先进制造技术现代设计技术
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④再设计，创新和改进。
13.06.2020
长春工业大学 机电工程学院
34
二、 反求工程设计的基本步骤
（3）反求产品的制造阶段
按通常的制造方法，完成制造，并采用一定的检测 手段，进行结构和功能检测，修改设计。
13.06.2020
反求工程不同于一般常规产品的仿制，一般采用
此技术开发的产品往往比较复杂，一般都由复杂曲面
构成，精度要求也高，所以必须借助于计算机辅助
（13.C06.A202X0 ）技术手段。长春工业大学 机电工程学院
32
二、 反求工程设计的基本步骤
（1）分析阶段
反求对象的功能原理、结构形状、材料性能、加工 工艺。明确其关键功能和关键技术。通过分析可以确 定实物的技术指标和几何元素之间的拓扑关系；
与 技
文化社会科学 术
市场营销学
……….
可靠性设计、安全性设计、动态
系 程统、设绿计色设 健、设计 壮模计、 设块、疲 计化模劳 和设糊设 人计设计机、计、工反和耐程求工腐设工业蚀计设等计。、
设计等。
应用技术
各产品领域知识与技术
支撑技术
产品的现性代能设计试方验法、学可靠性试验、数 字仿真可试靠验性设和计虚技拟术试验等。
施工设计 技术设计
时间维
类比法等经验为主的设 计方法。
现代设计技术采用各
方案设 计产品规划
可靠性设计 模块化设计
分综评 决 析合价 策
种先进的设计理论、方 优化设计
…
法和工具。
方法维
逻辑维
应用现代设计技术的目的是什么？
13.06.2020
长春工业大学 机电工程学院
9
新产品开发是一个技术创新和价值实现的过程， 大致可分为市场分析、产品设计、产品制造和市场营 销四个阶段
现代设计的核心因素：质量、时间和成本：
质量：满足用户功能要求，符合有关法律、标准 和生态环境要求，安全性、可靠性、合理寿命，方 便使用和维护保养，用户培训、质量保证和维修服 务；
成本：产品成本、合理利润、一次性安装费用和 经常性维修费用。
时间：设计开发的周期，供货的时间、方式等方 面的适应能力。
13.06.2020
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长春工业大学 机电工程学院
33
二、 反求工程设计的基本步骤
（2）再设计阶段
①根据分析结果和实物模型的几何元素拓扑关系， 制定零件的测量规划，确定测量设备、测量顺序和 精度等；
②修正测量数据，剔除测量数据中的坏点、明显 不合理的测量结果；
③按照修正后的测量数据以及反求对象的几何元 素托仆关系，利用CAD系统，重构几何模型；
13.06.2020
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4
2. 现代设计技术的内涵
（1）概念
概念：根据产品功能要求和市场竞争的需要，应用 现代技术和科学知识，经过设计人员创造性思维、规 划和决策，制定可以用于制造的方案，并使方案实施 的技术。
设计的范畴不断扩大，从单纯产品设计－全寿命周 期设计；
设计的组织形式上，从传统的顺序设计方式－并行 设计方式；
13.06.2020
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23
13.06.2020
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24
（2）反向工程(反求工程、逆向工程)
是从产品的有关信息（实物、软件和影像等）寻找 这些信息的科学依据，加以消化和吸收，再现出产品， 产品的CAD模型是在这些信息的基础上建立的。
13.06.2020
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15
（5）并行化、最优化、虚拟化和自动化
强调的是设计过程。综合考虑产品全生命周期中 的所有因素，强调并行设计。
在设计过程中，用优化的理论与技术，对产品进 行方案优选、结构优选和参数优选，达到整体优化。
自动化主要依靠计算机辅助设计技术和自动建模 技术。
依靠强大的商品化CAD软件的支撑，实现设计虚 拟化。三维建模，能在虚拟的环境中观察和评价。
第二章 现代设计技术
第一节 现代设计技术的内涵与体系结构
本节要点
设计的概念和分类 现代设计技术的概念、特点、 体系结构
13.06.2020
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1
一、现代设计技术的内涵和特点
1. 设计的概念和分类
（1）设计的概念：是人类运用已有的知识和技术， 解决问题或创造新事物，以满足社会需要的一种技术 活动。各种方法和手段。
（1）在没有原始设计 CAD 模型和没有设计图纸 的情况下 ，在对实物进行测量的基础上重构其CAD 模型或进一步生成零件的设计图纸，并以此为依据 生成数控加工的NC代码或应用快速原型技术，加工 复制出一个相同的零件；
13.06.2020
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29
（4）在批量生产中，每个产品的外形都有着细微 的差异这时通过反求工程建立的CAD模型，可以作 为工业检测的重要依据；
