2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
AMT(2)
先进制造技术
Advanced Manufacturing Technology
Henan University of Science & Technology
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第2章 先进工程设计技术
本章要点
现代设计技术的基本内容 CAD的关键技术 模块化设计的关键技术 创新设计 逆向工程
静态的设计原理向动态的延伸，经验、类比的设计方法 向精确的、优化的方法延伸，而且设计范畴也在不断扩大。
多种设计技术、 多种设计技术、理论与方法的交叉与综合
现代的机械产品，如数控机床、加工中心、工业机器人 等，正朝着机电一体化，物质、能量、信息一体化，集成 化，模块化方向发展，从而对产品的质量、可靠性、稳定 性、稳健性及效益等均提出更为严格的要求。
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2.2.3 CAD的研究热点 CAD的研究热点
计算机辅助产品的概念设计
概念设计涉及产品的基本功能、 概念设计涉及产品的基本功能 、 动作原理和结构要素 需要考虑产品的价格、性能、可靠性、 ， 需要考虑产品的价格、 性能 、 可靠性、 安全性等目标 ； 概念设计所涉及的设计需求和各种约束往往是不精确 的或未知的。概念设计的上述特征和要求， CAD技术 的或未知的 。概念设计的上述特征和要求，给CAD技术 在该领域的应用带来很大难度和挑战。 在该领域的应用带来很大难度和挑战。 为使CAD技术有效地支持概念设计， 为使 CAD 技术有效地支持概念设计 ， 需要解决建模和 CAD技术有效地支持概念设计 推理两大技术难题。 推理两大技术难题。 建模技术， 是需要对产品的功能、 建模技术 ， 是需要对产品的功能 、 动作和结构等要素 及其相互间的关系进行完整、 及其相互间的关系进行完整、清晰描述 推理就是根据用户的需求和给定的条件进行产品的功 能设计， 能设计，生成和选择合适的产品设计方案。
现代设计技术体系
现代设计技术0引言现代设计技术是先进制造技术中的首要关键技术，它是现代科技开展和全球市场竞争的产物。
产物设计是以社会需求为目标，在必然设计原那么的约束下，操纵设计方法和手段缔造出产物布局的过程，如图l 所示。
市场竞争的需要和各种新方法、新技术、新工艺、新材料不竭涌现，鞭策了设计方法和技术的进步，产物设计从传统的经验设计进入现代设计。
1 现代设计的内涵特征现代设计是传统设计的深入、丰富和完善，而非独立于传统设计的全新设计。
虽然目前对现代设计尚无确切定义，但可从以下特征来理解。
⑴以计算机技术为核心这是现代设计的主要特征。
计算机技术的飞速开展对设计发生了巨大影响，暗示为以下几方面：①设计手段的更新计算机技术鞭策了设计手段从“手工〞向“自动〞的转变。
传统设计以图板、直尺、铅笔等作为东西，这种设计手段效率低、人工强度大。
CAD技术的呈现和开展，甩掉图板的“无纸设计〞作为现代设计的主流，显著提高了设计效率。
②产物暗示的改变计算机技术鞭策了产物暗示从“二维〞向“三维〞的转变。
传统设计操纵投影道理暗示产物布局，这种二维暗示的数据单一，数据量少，不便于产物的进一步阐发和制造。
随着CAD技术的开展，三维“产物模型(Product Model)〞越来越得到广泛应用。
这种暗示不仅包罗反映产物形状和尺寸的几何信息，还可包罗阐发、加工、材料、特性等数据，从而可直接用于阐发和制造。
③设计方法的开展促进了一些新的设计方法的呈现，高性能的计算机硬件和先进的软件技术是这些方法实施的包管。
一些先进的设计方法如有限元阐发、优化、模态阐发等都涉及大量复杂计算，只有计算机技术的开展才能鞭策这些方法的进步和应用。
新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。
④工作方式的变化计算机技术促进了设计方式从“串行〞到“并行〞的变化。
受设计手段限制，传统设计过程采用串行方式进行，即设计任务按时序从一个环节传入下一环节。
随着数据库技术和网络技术的开展，并行设计正得到广泛应用。
先进制造技术-现代设计方法
质的飞跃，在此基础上传统设计技术得到了延伸和发展，产生了现代设计技术。它是以网络为基
础，以电子计算为手段，建立在现代管理技术之上，运用工程设计的新理论和新方法，实现计算 结果最优化、设计过程高效化和自动化的设计技术。
现代设计技术
