第2次课计算机辅助产品设计方法

3.2计算机辅助概念设计的关键技术
• 3. 设计创新技术
• 研究概念设计过程中需遵循的原则、规范
和创新技术。（创新设计智能模型）
•4. 并行和协同概念设计 • 现代设计的发展趋势之一。如并行环境下
的设计过程，面向并行工程的设计建模技术。
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3.3 基于知识的产品创新设计
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3.3 基于知识的产品创新设计
❖ 基于知识的辅助创新理论——TRIZ
• Altshuler经过分析250万件世界专利发现任 何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系 统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡 的过程，是有规律可循的。发现并确认了技术从 结构上进化的趋势，即技术进化模式与进化路线； 而且还发现，在一个工程领域中总结出的进化模 式与进化路线可在另一工程领域实现，即技术进 化模式与进化路线具有可传递性。
以计算机硬件、软件为支持环境，用 先进的设计方法，通过各个功能模块实现 对产品的描述、计算、分析、优化、绘图、 工艺设计。以及对各类数据的存储、传递、 加工功能。在运行过程中，结合人的经验、 知识及创造性，形成人机交互、各尽所长、 紧密配合的过程。
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2. 计算机辅助设计过程分析
3.2计算机辅助概念设计的关键技术
1. 原理方案设计
•
产品创新的关键，体现在基于设计
目标的原理方案求解和基于知识的原理方
案设计专家系统。
• 2. 概念设计建模技术
•
计算机辅助概念设计的核心，主要
是从概念设计的方法和过程性出发，研究
面向概念设计的产品模型和过程模型的建
立方法。
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3.3 基于知识的产品创新设计
❖ TRIZ中的技术进化模式
•1：技术系统的生命周期分为出生、成长、成 • 熟、退出四个阶段，用来确定各不同子系 统
• 的相对成熟度。 •2：增加理想化水平。 •3：子系统的不均衡发展导致冲突的出现。 •4：增加动态性及可控性。( 例) •5：通过集成增加系统功能。 •6：部件的匹配与不匹配交替出现。 •7：由宏观系统向微观系统进化。 •8：增加自动化程度，减少人的介入。
• 变量化技术代表性软件：I—DEAS。
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4. 1 参数化与模块化设计概念
•变量化设计：
•优点：
• 它允许欠约束的几何设计—不必将模型进
行完全约束。
• 允许用户不必关心约束设置的顺序，这符合 用户的设计习惯，为设计者提供了更加灵活的 修改空间。
•变量化技术实际上是参数化技术的“超集”。
•4.2 参数化、变量化设计的实现方 法
➢ 参数化模型的设计步骤
•1） 建立几何拓扑模型 •2） 进行参数化定义
•3） 推导参数表达式 •4） 编制程序
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➢ 参数化模型的设计步骤
• 六角螺母主要尺寸特征有D、s、m，可将这三个
尺寸作为主要参数驱动螺母图形。偏置倒角，偏置值
产品创新的核心是构思创新产品概念，产 品的概念设计在产品创新中具有决定作用。
• 产品设计的60％～70％是由概念设计决定 的，而概念设计的花费成本和时间只占总设计 周期的20％。
• 产品的概念设计过程中，方案选择的自由 度大，创新的空间大，决策风险也大，它决定 着产品最终价值的80%。
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•色彩渲染
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4. 参数化与模块化设计
➢ 参数化与模块化设计概念 ➢ 参数化、变量化设计的实现方法 ➢ 模块化设计方法
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4. 1参数化与模块化设计概念
•尺寸驱动：
• 几何模型可以通过更改尺寸达到更改设计的目的的
•
在概念设计阶段应用计算机辅助
人类从事创新性研究能大大促进创新设
计技术。
❖ CAI 商品化软件
•TechOpitimizer，Innovation Workbench，InnovatoinTools。
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3. 计算机辅助概念设计
¬ 3.1 产品概念设计内涵 ¬ 3.2 计算机辅助概念设计的关键技术 ¬ 3.3 基于知识的产品创新设计 ¬ 3.4 产品概念设计中的美学设计
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4. 1 参数化与模块化设计概念
•参数化与变量化的异同点：
•相同点： • 在约束的基础上驱动产生新的设计结果。 •不同点： 约束自由度不同。
参数化约束自由度：尺寸形状参数
变量化约束自由度： 尺寸形状参数、拓扑结构关系
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第2次课计算机辅助产品 设计方法
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•1. 概述
•基本概念
设计
是设计者根据生产和生活的需要， 通过思维规则分析和决策过程，最终将 设想变为现实的技术方案。
设计的本质是创新，目的是寻求满足 用户需求的最佳方案。设计的结果对产 品的功能、性能、质量、价格都有着至 关重要的影响。
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•1. 概述
设计方法学
是研究产品设计规律和方法的学科， 研究的目的是为使长期处于经验设计的 设计活动变得更合理化、科学化、规律 化，是利用计算机辅助人类完成更多设 计活动的前提。
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•1. 概述
计算机辅助产品设计系统
2.2 设计类型及计算机应用
❖设计任务划分（二）
1. 新设计——24% 2. 适应性设计——56% 3. 参数化设计——20%
•设计方法、手段的科学化、系统化、现 代化，实现CAD非常必要。
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2.2 设计类型及计算机应用
❖计算机辅助创新设计 （Computer Aided Innovation）
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3.3 基于知识的产品创新设计
❖ 基于功能分解与重组的创新设计方法
• 一种自顶向下、逐步分解功能元的方法。
其创新性体现在功能抽象的描述及功能与结 构的映射方法。