基本过程是：测量；将所获得的特征数据借助于计 算机重构反求对象模型；对重建的模型进行创新改 进、分析；进行数控编程，快速加工出产品。
以CAD/CAM软件为基础的反求工程应用越来越 广泛。
反求工程的目的是完成反求对象的仿制和改进。
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4.实物反求工程的应用
本节要点
反求工程的定义、分类、 应用 反求工程设计的基本步骤 反求工程的关键技术
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22
一、反求工程的定义、分类、应用
1.新产品开发的模式
（1）正向工程 是根据零件最终所承担的功能，从 无到有，从概念设计出发，进行方案设计、技术设计、 施工设计，最终完成产品开发和制造零件。
13.06.2020
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16
（6）主动性 现代设计在设计初期，就对产品全生命周期的各 种可能做出准确预测，减少故障的发生，体现了主 动性。
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17
二、现代设计技术体系
先进制造工艺
材料科学
自动化技术
相
系统管理技术
关 学
自然科学
科
政治经济
设计是一种创造性的智力活动； 设计是一个综合、决策、迭代、寻优的过程。
（2）设计的分类：根据设计活动中创造性大小分
13.06.2020
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2
一、现代设计技术的内涵和特点
常规设计（Routine design）：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。20％。
综合--综合各种因素，探求
可靠性设计 模块化设计
解决方案；
优化设计
…
评价--对多种方案进行比较
方法维
分综评 决 析合价 策
和评定，方案调整和改
进；
决策--确定最佳的设计方案
逻辑维
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8
现代设计技术的方法维
是指设计过程中的各种思 维方法和工作方法。
传统设计采用知觉法、
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25
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26
2. 反求工程分类
根据产品信息的来源不同分为： 实物反求－产品的实物模型； 软件反求－图样、数控程序、技术文件； 影像反求－图片、照片或影像等。
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3. 实物反求工程
按照现有零件的实物模型，利用各种数字化技术 及CAD技术重新构造样件CAD模型的过程。
设计试验技术：产品的性能试验、可靠性试验、数 字仿真试验和虚拟试验等。
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20
（4）应用技术：针对实用的目的，解决各类具体 产品设计领域的技术。机床、汽车、工程机械等。
Biblioteka Baidu
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第二节 反求工程设计技术
(Reverse Engineering,RE)
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（3）支撑技术 设计信息的处理、加工、推理与验 证提供多种理论、方法和手段的支撑。
现代设计方法学：系统设计、模块化设计、反求工 程、绿色设计、模糊设计和工业设计等。
可信性设计：可靠性设计、安全性设计、动态设计、 疲劳设计、耐腐蚀设计、健壮设计和人机工程设计等。
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13
2. 现代设计技术的特点
（1）系统性 强调用系统的观点处理设计问题。整体上把握涉及 对象，考虑对象与人、环境的联系。 （2）动态性 要考虑产品的静态特性，和实际工作状态下的动态 特性，考虑与周围环境的物资、能量及信息的交互。
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种方法和手段。
传统设计技术是以“静态、经验、被动和手工”为 特征的。
传统技术难以满足设计的要求。
(1)市场竞争激烈，要求创新性的产品； (2)新技术、新工艺的涌现，使产品功能与结构趋 于复杂； (3)计算机技术的发展，推动了设计方法及设计手 段的现代化。
现代设计技术在传统设计技术基础上发展来的，多 学科和多专业交叉的基础科学。
设计手段上，传统的手工设计－现代化计算机辅助 设计。
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从系统工程的 观点分析，现代设 计技术是一个由时 间维、逻辑维和方 法维共同组成的三 维系统。
