的增長，如果單純依靠數(shù)量增長，這是資源能源和環(huán)境所不能承受的。因此我國必須依靠科技進(jìn)步，采取綠色制造技術(shù)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值的同時，努力降低資源和能源消耗，這是未來制造業(yè)的發(fā)展方向。在我國從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變的過程中，自主創(chuàng)新是制造強國的核心支撐，同時要加快制造業(yè)信息化進(jìn)程和培養(yǎng)制造工程人才。485先進(jìn)制造技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)的相關(guān)概念與體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢49制造（Manufacturing)——制造是涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務(wù)的一系列相關(guān)活動和工作的總稱。(Manufacturingisseriesofinterrelatedactivitiesandoperationsinvolvingthedesign，planning，production，qualityassurance，managementandmarketingoftheproductsofthemanufacturingindustries。)1、先進(jìn)制造技術(shù)的相關(guān)概念50壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配車身安裝最后試驗發(fā)動機裝配發(fā)動機試驗機械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機械加工自動線熱處理汽車制造過程示意圖51先進(jìn)制造技術(shù)——“先進(jìn)制造技術(shù)”簡稱為AMT（AdvancedManufacturingTechnology）在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)總稱、也是取得理想技術(shù)經(jīng)濟效果的制造技術(shù)的總稱。52價值流物流資金流規(guī)劃控制需求信息流實施（車間或現(xiàn)場）原材料產(chǎn)品與服務(wù)能源能量流先進(jìn)制造系統(tǒng)的五種流53面向制造的設(shè)計技術(shù)群

產(chǎn)品/工藝設(shè)計

計算機輔助設(shè)計工藝過程建模和仿真工藝規(guī)程設(shè)計系統(tǒng)工程基礎(chǔ)

快速成型技術(shù)并行工程制造工藝技術(shù)群

材料生產(chǎn)工藝加工工藝聯(lián)接與裝配測試和檢測環(huán)保技術(shù)維修技術(shù)其他

信息技術(shù)

接口技術(shù)集成技術(shù)人工智能

數(shù)據(jù)庫軟件工程決策支持

標(biāo)準(zhǔn)和框架

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工藝標(biāo)準(zhǔn)接口框架

產(chǎn)品定義和標(biāo)準(zhǔn)檢驗標(biāo)準(zhǔn)

機床和工具技術(shù)傳感器和控制技術(shù)

質(zhì)量管理用戶/供應(yīng)商交互作用工作人員培訓(xùn)和教育

全國監(jiān)督和基準(zhǔn)評測技術(shù)獲取和利用主體技術(shù)群支撐技術(shù)群制造基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境2、先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)54設(shè)計方法現(xiàn)代化產(chǎn)品動態(tài)分析和設(shè)計產(chǎn)品可靠性可維護性及安全設(shè)計產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計快速響應(yīng)設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計智能設(shè)計仿真與虛擬設(shè)計價值工程設(shè)計模塊化設(shè)計3、先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容設(shè)計手段計算機化有限元法優(yōu)化設(shè)計計算機輔助設(shè)計反求工程技術(shù)CAD/CAM一體化技術(shù)工程數(shù)據(jù)庫向全壽命周期設(shè)計發(fā)展由單純考慮技術(shù)因素轉(zhuǎn)向綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟和社會因素（1）先進(jìn)設(shè)計技術(shù)55精密、超精密加工技術(shù)精密加工：精度為3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度為0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm納米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制造技術(shù)從制造工件的毛坯、從接近零件形狀向直接制成工件的方向發(fā)展特種加工技術(shù)高能束流加工（電子束、離子束、激光束）電加工（電解和電火花)超聲波加工高壓水加工多種能源的組合加工（2）先進(jìn)制造工藝技術(shù)56數(shù)控技術(shù)數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)主軸系統(tǒng)NC程序編制工業(yè)機器人機器人操作機控制系統(tǒng)傳感器生產(chǎn)線總線控制柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)調(diào)度與控制故障診斷自動檢測與信號識別技術(shù)信號識別數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)處理特征提取與識別過程設(shè)備工況監(jiān)測與控制過程監(jiān)視系統(tǒng)在線反饋質(zhì)量控制（3）制造自動化技術(shù)57先進(jìn)制造生產(chǎn)模式計算機集成制造系統(tǒng)CIMS敏捷制造系統(tǒng)AMS智能制造系統(tǒng)IMS精良生產(chǎn)LP并行工程CE集成管理技術(shù)企業(yè)資源管理ERP基于作業(yè)的成本管理ABC現(xiàn)代質(zhì)量保障體系生產(chǎn)率工程制造資源快速有效集成生產(chǎn)組織方法虛擬公司理論與組織企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變革以人為本的團隊建設(shè)企業(yè)重組工程（4）先進(jìn)制造模式58整體化精密化柔性化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢集合多學(xué)科成果形成一個完整的制造體系——整體化傳統(tǒng)制造技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、先進(jìn)的管理科學(xué)相結(jié)合先進(jìn)制造技術(shù)的動態(tài)發(fā)展過程——動態(tài)化不斷地吸收各種高新技術(shù)逐漸形成，不同時期、不同區(qū)域有各自的重點和內(nèi)容。信息技術(shù)對先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展影響深遠(yuǎn)——信息化CIMS、CE、AM、虛擬企業(yè)等。向超精微細(xì)領(lǐng)域擴展——精密化微型機械，納米測量、微米/納米加工制造59制造過程集成化——集成化產(chǎn)品的設(shè)計、加工、檢測、物流、裝配過程一體化；CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成（淡化了學(xué)科界限）；快速原形制造技術(shù)，使得設(shè)計思想能夠快速轉(zhuǎn)化為物理原形，甚至能夠直接制成零件（淡化了設(shè)計與制造的界限）；機器人加工工作站及FMS的出現(xiàn)，使加工過程、檢驗過程、物流過程融為了一體（淡化了專業(yè)界限）；整體化精密化柔性化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢60制造科學(xué)與制造技術(shù)、生產(chǎn)管理的融合——集成化制造科學(xué)是制造系統(tǒng)和制造過程知識的系統(tǒng)描述，包括數(shù)字描述、仿真、優(yōu)化、設(shè)計理論和方法、運動學(xué)、動力學(xué)、結(jié)構(gòu)強度、摩擦學(xué)等；制造技術(shù)包含在制造科學(xué)之中，制造科學(xué)體現(xiàn)在制造技術(shù)里，技術(shù)和管理由生產(chǎn)模式結(jié)合在一起。綠色制造——清潔化、柔性化綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)；綠色制造技術(shù)；產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造整體化精密化柔性化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢61虛擬現(xiàn)實技術(shù)——虛擬化、智能化虛擬制造技術(shù)；虛擬企業(yè)；“虛擬”技術(shù)將會在數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化控制、數(shù)字化管理中貫穿始終。制造全球化——全球化、網(wǎng)絡(luò)化制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成；制造技術(shù)信息和知識的協(xié)調(diào)、合作和共享；全球制造的體系結(jié)構(gòu)、制造產(chǎn)品及市場的分布及協(xié)調(diào)。數(shù)字化制造是制造技術(shù)與信息技術(shù)（包含計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）等交叉、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，必將導(dǎo)致制造技術(shù)的重大發(fā)展與變革