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2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.2 现代设计技术的内涵和特点
程中适时地给出智能化提示，告诉设计者下一
步该做什么、当前设计存在的问题，并给出解 决问题的途径及方案建议。
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
特征模型实例
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
1．产品的造型建模技术
与几何建模相比较，特征建模具有以下特征：① 能够更好地表达统一、完整的产 品信息；② 能够更好地体现设计意图，使产品模型便于理解和组织生产；③ 有助于 加强产品设计和分析、加工制造、检验等各个部门之间的联系。因此，基于特征的建 模技术更适合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
2．单一数据库与相关性设计
单一数据库是指与设计相关的全部数据 信息来自同一个数据库。相关性设计是指任何 设计改动都将及时反馈到设计过程的其他相关 环节上。例如，修改二维零件工程图样的某个 尺寸后，与该零件工程图样相关联的产品装配
图、加工该零件的数控程序等也将会自动跟随
更新。建立在单一数据库基础上的产品开发， 可以实现产品的相关性设计。单一数据库和相 关性设计技术的应用可以减少设计中的差错，
《先进制造技术》PPT课件
• 主要辅助完成技术设计 不可能也没有必要涉 及产品设计的所有环节。
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第二章
2.2.2 计算机辅助设计的关键技术
产品的造型建模技术 • 线框模型：以顶点和棱边描述三维形体，为两表
结构； • 表面模型：以表面描述形体方法，为三表结构； • 实体建模：能完整表示三维的几何信息和拓扑信
•
① CAD/CAE/CAPP/CAM--工程设计领域集成；
•
② CAD/ERP--与管理系统集成；
•
③ 异地、异构系统企业间CAD集成，如全
球化设计、虚拟设计、虚拟制造及虚拟企业等。
标准化技术
目的：支持异构、跨平台的工作环境。如：IGES
（Initial Graghical Exchange System)图形交
关 学
自然科学
科
政治经济
与 技
文化社会科学 术
市场营销学
……….
应用技术 支撑技术 主体技术 基础技术
各产品领域知识与技术 现代设计方法学 可信性设计技术 设计试验技术
计算机辅助设计技术
传统设计理论 与方法
现代设计技术体系结构框图
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第二章
2.2 计算机辅助设计技术
2.2.1 计算机辅助设计的基本概念 2.2.2 计算机辅助设计的关键技术
材料特征分为整体材料特征、表面处理特征及
局部处理特征，整体材料特征作为零件的属性，包
括材料种类代号、性能、热处理方法等，表面处理
特征作为表面的属性，包括表面淬火、渗碳、渗氮
等。
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先进制造技术 第2版 教学课件 ppt 作者 王隆太 第2章
巨大的信息存储及处理能力，弥补了人不足。 5）并行化、最优化、虚拟化和自动化
--并行化 在产品设计阶段综合考虑产品全生命周期中的所有因素。 --最优化 对产品进行方案优选、结构优选和参数优选，实现系统整体
性能最优化。 --虚拟化 利用虚拟现实技术，在虚拟环境下评估产品性能。 --自动化 应用CAD/CAM等工具，完成建模、分析、测试、评价任务。 6）主动性 对产品全生命周期各种性能作出准确预测，及早发现产品潜
--技术设计 将产品功能原理化为具体机械结构，决定产品最终形态 和性能。
--施工设计 指零部件和产品工程图绘制以及工艺文件和说明书编写。 2）逻辑维 设计过程中解决问题的逻辑步骤。
--分析 明确设计任务，是解决设计问题的前提； --综合 是探求解决方案的创新过程，可采用抽象、发散、逆向等思维
方法寻求尽可能多的方案解； --评价 对多种方案进行比较和评定，对方案不断进行调整和改进，直
3）支撑技术 为设计过程的信息处理、加工、推理与验证提供支撑。 --现代设计方法学：包括系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、 反求工程、绿色设计、模糊设计等； --可信性设计：包括可靠性设计、安全性设计、动态设计、疲劳设计、 耐腐蚀设计、耐环境设计等； --设计试验技术：包括性能试验、可靠性试验、仿真试验和虚拟试验等。
