数字化设计概述

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2)对相关行业整体技术水平提高将具有积极作用
(1)动态设计、可靠性设计等现代设计方法的应用,显著提高产 品的动态特性和安全可靠性
(2)大型机械装备的工作参数和工作过程的智能控制和优化,会 大幅度提高机械装备的工作性能和使用性能
(3)可视化设计及基于网络的设计图纸交流技术将显著提高产品 的设计速度,缩短产品的设计周期,提高新产品的开发能力。
充分利用数据、图表和手册等进行 设计,减少了设计的盲目性,增加 了合理性
强调以计算机为工具,以工程软件 为基础,运用现代设计理念进行的 设计。可提高产品的质量,降低产 品的成本。
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3、设计的重要性
产品设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力 和竞争能力的决定因素。
“产品的设计是产品质量的灵魂”
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第一节 概述
二、产品设计一般程序
2.产品设计过程

任务



阐明任务书


制定要求表

评审 不通过
方 案 设
通过
总体方案设计 研究试验 绘制草图
再 设 计

通过
不通过
方案设计评审
修正总体方案
设计计算
主要零部件设计

提出特殊外购件和特殊材料 设

技术设计评审 不通过
通过
全部零件设计
图样及技术文件审查
与加工 外购件的采购
对成本的影响
所需的工时成本
产品成本成本水平70%-80%取决于产品的设计பைடு நூலகம்
19 20201/98/28
设计发展的基本阶段
凭直观感觉来设计制作工具和 机械,往往带有一定的盲目性
人类设计 经历的阶段
2020/8/28
直觉设计阶段
经验设计阶段
半理论半经验 设计阶段
现代设计阶段
依靠个人的才能和经验,运用一 些基本设计计算理论,借助类 比、模拟和试凑等方法进行设计
特点
2020/8/28
过早进入物理样机阶段,从设 计到物理样机反复迭代修正由 个人经验、手工计算带来的设 计错误,设计周期长,成本高
形象直观,干涉检验、强度分析、动态模
拟、优化设计、外观及色彩设计等采用数
字样机实现,设计错误少,设计周期短,
成本低
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串行设计开发产品的弊端示意图
市场需求
产品设计
工艺规划
工艺详
细方案
细方案
26 2020/8/28
丰田汽车公司的并行工程系统
规划
车型设计 产品设计
试价制评
生产准备
生产
规划 Planning
车形 设计
产品 设计
试制 评价
生产 准备
Styling design
Engineering Design
Prototype
Production
Fabrication & Testing
第二节 面向产品质量的综合设计法
主要内容
➢综合设计法的提出 ➢研究与实施综合设计法的意义 ➢产品设计理论 研究的内容 ➢综合设计法 ➢应用实例
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一、综合设计法的提出
东北大学闻邦椿院士提出,提出了产品设计的各种规划模型。 综合设计法
采用功能优化、动态优化、智能优化和可视优化及对某种产品有特殊要 求的设计等几种方法来完成设计工作,我们称该法为综合设计法。 或
1+3+X综合设计法
1—功能优化设计; 3—将动态优化、智能优化主可视优化结合在一起的设计法,或称“三 化”或“三优”设计法; X—对某种产品有特殊要求的设计方法
智能优化设计
动态优化设计
可视优化设计
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二、研究与实施综合设计法的意义
1) 理论上的意义
建立一种较为完整的能用于新产品开发的与老产品改造的基于产品总体设 计质量的新体系。研究一种新的产品总体质量的设计软件平台。
产品表示 设计方法 工作方式
二维工程图纸、各种明细表
经验、手工、封闭收敛的设计 思维
串行设计、独立设计
三维CAD模型、二维CAD电子图、BOM 等
基于三维的虚拟设计、智能设计、工业造 型设计等现代设计方法
并行设计、协同设计
管理方式 纸质图档、技术文档管理
基于PDM的产品数字化管理
仿真方式
物理样机
数字样机、物理样机
第三章 产品数字化设计
Ⅲ Product Digital Design
第三章 产品数字化设计
主要内容
❖ 数字化设计概述 ❖ 面向产品广义质量的综合设计法 ❖ 可靠性设计 ❖ 有限元法
2 2020/28/28
✓ 设计是产品生命周期中的第一个环节,也是最 重要的环节。
✓ 工程研究与实践表明:整个产品生命周期约80 %的费用是由产品设计阶段(从产品定义到制造 之前)的工作所决定的,而这一阶段本身所需费 用则占不到总费用的3%。
3.苏联流派的发明问题解决理论体系
➢ 核心思想 ✓ 无论是一个简单产品还是复杂的技术系统,其核心技
术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的,即具有 客观的进化规律和模式。 ✓ 各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进 化过程的动力。 ✓ 技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量 多的功能。