整體化精密化柔性化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢62制造業(yè)信息化，其核心是數(shù)字化整體化精密化柔性化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢管理數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化生產(chǎn)過程數(shù)字化制造裝備數(shù)字化企業(yè)數(shù)字化63

中國高技術(shù)研究計劃中的R&D6一、R&D的投入與GDP的關(guān)系二、S&T計劃的支持三、863計劃支持的先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域64一、R&D的投入與GDP的關(guān)系DataResource:ChinaSTS65近年世界主要國家R&D與GDP的比較國家日本美國法國英國韓國巴西印度中國R&D/GDP2.7-2.92.6-2.72.422.082.01.10.90.5-0.766二、S&T計劃的支持基礎(chǔ)研究國家重點實驗室國家工程技術(shù)研究中心NKL&NEC

S&T工業(yè)化國家自然科學(xué)基金NSF火炬計劃Torch星火計劃Spark國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）NKFP技術(shù)創(chuàng)新工程TVE中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金SME應(yīng)用的R&D國家科技重大專項86367三、863計劃支持的先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域微電子高速信息交流新型藥物和疫苗制造業(yè)的信息技術(shù)新一代核反應(yīng)堆電動汽車清潔煤主要軟件高技術(shù)產(chǎn)品的原型開發(fā)68ERP電子商務(wù)數(shù)控機床試點應(yīng)用適應(yīng)對特殊工業(yè)網(wǎng)絡(luò)制造數(shù)字化設(shè)計在大型工業(yè)中的縱向應(yīng)用以網(wǎng)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)制造平臺69內(nèi)部裝潢結(jié)構(gòu)系統(tǒng)引擎Branch-route飛機的數(shù)字化概念——實際原型70Source:ChinaAviationIndustryCorp.Branch-route飛機的數(shù)字化概念——實際原型

71火車制造的實際原型Source：NorthernChinaRailwayLocomotiveGroup,DalianRailwayCollege,TsinghuaUniversity72電子發(fā)射器的數(shù)字設(shè)計Source:HarbinElectricMachineryFactory73數(shù)控機床74產(chǎn)品信息庫制造資源信息庫知識基礎(chǔ)企業(yè)企業(yè)制造英特網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)外部網(wǎng)設(shè)計人才信息網(wǎng)絡(luò)制造業(yè)的地域性開放革新系統(tǒng)——對通用產(chǎn)品數(shù)據(jù)、制造資源和知識庫的支持，實現(xiàn)設(shè)計、制造、企業(yè)和信息資源的共享75廣東-香港-重慶-陜西的制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)廣東和香港【市場資源】重慶和陜西【設(shè)計,產(chǎn)品和制造資源】76總結(jié)制造業(yè)對中國經(jīng)濟從農(nóng)業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)經(jīng)濟起著極其重要的作用；AMT的運用是在經(jīng)濟全球化環(huán)境中提高競爭力的關(guān)鍵因素；863計劃支持高科技的研發(fā)并鼓勵高校和工業(yè)界建立合作伙伴關(guān)系；數(shù)字化設(shè)計,網(wǎng)絡(luò)制造業(yè)和試點應(yīng)用是863計劃的主要側(cè)重點。77第二章現(xiàn)代設(shè)計方法78現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的首要關(guān)鍵技術(shù)。產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、成本等在很大程度上取決于設(shè)計的好壞和設(shè)計的質(zhì)量。機械產(chǎn)品的質(zhì)量事故約有50%是由設(shè)計不當(dāng)造成的，而產(chǎn)品成本的70%～80%在時間階段就已經(jīng)確定了。市場競爭的需要和各種新方法、新技術(shù)、新工藝、新材料不斷涌現(xiàn)，推動了設(shè)計方法和技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品設(shè)計從傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計進(jìn)入現(xiàn)代設(shè)計?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)概述179設(shè)計在整個生產(chǎn)周期中所占的比重時間/百分比（%)設(shè)計開發(fā)制造80開發(fā)設(shè)計工作的重要性開發(fā)設(shè)計生產(chǎn)準(zhǔn)備與加工原材料與外購件的采購管理和銷售010203040506070對成本的影響所需的工時81將核心工作放在本企業(yè)

