第2章现代设计技术

创新的新阶段。 各阶段任务
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
产品规划阶段，主要包含需求分析、市场预测、可行性 分析、确定总体参数、制定制约条件和设计要求，以此 作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据。 方案设计阶段，又称之为概念设计，即对产品的功能原 理进行设计，从社会需求出发，采用功能分析法以及在 必要的原理试验的前提下，确定最优的原理方案。 技术设计阶段，将产品的功能具体化为机器产品及其零 部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构 设计、商品化设计、模型试验等过程。 施工设计阶段，主要指零件、部件工程图和产品总装配 图的绘制，工艺文件的编写，设计说明和使用说明书的 编写等工作。
2.4
模块化设计 ——现代设计方法学之三
2. 模块化产品 由模块组成的产品称为模块化产品。 新产品（系统）=通用模块（不变部分） +专用模块（变动部分）
模块化产品的结构
产品
产品1
产品2
产品x
部件 1
部件 n
模块 1
模块 2
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
3 现代设计的新兴设计技术和方法
计设优人工 算计化工程 机方设神遗 辅法计经传 助学 网算 设 络法 计 法
并 行 工 程
价 值 工 程
有 限 元 法
动工人 态业机 设艺工 计术程 造 型 设 计
可 靠 性 设 计
模相摩 块似擦 化性学 设设设 计计计
健反 壮求 设工 程 计
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
反设计是从己知事物的有关信息(包括硬件、 软件、照片、广告、情报等)去寻求这些信息 的科学性、技术性、先进性、经济性、合理 性和改进的可能性等。要回溯这些信息的科 学依据，即充分消化和吸收，进而在此基础 上进行改进、挖掘和再创造。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
1)
2)
3)
提高企业对市场需求的响应速度 新产品开发周期缩短40％—60％ 提高产品开发的一次成功率 早期生产中工程变更次数减少一半 以上，产品报废及反复工作减少75％， 降低产品的开发成本 制造成本降低30％—40％。
2.3 2.3.1
反求设计 ——现代设计方法学之二 反求工程定义
反求工程以设计方法学为指导，以现代设计理论、
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2 设计的分类：
按创造性的大小：革新设计
常规设计 创新设计——旨在 提供有重要社会价值的新颖独特的设计 成果，在设计领域中最富挑战性，也是 设计人员追求的最高目标。
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
按设计任务的要求 ：
①开发性设计
②适应性设计
③变型设计
运用成熟的科学技术，从工作原理 和结构上设计过去没有的新型产品， 这是一种完全创新的设计。 在原理、方案基本保持不变的前提下， 对产品作局部的变更设计，使之更能 满足用户的需求。 在功能和工作原理不变的情况下，变 更现有产品的结构配置、布置方式和 尺寸，使之适应多方面的使用要求。
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.3 1) 2) 3) 4)
并行设计的运行特征 并行特征 整体特性 协同特性 集成特性
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.4 1) 2) 3)
并行设计的主要内容 过程重构 组织重构 构建技术支持环境
2.2 2.2.5
并行设计 ——现代设计方法学之一 并行设计的技术经济效益
2.4 2.4.2
模块化设计 ——现代设计方法学之三 基本概念
1. 模块 模块可以被定义为一组具有同一功能和接合 要素(指连接方式和连接部分的结构、形状、 尺人配合等)的，但性能、规格或结构不同的 可以互换的单元。 模块具有两个基本特征： 模块具有特定的功能； 模块具有通用的接口，即一个模块与另 一个相关模块可以实现自由连接，相同或相 似的模块之间可以实现互换。
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.2并行设计的主要思想 并行设计是对产品及其相关过程进行 并行、一体化设计的系统化工作模式。 主要思想： 1）同时考虑产品全寿命周期从概念形成 到产品报废的所有因素。 2）各种活动交叉进行； 3）相关人员全面参与和协同工作。
2.2 并行设计 ——现代设计方法学之一
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.2 现代设计技术体系
应用技术 各种产品设计领域
先进制造工艺 材料科学 自动化技术 相 系统管理技术 自然科学 政治经济 文化社会科学 市场营销学 „„ 关 科 学 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 计算机辅助设计技术
反求内容：功能反求，性能反求，方案、结构、材质、 精度、使用规范等众多方面的反求。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