施工设计 技术设计
方案设计 产品规划
时间维
可靠性设计
模块化设计
优化设计
…
方法维
分综评 决 析合价 策
逻辑维
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10
有两个重要的特点： 1）新产品开发过程源于市场、归于市场，也就
是说，市场既是新产品开发的出发点，又是新产品开 发的归宿，新产品开发成功与否，要接受市场的最终 检验。
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11
2）新产品开发过程涉及企业内部众多部门，受到 企业内部各种因素和企业外部各种条件的影响。
14
2. 现代设计技术的特点
（3）创造性 是建立在先进的设计理论及工具，能充分发挥设
计者的创造性思维，运用各种手段和方法，开发出创 造性的产品。
（4）计算机化 计算机已渗透到产品设计的各个环节，充分利用 计算机的数值计算、严密的逻辑思维能力和巨大的信 息存储及处理能力：优化设计、有限元分析和系统仿 真等。
革新设计（Innovation design）：在原理、方案 基本保持不变前提下，对产品作局部变更设计，使之 更能满足用户要求。55％
创新设计（Creative design）：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。 25％
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3
设计技术:在设计过程中解决具体设计问题的各
设计试验技术
主体技术
计算机辅助设计技术
基础技术
传统设计理论 与方法
CAD技术、优化设计、有限元分
析现、虚代拟设设计计技和术工程体数系据结库构。框图
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（1）基础技术 传统的设计理论与方法。运动学、动力学等。
（2）主体技术 计算机辅助设计技术。数值计算、对信息和知识 的独特处理能力。CAD技术、优化设计、有限元分 析、虚拟设计和工程数据库。
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现代设计技术的时间维
• 是反映按时间顺序的设计 过程。
• 产品规划--需求分析、市
时间维
场预测、可行性分析、总
施工设计
体参数、制约条件和设计
技术设计
要求；
方案设计
• 方案设计--功能原理设计，
产品规划
确定原理方案；
可靠性设计
• 技术设计--将产品的功能 模块化设计
内部因素包括：企业本身的人员素质、管理水平、 技术水平、经济实力等。
外部条件包括：相关技术的现实发展水平，当时当 地所能提供的技术手段（材料、元件、设备等），以 及国家的有关政策、法律等。
在新产品开发中，哪些是事关功败垂成的核
心因素呢？ 13.06.2020
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（2）现代设计技术的核心因素
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（5）艺术品、考古文物的复制
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（6）人体中骨头和关节等的复制、假肢的制造
（7）特种服装、头盔的制造，要以使用者的身体为 原始设计依据，用RE建立人体的几何模型
反求工程的实现需要多种途径和手段，涉及影响因 素也很多，如：信息源的形式；反求对象的形状、结 构和精度要求；制造企业的软件、硬件条件及工程技 术人员的素质。
原理具体化为机器产品及
优化设计
…
其零部件的具体结构；
方法维
分综评 决 析合价 策
• 施工设计--指工程图绘制， 工艺文件编写，说明书编 写等。
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逻辑维
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现代设计技术的逻辑维
时间维
施工设计
是解决问题的逻辑步骤。 分析--明确设计任务本质；
技术设计
方案设计 产品规划
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二、 反求工程设计的基本步骤
（3）反求产品的制造阶段
按通常的制造方法，完成制造，并采用一定的检测 手段，进行结构和功能检测，修改设计。
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反求工程不同于一般常规产品的仿制，一般采用
此技术开发的产品往往比较复杂，一般都由复杂曲面
构成，精度要求也高，所以必须借助于计算机辅助
（13.C06.A202X0 ）技术手段。长春工业大学 机电工程学院
32
二、 反求工程设计的基本步骤
（1）分析阶段
反求对象的功能原理、结构形状、材料性能、加工 工艺。明确其关键功能和关键技术。通过分析可以确 定实物的技术指标和几何元素之间的拓扑关系；
与 技
文化社会科学 术
市场营销学
……….