——“兩頭在內(nèi)，中間在外”開發(fā)設(shè)計市場銷售制造82現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)特征與內(nèi)涵現(xiàn)代設(shè)計理論、方法與技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計遵循的原則現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)體系現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)特點現(xiàn)代設(shè)計的發(fā)展趨勢現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)概述183以計算機設(shè)計為核心設(shè)計手段的更新產(chǎn)品表示的轉(zhuǎn)變設(shè)計方法的發(fā)展工作方式的變化設(shè)計與制造一體化管理水平的提高組織模式的開放一、現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)特征與內(nèi)涵設(shè)計手段從手工向自動的轉(zhuǎn)變產(chǎn)品表達(dá)從二維向三維的轉(zhuǎn)變設(shè)計方法從經(jīng)驗向科學(xué)的轉(zhuǎn)變工作方式從串行向并行的轉(zhuǎn)變設(shè)計制造從獨立向一體的轉(zhuǎn)變管理水平從人為向數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變組織模式從封閉向開放的轉(zhuǎn)變84以設(shè)計理論為指導(dǎo)傳統(tǒng)設(shè)計主要是以生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合運用力學(xué)、數(shù)學(xué)公式、經(jīng)驗公式、圖表及手冊等作為依據(jù)進(jìn)行?，F(xiàn)代設(shè)計方法是基于理論形成的方法，利用這種方法指導(dǎo)設(shè)計可減小經(jīng)驗設(shè)計的盲目性和隨意性，提高設(shè)計的主動性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。因此，現(xiàn)代設(shè)計是以理論指導(dǎo)為主、經(jīng)驗為輔的一種設(shè)計。

一、現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)特征與內(nèi)涵85現(xiàn)代設(shè)計的內(nèi)涵：以市場為驅(qū)動，以知識為依托，以知識獲取為中心，以產(chǎn)品全生命周期為對象，人、機、環(huán)境相容的設(shè)計理念。

一、現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)特征與內(nèi)涵86二、現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)體系傳統(tǒng)設(shè)計理論和方法：理論力學(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)等。計算機科學(xué)與計算機輔助技術(shù)（CAD、CAE、虛擬設(shè)計、模擬仿真與工程數(shù)據(jù)庫等技術(shù)）。設(shè)計方法學(xué)；可信性設(shè)計；設(shè)計試驗技術(shù)?；A(chǔ)技術(shù)主體技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)，如機床、汽車、工程機械、精密機械等具體技術(shù)群。87三、現(xiàn)代設(shè)計遵循的原則功能滿足原則質(zhì)量保障原則工藝優(yōu)良原則經(jīng)濟合理原則社會實用原則性能指標(biāo)可靠性強度原則剛度原則穩(wěn)定性抗磨損性抗腐蝕性抗蠕變性動態(tài)特性平衡特性熱特性可制造性可裝配性可測試性可維修性可拆卸性環(huán)境友好性環(huán)境適應(yīng)性人機友好性安全性可回收性88四、現(xiàn)代設(shè)計理論、方法與技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計理論與方法突變論信息論智能論系統(tǒng)論優(yōu)化論對應(yīng)論功能論控制論離散論模糊論藝術(shù)論現(xiàn)代設(shè)計的基石現(xiàn)代設(shè)計的依據(jù)現(xiàn)代設(shè)計的核心現(xiàn)代設(shè)計的前提現(xiàn)代設(shè)計的宗旨現(xiàn)代設(shè)計的捷徑現(xiàn)代設(shè)計的目標(biāo)現(xiàn)代設(shè)計的深化現(xiàn)代設(shè)計的細(xì)化現(xiàn)代設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)代設(shè)計的美感應(yīng)用的主要領(lǐng)域是什么？89四、現(xiàn)代設(shè)計理論、方法與技術(shù)（1）現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)系統(tǒng)設(shè)計價值工程功能設(shè)計并行設(shè)計模塊化設(shè)計質(zhì)量功能配置反求設(shè)計綠色設(shè)計模糊設(shè)計面向?qū)ο蟮脑O(shè)計工業(yè)造型設(shè)計（2）計算機輔助設(shè)計技術(shù)有限元法優(yōu)化設(shè)計計算機輔助設(shè)計模擬仿真與虛擬設(shè)計智能計算機輔助設(shè)計工程數(shù)據(jù)庫（3）可信性設(shè)計技術(shù)可靠性設(shè)計安全設(shè)計動態(tài)設(shè)計防斷裂設(shè)計抗疲勞設(shè)計減摩耐磨設(shè)計防腐蝕設(shè)計健壯設(shè)計耐環(huán)境設(shè)計維修設(shè)計和維修保障設(shè)計

測試性設(shè)計人機工程設(shè)計90設(shè)計理論與方法的延伸、思維的變化及設(shè)計范疇的擴展

靜態(tài)的設(shè)計原理向動態(tài)的延伸；經(jīng)驗的、類比的設(shè)計方法向精確的、優(yōu)化的方法延伸；確定的設(shè)計模型向隨機的模糊的延伸；單維思維模式向多維思維模式延伸；傳統(tǒng)的設(shè)計通常只限于方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計(總體設(shè)計與工藝設(shè)計)，如DesignForManufacturing——DFM，DesignForAssembly——DFA，DesignFor“X”——DFX，ConcurrentDesign——CD，GreenDesign——GD，MainterinabilityDesign——MD)等，現(xiàn)代設(shè)計可以說是設(shè)計師、制造工程師、管理營銷人員以及工人、財會人員、專利律師等通力合作、集體智慧的結(jié)晶。

五、現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)特點91多種設(shè)計技術(shù)、理論與方法的交叉與綜合設(shè)計手段的精確化、計算機化、自動化與虛擬化并行化、最優(yōu)化和智能化的設(shè)計過程并行設(shè)計過程全過程的優(yōu)化設(shè)計人機結(jié)合的智能化設(shè)計過程面向產(chǎn)品壽命周期全過程的可信性設(shè)計多種設(shè)計試驗技術(shù)的綜合運用五、現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)特點92設(shè)計過程的數(shù)字化設(shè)計過程的自動化和智能化研究動態(tài)多變量優(yōu)化和工程不確定模型優(yōu)化(模糊優(yōu)化)、不可微模型優(yōu)化及多目標(biāo)優(yōu)化等優(yōu)化方法與程序的研究，并進(jìn)一步發(fā)展到廣義工程大系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計的研究網(wǎng)絡(luò)化并行設(shè)計及協(xié)同設(shè)計技術(shù)、方法及軟件的研究虛擬設(shè)計和仿真虛擬試驗及快速成形技術(shù)的深入研究面向集成制造和分布式經(jīng)營管理的設(shè)計方法、人員組織及規(guī)劃的研究微型機電系統(tǒng)的設(shè)計理論及設(shè)計方法和技術(shù)的研究