2．软件反求 以技术软件为主要研究对象的反求工程称为软件反求 技术软件包括：产品样本、技术文件、设计书、使 用说明书、图纸、有关规范和标难、管理规范和质 量保证手册等。 软件反求的目标：通过对已有技术软件的分析和研
两者的关系：
正设计 设计任务提出后，怎样实现和达 到预定目标。 解答“怎么做?” ——主动的创造 已有确定目标后，去探索和掌握这个目标 的设计者是如何一步一步实现的，要摸清 设计者的意图和所采用的关键技术以及相 应的设计理论与方法。 解答“为什么要这样做?” ——先被动后主动的创造
反求
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计
经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、深
化和再创造。
反求设计是对已有设计的再设计，
其中再创造是反求设计的灵魂。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
(1)正设计与反设计 人们通称的设计，一般指正设计，它是一个从 无到有的产品设计过程。设计人员首先根据市 场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计， 创造新方案，经过‘系列的设计活动变为产品。 概括地说，正设计是由未知到己知、由想像到 现实的过程。
(1)测量数据的分割 (2)表面片的拟合技术
已经取得的研究成果
汽车叶片的反求工程技术
已经取得的研究成果
汽车叶片及其模具的设计与制造
已经取得的研究成果
汽车叶片及其模具的设计与制造
已经取得的研究成果
汽车叶片及其模具的设计与制造
已经取得的研究成果
汽车叶片的反求工程技术
已经取得的研究成果
汽车叶片的反求工程技术
2.3.4 反求工程的关键技术 1．反求工程中的测量技术
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
※非接触式
激光扫描法 莫尔条纹法 CT断层扫描图像法 立体视觉测量方法
工业CT
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
2．产品建模技术(模型重构)
根据所采集的样本几何数据在计算机内重构样本 模型的技术。坐标测量技术的发展使得对样本的 细微测量成为可能。样本测量数据十分庞大，常 达几十万甚至上百万个数据点，海量的数据给数 据处理以及模型重构带来了一定困难。 两个关键技术：
约占产品成本的10%，但却决定了产品制造成本
的70%~80%;在产品质量事故中，约有50% 是由于
不良设计所造成的，所以设计技术在制造技术中
的作用和地位是举足轻重的。在当前激烈的市场
竞争中，除了确保产品的功能、质量外还要有创 新意识和快速的响应能力。
产品开发设计对产品成本的影响
来源：VDI 2235 70 60 50 40
智虚 能拟 工设 程计
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
4 现代设计技术概念： 由于现代设计技术是一门新兴的科学，迄今为止 国内外的文献尚无普遍公认的严格定义，也没有 明确的边界。 以满足应市产品的质量、性能、时间、成本/价 格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术
为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术
修改的成本
美元
100X
X = 3500美元/ 每次修改 10X X 概念 设计 详细 设计 生产 准备 测试 时间 生产
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.1 现代设计技术的内涵
1 设计的定义 狭义：将客观需求转化为满足该需求的技术的 系统活动，各种产品包括机械产品的设计即属 此类。
广义：发展过程的安排，包括发展的方向、程 序、细节和达到的目标。
基础技术
传统设计理论与方法
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
传统产品设计进程
2.2.1并行设计产生的背景
传统产品设计常常要多次反复，造成时间和金钱的巨大浪 费。为了减少新产品开发时间和费用，同时也为了提高产品质 量，降低生产成本，改进服务，在产品设计时，需要充分考虑 下游制造过程和支持过程。并行设计的基本思想就应运而生 了 。
2.4
模块化设计 ——现代设计方法学之三
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.4.1 模块化设计的产生与发展 模块化设计思想由来已久。儿童积木游戏中就包含了 模块化的思想。20世纪初期，在制造业中开始应用模 块化设计思想，当时最有代表性的模块化机械产品是 组合机床和组合夹具。 20世纪50年代，欧美一些国家提出“模块化设计” 的概念，从而把模块化设计的思想和方法提高到理论 的高度来研究。 微电子和计算机技术的迅速发展在很大程度上得益于 模块化设计思想，反过来又极大地促进了模块化设计 技术的发展。微电子器件（特别是芯片）以及计算机 已成为当今模块化设计最成功的典范。
30
20 10 0 开发设计 生产准备与 加工 原材料与 外购件的采购 管理和销售 对成本的影响 所需的工时成本
产品开发设计对质量的影响
60 50 发生错误 修改错误
成本 %
40 30
80% 75%