现代设计技术

2.1 概 述
2.1.1 现代设计技术定义与特点
1. 现代设计技术的定义
从系统工程观点分析
3）现代设计技术时间维、逻辑维和方法维共同组成
的三维系统。
时间维：产品规划-方案设计-技术设计-施工设计
逻辑维：分析-综合-评价-决策
方法维：现代设计方法，设计过程中的各种思维方法和工作方
法。
第2章 现代设计技术
第2章 现代设计技术
2.2.2并行设计的特点
特点：1）及时修改，设计阶段完成后一般能保证后面阶段如制 造、装配、检验、销售和维护等活动顺利进行，前馈信息在过程传
递之前即预发布至各后续工作环节，反馈信息能在过程传递之前送
至前序环节，使之能及时修改。特殊情况下，并行设计中也需要对 设计方案甚至产品模型进行修改。
第2章 现代设计技术
并行工程特点：2）采用团队工作(Team Work)方式
第2章 现代设计技术
并行工程设计网络
特点：3）协调机制：在并行工程运行模式下，每个设计者可以像在传统的CAD工 作站上一样进行自己的设计工作。借助于适当的通信工具，在公共数据库、知识库的支 持下，设计者之间可以相互通信，根据目标要求既可随时应其它设计人员要求修改自己 的设计，也可要求其它设计人员响应自己的要求。通过协调机制，设计小组的多种设计 工作可以并行协调地进行
进度和用户要求。”第2章来自现代设计技术2.2 并 行 设 计---现代设计方法学之一
2.2.1并行设计定义
“并行设计：是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相
关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。与传统的串行设计 相比，并行设计更强调在产品开发的初期阶段，要求产品的设计开发者从
一开始就要考虑产品整个生命周期（从产品的工艺规划、制造、装配、检
第2章 现代设计技术
2.2 并 行 设 计---现代设计方法学之一
2.2.1并行工程定义 并行工程CE（concurrent engineering)的定义目前国际上 有多种提法，被普遍采用的是美国防务研究所1988年12月在第
一届CE专题研讨会上给出的定义：
“并行工程：是一种对产品及其相关过程(包括制造过程 和支持过程)进行并行的、一体化设计的系统化工作模式。这 种工作模式可使产品开发人员一开始就能考虑到从产品概念设 计到消亡的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、
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。 2)可信性设计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。 3)设计试验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。
(5) 串行设计需耗费较多时间资源，但节约了空间资源，并行设
计方法则以空间资源来换取时间资源，从而加快了设计工作的速度。
第2章 现代设计技术
并行设计方法
并行设计方法强调协同性，交互性，预见性， 可较好地避免串行设计方法存在的设计改动量大， 系统开发周期长，设计实施成本高等问题。
设 计 任 务
设计工作 1 设计工作 2
第2章 现代设计技术
“运筹于帷幄之中,决胜于千里之外”
设计具备预见性和预防性,优点:
①缩短产品投放市场的时间。 ②降低成本。并行技术不同于传统的“反复试制样机”的作法,强 调“一次达到目的”。采用仿真技术,模拟产品的工作过程,对其 “软样品”进行仿真实验,实现优化设计, 省去了昂贵的样机试制。 ③提高质量。并行设计在一开始就已经注意到产品的制造问题,可 面优化产品设计和过程设计,使所设计的产品便于制造,易于维护,避
第2章 现代设计技术
适用范围：串行工程方式适用于批量较大和市场寿命
较长的产品.