面向生態(tài)環(huán)境的綠色設(shè)計理論與方法的研究注重基礎(chǔ)性設(shè)計理論及共性設(shè)計技術(shù)的深層次研究六、現(xiàn)代設(shè)計的發(fā)展趨勢及研究領(lǐng)域93概念設(shè)計定義與概念產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)造方法概念設(shè)計的內(nèi)涵概念設(shè)計的步驟機械系統(tǒng)概念設(shè)計的內(nèi)容計算機輔助概念設(shè)計概念設(shè)計（ConceptualDesign）294產(chǎn)品設(shè)計過程一般可劃分為5個階段：產(chǎn)品規(guī)劃總體方案設(shè)計——概念設(shè)計詳細(xì)設(shè)計工藝設(shè)計改進(jìn)設(shè)計

95總體方案設(shè)計即稱為概念設(shè)計。該階段是由設(shè)計人員根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，構(gòu)思或創(chuàng)造出產(chǎn)品的原理方案的過程。該階段，沒有尺寸關(guān)系的詳細(xì)要求，目的是根據(jù)產(chǎn)品的功能來匹配合適的結(jié)構(gòu)（包括產(chǎn)品原理的構(gòu)思、結(jié)構(gòu)的設(shè)想等）。所以說，概念設(shè)計的工作主要是依靠設(shè)計人員的創(chuàng)造能力，還有他對藝術(shù)的審美能力，以及他的綜合能力與設(shè)計經(jīng)驗。概念設(shè)計（ConceptualDesign）296在概念設(shè)計階段，設(shè)計中的不確定性因素很多，設(shè)計的可塑性及自由度很大，這一階段是最能充分發(fā)揮設(shè)計者創(chuàng)造力的時候。產(chǎn)品設(shè)計過程中的概念設(shè)計相當(dāng)于產(chǎn)品過程設(shè)計的60%-70%的設(shè)計任務(wù)。概念設(shè)計（ConceptualDesign）297概念產(chǎn)品可以是實物，如油泥制造的實物模型；也可以是借助計算機三維造型技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造出的數(shù)字化產(chǎn)品。概念產(chǎn)品98概念車通常有兩種，一種是真正能跑的，另一種是設(shè)計的概念模型。都是在向人們展示設(shè)計人員新穎、獨特、超前的構(gòu)思。概念車一般都運用了最新的科技成果，代表著未來汽車的發(fā)展方向概念車還處在創(chuàng)意、試驗階段，很可能永遠(yuǎn)不投產(chǎn)。概念車2012年倫敦奧運觀光車99100總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個)功能元求解原理試驗評價決策最優(yōu)原理方案一、概念設(shè)計的步驟101總功能功能元解功能原理方案最佳功能原理方案明確任務(wù)黑箱法功能樹創(chuàng)造技法形態(tài)學(xué)矩陣評價法功能元功能設(shè)計與功能分析步驟102面向產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計過程組件特征錄入需求分析產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方案評價方案輸出詳細(xì)設(shè)計方案展示不滿意103三、機械系統(tǒng)概念設(shè)計的內(nèi)容總功能功能分解機械系統(tǒng)方案執(zhí)行動作分解檢測傳感功能信息處理及控制功能機械執(zhí)行系統(tǒng)檢測傳感系統(tǒng)處理器及I/O系統(tǒng)機械執(zhí)行系統(tǒng)的組成由一個或多個執(zhí)行機構(gòu)組成。執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行機構(gòu)的輸出構(gòu)件，其數(shù)量及運動形式、運動規(guī)律和傳動特性等要求，決定了整個執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。104功能原理設(shè)計根據(jù)需要制定機械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術(shù)手段，確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作運動規(guī)律設(shè)計通過對工作原理所提出的工藝動作進(jìn)行分解，決定采用何種運動規(guī)律來實現(xiàn)工作原理執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計決定選擇何種機構(gòu)實現(xiàn)給定的運動規(guī)律執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)當(dāng)如何協(xié)調(diào)配合，設(shè)計出機械運動循環(huán)圖確定各執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸，繪制出各執(zhí)行機構(gòu)的運動簡圖運動和動力分析檢驗執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運動要求和動力性能方面的要求方案評價與決策對方案進(jìn)行定性評價和定量評價并從中選出最佳設(shè)計方案105運動規(guī)律設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設(shè)計通常是對工藝方法和工藝動作進(jìn)行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。刀具作復(fù)合運動刀具與工作臺分別運動106執(zhí)行機構(gòu)的型式設(shè)計12摩擦輪傳動平面盤式無級變速器123齒輪—連桿組合機構(gòu)107執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計送料機構(gòu)將原料送入模孔上方后，沖頭進(jìn)入?？走M(jìn)行沖壓沖頭上移一段距離后，進(jìn)行下次送料動作折疊包裝機構(gòu)的兩個執(zhí)行構(gòu)件兩個構(gòu)件不能同時位于區(qū)域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構(gòu)件餅干32包裝紙4右折邊構(gòu)件餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構(gòu)件右折邊構(gòu)件MBA108概念設(shè)計工具計算機輔助設(shè)計的內(nèi)容計算機輔助概念設(shè)計有待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題計算機輔助概念設(shè)計簡稱為CACD，即ComputerAidedConceptualDesign四、計算機輔助概念設(shè)計109三維參數(shù)化造型軟件Pro/Engineer；SolidWork；SoftImage；UG；CATIA…