可靠性设计、安全性设计、动态
系 程统、设绿计色设 健、设计 壮模计、 设块、疲 计化模劳 和设糊设 人计设计机、计、工反和耐程求工腐设工业蚀计设等计。、
设计等。
应用技术
各产品领域知识与技术
支撑技术
产品的现性代能设计试方验法、学可靠性试验、数 字仿真可试靠验性设和计虚技拟术试验等。
施工设计 技术设计
时间维
类比法等经验为主的设 计方法。
现代设计技术采用各
方案设 计产品规划
可靠性设计 模块化设计
分综评 决 析合价 策
种先进的设计理论、方 优化设计
…
法和工具。
方法维
逻辑维
应用现代设计技术的目的是什么？
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新产品开发是一个技术创新和价值实现的过程， 大致可分为市场分析、产品设计、产品制造和市场营 销四个阶段
现代设计的核心因素：质量、时间和成本：
质量：满足用户功能要求，符合有关法律、标准 和生态环境要求，安全性、可靠性、合理寿命，方 便使用和维护保养，用户培训、质量保证和维修服 务；
成本：产品成本、合理利润、一次性安装费用和 经常性维修费用。
时间：设计开发的周期，供货的时间、方式等方 面的适应能力。
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二、 反求工程设计的基本步骤
（2）再设计阶段
①根据分析结果和实物模型的几何元素拓扑关系， 制定零件的测量规划，确定测量设备、测量顺序和 精度等；
②修正测量数据，剔除测量数据中的坏点、明显 不合理的测量结果；
③按照修正后的测量数据以及反求对象的几何元 素托仆关系，利用CAD系统，重构几何模型；
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2. 现代设计技术的内涵
（1）概念
概念：根据产品功能要求和市场竞争的需要，应用 现代技术和科学知识，经过设计人员创造性思维、规 划和决策，制定可以用于制造的方案，并使方案实施 的技术。
设计的范畴不断扩大，从单纯产品设计－全寿命周 期设计；
设计的组织形式上，从传统的顺序设计方式－并行 设计方式；
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24
（2）反向工程(反求工程、逆向工程)
是从产品的有关信息（实物、软件和影像等）寻找 这些信息的科学依据，加以消化和吸收，再现出产品， 产品的CAD模型是在这些信息的基础上建立的。
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15
（5）并行化、最优化、虚拟化和自动化
强调的是设计过程。综合考虑产品全生命周期中 的所有因素，强调并行设计。
在设计过程中，用优化的理论与技术，对产品进 行方案优选、结构优选和参数优选，达到整体优化。
自动化主要依靠计算机辅助设计技术和自动建模 技术。
依靠强大的商品化CAD软件的支撑，实现设计虚 拟化。三维建模，能在虚拟的环境中观察和评价。
第二章 现代设计技术
第一节 现代设计技术的内涵与体系结构
本节要点
设计的概念和分类 现代设计技术的概念、特点、 体系结构
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1
一、现代设计技术的内涵和特点
1. 设计的概念和分类
（1）设计的概念：是人类运用已有的知识和技术， 解决问题或创造新事物，以满足社会需要的一种技术 活动。各种方法和手段。
（1）在没有原始设计 CAD 模型和没有设计图纸 的情况下 ，在对实物进行测量的基础上重构其CAD 模型或进一步生成零件的设计图纸，并以此为依据 生成数控加工的NC代码或应用快速原型技术，加工 复制出一个相同的零件；
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（4）在批量生产中，每个产品的外形都有着细微 的差异这时通过反求工程建立的CAD模型，可以作 为工业检测的重要依据；
基本过程是：测量；将所获得的特征数据借助于计 算机重构反求对象模型；对重建的模型进行创新改 进、分析；进行数控编程，快速加工出产品。
以CAD/CAM软件为基础的反求工程应用越来越 广泛。
反求工程的目的是完成反求对象的仿制和改进。
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4.实物反求工程的应用
本节要点
反求工程的定义、分类、 应用 反求工程设计的基本步骤 反求工程的关键技术
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22
一、反求工程的定义、分类、应用
1.新产品开发的模式
（1）正向工程 是根据零件最终所承担的功能，从 无到有，从概念设计出发，进行方案设计、技术设计、 施工设计，最终完成产品开发和制造零件。
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16
（6）主动性 现代设计在设计初期，就对产品全生命周期的各 种可能做出准确预测，减少故障的发生，体现了主 动性。
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二、现代设计技术体系
先进制造工艺
材料科学
自动化技术
相
系统管理技术
关 学
自然科学
科
政治经济
设计是一种创造性的智力活动； 设计是一个综合、决策、迭代、寻优的过程。
（2）设计的分类：根据设计活动中创造性大小分
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2
一、现代设计技术的内涵和特点
常规设计（Routine design）：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。20％。
综合--综合各种因素，探求
可靠性设计 模块化设计
解决方案；
优化设计
…
评价--对多种方案进行比较
方法维
分综评 决 析合价 策
和评定，方案调整和改
进；
决策--确定最佳的设计方案
逻辑维
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现代设计技术的方法维
是指设计过程中的各种思 维方法和工作方法。
传统设计采用知觉法、
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2. 反求工程分类
根据产品信息的来源不同分为： 实物反求－产品的实物模型； 软件反求－图样、数控程序、技术文件； 影像反求－图片、照片或影像等。