确定产品文件
否计
转入制造

结束
技 术 设 计
详 细 设 计
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一、设计的重要性 1、设计与产品开发时间
设计
制造
0
20
40
60
80
100
设计占产品开发时间60%-70%
20201/88/28
时间
百分比(
%)
18
2、设计与产品开发成本
70
60
50
40
30
20
10
0
设计
生产准备 原材料与 管理和销售
Production engineering Production
零部件厂家 Parts suppliers
开发期 Length of Development Time
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多学科综合优化技术
28 20202/88/28
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面向产品质量的综合设计法
(Synthetical Design Method of Product Quality )
数字化设计: 将数字化技术应用于设计中缩短产品 开发周期,降低设计与制造成本,提升产品的设计 能力,因此对数字化设计的研究具有重要的意义。
21 20202/18/28
设计过程 比较内容
设计方式
设计工具
传统设计与数字化设计比较
传统设计
数字化设计
手工绘图
计算机绘图
绘图板、丁字尺、圆规等 计算机、网络、软件、绘图机、打印机等
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
1.欧洲流派的系统设计方法学
➢ 特点 系统设计方法学认为产品设计可以看成是有步骤地分
析与综合,不断从定性到定量问题的求解过程。 ✓ 强调对原有产品设计经验和设计实践的整理,形成
产品设计的准则性知识; ✓ 强调对产品设计阶段的划分,产品设计是不同阶段
之间在知识支撑下的映射和反馈过程; ✓ 以设计经验抽象、整理出来的设计知识和准则指导
年,以G. S. Altshuller为首的由苏联的大学、研究所 和企业所组成的数百人的研究组织分析研究了世界近 250万件发明专利、综合多个学科领域的原理、法则 形成了TRIZ理论体系。其主要目的是研究人类进行发 明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法 则。
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
engineering
生产 Production
财务 . 会计 Finance /Accounting
规划 Planning 车形设计 Styling design
产品设计
Engineering Design 试制 . 评价
Prototype Fabrication & Testing
生产准备 生产
设计者进行产品开发。
这个过程很典型地代表了串行的产品设计与开发模式。 8
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
2.美国流派的公理化设计方法
➢ 背景 ✓ 公理化设计(Axiomatic Design, AD)是由美国麻省
理工学院的Nam P. Suh教授等学者于20世纪70年代 提出的产品设计公理体系。它成为美国设计理论均设 计方法研究思想的代表之一。公理设计是通过对大量 成功设计实例进行分析归纳、抽象设计过程的本质而 形成的,是对产品设计的一种概念性的、抽象的描述 。
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
4.日本流派的通用设计理论
➢ 背景 ✓ 以日本东京大学吉川弘之教授为首的日本学者自20世
纪70年代起提出了采用数学形式来表达设计过程的思 想,并将处理人类思维活动领域内的设计操作表示为 知识处理的概念模型。通用设计理论(General Design Theory,GDT)试图将一般的设计本质在严 密的数学原理基础上予以阐述,从而得到有别于各具 体领域设计的一般设计理论。
加工装配
无法加工 装配困难
串行设计开发产品的弊端
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并行工程运行模式
24 2020/8/28
并行过程
2020/8/28
需求分析 产品设计 过程设计 原型产品 并行方法
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并行的产品开发流程
概念设计
结构概 念方案
工艺概 念方案
初步设计
产品初 步方案
工艺初 步方案
详细设计
产品详
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
2.美国流派的公理化设计方法
➢ 特点 公理化设计的出发点是将传统以经验为主的设计转换
到以科学公理、法则为基础的公理体系。其主要特点 为: ✓ 试图确立主导所有设计的一般规律; ✓ 为设计建立科学基础,向设计者提供设计的科学依
据以提供产品设计能力; ✓ 提高设计的创造性,减少设计的随意性和设计中的
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
4.日本流派的通用设计理论
➢ 方法 GDT引入了元模型(Metamodel)和元模型空间 (Metamodel Space)来描述设计中的映射过程。 ✓ 元模型用一组有限的属性来描述设计对象在设计过程
特定阶段的状态、设计对象组成实体间的相互关联与 依赖关系。 ✓ 元模型集合构成的元模型空间是逐步完善的设计过程 的具体反映。
✓ 人类的创造性活动在整个产品设计过程中最为 活跃,其工作对后续工作具有决定性影响。
3
60
发生错误
50
修改错误
成本 %
40
30
75%
20
10
80%
0 产品定义
产品设计
工艺规划
制造
检验
应用
• 75%的修改工作由产品设计阶段引起 • 80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成
4
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
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第一节 概述
二、产品设计一般程序
1.产品设计理论与方法的共性问题
✓ 都从不同的角度强调设计的原理、准则和知识的重要 性;
✓ 都强调设计是一个映射过程,即知识与产品或产品部 件、细节之间的映射,以及产品设计不同阶段之间的 映射(系统设计方法理论和公理设计理论尤为如此)。
由于映射是建立在映射规则和各映射空间的知识基 础上的,所以原有设计知识和设计规则对产品设计 具有极其重要的作用。
➢ 设计方法学是在深入研究设计过程本质的基础 上,以系统工程的观点研究设计的一般进程、 规律及设计中思维和工作方法的一门综合性学 科。设计方法学的研究成果包括设计理论和设 计方法。 ✓设计理论是研究设计人员在产品设计过程 的思维方式和基本规律。 ✓设计方法是产品设计的具体手段,如功能 —结构方法、并行设计、面向X的设计、可 靠性设计、虚拟设计、智能设计等。
错误和不合理性。
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
2.美国流派的公理化设计方法
➢ 公理化设计过程
顾 映射 功 映射 设 映射 过




