…設(shè)計專家系統(tǒng)知識庫；推理機；設(shè)計規(guī)范咨詢；評估器；人機界面1、概念設(shè)計工具110建立各種類型產(chǎn)品功能庫和功能結(jié)構(gòu)表示庫建立各種類型產(chǎn)品相關(guān)的功能載體庫和載體創(chuàng)新方法庫——產(chǎn)品信息相關(guān)的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計的推理——推理機制產(chǎn)品概念設(shè)計的評價體系2、計算機輔助設(shè)計的內(nèi)容111基礎(chǔ)理論研究設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)研究人機交互技術(shù)研究建模技術(shù)研究并行和協(xié)同設(shè)計技術(shù)研究智能技術(shù)研究3、計算機輔助概念設(shè)計有待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題112并行工程與并行設(shè)計3（1）并行工程的運行特征（3）并行設(shè)計內(nèi)涵的技術(shù)特征體現(xiàn)（2）并行設(shè)計的概念（4）并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)113產(chǎn)品的開發(fā)過程是從對產(chǎn)品進(jìn)行需求分析到產(chǎn)品最終定型的全部過程。具體包括：產(chǎn)品需求分析、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、工藝設(shè)計和樣機試制及測試、最后投產(chǎn)。長期以來，人們開發(fā)新產(chǎn)品，都是按照“順序”的開發(fā)過程進(jìn)行的。也有人稱為“串行”開發(fā)方式。串行過程，它以Taloy的工程哲理為指導(dǎo)思想，即將產(chǎn)品開發(fā)過程細(xì)化為一系列串聯(lián)的工作步驟，由不同的工程技術(shù)人員承擔(dān)，依次執(zhí)行。

（1）并行工程的提出114傳統(tǒng)的串行的產(chǎn)品開發(fā)方式概念設(shè)計詳細(xì)設(shè)計工藝設(shè)計樣機試制及測試拋過墻式產(chǎn)品開發(fā)方式115串行開發(fā)方式的特點信息的傳遞是順序進(jìn)行的；信息傳遞滯后。缺點：造成了設(shè)計的大量改動和產(chǎn)品試制的返工，所以延長了產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時也增加了開發(fā)成本。116隨著市場競爭加劇，企業(yè)為了能夠快速開發(fā)新產(chǎn)品，快速響應(yīng)市場，在上世紀(jì)80年代末期，美國和西方一些國家出現(xiàn)了“并行工程”—ConcurrentEngineering(CE)的生產(chǎn)模式。并行工程認(rèn)為制造系統(tǒng)是一個有機整體，在空間中似乎相互獨立的各個制造作業(yè)和知識處理單元之間，實質(zhì)上都存在不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向的信息聯(lián)系。

117市場分析產(chǎn)品設(shè)計工藝規(guī)劃銷售服務(wù)制造運行產(chǎn)品開發(fā)過程中各主要環(huán)節(jié)間的內(nèi)在雙向信息聯(lián)系118并行工程的第二個特點就是強調(diào)全局性的考慮問題，即產(chǎn)品研制者從一開始就應(yīng)該考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有因素。第三方面而言，并行工程的實質(zhì)就是并行設(shè)計。并行工程是針對產(chǎn)品開發(fā)過程提出的一種嶄新的設(shè)計哲理，它的目的是縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和保證產(chǎn)品設(shè)計能夠一次成功。119并行工程要求在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，應(yīng)將時間上存在先后順序的知識處理（產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)其實就是不同的知識處理過程）和作業(yè)實施轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r考慮和盡可能同時處理或并行處理。在產(chǎn)品設(shè)計的一開始，就綜合考慮后續(xù)環(huán)節(jié)中的各種需要，將可能出現(xiàn)的問題在一開始就消除掉，從而使產(chǎn)品開發(fā)能一次成功。120并行的產(chǎn)品開發(fā)方式概念設(shè)計詳細(xì)設(shè)計工藝設(shè)計樣機試制及測試產(chǎn)品需求分析121并行的產(chǎn)品開發(fā)的特點不同的設(shè)計階段并行進(jìn)行；信息流是雙向的。122（1）并行工程的運行特征并行工程是一種系統(tǒng)工程的方法或哲理，是一種工作模式。其主要特點和運行機理的要點如下：并行特性即把時間上存在先后順序的知識處理和作業(yè)實施轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r考慮和盡可能同時處理或并行處理。并行工程與并行設(shè)計3123整體特性制造系統(tǒng)是一個有機整體，各個制造作業(yè)和知識處理單元之間都存在不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向的信息聯(lián)系。強調(diào)設(shè)計一開始就應(yīng)該考慮到產(chǎn)品整個生命周期中的所有因素。追求整體最優(yōu)，甚至可以犧牲局部利益協(xié)同特性強調(diào)群體協(xié)同工作（TeamWork）。因為現(xiàn)代產(chǎn)品越來越復(fù)雜，產(chǎn)品開發(fā)涉及的學(xué)科門類和專業(yè)人員越來越多。要實現(xiàn)整體最優(yōu)，必須由團隊協(xié)同工作。124集成特性

