現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系

26/26現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)0引言現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是先進制造技術(shù)中的首要關(guān)鍵技術(shù)，它是現(xiàn)代科技進展和全球市場競爭的產(chǎn)物。產(chǎn)品設(shè)計是以社會需求為目標，在一定設(shè)計原則的約束下，利用設(shè)計方法和手段制造出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的過程，如圖l所示。市場競爭的需要和各種新方法、新技術(shù)、新工藝、新材料不斷涌現(xiàn)，推動了設(shè)計方法和技術(shù)的進步，產(chǎn)品設(shè)計從傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計進入現(xiàn)代設(shè)計。1現(xiàn)代設(shè)計的內(nèi)涵1.1現(xiàn)代設(shè)計的特征現(xiàn)代設(shè)計是傳統(tǒng)設(shè)計的深入、豐富和完善，而非獨立于傳統(tǒng)設(shè)計的全新設(shè)計。盡管目前對現(xiàn)代設(shè)計尚無確切定義，但可從以下特征來理解。⑴以計算機技術(shù)為核心這是現(xiàn)代設(shè)計的要緊特征。計算機技術(shù)的飛速進展對設(shè)計產(chǎn)生了巨大阻礙，表現(xiàn)為以下幾方面：①設(shè)計手段的更新計算機技術(shù)推動了設(shè)計手段從“手工”向“自動”的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)設(shè)計以圖板、直尺、鉛筆等作為工具，這種設(shè)計手段效率低、人工強度大。CAD技術(shù)的出現(xiàn)和進展，甩掉圖板的“無紙設(shè)計”作為現(xiàn)代設(shè)計的主流，顯著提高了設(shè)計效率。②產(chǎn)品表示的改變計算機技術(shù)推動了產(chǎn)品表示從“二維”向“三維”的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)設(shè)計利用投影原理表示產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這種二維表示的數(shù)據(jù)單一，數(shù)據(jù)量少，不便于產(chǎn)品的進一步分析和制造。隨著CAD技術(shù)的進展，三維“產(chǎn)品模型(ProductModel)”越來越得到廣泛應(yīng)用。這種表示不僅包括反映產(chǎn)品形狀和尺寸的幾何信息，還可包括分析、加工、材料、特性等數(shù)據(jù)，從而可直接用于分析和制造。③設(shè)計方法的進展促進了一些新的設(shè)計方法的出現(xiàn)，高性能的計算機硬件和先進的軟件技術(shù)是這些方法實施的保證。一些先進的設(shè)計方法如有限元分析、優(yōu)化、模態(tài)分析等都涉及大量復(fù)雜計算，只有計算機技術(shù)的進展才能推動這些方法的進步和應(yīng)用。新的設(shè)計方法如并行設(shè)計、虛擬設(shè)計、計算機仿真等。④工作方式的變化計算機技術(shù)促進了設(shè)計方式從“串行”到“并行”的變化。受設(shè)計手段限制，傳統(tǒng)設(shè)計過程采納串行方式進行，即設(shè)計任務(wù)按時序從一個環(huán)節(jié)傳入下一環(huán)節(jié)。隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進展，并行設(shè)計正得到廣泛應(yīng)用。它要求設(shè)計小組(Team)同時地、并行地參與設(shè)計，并最大限度地交流信息，以縮短設(shè)計周期及有助于將各種新思想、新技術(shù)、新方法融入到產(chǎn)品設(shè)計中。⑤設(shè)計與制造一體化存在于計算機內(nèi)的產(chǎn)品模型可直接進入CAPP系統(tǒng)進行工藝規(guī)劃和NC編程，進而加工代碼可直接傳入NC機床、加工中心進行加工。產(chǎn)品模型加強了設(shè)計與制造兩個環(huán)節(jié)的連接，提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。⑥治理水平的提高產(chǎn)品設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，設(shè)計過程中涉及大量設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計行為的治理。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的進展改變了傳統(tǒng)的手工治理模式，各種MIS、PDM系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大提高了設(shè)計的治理水平，保證了設(shè)計過程的高效、協(xié)同和安全。⑦組織模式的開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進展加快了數(shù)據(jù)通訊速度，縮短了企業(yè)之間的距離。傳統(tǒng)的局限于企業(yè)內(nèi)部的封閉設(shè)計正在變?yōu)椴皇苄姓`屬關(guān)系約束的、多企業(yè)共同參與的異地設(shè)計。為完成一種設(shè)計任務(wù)形成的虛擬企業(yè)或動態(tài)聯(lián)盟將實現(xiàn)優(yōu)勢互補和資源共享，極大地提高設(shè)計效率和水平。⑵以設(shè)計理論為指導受科學技術(shù)進展水平的限制，傳統(tǒng)設(shè)計是以生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，以運用力學和數(shù)學形成的計算公式、經(jīng)驗公式、圖表、手冊等作為依據(jù)進行的。隨著理論研究的深入，許多工程現(xiàn)象不斷升華和總結(jié)為揭示事物內(nèi)在規(guī)律和本質(zhì)的理論，如摩擦學理論、模態(tài)分析理論、可靠性理論、疲勞理論、潤滑理論等?