缺点：不合理设计和错误设计只有通过试制过程才能
发现，有时某些问题甚至是无法修改的，修改设计就
意味着部分或全部报废，造成不必要的人力和物力浪
费。
第2章 现代设计技术
并行设计采用并行方式，在产品设计阶段就集中产品研制周期中 的各有关工程技术人员，同步地设计或考虑整个产品生命周期中 的所有因素，对产品设计、工艺设计、装配设计、检验方式、售 后服务方案等进行统筹考虑，协同进行。经系统的仿真和分析评 估，对设计对象进行反复修改和完善，力争后续的制造过程一次 成功(Do Right First)。
2. 主体技术 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、
设计工作 3
设计工作 4
设计工作 5
设计工作 6
t1
t2
t3
t4
t5
t6
T t
时间
第2章 现代设计技术
2.2.3 并行设计中的关键技术
1.产品并行开发过程中的建模及优化
2.支持并行设计的计算机信息系统
3. 模拟仿真技术 虚拟制造，虚拟装配，结构有限元计算，产 品静动态性能仿真，虚拟现实技术等
4.产品性能评价和决策系统
第2章 现代设计技术
2.1 概
2.1.1
述
现代设计技术定义与特点
1. 现代设计技术的定义
现代设计技术是以满足市场产品的质量、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
及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用
到的技术群体的总称。
第2章 现代设计技术
5.并行设计中的管理技术
第2章 现代设计技术
并行设计中的关键技术
1.产品并行开发过程中的建模及优化
并行设计作的核心准则是“最优化”。但并行设计不 完全追求单个部门、局部过程和单个部件的最优,而是追求 全局优化,追求产品整体的竞争能力。 对产品而言,这种竞争能力就是指产品的TQCS 综合指 标———交货期(time) 、质量(quality) 、价格(cost) 和服务 ( service) 。在不同情况下,侧重点不同。在某阶段,交货期 可能是关键因素,也可能是质量,也可能是价格,有时是它们 中的几个综合指标。对每一个产品而言,企业都对它有一个 竞争目标的合理定位,因此并行设计是围绕这个目标来进行 整个产品开发活动。只要达到整体优化和全局目标即可,而 并不追求每个部门的工作最优。
第2章 现代设计技术
图2-8
串行工程基本概念示意图
传统的制造系统，新产品的开发从概念设计到产品出厂的整个 过程是按顺序(即串行)进行的。（“泰勒制”产品开发进程）
过程：产品图纸设计----样机试制，图纸修改，同时整理试制工
艺，设计制造工艺装备，----小批量生产，考核工艺规程和工装的 正确性，并进行必要的修改。 特点：只有在小批量试制通过验证后，才能正式批量投产。
第2章 现代设计技术 4. 应用技术
应用技术是针对实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、材料知识与经验及广泛的自然科学知识等也是十分必要的。 此外，设计产品总是以满足社会需求为目的的，因此，设计人 员还应具备政治、经济、法律、人文社会、艺术等方面的知识 与素养。
第2章 现代设计技术
并行设计方法与串行设计方法的主要区别：
(1) 串行设计方法是一个时间做一件工作，各项工作顺序进行， 并行设计方法则是一个时间做多项工作，有关工作同时推进。 (2) 串行设计方法的工作区间相互独立，并行设计方法则存在工 作区间的相互交叉和重叠，因此并行设计可较好地考虑后期工作。 (3) 串行设计是多专业小组相互独立地工作，并行设计则是多专 业组成的多功能小组协同一致地工作。 (4) 串行设计中各过程间的信息交换较少，特别是时间上靠前的 设计过程更难以得到后面过程的信息（因为后续过程还没开始）。并 行设计中可通过信息流的多层次反复交互，与各个过程的全部状态的 及时反馈，从而赢得系统设计的快速完成并一次成功；
2.1 概 述
2.1.1 现代设计技术定义与特点
1. 现代设计技术的定义
内涵：1）现代设计技术是多学科交叉融合的产物 现代设计方法学，计算机辅助设计技术，可信性设计 技术，试验设计技术等。 各学科间相互独立又相互联系、相互渗透。 2）现代设计技术是传统设计技术的继承、延伸和发 展。
第2章 现代设计技术
更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的“智力”。