人員集成：管理者、設(shè)計者、制造者、保障者以及用戶應(yīng)集成為一個協(xié)調(diào)整體。信息集成：產(chǎn)品全生命周期中各類信息的獲取、表示和操作信息都集成在一起,組成統(tǒng)一的管理信息系統(tǒng)。如產(chǎn)品信息模型（PIM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）。功能集成：產(chǎn)品全生命周期中企業(yè)各部門的功能集成以及產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)與外部協(xié)作企業(yè)之間功能的集成。技術(shù)集成：產(chǎn)品開發(fā)過程中涉及的多學(xué)科知識以及各種技術(shù)、方法的集成。形成集成的知識庫和方法庫，以利并行工程的實施。125（2）并行設(shè)計的概念并行工程的實質(zhì)就是并行設(shè)計，即在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計階段就綜合考慮產(chǎn)品生命周期，將下游的可靠性、技術(shù)性和生產(chǎn)條件等作為設(shè)計環(huán)節(jié)的約束條件，在產(chǎn)品設(shè)計的同時考慮其相關(guān)過程，包括加工工藝、裝配、檢測、銷售以及維護等其他環(huán)節(jié)的影響，通過各環(huán)節(jié)的并行集成，及早發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)過程不匹配的地方，及時修改和完善，達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高質(zhì)量和降低成本的目的。并行工程與并行設(shè)計3126（3）并行設(shè)計內(nèi)涵的技術(shù)特征體現(xiàn)①產(chǎn)品開發(fā)過程采用群組工作方式

（TeamWork）打破傳統(tǒng)的，按職能部門劃分組織結(jié)構(gòu)的形式，組成以產(chǎn)品開發(fā)為對象的集成產(chǎn)品開發(fā)團隊，即IPT(IntegratingProductDevelopmentTeam)，也稱多功能開發(fā)團隊。并行工程與并行設(shè)計3127傳統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)——面向功能的組織結(jié)構(gòu)128現(xiàn)代的組織結(jié)構(gòu)——面向過程的組織結(jié)構(gòu)Teamwork129統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型產(chǎn)品設(shè)計全過程中，要處理的信息是多種形式的，既有數(shù)字信息，又有非數(shù)字信息；既有文字信息，又有圖像信息；還有大量知識型信息（概念、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等），因此，建立統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型是實施并行設(shè)計的基礎(chǔ)。并行設(shè)計的產(chǎn)品信息模型應(yīng)包含有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計的所有信息，如用戶要求、產(chǎn)品功能及各類設(shè)計信息（產(chǎn)品幾何形狀尺寸信息、材料信息和精度信息、加工工藝信息、裝配工藝信息、成本信息、售后服務(wù)信息）等130在產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計的工作中，相關(guān)信息的表現(xiàn)形式需求功能圖計算資料產(chǎn)品目錄標(biāo)準(zhǔn)圖紙零件表準(zhǔn)則規(guī)格說明書材料表工具單DINISO并行設(shè)計的系統(tǒng)解決方案如何呢？131圖紙管理文檔管理零件分類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文檔保存基于PDM的系統(tǒng)解決方案零件管理查找通知檢查歸檔分類設(shè)計計算繪圖建立零件表修改132分布式的信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化平臺并行設(shè)計支持在同一時間（或不同時間）內(nèi)多機、多程序?qū)ν辉O(shè)計并行協(xié)同求解，并行設(shè)計面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)，分布式的知識庫、數(shù)據(jù)庫，能夠根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的要求在多臺終端上同時運行，并能夠?qū)崿F(xiàn)相互之間的同步協(xié)調(diào)與通信。因此，網(wǎng)絡(luò)化、分布式的信息系統(tǒng)是其必要條件。133開放式的系統(tǒng)界面并行設(shè)計系統(tǒng)能夠按照產(chǎn)品開發(fā)的需要將不同的功能模塊集成起來，如CAD/CAPP/CAM/CAX等模塊。同時并行設(shè)計系統(tǒng)也要與企業(yè)其他系統(tǒng)進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)交換，如與ERP系統(tǒng)交換成本信息，與FMS交換加工信息等。開放式的系統(tǒng)界面對并行設(shè)計系統(tǒng)是至關(guān)重要的。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換規(guī)范，如數(shù)據(jù)交換文件DXF、交互式圖形交換標(biāo)準(zhǔn)IGES、產(chǎn)品建模數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP等是實現(xiàn)與其它系統(tǒng)、模塊之間信息交換和數(shù)據(jù)共享的關(guān)鍵。134（4）并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一產(chǎn)品開發(fā)過程建模及優(yōu)化技術(shù)并行工程與并行設(shè)計3產(chǎn)品開發(fā)過程建模運用的基本方法是IDEF（IntegratedComputerAidedManufacturing,ICAMDEFinition）這是由美國空軍開發(fā)的一套建模分析和設(shè)計方法。目前IDEF族共16套方法。135IDEF0——功能建模（FunctionModeling）IDEF1——信息建模（InformationModeling）IDEF1X——數(shù)據(jù)建模（DataModeling）IDEF2——仿真建模設(shè)計(SimulationModelDesign)IDEF3——過程描述獲取（ProcessDescriptionCapture）IDEF4——面向?qū)ο蟮脑O(shè)計（OO設(shè)計）（Object-OrientedDesign）IDEF5——實體描述獲?。∣ntologyDescriptionCapture）IDEF6——設(shè)計理論獲?。―esignRationaleCapture）IDEF7——信息系統(tǒng)審核（InformationSystemAuditing）IDEF8——人－系統(tǒng)交互界面設(shè)計（UserInterfaceModeling）IDEF9——場景驅(qū)動信息系統(tǒng)設(shè)計（Scenario-DrivenISDesign）IDEF10——實施體系結(jié)構(gòu)建模（ImplementationArchitectureModeling）IDEF11——信息制品建模（InformationArtifactModeling）IDEF12——組織建模（OrganizationModeling）IDEF13——三模式映射設(shè)計（ThreeSchemaMappingDesign）IDEF14——網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法（NetworkDesign）136支持并行設(shè)計的計算機框架和信息系統(tǒng)并行設(shè)計的實施，必須構(gòu)建一個分布式協(xié)同設(shè)計平臺，以支持同時同地、同時異地、異時同地、異時異地的多學(xué)科小組成員并行、協(xié)同工作，這就需要把計算機、網(wǎng)絡(luò)、分布式數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及一些專用的設(shè)計方法和工具集成起來，構(gòu)建一個適應(yīng)并行設(shè)計工作方式的計算機框架。（4）并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之二137并行設(shè)計方式的計算機網(wǎng)絡(luò)框架138模擬仿真技術(shù)傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程是“設(shè)計——樣機制作——修改設(shè)計”的循環(huán)過程，不僅樣機制作既費時又費工，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，而且在樣機制作后如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計存在的問題，將會造成巨大的浪費。（4）并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之三國外一份調(diào)查表明，為了糾正某一產(chǎn)品設(shè)計中的錯誤；需增加的花費情況如下：