• 等式约束： hv ( X ) 0
v 1， 2， ， p n
x2
• 可行域：指设计变量所允许取值 的设计空间，即在该区域内满足 设计约束条件；
g（X）>0 非可行域
• 而非可行域：不允许设计变量取 值的空间。
g（X）<0
设计概论
第一部分设计内涵第一章设计含义广义上的设计，是人类试图统一和支配一切的冲动和需要。
我们现在所说的设计，一般指的是“现代设计”。
1.1设计1.1.1设计是人的冲动和需要①在人类设计的每件作品中，设计者都遵循着一种与宇宙一样古老的冲动——宇宙的形成是一个一个接连不断的过程，而设计是所有这些过程的前提——这是一种追求统一有序的力量和冲动，也就是设计的力量和冲动；②自然界存在着许多设计师们无法企及的设计杰作，它是我们无尽灵感的来源，蕴含着设计的元素和原则；③蕴含的是一种自然本能的冲动和力量，是一种对我们自身的自然表达。
1.1.2设计的语源学意义“设计”意为“素描、描画”。
瓦萨里成立了西方第一所艺术学院。
“设计”进入法国，变成为“设想、计划”和“描画”两个词。
古汉语“设计”是“设”与“计”的合词。
在古代艺术概念中，与“设计”相对应的是另一个词“经营”。
古汉语“设计”不同于“经营”，其核心含义是设想、运筹、计划与预想，与空间、视觉没有紧密的联系。
汉语中所说的设计，通俗地解释为：“在正式做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先制定方法、图样等”。
“设计”其核心含义都指向设想、运筹、计划与预算。
“设计”是人类生活行为的共同特征，设计是人类为实现某种目的而进行的创造性活动。
1.2现代设计1.2.1现代设计的产生和发展现代设计的产生和发展？现代意义上的设计，发端于英国工业革命产生以后的伦敦世界博览会。
现代设计是工业革命造就的工业化大批量生产技术条件下的必然产物，改变以往专为权贵服务的方向，是设计民主化的表现，现代设计的形成是社会的日益丰裕，科学技术日益发展的一个过程。
现代主义设计奠定了现代设计的基础，使设计进一步发展成为可能。
它兴起于20世纪20年代的欧洲，通过几十年的发展，特别是在第二次世界大战以后的美国发展迅速，最后影响到世界各国。
现代主义是20世纪设计的核心。
现代主义建筑设计是20世纪初在欧美同时产生的最重要的运动之一。
先进制造技术(2、现代设计技术)
5)是一种“产品实现过程”的设计
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2.3.2 创造性设计
一、创造性思维形式 动作思维 形象思维 逻辑思维 直觉思维
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2.3.2 创造性设计
技术性的创新设计中常用的几种思维形式 分析与综合思维 收敛与发散式思维 对应与联想式思维 离散与组合式思维 换元与移植式思维
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2.2.4 现代CAD技术的研究内容
（1）现代设计理论与方法 （2）与设计环境相关的技术
（3）与设计工具相关的技术
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2.2.5 参数化设计和变量化设计
（1）参数化设计
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2.2.5 参数化设计和变量化设计
产品 product
软件 software
流程型材料 processed material
质量 quality
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2.5.1 可信性的概念 (creditability)
可用性 (availability) 可信性 可用性 影响因素 可靠性 (reliability) 维修性 (maintainability)
19世纪：70年 20世纪40年代：40年
20世纪60年代：20年
20世纪70年代：5－10年
现今：2－3年
竞争第一需要：快速响应市场
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2.3.3 快速响应设计
一、快速响应工程主要内容 （1）建立快速捕捉市场动态需求信 息的决策机制
