CPU散熱片設計課程Project－數(shù)字化設計與制造

1、cpu散熱片設計課程project數(shù)字化設計與制造 學 生：李晨濤200820801063 查 俊200820801065指導老師：魯 聰目錄1 cpu散熱片的發(fā)展現(xiàn)狀11.1我國電腦散熱片市場現(xiàn)狀分析11.2我國電腦散熱片行業(yè)存在問題分析31.3我國電腦散熱片行業(yè)市場競爭趨勢分析41.4我國電腦散熱片行業(yè)技術發(fā)展趨勢分析51.5我國電腦散熱片市場發(fā)展前景分析62 過熱對cpu的傷害63 散熱方式74 風冷散熱器基本結構及散熱原理84.1風冷散熱器基本結構84.2風冷散熱器傳熱原理和傳熱過程95 散熱片材料的選擇106 逆向工程106.1逆向工程可分為四種類型116.2逆向工程實施需要考慮的因

2、素116.3逆向工程的四個階段126.4散熱片的坐標數(shù)據(jù)測量136.5散熱片的數(shù)據(jù)處理及模型重構157 散熱片的結構優(yōu)化及分析177.1apdl語言177.2apdl 參數(shù)化建模187.3散熱片的熱分析197.4優(yōu)化過程的數(shù)學模型207.5模型重構228 成本估算238.1初步總體設計階段的特征映射和成本估算的實現(xiàn)238.2總體設計階段的特征映射和成本估算的實現(xiàn)258.3施工設計階段的特征映射和成本估算的實現(xiàn)258.4成本估算的bp網(wǎng)絡結構269 快速成型279.1快速成型技術的原理279.2 快速成形的幾個重要特征法299.3 快速成形的主要工藝方法299.4 無木模鑄型3010 結論331

3、1 參考文獻34cpu散熱片設計隨著計算機技術的不斷發(fā)展，其中央處理器(cpu)的速度不斷提高，且體積越來越小。計算機cpu芯片的功率的不斷攀升使得cpu工作溫度越來越高。cpu散熱問題也越來越突出,而cpu的工作溫度直接關系到計算機的穩(wěn)定性能和使用壽命，只有其工作溫度保持在合理的范圍內(nèi)，計算機才可能進行長久有效的工作?？梢哉f散熱問題成成為阻礙cpu發(fā)展的一大瓶頸。1 cpu散熱片的發(fā)展現(xiàn)狀散熱片是一種給電器中的易發(fā)熱電子元件散熱的裝置，多由鋁合金、黃銅或青銅做成板狀、片狀、多片狀等，如電腦中cpu（中央處理器）要使用相當大的散熱片，其他的如電視機中電源管、行管，功放器中的功放管都要使用散熱片

4、。散熱片在散熱器的構成中占有重要的角色，除風扇的主動散熱以外，評定一個散熱器的好壞，很大程度上取決于散熱片本身的吸熱能力和熱傳導能力。在散熱領域oem市場占有非常大的比重，散熱片之應用的大宗主要市場是在電腦上的中央處理器 (cpu) 、顯示晶片、晶片組等電子元件上，市場會隨著電腦需求量增加而增加。全球幾乎有6成以上散熱片及散熱模組是由臺灣接單生產(chǎn)(含臺灣接單大陸生產(chǎn))。目前國內(nèi)散熱片生產(chǎn)企業(yè)有數(shù)百家，大部分為貼牌生產(chǎn)，近年來全球散熱片及散熱模組主要生產(chǎn)區(qū)是中國，國內(nèi)電腦散熱片的市場競爭較為激烈。隨著硬件產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，環(huán)咨分析認為散熱片產(chǎn)業(yè)仍有相當成長空間，但目前頁面臨產(chǎn)品世代交替、周期短、產(chǎn)

5、業(yè)外移、低價壓力以及日趨嚴重的散熱效率需求增高的設計困境，除了需不斷提升設計能力、制作技術水準以及降低成本外，更應該積極尋求新制作技術和新散熱材料，才能維持并提升本身的產(chǎn)品競爭力。本報告詳細的描述了我國電腦散熱片行業(yè)的發(fā)展情況以及市場情況，包括市場概況、市場規(guī)模、市場競爭、市場供需、企業(yè)市場占有率、市場趨勢。1.1我國電腦散熱片市場現(xiàn)狀分析我國電腦散熱器行業(yè)發(fā)展隨著cpu性能的進一步提高，cpu散熱問題愈益凸現(xiàn)。散熱器供應商們正從散熱材料、結構、機械設計等方面入手，力求改善cpu冷卻效果并控制散熱器的噪音。同時，由于散熱問題關系到cpu的性能和產(chǎn)品聲譽，cpu供應商也開始直接介入這一市場，這對

6、一些散熱器廠商也構成了一定威脅。多重壓力下的中國散熱器制造商們通過競爭和合作的互動，積極謀求市場的穩(wěn)定和中國在全球cpu散熱器市場中的地位。時至2004年，cpu散熱器在中國大陸市場已經(jīng)風風火火的發(fā)展了7個年頭，這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以說是非常驚人的，時至今天不但締造了avc、cooler master等全球知名品牌，而且中國加工生產(chǎn)的cpu散熱器市場占有率也達到了全球需求量的90%以上， cpu散熱器市場競爭越來越激烈，不再像以前那樣富士康、coolermaster等幾個大品牌一統(tǒng)天下，出現(xiàn)了很多比較有競爭力的產(chǎn)品，包括一些國內(nèi)品牌。與此同時，很多知名品牌的假貨紛紛上市，與真貨“同場競技”，讓消費

7、者利益受損。由于散熱器的好壞直接關系到系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，所以購買時我們須得謹慎行事。(1) 高性能散熱器供應商各盡其招高頻率cpu由于功率大，對散熱的要求也更為苛刻。奔騰4和新速龍(athlon xp)處理器的問世要求電腦廠商生產(chǎn)出功能更強大的冷卻器，以應對比原有產(chǎn)品發(fā)熱更多的新型cpu。隨著日后cpu的發(fā)展，對散熱片等散熱裝置的要求也會更高。曜越科技股份有限公司和協(xié)禧電機股份有限公司等臺灣公司采用銅材質取代了原來的鋁材質來生產(chǎn)cpu散熱器。前者用水冷工藝而不是舊式的焊接工藝來安裝這些銅材，而協(xié)禧電機股份有限公司則采用納米技術來生產(chǎn)銅材質的cpu散熱器。此外，制造商還通過增加散熱器的高度和散熱片