在設(shè)計階段加以糾正，僅需花費35美元；

在零件加工之前加以糾正，需花費177美元；

在成批生產(chǎn)之前加以糾正，需花費368美元；

如等到產(chǎn)品投放市場后才加以糾正，加以則需花費59000美元。

139模擬仿真技術(shù)并行設(shè)計的核心是在產(chǎn)品設(shè)計階段就能充分考慮加工、裝配，甚至使用、維修這些與產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)的后續(xù)過程。并行設(shè)計中不是通過費時費工的樣機制作來發(fā)現(xiàn)可能影響加工、裝配、使用、維修的設(shè)計錯誤和缺陷，而是通過計算機模擬仿真（快速樣模制作/虛擬制造、虛擬裝配結(jié)構(gòu)有限元計算、產(chǎn)品的動靜態(tài)性能仿真技術(shù)及虛擬現(xiàn)實技術(shù)）來實現(xiàn)這一目的。并行設(shè)計的模擬仿真內(nèi)容包括：裝配過程仿真、加工過程仿真、生產(chǎn)計劃和調(diào)動仿真以及對產(chǎn)品性能的測試仿真等。（4）并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之三140產(chǎn)品性能綜合評價和決策系統(tǒng)（4）并行設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之四、五閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，了解并行設(shè)計在大型工程項目中的應(yīng)用情況。并行設(shè)計中的協(xié)調(diào)管理技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)化設(shè)計必不可少的環(huán)節(jié)，根據(jù)需要“取舍”。主要涉及判斷和推理的問題，受到資源和其他環(huán)節(jié)的限制。常用人工智能的相關(guān)理論和方法來進(jìn)行處理。沖突成為并行設(shè)計中的重要現(xiàn)象。為此，必須具有協(xié)調(diào)管理的支持技術(shù)、工具和系統(tǒng)，建立各功能小組及產(chǎn)品部件之間的依賴關(guān)系，協(xié)調(diào)他們的活動，確保將正確的信息，在正確的時間，以正確的方式，送給正確的小組(小組成員)。141可靠性設(shè)計4一、可靠性設(shè)計的基本概念及內(nèi)容二、可靠性設(shè)計的理論基礎(chǔ)三、機械系統(tǒng)的可靠性設(shè)計142一、可靠性設(shè)計的基本概念及內(nèi)容可靠性：指產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機設(shè)備、系統(tǒng)）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。對于可靠性的理解應(yīng)注意：明確產(chǎn)品可靠性研究的對象

必須明確產(chǎn)品可靠性所規(guī)定的條件

必須明確所規(guī)定的時間

必須明確產(chǎn)品所需完成規(guī)定的功能

143一、可靠性設(shè)計的基本概念及內(nèi)容可靠性設(shè)計：指在產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機設(shè)備、系統(tǒng)）設(shè)計開發(fā)階段運用各種技術(shù)與方法，預(yù)測和預(yù)防產(chǎn)品在制造和使用過程中可能發(fā)生的各種偏差、隱患和故障，保證設(shè)計一次成功的過程。與傳統(tǒng)設(shè)計方法比較：傳統(tǒng)設(shè)計方法一般稱之為“安全系數(shù)法”。可靠性設(shè)計的主要特征是將常規(guī)設(shè)計中涉及的設(shè)計變量都看作是服從某種分布規(guī)律的隨即變量，用“概率統(tǒng)計方法設(shè)計”產(chǎn)品。144一、可靠性設(shè)計的基本概念及內(nèi)容可靠性設(shè)計的主要內(nèi)容可靠性理論基礎(chǔ)——概率統(tǒng)計理論；失效物理；可靠性環(huán)境技術(shù)；可靠性基礎(chǔ)實驗等。可靠性應(yīng)用技術(shù)——現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集；可靠性評價與驗證；可靠性預(yù)測技術(shù)等。返回145二、可靠性設(shè)計的理論基礎(chǔ)1、可靠性常用指標(biāo)可靠度（Reliability）失效率（FailureRate）平均壽命（MeanLife）有效壽命（UsefulLife）維修度（Maintainability）有效度（Availability）146可靠度——

指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。它是時間的函數(shù)，以R(t)表示。若用T表示在規(guī)定條件下的壽命（產(chǎn)品首次發(fā)生失效的時間），則“產(chǎn)品在時間t內(nèi)完成規(guī)定功能”等價于“產(chǎn)品壽命T大于t”。所以可靠度函數(shù)R(t)可以看作事件“T>t”概率，即

其中，f(t)為概率密度函數(shù)147失效分布函數(shù)——

顯然：

——可靠度R(t)可以用統(tǒng)計方法來估計。設(shè)有N個產(chǎn)品在規(guī)定的條件下開始使用。令開始工作的時刻t取為0，到指定時刻t時已發(fā)生失效數(shù)n(t),亦即在此時刻尚能繼續(xù)工作的產(chǎn)品數(shù)為N-n(t)，則可靠度的估計值（又稱經(jīng)驗可靠度）為：

148失效率——

失效率是工作到某時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率，記為λ,它是時間t的函數(shù),記為λ(t),稱為失效率函數(shù),有時也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險函數(shù)。設(shè)在t=0時有N個產(chǎn)品投試，到時刻t已有n(t)個產(chǎn)品失效，尚有N-n(t)個產(chǎn)品在工作。再過Δt時間，即到t+Δt時刻，有Δn(t)=n(t+Δt)-n(t)個產(chǎn)品失效。產(chǎn)品在時刻t前未失效而在時間（t,t＋Δt）內(nèi)的失效率為：