第二章 现代设计技术
徐州工程学院教案徐州工程学院教案纸个设计变量所组成一个向量空间，称之为设计空间。
优化设计的目的就是要求所选择的设计变量使目标函数达到最佳值，通常在工程设计中，所追求的目标可能是多种多样。
当目标函数只包含一）设计约束与可行域不等式约束：可行域：凡满足所有约束条件的设计点，它在设计空间的活动范围。
）设计对象的分析可相应地表示为：因为一个系统发生故障和无故障是互斥事件，必须满足或部件或元件)1000个，工作障。
我们可以计算出这种系统(或部件或元件)千小时的可靠度为：——试验品数（不可修复产品），总故障次数（可修复产品）、机械零件可靠性设计——零件（部件）的强度；概率可表示为图2-1 应力-强度概率密度分布）可靠度的一般表达式根据以上干涉模型计算在干涉区内强度大于应力的概率——可靠度。
2-2所示，当应力为时，强度大于应力的概率为强度分布密度函数区间内的概率为——应力分布密度函数；图2-2 概率密度函数联合积分求可靠度假设与为两个独立的随机事件，因此两独立事件同时发生的概率为为应力区间内的任意值，现考虑整个应力区间内的情况，当应力和强度均为正态分布时，有z=S-s由于应力和强度均为正态分布，将上式化为标准正态分布形式式中：从（1）式可知，当已知应力和强度的分布参数后，就可算得，从正态分布表就可查得可靠度。
因此，为可靠度指标，根据（（3）设各元件的失效事件是相互独立的，其可靠度分别为R1、R2…Rn，系由上式可知，串联系统的可靠度比系统中最不可靠的元件可靠度还低，并且随着元件可靠度的减小和元件数量的增加，其可靠度迅速降低。
由概率乘法定理可知，并联系统的可靠度为：并联系统的单元数目越多，系统的可靠度越高，但系统的体积、重量该系统可靠度为：三、价值工程、价值工程的基本概念。
先进制造技术第2版复习思考题答案
第1章制造业与先进制造技术1.1简述制造、制造系统与制造业概念。
制造：利用合适的工具，采用有效的工艺方法，将原材料转变产品并投放市场的过程。
狭义制造：将原材料转变为成品的加工和装配的生产过程。
广义制造：包含产品设计、加工装配、生产管理、市场营销等整个产品生命周期的全过程。
制造系统：为实现制造目的所构建的物理型系统，包括制造过程、硬件、软件和相关人员等组成部分。
制造业：是将制造资源转化为可供人们使用和消费产品的行业，是所有与制造有关的生产和服务型企业群体的总称。
1.2制造业在国民经济中的地位和作用如何？制造业地位：制造业是一个国家经济发展的支柱，是国民经济收入的重要来源，不仅为现代工业社会提供物质基础，也为信息与知识社会提供先进装备和技术平台。
制造业作用：1)提高人们物质消费水平；2)实现经济稳定增长的物质保证；3)担当国际商品贸易的重要角色；4)是加强农业基础、支持服务业更快发展的物质保障和重要条件；5)是加快信息产业发展的物质基础；6)是劳动力就业的重要平台；7)是加快发展科学技术和教育事业的重要物质支撑；8)是实现军事现代化和保障国家基本安全的基本保证。
1.3简述制造技术发展历程。
在生产方式方面：经历了从单件/小批量生产--大批量生产--多品种小批量定制生产过程；在制造技术方面：经历了机械化--单机自动化--刚性自动化--柔性自动化--综合自动化过程；在资源配置方面: 经历了劳动密集型--设备密集型--技术密集型过程。
1.4试分析我国机械制造业的发展和面临的挑战。
我国机械制造业的发展：目前我国机械制造业产值超过了德国、日本和美国，跃居为世界第一，成为全球第一的机械制造大国。
我国机械制造业面临如下方面的挑战：1）西方发达工业国家回归实体经济；2）国外跨国集团公司技术优势；3）国内生产要素成本提高。
4）当前我国制造业面临工业发达国高技术和发展中国家低成本优势的双向挤压。
1.5先进制造技术在怎样背景下推出的，其内涵与特点如何？先进制造技术提出背景：1）社会经济背景：主题化、个性化和多样化社会消费需求；全球市场形成，加剧商品市场竞争。
先进制造技术思考题
先进制造技术思考题《先进制造技术》课程学习思考题第一章概述——制造业与先进制造技术1-1叙述制造、制造系统、制造业、、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。
1-2简述制造技术的发展历程。
1-3简述机床发展历史及其各个阶段机床的技术特点。
1-4分析制造业在国民经济中的地位与作用。
1-5分析制造业面临的机遇与挑战及发展趋势。
1-6叙述先进制造技术提出的背景，各国和我国的先进制造技术发展战略。
1-7简述先进制造技术的内涵、技术构成及特点。
1-8简述先进制造技术的分类及其具体包含哪些先进制造技术。