8、的數(shù)目來提高散熱效率。深圳市創(chuàng)海同電子有限公司針對diy(自行組裝)市場推出了一種稱為v177的cpu散熱器，該產(chǎn)品有七個扇頁和一個916933mm的散熱片結構，轉速為3,800rpm，最大噪音為30db。香港的full tat有限公司則采用大型風扇來增強產(chǎn)品性能。該公司的新產(chǎn)品體積為707015mm，風扇頁片角度更為尖銳，以增大氣流。同時，為了降低噪音，將風扇轉速降低到3,000rpm；(2) 大陸制造商主要面向diy和裝配市場 。2003年中國大陸地區(qū)有超過100家cpu散熱器廠商，現(xiàn)已成為這一行業(yè)的重要生產(chǎn)基地。由于本地勞動力成本低、原材料豐富且靠近pc廠商，許多臺灣廠商也將其工廠向大陸

9、遷移。采用熱管的散熱器受到diy市場的pc制造業(yè)及diy市場的繁榮也極大地刺激了cpu散熱器的需求增長，而近來不斷出現(xiàn)的cpu過熱燒毀報導也促進了新型散熱器的銷售。一些大陸制造商還采取了一種新型散熱方式，與傳統(tǒng)的翅狀散熱片不同，它們使用的是熱管(heat pipe)。南京赫特節(jié)能環(huán)保有限公司的cpu散熱器采用熱管結構。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，散熱管更為昂貴。cpu散熱器采用熱管作為傳導體，因此散熱效率極佳。diy市場通常比較偏好高端產(chǎn)品，并且中國國內(nèi)廠商主要面向diy和裝配市場。diy市場對高端產(chǎn)品的需求不斷上升，前景極佳；(3) 臺灣廠商西進大陸尋找依托。2003年，由于全球最大兩家cpu廠商停止了

10、向臺灣供應商采購cpu散熱器，該地區(qū)的散熱器行業(yè)需求放緩。主要原因是英特爾和amd都有自己的生產(chǎn)廠將cpu和散熱器集成在一起。因此，未經(jīng)英特爾和amd認證的臺灣公司便無法接獲訂單。目前用于臺式機的cpu散熱器需求開始下降，需求增長主要是針對筆記本電腦用的cpu散熱器。由于高頻率cpu的不斷推出，cpu散熱器廠商也必須開發(fā)相應的低噪音、高氣流和易于安裝的產(chǎn)品。樺葳科技股份有限公司采用了一種削磨技術，使基座和扇頁間的熱接口效率更高，從而可獲得比傳統(tǒng)產(chǎn)品更為有效的散熱。通過這種技術，樺葳科技股份有限公司可將扇翼間的距離做到1毫米，扇翼厚度為0.25毫米或更薄；(4) 香港制造商積極減少散熱器噪音由于

11、那些小型oem商將其cpu和cpu散熱器分開采購所致。多數(shù)采購商會單獨采購其cpu散熱器并采用船運方式，這樣可節(jié)省大量運輸成本。2003年，香港產(chǎn)品的散熱片都較大，而且噪音較小。盛達發(fā)展有限公司的cpu散熱器最大噪音僅為55db。full tat的產(chǎn)品噪音僅為30db。盡管競爭激烈同時材料成本上升，cpu散熱器的價格卻保持穩(wěn)定。我國電腦散熱片行業(yè)發(fā)展在散熱領域oem市場占有非常大的比重，散熱片之應用的大宗主要市場是在電腦上的中央處理器 (cpu) 、顯示晶片、晶片組等電子元件上，市場會隨著電腦需求量增加而增加。全球幾乎有6成以上散熱片及散熱模組是由臺灣接單生產(chǎn)(含臺灣接單大陸生產(chǎn))。1.2我國

12、電腦散熱片行業(yè)存在問題分析1.2.1 散熱片設計中的問題散熱片的設計在很大程度上影響著散熱能力。個別產(chǎn)品一味追求外觀，其設計有很大缺陷?，F(xiàn)常見到的內(nèi)存散熱片通常有兩種，一種是與內(nèi)存等長的整體式散熱條；另一種是與內(nèi)存顆粒大小等同的單顆散熱片。由于一體式散熱條通常采用單層散熱片設計，從外觀上看，安裝這種樣式的散熱條十分美觀。但這類散熱條的厚度有限，加上無散熱鰭片，散熱能力表現(xiàn)平平。此外，這類散熱片還存在另一個問題，那就是很難兼顧與每一顆內(nèi)存顆粒均緊密結合。要知道散熱片如果無法與內(nèi)存顆粒充分接觸，那么內(nèi)存顆粒散發(fā)的熱量將很難傳到散熱片上，反而讓熱量聚積在散熱片與內(nèi)存顆粒間，阻礙散熱。如果內(nèi)存顆粒分布

13、于pcb正反兩面，這種整體式散熱條安裝的角度一定要把握恰當，否則極容易造成散熱片與內(nèi)存顆粒無法充分接觸。1.2.2 產(chǎn)品同質化嚴重隨著技術的不斷進步，我國散熱片市場的產(chǎn)品日益豐富，不同外形，不同材料，但是由于技術壁壘的相對較低目前行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品同質化的問題逐漸顯露除了，從而市場產(chǎn)品的差異性較低，降低競爭的優(yōu)勢，限制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展范圍。因此企業(yè)應大力加強產(chǎn)品差異化的生產(chǎn)和設計，進而獲得更好的市場份額。1.2.3 行業(yè)集中度較低由于國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的逐漸增多，以及行業(yè)的不斷發(fā)展，散熱片企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模逐步擴大，同等規(guī)模的企業(yè)也越來越多，是市場競爭也日益激烈。從而行業(yè)集中度相對較低，企業(yè)生產(chǎn)地區(qū)雖然較為集中，

14、但是在市場的份額占有上比較分散。1.3我國電腦散熱片行業(yè)市場競爭趨勢分析未來幾年內(nèi)，我國散熱片市場競爭的趨勢仍主要圍繞著產(chǎn)品的性價方面、品牌方面的競爭，主要表現(xiàn)如下：（1）價格競爭。隨著市場競爭的不斷加劇，價格大戰(zhàn)早已在計算機行業(yè)開始，從而使電腦行業(yè)的利潤逐漸趨于較低的水平，微薄的利潤驅使行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)制造商開始了一個降低成本的生產(chǎn)方式，隨著散熱片技術的程度不斷成熟和進步，散熱片同質化的現(xiàn)象早已出現(xiàn)，因此價格的降低是產(chǎn)品競爭的一個途徑；（2）品牌競爭。對計算機行業(yè)來講，產(chǎn)品性能的好壞與品牌的知名度有很大的關系，不管是現(xiàn)在或是未來，人們對品牌產(chǎn)品的信賴程度是相對較高的，隨著人們收入的不斷增加，人們