用户域
功能域
结构域
过程域
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
3.苏联流派的发明问题解决理论体系
➢ 背景 ✓ 发明问题解决理论(TRIZ理论)方法的研究始于1946
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
1.欧洲流派的系统设计方法学 2.美国流派的公理化设计方法 3.苏联流派的发明问题解决理论体系 4.日本流派的通用设计理论
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第一节 概述
一、典型设计理论与方法
1.欧洲流派的系统设计方法学
➢ 背景 ✓ 第二次世界大战结束后,德国意识到经济复苏的关键
在于产品设计水平的提高,并积极开展设计知识获取 与运用的研究,尤其是在设计理论方面成为世界发源 地。20世纪70年代,德国学者G.Pahl和W. Beitz提 出了具有代表性、权威性和系统性的产品设计方法学 。他们将工程设计过程主要分为4个阶段;明确任务阶 段、概念设计阶段、具体化设计阶段和详细设计阶段 ,主张将从专业设计人员长期的设计实践中归纳总结 出来的各种方法作为工程设计流程中各个环节的手段 ,贯穿到整个设计过程中。同时,他们将归纳和总结 出来的大量工程设计知识经过系统化的整理,以设计 目录的形式保存、传递和运用
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3)会给我国制造业带来显著的经济与社会效益
采用综合法对现代机械产品进行设计,将会有效地加速企业对 先进理论与方法的应用,加速提高企业产品设计的技术水平,并 进而提升我国装备制造业设计技术水平和企业在市场中的竞争能 力,同时会显著提高企业的经济效益与社会效益。
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