1-9分析先进制造技术的特点和发展趋势。
第二章现代设计技术2-1试分析现代设计技术的内涵与特点并简述现代设计技术的体系结构。
2-2决定产品（或企业）竞争力有哪些因素？2-3计算机辅助设计技术包括哪些主要内容？分析其中的关键技术？2-4简述并行设计内涵、特点、技术体系及其对制造业的影响。
2-5简述绿色设计的主要内容与原则。
2-6CAPP有哪三种？请简述派生式CAPP的工作原理。
2-7分析PDM产生背景、内涵、主要功能及其结构组成。
2-8简述CAD/CAPP/CAE/及PDM （C3P）集成技术的思想。
3-1简述先进制造工艺技术的发展与特点。
有哪几类零件成形方法？各自有哪些工艺内容？3-2分析高速、超高速加工技术的产生背景及应用领域。
3-3分析高速加工的技术内涵、特点及高速加工所需解决的关键技术。
3-4分析精密、超精密加工技术的技术领域。
3-5就目前技术条件下，普通加工、精密加工和超精密加工是如何划分的？3-6为什么当今超精密切削加工一般均采用金刚石刀具？3-7与普通机床比较，超精密加工机床的主轴部件和进给系统有何具体的特点？3-8综述精密超精密加工技术的现状和发展趋势。
3-9简述MEMS的基本特征，目前有哪些微型机械加工技术？3-10什么是光刻加工技术？试简述光刻加工的原理和工艺流程。
3-11试简述LIGA技术的原理、特点及主要工艺。
现代设计的文化内涵
一
素 的 拼贴 ， 的设计 方法 是 无 法成 就 出成 这样 功 的设 计 作 品的 。 现 文化 不是 简 简单 单 的 表 复 制 ： 一 味 的尊 经崇 古 ： 需 要 用我 们 不是 而是
的才智 深加体 感 ， 的 整理 ， 的体 系 ， 经我 成我 之 后 为我所 用 。
味 ， 出一 股浓 郁 的书 卷气 。 透射 明式 家具 浑厚 洗练 、 条流 畅 、 线 比例 适 中 、 重大 方的造 型 ， 稳 从 某种 意 义 上 来说 或 许 不是 最 佳 方式 ， 但对 使 用者 而 言 ， 乎 更 在乎 于 一 种 文化 上 的慰 似
藉。
中表现 得深沉 含 蓄 。 总之 ， 民族 都 有 自我 饰 上 、 艺上 都体 现 出传统 文 人文化 的特 点 ： 每个 工 实现 的愿望 和追 求 ， 同民族 、 同国 家 的设 不 不 计 无一 例 外地 蕴 涵着 自身 民族 文化 。 究 并 研 关 注 文化 的差 异 ， 于 经济 全 球化 下我 国 艺 对 术 设计 走 出国 门、 向世界 ， 义非 同小 可。 走 意
的历 史 ， 由 的人 性 ， 美 国设 计 更具 轻 松 、 文 化物 化 的 一 种表 现 形 式 ， 自 使 它比 较 突 出地体 乐观 的色彩 中华民族 历史 悠久 ， 大物 博 ， 地 人 现 了 中国 传统 文人 士族 文化 的 特点 和 内涵 。
因 此 明式 家 具 无 论 是 在 造 型 上 、 料 上 、 材 装 自然 而 空灵 、 雅 而 委婉 、 逸 而 含 蓄 的韵 高 超
成 功 的 设计 作 品 ， 该是 自然 又深 刻 的 应 化 气息 与文 化格 调 ， 畅爽 。 性情 如果 认 为现 代 设 计 中 的文 化蕴 涵 ， 是 简 单 的 文化 符 号 的 就 堆 砌 ， 现 传统 设计 的 意味 ， 是 对传 统 元 想表 就
描述现代设计技术的体系结构
描述现代设计技术的体系结构1. 设计技术的概述说到现代设计技术，大家是不是觉得脑海中闪现出五光十色的图形，或者各种令人眼花缭乱的创意？没错，现代设计技术就像一位时尚的魔法师，给我们带来了无数惊喜。
其实，设计技术可不是凭空而来的，它有一套严谨的体系结构，就像建房子得有坚固的地基，咱们今天就来聊聊这其中的奥秘。
1.1 设计的基本元素首先，我们得从基本元素说起。
设计的核心可以说是“点、线、面”，这可是设计界的“老祖宗”了。
点是设计的起点，线把点连接起来，而面则形成了更大的结构。
想象一下，你在画一幅画，点就是你心中最初的灵感，线则是你描绘想法的工具，而面则是最终呈现出来的视觉效果。
听起来简单，但实际上，这三者之间的关系就像一场复杂的舞蹈，得讲究配合和节奏。
1.2 色彩与字体的魔力再说说色彩和字体，嘿，这可不是随便选的。
色彩是设计的灵魂，不同的颜色传达出不同的情感和氛围。
比如，红色让人感觉热情洋溢，蓝色则给人一种宁静的感觉，而绿色嘛，给人一种自然清新的感觉。
字体也同样重要，选对了字体，简直就像给设计穿上了合适的衣服。
你能想象一款科技产品用了一种古典的书法字体吗？那效果，真是让人捧腹大笑。
2. 设计过程的阶段接下来，我们聊聊设计过程，这可是一个复杂而又有趣的旅程。