15、對電子產(chǎn)品的購買能力也在逐步增加，因此計算機配件的品牌認知度將是影響人們對產(chǎn)品選擇的一個較為關鍵的引導；（3）性能競爭。隨著散熱源性能以及電腦元件集成度的不斷提高，散熱片的廠商將會越來越注重散熱片的性能上的提高，這將是產(chǎn)品競爭的一大重要競爭點，因此散熱片性能的提高，也是產(chǎn)品和企業(yè)市場競爭能力的提高。1.4我國電腦散熱片行業(yè)技術發(fā)展趨勢分析1.4.1 散熱新途徑-碳納米管代替銅制散熱片2007年美國rensselaer理工學院和芬蘭oulu大學的研究人員宣布，他們使用碳納米管制造的散熱片，給以后的芯片散熱創(chuàng)造了一個新方向。他們首先制造了1.2毫米長的多層碳納米管薄膜，然后使用激光雕刻出了10x1

16、0的散熱鰭片陣列，形態(tài)和我們經(jīng)常在主板芯片組上看到的散熱片幾乎一模一樣，只是尺寸要小得多。研究人員表示，將這一超微型散熱片連接在測試芯片上時，就算沒有其他任何散熱器，也能帶走11%的芯片熱量，而當其表面通過氮氣流的時候，這一效率提升到了19%。從效率和目前的性價比來說，銅是制造散熱片的最佳材料。但隨著半導體技術的發(fā)展，芯片的尺寸越來越小。當尺寸小到一定程度的時候，銅等金屬材料就變得不夠堅硬容易彎曲，而碳納米管此時則是理想的散熱片制造原料；1.4.2熱管散熱熱管散熱器是今年高檔散熱器流行的做法，我們可以看到，需多著名的散熱器廠商都推出了其熱管系列產(chǎn)品。熱管這項技術早在1963年就在美國的losa

17、lamos國家實驗室中誕生了，其發(fā)明人是g.m.grover。熱管屬于一種傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質，通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點，并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小等優(yōu)點。其導熱能力已遠遠超過任何已知金屬的導熱能力。以前熱管技術一直被廣泛應用在宇航、軍工等行業(yè)。 正是因為有熱管技術的民用化，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設計思路，擺脫了單純依靠大風量風扇獲得更好散熱效果的傳統(tǒng)散熱模式。取而代之的是采用低轉速、低風量風扇配合

18、熱管技術的嶄新散熱模式。熱管技術更為pc的靜音時代帶來了契機。1.5我國電腦散熱片市場發(fā)展前景分析（1）散熱片隨著散熱源要求不斷提高。例如，對于cpu散熱片發(fā)展來說，都是根據(jù)于cpu發(fā)展趨勢來進行的。就好像當初的amd和intel來說，以前發(fā)熱量高的amd到現(xiàn)在換成是intel的lga775（扣肉雙核）發(fā)熱量超高的時代來說。cpu散熱片發(fā)展都是來自于cpu方面。而且cpu散熱器本身就不是普通消費者所關心的，所以中國市場的市場發(fā)展趨勢無疑是性價比和主流線路為主。當然，現(xiàn)在已經(jīng)有相當一部分diy玩家追求中高端、甚至高端散熱器材質的追求了。（2）尋找新的材料。目前散熱片主要由鋁和銅制成。其中又由于銅

19、密度大，工藝復雜，價格較貴，所以現(xiàn)在通常的風扇多采用較輕的鋁制成。隨著電腦需求的不斷擴大，散熱片對電腦保持良好的工作狀態(tài)起著越來越重要的作用，同時也對散熱片的性能也提出了更高的要求。因此尋找新的散熱片材料，提高散熱片的導熱、散熱能力，提高性價比，將是散熱片發(fā)展的主要趨勢之一。2 過熱對cpu的傷害根據(jù)電子學理論，并不是熱直接傷害cpu(因過熱導致的cpu炸裂例外)，而是熱所導致的“電子遷移”現(xiàn)象 (electromigration)在損壞cpu內(nèi)部的芯片。很多人說的cpu超到燒掉，其實嚴格來說，應該是高溫所導致的“電子遷移”現(xiàn)象所引50度以下，這樣cpu的內(nèi)部溫度就可以維持在80度以下，“電子

20、遷移”現(xiàn)象就不會發(fā)生?！半娮舆w移”現(xiàn)象并非立刻就損壞芯片，它對芯片的損壞是一個緩慢的過程，或多或少會降低cpu的壽命，假如你讓你的cpu持續(xù)在非常高的溫度下工作，那你的cpu可就用不了多久就會損壞。那么“電子遷移”到底是什么?“電子遷移”屬于電子科學的領域，在60年代初期才被廣泛了解，是指電子的流動所導致的金屬原子的遷移現(xiàn)象。在電流強度很高的導體上，最典型的就是ic內(nèi)部的電路，電子的流動帶給上面的金屬原子一個動量(momentum )，使得金屬原子脫離金屬表面四處流動，結果就導致金屬導線表面上形成坑洞(void)或土丘，造成永久的損害，這是一個緩慢的過程，一旦發(fā)生，情況會越來越嚴重，到最后就會

21、造成整個電路的短路(short)，整個cpu就報銷了?！半娮舆w移”現(xiàn)象受許多因素影響，其中一個是電流的強度，電流強度越高，“電子遷移”現(xiàn)象就越顯著。從cpu的發(fā)展史，我們可以發(fā)現(xiàn)，為了把cpu的die size縮小，ic越做越小，線路做的越細越薄，如此，線路的電流強度就變的很大，所以電子的流動所帶給金屬原子的動量就變的很顯著，金屬原子就容易從表面脫離而四處流竄，形成坑洞或土丘。另外一個因素就是溫度，高溫有助于“電子遷移”的產(chǎn)生，這就是為什么我們要把cpu的溫度維持在50以下(手摸起來溫溫的)。為了防止過熱所引發(fā)的“電子遷移”現(xiàn)象而導致對cpu造成傷害，我們必須作好散熱工作。3 散熱方式散熱工作

22、按其散熱方式分為主動式散熱和被動式散熱兩種。主動式散熱是通過散熱片將cpu的熱自然散發(fā)到空氣中，其散熱的效果與散熱片的面積成正比，這種散熱方式的優(yōu)點是方法簡單且安全可靠，但散熱效果不理想，對較多的發(fā)熱要很大的散熱面積，因此這種散熱方式主要用于發(fā)散不嚴重的電子元件的散熱，或對空間沒有特別要求的軍用或專用設備中。被動式散熱是利用風扇等散熱設備將散熱片上的熱強制性帶走，這種散熱方式的優(yōu)點是散熱效率高，而且設備體積小，是目前給cpu散熱的主要方式。在被 動 式 散熱方式中，根據(jù)其散熱介質的不同，又可分為風冷散熱、水冷散熱、半導體制冷散熱、熱導管散熱和化學制冷散熱等四種方式，風冷散熱是利用散熱風扇將cp