，單位時間失效頻率

149

失效率——

失效率是在時刻t尚未失效產(chǎn)品在t+△t的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率，即：由條件概率公式的性質(zhì)和時間的包含關(guān)系，可知：

150失效率曲線——浴盆曲線（1）早期失效期為遞減型。產(chǎn)品使用的早期，失效率較高而下降很快。主要由于設(shè)計、制造、貯存、運輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、跑合、起動不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻?。使產(chǎn)品失效率達(dá)到偶然失效期的時間t0稱為交付使用點。151失效率曲線——

（2）偶然失效期為恒定型，主要由非預(yù)期的過載、誤操作、意外的天災(zāi)以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。由于失效原因多屬偶然，故稱為偶然失效期。偶然失效期是能有效工作的時期，這段時間稱為有效壽命。為降低偶然失效期的失效率而增長有效壽命，應(yīng)注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護。152失效率曲線——

（3）耗損失效期，失效率是遞增型。失效率上升較快，這是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起，故稱為耗損失效期。針對耗損失效的原因，應(yīng)該注意檢查、監(jiān)控、預(yù)測耗損開始的時間，提前維修，使失效率仍不上升。當(dāng)然，修復(fù)若需花很大費用而延長壽命不多，則不如報廢更為經(jīng)濟。153維修度——在規(guī)定條件下，使用的產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時，保持和恢復(fù)到能完成規(guī)定功能的概率。

平均壽命——平均壽命又稱平均失效時間（MTBF，MeanTimeBetweenFailure），是失效的平均間隔時間，即平均無故障工作時間。有效度——是指可維修的產(chǎn)品，在某時刻具有或者維持其規(guī)定功能的概率。即有效度是可靠度和維修度相結(jié)合的尺度，是廣義的可靠度。154二、可靠性設(shè)計的理論基礎(chǔ)2、可靠性研究中常用的概率分布指數(shù)分布（ExponentialDistribution）正態(tài)分布（NormalDistribution）威布爾分布（WeibullDistribution）155指數(shù)分布（ExponentialDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計算公式指數(shù)分布的均值失效率為常數(shù)156正態(tài)分布（NormalDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計算公式正態(tài)分布的主要參數(shù)是均值和標(biāo)準(zhǔn)方差，均值決定正態(tài)分布的中心傾向或者集中的趨勢，即正態(tài)分布曲線的位置；標(biāo)準(zhǔn)方差決定正態(tài)分布曲線的形狀，表征分布的離散程度。157威布爾分布（WeibullDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計算公式威布爾分布的主要參數(shù)有形狀參數(shù)b、尺度參數(shù)θ和位置參數(shù)γ。位置參數(shù)只影響曲線的起點位置，當(dāng)γ＝0時，曲線的起點在坐標(biāo)原點，當(dāng)γ<0時，起點在坐標(biāo)軸的負(fù)γ處，當(dāng)γ>0時，起點在坐標(biāo)軸的正γ處，對曲線的形狀沒影響。對于形狀參數(shù)，當(dāng)b<1時，它可以描述零件的早期失效分布，此時失效率曲線和早期失效階段的曲線形狀相似；當(dāng)b＝1時，曲線呈指數(shù)分布形狀，其形狀與偶爾失效階段的曲線形狀相似；當(dāng)b>1時，失效率曲線與耗損階段的曲線形狀相似。158應(yīng)力、強度定義在機械產(chǎn)品中，廣義的應(yīng)力是引起失效的負(fù)荷，強度是抵抗失效的能力。由于影響應(yīng)力和強度的因素具有隨機性，所以應(yīng)力和強度具有分散特性。影響應(yīng)力的因素——影響應(yīng)力的主要因素有所承受的外載荷、結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸，材料的物理特性等。影響強度的因素——影響強度的主要因素有材料的機械性能、工藝方法和使用環(huán)境等。二、可靠性設(shè)計的理論基礎(chǔ)3、應(yīng)力-強度干涉模型及可靠度計算159應(yīng)力－強度干涉模型在機械產(chǎn)品中，零件（部件）是正常還是失效決定于強度和應(yīng)力的關(guān)系。當(dāng)零件（部件）的強度大于應(yīng)力時，其能夠正常工作；當(dāng)零件（部件）的強度小于應(yīng)力時，其發(fā)生失效。因此，要求零件（部件）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)能夠承載，必須滿足以下條件S——零件（部件）的強度；s——零件（部件）的應(yīng)力。160實際工程中的應(yīng)力和強度都是呈分布狀態(tài)的隨機變量，把應(yīng)力和強度的分布在同一座標(biāo)系中表示。當(dāng)強度的均值大于應(yīng)力的均值時，在圖中陰影部分表示的應(yīng)力和強度“干涉區(qū)”內(nèi)就可能發(fā)生強度小于應(yīng)力——即失效的情況。這種根據(jù)應(yīng)力和強度干涉情況，計算干涉區(qū)內(nèi)強度小于應(yīng)力的概率（失效概率）的模型，稱為應(yīng)力-強度干涉模型。應(yīng)力－強度干涉模型161在應(yīng)力-強度干涉模型理論中，根據(jù)可靠度的定義，強度大于應(yīng)力的概率可表示為：當(dāng)應(yīng)力為s0時，強度大于應(yīng)力的概率為：應(yīng)力s0處于ds內(nèi)的概率為：應(yīng)力－強度干涉模型162假設(shè)與為兩個獨立的隨機事件，因此兩獨立事件同時發(fā)生的概率為因為上式為應(yīng)力區(qū)間內(nèi)的任意值，現(xiàn)考慮整個應(yīng)力區(qū)間內(nèi)的情況，有強度大于應(yīng)力的概率（可靠度）為當(dāng)已知應(yīng)力和強度的概率密度函數(shù)時，根據(jù)以上表達(dá)式