• 功能描述的抽象程度越高，其概念设计 的求解空间就越大，涉及结果的创新性就 越高，知识、技术含量就越高。
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2.1 设计过程及阶段划分
•1. 任务规划阶段
•开始 •需 求 •分 析
•可行 性分
析
• 2. 概念设计阶段
• 产品功能原理的实现阶段。
•制定设计 任务书
•系统 总
•功 能
•分解 •功能 元
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•求解
•功能 元的
解
•组合 •系统 原理
＝(e/2-s/2），角度为30度。
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➢ 参数化模型的设计步骤
• 通过改变D、s、m三个尺寸参数，可 驱动生成系列螺母图形。
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•4.2 参数化、变量化设计的实现方 法
➢ 参数化设计应遵循的原则
• 1）注重参数序列的设计含义；
解
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2.1 设计过程及阶段划分
3. 结构设计阶段
•Leabharlann Baidu能 原
•具体 化
•产品 结构草
•理
图
解
4. 详细设计阶
段
•零件分解 •模型试 设计优化 验
•绘制 技术图 样
•分析计 算•优化
•产品 装配草 图
•工艺 规程设 计
•用 户 •试 用
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3.3 基于知识的产品创新设计
❖ 基于功能分解与重组的创新设计方法 •步骤：
1. 功能分类 2. 功能分析 3. 功能综合 4. 功能评价
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3.3 基于知识的产品创新设计
❖ 基于知识的辅助创新理论——TRIZ
方法。
•拓扑关系：
• 几何模型各分量的数目及其相互间的连接关系。
• 如：表示点、线、面之间的连接关系、邻近关系及 边界关系的拓扑元素构成几何模型的拓扑关系。
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4. 1参数化与模块化设计概念
➢ 参数化设计：
设计图形的拓扑关系不变，图形的尺寸
形状由一组程序化的参数进行约束，绘图时， 修改不同的尺寸参数即可得到不同规格的图形。
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3.4 产品概念设计中的美学设计
商品化的CAD软件现大多提供较强的全 面造型及色彩渲染、光照等可视化技术，可 使产品的结构设计与美学设计有机地结合起 来。体现一种设计思想和设计理念。
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3.4 产品概念设计中的美学设计
信息，然后才能定义下一个元素。
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4. 1参数化与模块化设计概念
➢ 变量化设计：
设计图形的驱动尺寸用复杂的几何图形约 束和工程方程耦合方程组来表达，变量化造型通 过求解联立方程组来得到结果。设计图形的修改 自由度不仅是尺寸形状参数，包括拓扑结构关系， 甚至工程计算条件。
基于知识的产品创新设计是知识过 程与产品设计相结合的产物，它依赖于 知识系统的推广和知识的重用，解决基 于知识的产品设计等问题。
•知识：手册、技能、经验、原理和规范。
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3.3 基于知识的产品创新设计
❖ 产品创新设计分类
•1. 渐进性产品创新 •2. 根本性产品创新
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3.1 产品概念设计内涵
概念设计一词首先是由德国的Palh和 Beitza提出。
定义： 在确定任务之后，通过抽象化，拟
定功能结构，寻求适当的作用原理及其 组合，确定出基本求解途径，得出求解 方案。
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3.1 产品概念设计内涵
• 2）参数标注与工程图样标注一致；
• 3）参数序列与几何图形尺寸序列数
•
据库结构具有映射关系；
• 4）关键尺寸应作为自变量参数；
• 5）参数定义不能出现干涉，过约束。
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• TRIZ (The Theory of Invention Problem Solving ) 是俄文中发明问题解决理论的词头。该理论是前苏 联G.S.Altshuler 及其领导的一批研究人员，自1946 年开始，花费1500年/人的时间，在分析研究世界各 国近250万件高水平发明专利的分析研究，总结出人 类进行发明创造解决技术问题过程所遵循的40个原 理和法则。建立一个由解决技术问题，实现创新开 发的各种方法、算法组成的综合理论体系，简称 TRIZ。
• 参数化设计是规格化、系列化产品设 计的简单、高效、优质的设计方法。
•参数化设计代表性软件: Pro/E
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4. 1参数化与模块化设计概念
•参数化设计： 优势：
利用一系列定义好的参数对模型进行 顺序计算，速度快。
缺点： 必须提供几何元素的全部尺寸、位置
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设计自由度与开发成本的关系
•开 发
•设 计
成自
本
用 度
•设计自用 度
•开发成本
•概念设计 •详细设计 •设计过程时间
• 产品设计的早期重视概念设计至关重要， 将计算机技术用于概念设计阶段，可快速、高 效地响应市场需求。
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2.1 设计过程及阶段划分
5. 定型生产阶段
•设 计 •定 型
•生 产规 划
•生 产制 造
•产 •品
•结束
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2.2 设计类型及计算机应用
❖设计任务划分（一）
1. 功能设计 2. 布局设计 3. 参数设计 4. 公差设计
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¬ 2.1 设计过程及阶段划分
¬ 2.2 设计类型及计算机应用
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2.1 设计过程及阶段划分
设计方法学将设计过程划分为若干 个设计阶段，各设计阶段又可划分为若 干个设计步骤。完成设计从抽象到具体， 从定性到定量，从全局到局部，从系统 的上层结构到下层结构的过程。