23、u發(fā)出的熱帶走，其散熱介質是空氣，這種散熱方式簡單實用，且價格低廉，是目前cpu最常用的散熱方式;水冷散熱是利用水循環(huán)系統(tǒng)將cpu發(fā)出的熱帶走，其散熱介質是水，它的散熱效率比風冷散熱高，但它還需要較復雜的水冷卻設備，且還有漏水的隱患，因此還未進人實用階段;半導體制冷散熱是利用一種特殊的半導體在通電時，一端冷一端熱來制冷，它的冷面溫度可達到零下10攝氏度，它的缺點是工藝不成熟、價格高且易因溫度過低而出現(xiàn)的cpu結露進而導致短路的現(xiàn)象;熱導管由純度極高的無氧銅管和銅網(wǎng)制成，里面充有適量的液體作為散熱介質，當受熱端將液體蒸發(fā)成氣體時，這些熱的氣體能在真空的管道中迅速到達管道的冷卻端冷凝成液體，冷凝后

24、的液體再通過銅網(wǎng)組成的毛細組織吸回受熱端，采用熱導管散熱可在很小的溫差下傳遞大量的熱能，采用銅管散熱成本很高，一般只在筆記本電腦等高檔機器中使用;化學制冷散熱是利用一些超低溫的化學物質(如干冰、液氮)在融化時吸收大量的熱來降低cpu的溫度，它可將cpu的溫度降低到零下幾十度，它的缺點是價格昂貴且持續(xù)時間短。總的來說，后四種方法的散熱效果都比風冷散熱的效果好，但由于安裝、操作和價格等原因，只適用于實驗室使用，或被部份發(fā)燒友超頻時使用，對于絕大多數(shù)用戶還是風冷散熱。4 風冷散熱器基本結構及散熱原理4.1風冷散熱器基本結構風冷散熱器由散熱片、扣具、散熱風扇、導熱介質四部分構成，再加上環(huán)境因素，就形成

25、了影響風冷散熱器散熱效果的五大要素。(1)散熱片：負責吸收熱源發(fā)出的熱量（通過傳導方式吸熱)，并將吸人的熱量放出(通過強制對流方式放熱)。（2)扣具：固定散熱器，用壓力確保散熱器底部與處理器表面良好接觸，保證散熱片與熱源有一定的接觸面積,充分發(fā)揮散熱效果。圖1 風冷散熱器結構(3)風扇：提供一定風量、風壓的氣流。在氣流與散熱片表面之間進行強制對流散熱。通過空氣把傳遞到散熱片的熱量及時帶走。（4)導熱介質：減少或克服散熱器底部與處理器表面接觸不充分而產(chǎn)生的接觸熱阻填充縫隙增大熱源與散熱片的接觸面積。增大熱傳導量。(5)環(huán)境：提供一定溫度、一定壓力下的冷流體（空氣)，將傳遞至散熱片的熱量進行對流換

26、熟。并散熱到空氣中4.2風冷散熱器傳熱原理和傳熱過程熱量傳遞的基本方式有三種，即熱傳導、熱對流和熱輻射。熱傳導是兩種溫度不同的物體之間，或同一物體但溫度不同的兩部分之問。因直接接觸而引起的熱量交換。熱傳導的基本公式為“”，其中q代表熱量，也就是熱傳導所產(chǎn)生或傳導的熱量，k為材料的熱傳導系數(shù)，a代表傳熱的面積（或是兩物體的接觸面積)，代表物體兩端的溫度差，l則是物體兩端的距離。因此，從公式可以看出，熱量傳遞的大小同熱傳導系數(shù)、傳熱面積成正比，同距圖2 風冷散熱器原理離成反比。熱傳導系數(shù)越高、傳熱面積越大，傳輸?shù)木嚯x越短，那么熱傳導的能量就越高。也就越容易帶走熱量。熱對流指的是流體(氣體或液體)與

27、固體表面接觸，造成流體從固體表面將熱帶走的熱傳遞方式。熱輻射是一種可以在沒有任何介質的情況下，不需要接觸就能夠發(fā)生熱交換的傳遞方式。對于風冷散熱器而言熱傳導與熱對流是主要的熱量傳遞方式。熱源(cpu)將熱量以熱傳導方式傳至導熱介質再由導熱介質傳至散熱片基部， 由基部將熱量傳至散熱片鰭片并通過風扇與空氣分子進行受迫對流，將熱量散發(fā)到空氣中。風扇不斷向散熱片吹入冷空氣。流出熱空氣，完成整個散熱過程。5 散熱片材料的選擇散熱片選用較高導熱系數(shù)的材料對提高熱傳導效率很有幫助。導熱系數(shù)越大，導熱能力越強。在金屬材料中，銀的導熱系數(shù)最高，但成本高，純銅其次。但是，銅的比重比鋁大不符合散熱片重量限制的要求；

28、銅材價格昂貴，易氧化,紅銅的硬度不如鋁合金，某些機械加工（如剖溝等)性能不如鋁；銅的熔點比鋁高表1 材料參數(shù)材料材料密度比熱導熱系數(shù)cu8900385393al2700963156很多難以擠壓成形，導致其加工難度大，加工成本高的問題。另外，與鋁比較，銅的熱容量更小，也就是說，其本身不能儲存更多的熱量。這個弱點顯示在散熱器上，就是當電腦關機風扇停轉后，cpu內(nèi)積蓄的熱量無法很快被銅質散熱片帶走，這樣便會大大縮短配件的正常使用壽命。在風冷散熱器中一般用6063t5鋁合金。這是因為鋁合金的加工性好（純鋁由于硬度不足，很難進行切削加工)、表面處理容易、成本低廉。但隨著散熱需求的提高，綜合運用各種導熱系

29、數(shù)高的材料已是大勢所趨。部分散熱片采用銅鋁結合的方式來制造。散熱片底部采用純銅是為了發(fā)揮銅的導熱系數(shù)大、傳熱量相對大的優(yōu)點。而鰭片部分仍采用鋁合金片是為了加工容易將換熱面積盡可能做大，以便對流換熱揖增大。銅鋁的結合應用既保證了散熱器重量不超標又可控制成本也取得了很大的效能提升。6 逆向工程傳統(tǒng)的設計過程是根據(jù)產(chǎn)品的功能和用途首先進行概念設計,然后通過cad輸出產(chǎn)品的設計圖紙,經(jīng)審查無誤后,編制nc代碼并輸入cnc加工設備進行產(chǎn)品加工或者通過快速成型機制作樣品。而反求工程是從一已經(jīng)存在的零件或產(chǎn)品模型入手,首先對其進行數(shù)字化測量,得到它的輪廓坐標值,然后通過三維cad曲面重構得到其三維cad模型