它通常可以分为几个阶段，像是完成一部精彩的大片，得有开场、发展、高潮和结尾。
2.1 需求分析与研究首先得做需求分析，简而言之，就是搞清楚客户想要什么。
这一步就像是在约会前打探对方的兴趣爱好，嘿嘿，重要得很！这时候，设计师得通过市场调研、用户访谈等方式，深入了解目标用户的需求和偏好。
等你把这些信息都掌握了，心里就像有了一个明确的方向，接下来就能更好地进行设计了。
2.2 概念设计与原型制作接着就是概念设计，这时候，设计师脑子里就像开了一个创意的小火花，纷纷冒出来各种点子。
然后，设计师会把这些点子画成草图，或者用一些设计软件来制作初步的原型。
就像是在厨房里做菜，得先准备好材料，才能开始烹饪。
解析现代设计的“现代性-内涵
解析现代设计的“现代性”内涵【关键词】现代设计现代性内涵XX【摘要】现代设计在近三十年的中具有跳跃性的特征,始终没有具有特色的现代设计。
这就需要把握设计的“现代性”内涵．即性、时代性、国际性的本质和相互关系。
一、现代设计的概况现代设计是的产物，是二十世纪期间起来的设计活动。
现代设计与传统设计最根本的区别在于,现代设计与大化生产和现代文明密切相关，与现代生活紧密联系,其设计物品以标准化为基础，是工艺和的结合。
现代设计强调实用性与功能性,提倡造型简洁，反对多余装饰，奉行少即多的原则。
因此，现代设计是化大批量生产技术条件下的必然产物，是设计界改变以往专为权贵服务的方向，提出要为服务的口号下的产物，它的代表着设计化的进程。
五四运动触发的新文化运动可以看作是现代设计的萌芽时期。
其中，以为代表,提倡吸收西方形式的养分，包括的构成主义和的新艺术”风格，并大量运用于书籍装帧的设计。
因此，从那时起,“西化便等于的观念便深埋在的心中.XX 自1978年以后,为现代设计提供了契机，现代设计的概念才开始真正进入.从此,我们通过直接或者间接的方式对西方现代设计进行了认识、学习和模仿,在短短的二十多年里,遍尝了现代设计的**种风格,可以称之为的。
追赶型设计时期。
虽然这使我们对当代世界设计潮流、设计思维有了一定程度的了解和掌握，但是这样做的另一个后果却是,我们在不断的模仿、抄袭中丧失了自己的创造力与个性,始终没有自己的设计风格。
XX二、现代设计存在的问题XX互连网及技术的普及,了全球化对现代设计的影响。
与国际接轨”、读图时代的到来,使得现代设计国际化的特征更加明显，设计和设计形式都受到西方现代设计的强烈影响。
忽略对象的文化背景和习惯，简单的模仿与盲目地移植西方的视觉设计语言”已经成为现代设计的普遍现象.传统的图形与审美趣味被抽象的、几何的视觉符号所代替。
设计院校中三大构成”的地位远远高于对传统图形的学习和认知.设计作品中对英文的排版设计比中文要醒目、突出、重要的多。
小人法 现代设计方法
小人法摘要本文简述了设计的概念和内涵，涉及的内容和研究对象。
由于传统设计不能满足人们的需要，对比传统设计和现代设计，进一步提出现代设计的目标和特点。
最后介绍了现代设计的经典理论——TRIZ理论，主要详细介绍了小人法，以及小人法的应用举例。
1.设计的概念和内涵“设计”一词有广义和侠义两种概念。
从广义上来讲，设计就是将人类的理想变为现实的实践活动。
从侠义上来讲，设计是指完成满足一定客观需求的技术系统的活动，该技术系统包括图纸、软件程序、其他技术文档等。
从一般意义上来讲，技术系统是指完成某个特定功能或职能的各个事物的集合，产品就是人造技术系统。
产品设计即属于“设计”侠义概念的范畴。
关于设计的含义，可以综合理解为：为了满足人类社会的要求，将预定的目标通过人们的创造性思维，经过一系列规划、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件，以取得最满意的社会和经济效益。
然后，或通过实践将设计转化为某项工程，或通过制造将设计转化为产品，造福于人类。
产品设计过程从本质上来说就是创造性的思维与活动过程，是将创新构思转化为有竞争力的产品过程。
随着科学技术和生产力的不断发展，设计和设计科学也在不断向更深更广的层次发展，其内容、要求、理论和手段都在不断更新，设计的内涵和外延也都在扩大。
设计不再仅仅是考虑构成产品的物质条件和能够满足的功能要求，而是综合了经济、社会、环境、人机工程学、人的心理、文化层次等多种因素的系统设计。
从设计内容上看，设计贯穿了产品从孕育到消亡的整个生命周期，涵盖了需求获取、概念设计、技术设计、详细设计、工艺设计、营销设计及回收设计等设计活动，并把实验、研究、设计、制造、安装、使用、维修作为一个整体来进行规划。
当今世界，由于科学技术的飞速发展，新的领域不断被开辟出来，新技术不断涌现，促进了经济的高速发展。