而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。
“计算机学习不断线 ”
第2章 现代设计技术 3. 支撑技术
现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术为设计 信息的处理、加工、推理与验证提供了多种理论，方法和手段 的支撑。 1)现代设计方法学涉及的内容很广，如并行设计、系统设计、
第2章 现代设计技术
2.2.4 并行设计的案例：
1. 飞机制造： DELMIA三维数字化装配工艺设计与仿真技术 应用研究
2.发达国家制造业中STEP的典型应用 麦道 波音 通用 德国的宝马 奔驰、大众、欧宝
第2章 现代设计技术
2.2.4 并行设计的案例：
1. 飞机制造： DELMIA三维数字化装配工艺设 计与仿真技术应用研究
2. 现代设计技术的特点
(1)系统性：德国的抽象到具体的发散思维， 美国的创造性设计学，想象，辩证思维
传统的设计是经验类比的，收敛性的思维。
(2) 社会性。
(3) 创造性。
(4) 计算机化。
(5) 并行化、最优化、虚拟化和自动化。
(6) 主动性。
第2章 现代设计技术
2.1.2
现代设计技术体系
现代设计技术的整个体系好比一棵大树，由基
础技术、主体技术、支撑技术和应用技术四个层次
组成，如图2-2所示。
第2章 现代设计技术
图2-1 现代设计技术的体系及与其它学科的关系
第2章 现代设计技术
1. 基础技术 基础技术是指传统的设计理论与方法， 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。
第2章 现代设计技术
验、销售、使用、维修到产品的报废为止）的所有环节，建立产品寿命周 期中各个阶段性能的继承和约束关系及产品各个方面属性间的关系，以追
求产品在寿命周期全过程中其性能最优。通过产品每个功能设计小组，使
设计更加协调，使产品性能更加完善。从而更好的满足客户对产品综合性 能的要求，并减少开发过程中产品的反复，进而提高产品的质量、缩短开 发周期并大大的降低产品的成本。
免返工和废品,降低产品故障率。这就为质量的“零缺陷”提供了
基础,使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市;
第2章 现代设计技术
设计具备预见性和预防性,优点: ④产品符合市场或用户的需求。 由于在设计过程中,同时有销售人员参加,甚至还包括顾客,所以设 计出的产品能够反映用户的需求,从而提高了产品的可靠性和实用 性。技术能较快地推出适销对路的产品并投放市场,增强了企业的 市场竞争能力。
第2章 现代设计技术
第2章 现代设计技术
2.1 概述 2.2 并行设计 2.3 反求工程 2.4 工业设计技术
2.5 计算机辅助设计(CAD)技术
2.6 有限元分析
2.7 绿色产品设计
复习思考题
第2章 现代设计技术
2.1 概 述 • 工程设计的最终目的是创造满足用户需 求的产品。产品所达到的质量、性能、 时间、成本、寿命等综合指标主要是在 设计阶段决定的。 • 传统的工程设计，根据工作性质与内容 不同，将设计过程划分为方案设计、技 术设计和工艺设计。 • 现代工程设计技术已扩展到产品规划、 制造、检测、实验、营销、运行、维护、 报废、回收等全过程的设计。
第2章 现代设计技术
2.2.4 并行设计的案例：
飞机制造：飞机结构设计和工装设计并行工程。
工装的设计依据来源于飞机产品数据，要在最终产品数据还未确定的情况下进行
工装设计，工装的部分结构必须独立于产品数据。 工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于 产品数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两 部分。 装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等， 专用部分主要有用于定位桁条的刻度板、接头定位件等。 专用件一般尺寸较小，设计、加工制造周期很短，并且不需专门的大型加工设备。 标准结构尺寸大，结构复杂，往往需要专用大型加工设备，其设计、制造周期 长。标准结构的设计不需要最终产品数据或只需一些基本数据，因此在飞机产 品设计的初期就可进行设计制造，当产品最终版本发放后只需较短的时间就可 完成专用结构的设计制造。 标准件和专用件采用确定装配设计方法，装配非常方便，并且不需专用安装工具， 装配周期短。这样，在产品设计完成后很短时间内型架就可投入产品装配。