30、并輸出圖紙,經(jīng)審查合格后由cnc加工設備或快速成型機進行加工。6.1逆向工程可分為四種類型6.1.1實物逆向信息源為產(chǎn)品的實物模型，需要在對實物模型進行測量的基礎上，在計算機中重建、修改零件模型，并生成數(shù)控加工程序，以完成零件的復制，即實物逆向的目標是實物本身。6.1.2軟件逆向軟件逆向：產(chǎn)品樣本、技術文件、設計書、使用說明書、圖紙、有關規(guī)范和標準、管理規(guī)范和質量保證手冊等均稱為技術軟件。軟件逆向有三類：既有實物，又有全套技術軟件；只有實物而無技術軟件；沒有實物，僅有全套或部分技術軟件。6.1.3影像逆向設計者既無實物產(chǎn)品也無技術軟件，僅有產(chǎn)品的圖片、廣告介紹或參觀后的印象等，設計者需要通過這

31、些影像資料去構思、設計產(chǎn)品，這種逆向稱為影像逆向。 6.1.4局部逆向對于破損藝術品的復原或缺乏備件的損壞零件的修復等，往往不需要對整個零件原型進行復制，而是借助逆向工程技術提取零件原型的設計思想，完成復原工作，也稱為局部逆向技術。6.2逆向工程實施需要考慮的因素需要考慮的是信息源的形式；逆向對象的形狀、結構和精度要求；制造企業(yè)的軟、硬件條件及工程技術人員的素質。6.3逆向工程的四個階段 6.3.1 零件原形的數(shù)字化 通常采用三坐標測量機(cmm)或激光掃描儀等測量裝置來獲取零件原形表面點的三維坐標值。 6.3.2 從測量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征 按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進行分割，采用幾何

32、特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所具有的設計與加工特征。 6.3.3 零件原形cad模型的重建 將分割后的三維數(shù)據(jù)在cad系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的cad模型。 6.3.4 重建cad模型的檢驗與修正 采用根據(jù)獲得的cad模型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建的cad模型是否滿足精度或其他試驗性能指標的要，對不滿足要求者重復以上過程，直至達到零件的逆向工程設計要求。 實物模型數(shù)據(jù)轉換接口數(shù)字測量快速模具制造模型重建系統(tǒng)優(yōu)化設計快速原型制造nc加工產(chǎn)品原型產(chǎn)品二維工程圖圖3 逆向工程的基本步驟6.4散熱片的坐標數(shù)據(jù)測量本文以calypso 軟件為

33、例進行說明。6.4.1 準備探頭校準探頭的步驟：1、定義標準球（參考球）的位置通常，主探針僅用于確定標準球（參考球）的位置。在最近的軟件版本中，不可能校準主探針，因此主探針的功能僅限于確定標準球（參考球）的位置。假想有一個以主探頭為坐標原點的探針坐標系，那么所有其它探針在該坐標系中都有x、y、z 坐標值。標準球（參考球）被定義為該坐標系中的坐標值零點。也就是說，定義標準球（參考球）的位置是所有探針校準的先決條件，即在每次校準測量探針之前必須執(zhí)行這一步。2、校準測量探針第二步是將測量探針的探針賦值于第一步建立的坐標系中。測量探針的每個探針都必須校準。圖4 探針定位6.4.2 逆向工程數(shù)據(jù)測量技術

34、數(shù)據(jù)測量是通過特定的測量設備和測量方法獲取產(chǎn)品表面離散點的幾何坐標數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品的幾何形狀數(shù)字化。其測量原理是:將被測產(chǎn)品放置于三坐標測量機的測量空間內(nèi)，可以獲得被測產(chǎn)品上各個測量點的坐標位置，根據(jù)這些點的空間坐標值，經(jīng)過計算機數(shù)據(jù)處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經(jīng)過數(shù)學計算的方法得出其形狀、位置公差及其它幾何量數(shù)據(jù)。高效、高精度地獲取產(chǎn)品的數(shù)字化信息是實現(xiàn)逆向工程的基礎和關鍵?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方法主要分為兩大類:(1)接觸式數(shù)據(jù)采集方法：接觸式數(shù)據(jù)采集方法包括使用基于力的擊發(fā)原理的觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集和連續(xù)式掃描數(shù)據(jù)采集、磁場法、超聲波法。接觸式數(shù)據(jù)采集通常使用三坐標測量機，測量

35、時可根據(jù)實物的特征和測量的要求選擇測頭及其方向，確定測量點數(shù)及其分布，然后確定測量的路徑，有時還要進行碰撞的檢查。觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集方法采用觸發(fā)探頭，觸發(fā)探頭又稱為開關測頭，當測頭的探針接觸到產(chǎn)品的表面時，由于探針受理變形觸發(fā)采樣開關，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記下探針的當前坐標值，逐點移動探針就可以獲得產(chǎn)品的表面輪廓的坐標數(shù)據(jù)。常用的接觸式觸發(fā)探頭主要包括:機械式觸發(fā)探頭、應變片式觸發(fā)探頭、壓電陶瓷觸發(fā)探頭。采用觸發(fā)式測頭的優(yōu)點在于:適用于空間箱體類工件及已知產(chǎn)品表面的測量;觸發(fā)式探頭的通用性較強，適用于尺寸測量和在線應用;體積小，易于在狹小的空間內(nèi)應用;由于測量數(shù)據(jù)點時測量機處于勻速直線低速狀態(tài)，測量機

36、的動態(tài)性能對測量精度的影響較小。但由于測頭的限制，不能測量到被測零件的一些細節(jié)之處，不能測量一些易碎、易變形的零件。另外接觸式測量的測頭與零件表面接觸，測量速度慢，測量后還要進行測頭補償，數(shù)據(jù)量小，不能真實的反映實體的形狀。 (2)非接觸式數(shù)據(jù)采集方法：非接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要運用光學原理進行數(shù)據(jù)的采集，主要包括:激光三角形法、激光測距法、結構光法以及圖像分析法等。非接觸式數(shù)據(jù)采集速度快、精度高，排除了由測量摩擦力和接觸壓力造成的測量誤差，避免了接觸式測頭與被測表面由于曲率干涉產(chǎn)生的偽劣點問題，獲得的密集點云信息量大、精度高，測頭產(chǎn)生的光斑也可以做得很小，可以探測到一般機械測頭難以測量的部位，