同时，也是企业间的竞争日益激烈，而且这种竞争已成为世界范围内技术水平、经济实力的全面发展。
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第二章
2.2.1 计算机辅助设计的基本概念
CAD技术主要功能 • 零件造型、产品装配、工程图绘制、文档设计 • 产品渲染、动态显示 • 工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性 设计、运动学及动力学仿真
曲轴连杆应力变化
第二章
有限元分析－结构分析
机床动刚度分析－位移云图
并联运动机床的应力与应变分析
第二章
有限元分析－结构分析
齿轮接触应力分析
第二章
有限元分析－流体动力学仿真
流体动力学分析
双层水腔气缸盖 的三维实体模型
双层水腔气缸盖 的水流计算网格
冷却水流入口流量对冷 却效果影响的规律曲线
气缸盖温 度分布图
2、单一数据库与相关性设计
单一数据库：与设计相关数据来自同一数据库，实现产品 相关性设计，提高设计质量，缩短开发周期。 相关性设计：任何设计改动，都将及时反映到其它相关环 节上。如：零件图-产品装配图-零件数控程序-二维工程图； 左视图-主视图-俯视图-三维实体模型；
特征建模
第二章
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
试验设计技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及 运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。
第二章
4. 应用技术
应用技术是针对使用目的解决各类具体产品设计问题的技术， 如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容可以看作是 现代设计技术派生出来的具体技术群。
现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各
各构件转速仿真结果
第二章
有限元分析－运动学动力学仿真
运动学动力学仿真分析
某型号发动机运动学动力学仿真模型
发动机输出扭矩曲线
活塞运动规律
活塞侧击力曲线
第二章 结构分析
有限元分析－结构分析
飞机齿轮的应力及应变分析
三维实体模型
网格模型及主应力分析结果
三维实体模型
变形结果 网格模型
凸轮轴的应力和应变分析
(3) 20世纪70年代— CAD技术的发展期。
三维建模及绘图工具，曲面模型得到初步应用
(4) 20世纪80年代— CAD技术的普及期。
复杂曲面描述技术，实体建模技术趋于成熟。
(5) 20世纪90年代— CAD技术集成化期。
网络环境下的CAD系统成为主流的设计平台
第二章
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
第二章
CAD 技术的研究热点
计算机辅助产品的概念设计 难题：建模和推理 计算机支持的协同设计 难题：信息实时可靠交换；异构环境下可靠运行；通讯方法与手 段 海量信息处理 存储、管理和检索技术
智能CAD技术：将人工智能技术与CAD技术融为一体，难题：解决人 类思维模型建立和表达
CAD与虚拟现实（VR）技术的集成 VR向设计者提供视觉、听觉、触觉等直观、自然、实时的感知， 目前VR所需软硬件价格昂贵，技术开发难度大 计算机安全 技术保密，防病毒感染
材料科学 自动化技术 系统管理技术 自然科学 政治经济 文化社会科学 相 关 学 科 与 技 术 现代设计方法学 支撑技术 可信性设计技术 设计试验技术 主体技术 基础技术 计算机辅助设计技术 传统设计理论 与方法
市场营销学
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CAD技术、优化设计、有限元分析、 现代设计技术体系结构框图 虚拟设计和工程数据库。
第二章
第二章
3DMAX
第二章
UG 有限元分析
第二章
2.2.2 计算机辅助设计的产生背景
(1) 20世纪50年代 — CAD技术的萌芽期。
1950年美国麻省理工学院研制出旋风型图形显示设备
(2) 20世纪60年代— CAD技术的成长期。
1962年SketchPAD图形系统、首次提出了计算机图形学；1965年美国洛克 希德飞机公司推出CAD/CAM
常微分方程 （直接积分，Euler法， Runge-Kutta法，差分法）
偏微分方程 （差分法，边界元法，Ritz 法，Galerkin法,有限元法)
.......