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3. 实物反求工程
按照现有零件的实物模型，利用各种数字化技术 及CAD技术重新构造样件CAD模型的过程。
设计试验技术：产品的性能试验、可靠性试验、数 字仿真试验和虚拟试验等。
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（4）应用技术：针对实用的目的，解决各类具体 产品设计领域的技术。机床、汽车、工程机械等。
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第二节 反求工程设计技术
(Reverse Engineering,RE)
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（3）支撑技术 设计信息的处理、加工、推理与验 证提供多种理论、方法和手段的支撑。
现代设计方法学：系统设计、模块化设计、反求工 程、绿色设计、模糊设计和工业设计等。
可信性设计：可靠性设计、安全性设计、动态设计、 疲劳设计、耐腐蚀设计、健壮设计和人机工程设计等。
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2. 现代设计技术的特点
（1）系统性 强调用系统的观点处理设计问题。整体上把握涉及 对象，考虑对象与人、环境的联系。 （2）动态性 要考虑产品的静态特性，和实际工作状态下的动态 特性，考虑与周围环境的物资、能量及信息的交互。
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种方法和手段。
传统设计技术是以“静态、经验、被动和手工”为 特征的。
传统技术难以满足设计的要求。
(1)市场竞争激烈，要求创新性的产品； (2)新技术、新工艺的涌现，使产品功能与结构趋 于复杂； (3)计算机技术的发展，推动了设计方法及设计手 段的现代化。
现代设计技术在传统设计技术基础上发展来的，多 学科和多专业交叉的基础科学。
设计手段上，传统的手工设计－现代化计算机辅助 设计。
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从系统工程的 观点分析，现代设 计技术是一个由时 间维、逻辑维和方 法维共同组成的三 维系统。
施工设计 技术设计
方案设计 产品规划
时间维
可靠性设计
模块化设计
优化设计
…
方法维
分综评 决 析合价 策
逻辑维
13.06.2020
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10
有两个重要的特点： 1）新产品开发过程源于市场、归于市场，也就
是说，市场既是新产品开发的出发点，又是新产品开 发的归宿，新产品开发成功与否，要接受市场的最终 检验。
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2）新产品开发过程涉及企业内部众多部门，受到 企业内部各种因素和企业外部各种条件的影响。
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2. 现代设计技术的特点
（3）创造性 是建立在先进的设计理论及工具，能充分发挥设
计者的创造性思维，运用各种手段和方法，开发出创 造性的产品。
（4）计算机化 计算机已渗透到产品设计的各个环节，充分利用 计算机的数值计算、严密的逻辑思维能力和巨大的信 息存储及处理能力：优化设计、有限元分析和系统仿 真等。
革新设计（Innovation design）：在原理、方案 基本保持不变前提下，对产品作局部变更设计，使之 更能满足用户要求。55％
创新设计（Creative design）：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。 25％
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设计技术:在设计过程中解决具体设计问题的各
设计试验技术
主体技术
计算机辅助设计技术
基础技术
传统设计理论 与方法
CAD技术、优化设计、有限元分
析现、虚代拟设设计计技和术工程体数系据结库构。框图
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（1）基础技术 传统的设计理论与方法。运动学、动力学等。
（2）主体技术 计算机辅助设计技术。数值计算、对信息和知识 的独特处理能力。CAD技术、优化设计、有限元分 析、虚拟设计和工程数据库。
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6
现代设计技术的时间维
• 是反映按时间顺序的设计 过程。
• 产品规划--需求分析、市
时间维
场预测、可行性分析、总
施工设计
体参数、制约条件和设计
技术设计
要求；
方案设计
• 方案设计--功能原理设计，
产品规划
确定原理方案；
可靠性设计
• 技术设计--将产品的功能 模块化设计
内部因素包括：企业本身的人员素质、管理水平、 技术水平、经济实力等。
外部条件包括：相关技术的现实发展水平，当时当 地所能提供的技术手段（材料、元件、设备等），以 及国家的有关政策、法律等。
在新产品开发中，哪些是事关功败垂成的核
心因素呢？ 13.06.2020
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（2）现代设计技术的核心因素
13.06.2020
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（5）艺术品、考古文物的复制
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（6）人体中骨头和关节等的复制、假肢的制造
（7）特种服装、头盔的制造，要以使用者的身体为 原始设计依据，用RE建立人体的几何模型
反求工程的实现需要多种途径和手段，涉及影响因 素也很多，如：信息源的形式；反求对象的形状、结 构和精度要求；制造企业的软件、硬件条件及工程技 术人员的素质。
原理具体化为机器产品及
优化设计
…
其零部件的具体结构；
方法维
分综评 决 析合价 策
• 施工设计--指工程图绘制， 工艺文件编写，说明书编 写等。
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现代设计技术的逻辑维
时间维
施工设计
是解决问题的逻辑步骤。 分析--明确设计任务本质；
技术设计
方案设计 产品规划