37、最大限度地反映被測表面的真實形狀。非接觸式數(shù)據(jù)采集方法采用非接觸式探頭，由于沒有力的作用，適用于測量柔軟物體;非接觸式探頭取樣率較高，在50次/秒到23000次/秒之間，適用于表面形狀復雜，精度要求不特別高的未知曲面的測量，例如:汽車、家電的木模、泥模等。但是非接觸式探頭由于受到物體表面特征的影響(顏色、光度、粗糙度、形狀等)的影響較大，目前在多數(shù)情況下其測量誤差比接觸式探頭要大，保持在10微米級以上。該方法主要用于對易變形零件、精度要求不高零件、要求海量數(shù)據(jù)的零件、不考慮測量成本及其相關軟硬件的配套情況下的測量?？傊诳梢詰媒佑|式測量的情況下，不要采用非接觸式測量;在只測量尺寸、位置要素

38、的情況下盡量采用接觸式測量;考慮測量成本且能滿足要求的情況下，盡量采用接觸式測量;對產(chǎn)品的輪廓及尺寸精度要求較高的情況下采用非接觸式掃描測量;對離算點的測量采用掃描式;對易變形、精度要求不高的產(chǎn)品、要求獲得大量測量數(shù)據(jù)的零件進行測量時采用非接式測量方法。在本文中我們采用的是接觸式數(shù)據(jù)采集方法。6.5散熱片的數(shù)據(jù)處理及模型重構6.5.1 測量數(shù)據(jù)的預處理數(shù)據(jù)處理是逆向工程的一項重要的技術環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)cad模型重建過程能否方便、準確地進行。根據(jù)測量點的數(shù)量，測量數(shù)據(jù)可以分為一般數(shù)據(jù)點和海量數(shù)據(jù)點；根據(jù)測量數(shù)據(jù)的規(guī)整性，測量數(shù)據(jù)又可以分為散亂數(shù)據(jù)點和規(guī)矩數(shù)據(jù)點；不同的測量系統(tǒng)所得到的測量數(shù)據(jù)的

39、格式是不一致的，且?guī)缀跛械臏y量方式和測量系統(tǒng)都不可避免地存在誤差。因此，在利用測量數(shù)據(jù)進行cad重建前必須對測量數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理工作主要包括：數(shù)據(jù)格式的轉化、多視點云的拼合、點云過濾、數(shù)據(jù)精簡和點云分塊等。 每個cad/cam系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)格式，目前流行的cad/cam軟件的產(chǎn)品數(shù)據(jù)結構和格式各不相同，不僅影響了設計和制造之間的數(shù)據(jù)傳輸和程序銜接，而且直接影響了cmm與cad/cam系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。目前通行的辦法是利用幾種主要的數(shù)據(jù)交換標準(iges、step、autocad的dxf等)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。 在逆向工程實際的過程中，由于坐標測量都有自己的測量范圍，因此無論我們采用什么測

40、量方法，都很難在同一坐標系下將產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)一次完全測出。產(chǎn)品的數(shù)字化不能在同一坐標系下完成，而在模型重建的時候又必須將這些不同坐標下的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個坐標系里，這個數(shù)據(jù)處理過程就是多視數(shù)據(jù)定位對齊(多視點云的拼合)。多視數(shù)據(jù)的對齊主要可以分為兩種：通過專用的測量軟件裝置實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的直接對齊；事后數(shù)據(jù)處理對齊。采用事后數(shù)據(jù)處理對齊又可以分為：對數(shù)據(jù)的直接對齊和基于圖形的對齊。對數(shù)據(jù)的直接對齊研究研究中，出現(xiàn)了多種算法，如icp算法；四元數(shù)法；svd法；基于三個基準點的對齊方法等。 數(shù)據(jù)平滑的目的是消除測量數(shù)據(jù)的噪聲，以得到精確的數(shù)據(jù)和好的特征提取效果。目前通常是采用標準高斯、平均或中值濾波算法

41、。其中高斯濾波能較好地保持原數(shù)據(jù)的形貌，中值濾波消除數(shù)據(jù)毛刺的效果較好。因此在選用時應該根據(jù)數(shù)據(jù)質量和建模方法靈活選擇濾波算法。 運用點云數(shù)據(jù)進行造型處理的過程中，由于海量數(shù)據(jù)點的存在，使存儲和處理這些點云數(shù)據(jù)成了不可突破的瓶頸。實際上并不是所有的數(shù)據(jù)點都對模型的重建起作用，因此，可以在保證一定的精度的前提下減少數(shù)據(jù)量，對點云數(shù)據(jù)進行精簡。目前采用的方法有：利用均勻網(wǎng)格減少數(shù)據(jù)的方法；利用減少多變形三角形達到減少數(shù)據(jù)點的方法；利用誤差帶減少多面體數(shù)據(jù)點的方法。 數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實物外形曲面的子曲面的類型，將屬于同一曲面類型的數(shù)據(jù)成組，劃分為不同的數(shù)據(jù)域，為后續(xù)的模型重建提供方便。數(shù)據(jù)分割方法

42、可以分為基于測量的分割和自動分割兩種方法。目前的分割方法有：基于參數(shù)二次曲面逼近的數(shù)據(jù)分割方法；散亂數(shù)據(jù)點的自動分割方法；基于ct技術的數(shù)據(jù)分割方法。6.5.2 產(chǎn)品造型及模型重構在整個逆向工程中，產(chǎn)品的三位幾何模型cad重建是最關鍵、最復雜的環(huán)節(jié)。因為只有獲得了產(chǎn)品的cad模型我們才能夠在此基礎上進行后續(xù)產(chǎn)品的加工制造、快速成型制造、虛擬仿真制造和進行產(chǎn)品的再設計等。在進行模型重建之前，設計者不僅需要了解產(chǎn)品的幾何特征和數(shù)據(jù)的特點等前期信息，而且需要了解結構分析、加工制作模具、快速成型等后續(xù)應用問題。目前使用的造型方法主要有： (1)曲線擬合造型 用一個多項式的函數(shù)通過插值去逼近原始的數(shù)據(jù)，

43、最終得到足夠光滑的曲面。曲線是構成曲面的基礎，在逆向工程中常用的模型重建方法為，首先將數(shù)據(jù)點通過插值或逼近擬合成樣條曲線，然后采用造型軟件完成曲面片的重構造型。優(yōu)點是原理比較簡單，只要多項式的次數(shù)足夠高就可以得到滿意的曲面，但也容易造成計算的不穩(wěn)定，同時邊界的處理能力也比較差，一般用于擬合比較簡單的曲面。 (2)曲面片直接擬合造型 該方法直接對測量數(shù)據(jù)點進行曲面片擬合，獲得曲面片經(jīng)過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型。曲面擬合造型既可以處理有序點，也可以處理散亂數(shù)據(jù)點。算法有：基于有序點的b樣條曲面插值；b樣條曲面插值；對任意測量點的b樣條曲面逼近。 (3)點數(shù)據(jù)網(wǎng)格化 網(wǎng)格化實體模型通常是將