第二章
2.3.1 有限元法的基本概念和特点
有限元法
有限元法FEM（Finite Element Method）一种求解工程数学物理 问 题 近 似 解 的 数 值 分 析 方 法 ， 有 限 元 分 析 FEA （ Finite Element Analysis）则是采用有限元法来近似求解数学物理问题的过程。
第二章
1. 基础技术（理论基础+发展源泉）
基础技术是指传统的设计理论与方法，特别是运动学、静力学与动力学、 材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法等。
2. 主体技术（主干）
现代设计技术的诞生和发展与计算机技术的发展息息相关、相辅相成。 计算机科学与设计技术结合产生计算机辅助设计、智能CAD(Intelligent CAD，ICAD)、优化设计、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数 据库等技术。运用现代设计技术的多种理论与方法如优化设计、可靠性设 计、模糊设计等理论构造的数学模型，来编制计算机应用程序，可以更广 泛、更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的“智力”。 因此计 算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知识的独特处理能力， 成为现代设计技术群体的主干，即主体技术。
第二章
第二章 现代设计技术
2.1 现代设计技术的内涵与体系结构 2.2 计算机辅助设计(CAD)技术 2.3 有限元分析 2.4 现代设计方法
第二章
2.1 现代设计技术内涵与体系结构
2.1.1 机械设计发展的基本历程 2.1.2 现代设计技术的内涵和特点 2.1.3 现代设计技术体系结构
第二章
第二章
复习回顾
1.先进制造技术的特点？
系统性、集成性、广泛性、高精度、实用性 2.本书将先进制造技术归纳为哪几个大类？ 现代设计技术、先进制造工艺、 加工自动化技术、先进制造生产模式、 现代生产管理技术。
第二章
第二章 现代设计技术
2.1 现代设计技术的内涵与体系结构 2.2 计算机辅助设计(CAD)技术 2.3 有限元分析 2.4 现代设计方法
以电子计算为手段，建立在现代管 理技术之上，运用工程设计的新理 念和新方法，实现计算结果最优化、 设计过程高效化和自动化的设计技 术。
第二章
传统设计 技术
静态、经验、被动、手工
传统技术难以满足设计的要求。
现代设计 技术
动态、科学、主动、现代方法和手段 传统设计技术的继承和发展，多专业 和多学科交叉，综合性技术。
3、NURBS曲面造型技术 NURBS（Non-Unifrom Rational B-Splines）可统一自由曲线/曲面 和规则曲线/曲面的数学模型，简化系统结构，有利于曲线、曲面操作 和修改。 4、 CAD与CAX集成技术 CAD与CAX集成涉及建模技术、工程数据管理、数据交换接口等技 术。包括如下集成： ① CAD/CAE/CAPP/CAM--工程设计领域集成； ② CAD/ERP--与管理系统集成； ③ 异地、异构系统企业间CAD集成，如全球化设计、虚拟设计、虚 拟制造及虚拟企业等。 5、标准化技术 目的：支持异构、跨平台的工作环境。如：IGES（Initial Graghical Exchange System)图形交换标准；STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)产品数据模型交换标准。
第二章 利用理论及测试数据 引入有限元及边界元 （ 3 ）.现代设计技术的特点 建造与实际工况相符 把零部件或整机中各 方法，实现对任何产 合的数学模型，通过 品的定量化分析 种具有离散性的性能 计算机分析计算，预 产品结构分析的定量化； 及参数均视为随机变 测产品的动态性能和 根据产品的设计目标、 量。基于概率论建造 改进效果 性能及要求构造数学 产品工作状态分析的动态化； 模型并进行分析计算， 模型，应用数学规划 从而定量地作出产品 质量的可靠性预测 产品质量分析的可靠化； 理论和数值计算方法， 通过计算机求得最优 化结果 产品设计结果的最优化； 教会计算机，让计算 机完成设计过程的高 产品设计过程的高效化和自动化。 效化和自动化
碰撞动力学分析
两辆轿车横向相撞 PAM-CRASH 分析轿车安全 气囊
轿车侧撞有限元仿真模拟之一 轿车侧撞有限元仿真模拟之二
轿车侧撞有限元仿真模拟之三
汽车碰撞
第二章
有限元分析－耦合仿真
多物理场耦合仿真
双层水腔气缸盖三维模型
双层水腔气缸盖水流计算网格模型
气缸盖温度场分布图
单缸爆发工况下耦合分析结果 单缸预紧工况下耦合分析结果
1、产品造型建模技术
线框模型：以顶点和棱边描述三维形体，为两表结构； 表面模型：以表面描述形体方法，为三表结构； 实体建模：能完整表示三维的几何信息和拓扑信息，有 扫描表示法、边界表示法、构造实体几何法等结构形式； 特征模型：以具有工程语义的各类特征来定义描述形体 的方法，便于CAD/CAM技术的集成。
第二章
3. 支撑技术
支撑技术主要有现代设计方法学、可信性设计技术、试验设 计技术。
现代设计方法学涉及的内容很广，如并行设计、系统设计、
功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求工程、 绿色设计、模糊设计、面向对象设计、工业造型设计等。
可信性设计是广义的可靠性设计的扩展，主要指可靠性与安 全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、健壮设计、耐环境设 计等。
个方面，除了必要的传统设计理论与方法的基础知识外，相关的 学科与技术，尤其是制造工艺、自动化技术、系统管理技术、材