44、數(shù)據(jù)點連接成三角面片，形成多面體實體模型。目前已經(jīng)形成兩種簡化方法：基于給定數(shù)據(jù)點在保證初始幾何形狀的基礎上，反復排除節(jié)點和面片，構建新的三角形，最終達到指定的節(jié)點數(shù)；尋找具有最小的節(jié)點和面片的最小多面體。7 散熱片的結構優(yōu)化及分析7.1apdl語言apdl的全稱是ansys parametric design language，是一種參數(shù)化設計語言?？捎脕硗瓿梢恍┩ㄓ眯詮姷娜蝿?，也可以用于根據(jù)來建立模型，不僅是優(yōu)化設計和自適應網(wǎng)格劃分等ansys經(jīng)典特性的實現(xiàn)基礎，也為日常分析提供了便利。有限元分析的標準過程包括：定義模型及其載荷、求解和解釋結果，假如求解結果表明有必要修改設計，那么就必須改

45、變模型的幾何結構或載荷并重復上述步驟。特別是當模型較復雜或修改較多時，這個過程可能很昂貴和浪費時間。apdl用建立智能分析的手段為用戶了自動完成上述循環(huán)的功能，也就是說，程序的輸入可設定為根據(jù)指定的函數(shù)、變量及選出的分析標準作決定。它允許復雜的數(shù)據(jù)輸入，使用戶對任何設計或分析屬性有控制權，例如，幾何尺寸、材料、邊界條件和網(wǎng)格密度等，擴展了傳統(tǒng)有限元分析范圍以外的能力，并擴充了更高級運算包括靈敏度研究、零件參數(shù)化建模、設計修改及設計優(yōu)化。為用戶控制任何復雜計算的過程提供了極大的方便。它實質上由類似于fortran77的程序設計語言部分和1000多條ansys命令組成。其中，程序設計語言部分與其它

46、編程語言一樣，具有參數(shù)、數(shù)組表達式、函數(shù)、流程控制（循環(huán)與分支）、重復執(zhí)行命令、縮寫、宏以及用戶程序等。標準的ansys程序運行是由1000多條命令驅動的，這些命令可以寫進程序設計語言編寫的程序，命令的參數(shù)可以賦確定值，也可以通過表達式的結果或參數(shù)的方式進行賦值。從ansys命令的功能上講，它們分別對應ansys分析過程中的定義幾何模型、劃分單元網(wǎng)格、材料定義、添加載荷和邊界條件、控制和執(zhí)行求解和后處理計算結果等指令。用戶可以利用程序設計語言將ansys命令組織起來，編寫出參數(shù)化的用戶程序，從而實現(xiàn)有限元分析的全過程，即建立參數(shù)化的cad模型、參數(shù)化的網(wǎng)格劃分與控制、參數(shù)化的材料定義、參數(shù)化的

47、載荷和邊界條件定義、參數(shù)化的分析控制和求解以及參數(shù)化的后處理。7.2apdl 參數(shù)化建模散熱片形狀如圖3所示，其作用是把cpu(功率大約為80w)中產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，使cpu在運行時的溫度不超過安全的定值(一般為7080)。為更快的把cpu上產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，散熱片通常采用導熱系數(shù)高的金、銅、鋁等材料。然而，為了降低成本，選擇鋁質材料。如圖3所示的平板式散熱片，在已知翅片數(shù)(n=16)和底座長、寬(0.08 m0.08m)的情況下，只需x1 、x2 、x3 ( x1 為散熱片翅片厚度,x2 為散熱片底座厚度、x3 為散熱片整體高度，分別如圖所示) 三個參數(shù)就可以通過apdl 語言建立散熱片

48、的有限元分析模型.圖5 散熱片的結構7.3散熱片的熱分析apdl 語言建立散熱片有限元模型后所進行的熱分析過程，實質就是通過有限元素法求解散熱片各個節(jié)點的溫度值，其原理是：在直角坐標中，從散熱片中任意取出一個立方形控制體，表面積為a ，表面外法向為n 。根據(jù)熱力學第一定律有： (1)式中為散熱片的導熱系數(shù)，t 為溫度， 為內(nèi)熱源的發(fā)熱率，為時間，為比熱。因為散熱片為各向同性材料，所以常數(shù)，則式(1)可寫成： (2)由于散熱片是具有內(nèi)熱源的三維導熱問題，所以當散熱片的體積為v,其邊界曲面為s ，根據(jù)變分原理由方程(2)推導出： (3)假定散熱片周圍流體的介質溫度和散熱片表面與周圍介質之間的對流換

49、熱系數(shù)已知，即散熱片邊界曲面s 滿足第三類邊界條件，也即當 時，有： (4)把 (4) 式代入(3)式，可導出: (5)把散熱片離散成e個單元和m個節(jié)點，對每個待求的節(jié)點溫度可以建立一個代數(shù)方程，也就是離散方程，由m個代數(shù)方程可組裝成系統(tǒng)方程: (6)式中c 為比熱矩陣，k為熱傳導矩陣，q為節(jié)點熱流率向量.求解(6)式，可得到各個節(jié)點的溫度值。7.4優(yōu)化過程的數(shù)學模型為了在有限空間內(nèi)使散熱片的散熱性能達到最好，應使散熱片中溫度最高的節(jié)點溫度盡可能小。因此，散熱片結構優(yōu)化模型可描述如下：s.t.式中tmp(x) 為優(yōu)化的目標函數(shù)，即散熱片中溫度最高節(jié)點的溫度值，x 為設計向量。 對鋁制平板式散熱

50、片(工況為：cpu 功率為80w，散熱片對流換熱系數(shù)為70w/m2-，環(huán)境溫度為30)進行結構優(yōu)化設計，先對三個設計變量x1x2 x3 設定取值區(qū)間。假設x3=0.03m， x1 =0.003m，當x2 取值區(qū)間為0.0008mx2 0.005m 時，根據(jù)前面的優(yōu)化模型，可得到優(yōu)化結果如圖4所示。圖6 tmp 與底座厚度x2 的關系曲線假設x3 =0.03m， x2 =0.002m，當x1 的取值區(qū)間為0.0008m x1 0.004m(散熱片翅片的厚度不能超過0.004m，如果超過這個值，其散熱效果會隨著翅片間散熱空間的減少而降低)時，根據(jù)前面的優(yōu)化模型，可得到優(yōu)化結果如圖5 所示。圖7 t

51、mp與翅片厚度x1的關系曲線假設x1 =0.003m， x2=0.002m，當x3 的取值區(qū)間為0.02m x3 0.04m(散熱片在安裝時有一定的空間限制，其整體高度不能超過0.04m)時，根據(jù)前面的優(yōu)化模型，可得到優(yōu)化結果如圖6 所示圖8 tmp與與散熱片整體高度x3的關系曲線對散熱片進行多參數(shù)優(yōu)化時，取三個參數(shù)取值范圍為：0.002m x10.0035m、0.002m x2 0.0025m、0.028m x3 0.035m，并取初值為：x1 =0.003m、x2 =0.002m、x3 =0.03m，通過分析計算得到最高點溫度為tmp =70.548。優(yōu)化后的最優(yōu)結果為： x1=0.003

52、42m，x2 =0.00202m，x3 =0.0349m，tmp=68.154。7.5模型重構根據(jù)以上優(yōu)化結果，我們用solidworks軟件建立三維模型圖9 散熱片結構8 成本估算在概念設計階段設計信息是很不完整的，其不確定性程度很高，例如：材料信息基本上是沒有確定的；對于制造工藝的考慮是粗糙的，沒有具體成形。在這種情況下，將十分不確定的設計特征映射為十分具體的成本特征，是件很困難的事情。在本文中，將設計中的主演特征直接映射為成本特征，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡強大的非線性映射能力進行全生命周期成本的估算，得到設計方案在成本高低方面的滿意程度。之所以采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡作為工具，主要考慮到如下原因：（1）

53、在傳統(tǒng)上一般是將這樣的參數(shù)繪制成一個二維圖，即產(chǎn)品型號和成本值構成的，可以得到成本變化的趨勢。在實際設計中采用了回歸分析的方法估算成本，而神經(jīng)網(wǎng)絡方法經(jīng)過實踐檢驗比回歸方法效果好；（2）從實際應用中可以發(fā)現(xiàn)它有著極其強大的非線性映射能力，而且具有自學習能力；（3）概念設計階段的設計信息具有高的不確定性，一般方法不易使用。8.1初步總體設計階段的特征映射和成本估算的實現(xiàn)在初步總體設計階段，設計特征逐漸豐富，但一些不確定性因素仍然存在。在這一階段，根據(jù)有的信息已經(jīng)確定和有的信息沒有確定的情況，在本文中對于沒有確定的信息特征可以進行合理假設作為已經(jīng)確定的信息映射，或者忽略這一部分的特征，在估算成本時

54、認為這一部分對成本的影響是一樣的。對于確定的信息特征可以采用直接、投影和共軛方法進行特征的映射。下面將概括出成本特征進行映射分析。8.1.1制造成本特征映射為了使設計特征映射為制造成本特征需要進行成本估算方法的選擇，不同的估算方法有不同的成本特征。例如：如果使用按材料成本折算的方法，就只需要材料成本一項信息就可以估算成本了，但在實際使用中大部分的情況都不能使用這種十分簡單的方法。一般來說，幾何和結構相似的產(chǎn)品可按照相似關系估算產(chǎn)品成本，這需要產(chǎn)品或零件的結構相似，需要知道的信息是產(chǎn)品的結構尺寸、生產(chǎn)批量信息、材料信息，這些信息在初步總體設計階段是能夠得到的，其中的結構尺寸、生產(chǎn)批量是直接映射后

55、即可使用的，材料信息需要根據(jù)這一設計階段所給出的材料信息詳細程度進行一定的處理，沒有完全給定時需要一定的合理假設進行映射，得到材料的有關信息。上述說明概括后如表5-1所示。表2 制造成本特征映射表成本特征相似產(chǎn)品的設計特征及其映射方法結構尺寸大體上的產(chǎn)品結構尺寸在這一階段是已經(jīng)知道的，可以直接映射生產(chǎn)批量在設計的初期此信息就已經(jīng)知道了，可以直接映射材料信息有的已知，可以直接映射；未知的可以不予考慮或合理假設8.1.2裝配成本特征映射裝配成本的估算一般可以使用統(tǒng)計的方法，其成本特征主要：零件尺寸、零件重量、子裝配數(shù)目、總的裝配操作數(shù)目、零件個數(shù)、接觸面的個數(shù)、裝配時間和裝配效率等，從設計信息中經(jīng)

56、過轉換可以得到總的裝配數(shù)目，子裝配數(shù)目、接觸面的個數(shù)和零件個數(shù)，轉換的方法與設計時采用的方法有關。例如：如果采用基于特征的裝配建模技術，則可以通過計算機從有關特征中提取出需要的特征。對于裝配時間和效率一般需要仿真或參考類似的結構得到，從設計域中不能直接得到此類信息。在初步總體設計階段得到的信息不是很準確，有些信息還沒有確定，例如：零件數(shù)目、接觸面?zhèn)€數(shù)、裝配操作數(shù)目需要在總體設計階段后期才能最后確定。8.1.3使用成本特征映射在使用中用戶一般需要支付的費用主要有：能源消耗費用、日常維護費用、對環(huán)境產(chǎn)生影響的費用。在初步總體設計階段中，能源的消耗是可以獲得的；日常維護的費用也可以獲得；對環(huán)境產(chǎn)生的

57、影響在目前一般是以環(huán)保附加費的形式存在，在本文中，散熱片本身對環(huán)境的影響不大。8.1.4回收報廢成本特征映射在設計階段，已經(jīng)確定散熱片的重用和材料的回收。對于散熱片回收主要是拆卸成本和運費決定了回收的成本；拆卸成本與可拆卸性有關，散熱片的拆卸很容易；產(chǎn)品重量與運費有關，在這一階段產(chǎn)品重量可以重新從設計特征中直接映射得到。8.2總體設計階段的特征映射和成本估算的實現(xiàn)在總體設計階段，產(chǎn)品的關鍵結構和零部件已經(jīng)確定。這一階段的特征映射可以采用直接、投影和共軛方法進行特征的映射，一部分結構或零部件可以采用詳細估算方法直接得到其成本數(shù)值。下面對這一階段與初步總體設計階段不同的特征映射進行一定的分析。8.2.1制造成本特征映射制造成本特征的映射方法與初步總體設計階段比較相差不大，由于信息的豐富和不確定性的降低，結合具體的產(chǎn)品采用的方法就更多了。散熱片的制造主要采用鑄造的方法。8.2.2裝配成本特征映射裝配成本特征在這一階段可以得到絕大部分、準確的信息，裝配成本的估算是比較準確。散熱片的裝配較簡單。8.2.3使用成本特征映射使用成本中的日常維護費用估算更準確，其特征映射