，F(xiàn)代設(shè)計方法是基于理論形成的方法，利用這種方法指導設(shè)計可減小經(jīng)驗設(shè)計的盲目性和隨意性，提高設(shè)計的主動性、科學性和準確性。因此，現(xiàn)代設(shè)計是以理論指導為主、經(jīng)驗為輔的一種設(shè)計。1.2現(xiàn)代設(shè)計的內(nèi)涵通過對其特征的分析，能夠認為：“現(xiàn)代設(shè)計”確實是以滿足應(yīng)市產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時刻、成本／價格綜合效益最優(yōu)為目的，以計算機輔助設(shè)計技術(shù)為主體，以知識為依托，以多種科學方法及技術(shù)為手段，研究、改進、制造產(chǎn)品活動過程所用到的技術(shù)群體的總稱。既以市場需求為驅(qū)動，以知識獵取為中心，以現(xiàn)代設(shè)計思想、方法為指導和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個生命周期和人、機、環(huán)境相容性因素的設(shè)計。1．現(xiàn)代設(shè)計作為一個研究領(lǐng)域，包含范圍極其廣泛。既包含指導設(shè)計進程及邏輯規(guī)律的設(shè)計方法學（屬于思維方面），也包含能用來提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量的各種單項技術(shù)（如CAD技術(shù)、有限元分析、可靠性設(shè)計等），同時還包含有高產(chǎn)品市場競爭優(yōu)勢的技術(shù)（如商品化設(shè)計、工業(yè)造型技術(shù)、市場預(yù)測與分析技術(shù)等），貫穿其中專門重要一點確實是并行工程的應(yīng)用：產(chǎn)品設(shè)計開始就要同時考慮制造、使用及全生命周期的各個因素，另外，關(guān)于一個任務(wù)，能夠以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)組織不同制造商（網(wǎng)上動態(tài)聯(lián)盟）來共同完成。因此，2.現(xiàn)代設(shè)計只能綜合理解為：計算機為工具，專業(yè)設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)為效率，市場為導向的一種綜合設(shè)計理念，事實上現(xiàn)沒有固定的模式。簡單的講，現(xiàn)代設(shè)計的內(nèi)涵確實是以市場為驅(qū)動，以知識為依托，以知識獵取為中心，以產(chǎn)品全生命周期為對象，人、機、環(huán)境相容的設(shè)計理念。2現(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)體系現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的整個體系好比一棵大樹，由基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)、支撐技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)四個層次組成。圖22.1基礎(chǔ)技術(shù)指傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法，特不是運動學、靜力學與動力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學、熱力學、電磁學、工程數(shù)學的差不多原理與方法等方面。它不僅為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)提供了堅實的理論基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)進展的源泉。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)也能夠講是在傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，以新的形式和更豐富的內(nèi)涵發(fā)揚光大傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)中的優(yōu)秀內(nèi)核與精華。圖2現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系與其他學的關(guān)系2.2主體技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的誕生和進展與計算機技術(shù)的進展息息相關(guān)、相輔相成。能夠毫不夸張地講，沒有計算機科學與計算機輔助技術(shù)(如計算機輔助設(shè)計、智能CAD(IntelligentCAD——ICAD)、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設(shè)計和工程數(shù)據(jù)庫等)，便沒有現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)；另一方面，沒有其他現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的多種理論與方法，計算機技術(shù)的應(yīng)用也會大大受到限制，因為運用優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、模糊設(shè)計等理論構(gòu)造的數(shù)學模型，來編制計算機應(yīng)用程序，能夠更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計算機的“智力”。而計算機輔助設(shè)計技術(shù)正是以它對數(shù)值計算和對信息與知識的獨特處理能力，成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)群體的主干。2.3支撐技術(shù)不管是設(shè)計對象的描述，設(shè)計信息的處理、加工、推理與映射及驗證，都離不開設(shè)計方法學、產(chǎn)品的可信性設(shè)計技術(shù)及設(shè)計試驗技術(shù)所提供的多種理論與方法及手段的支撐。設(shè)計方法學、可信性設(shè)計技術(shù)及試驗設(shè)計技術(shù)所包含的種種內(nèi)容，可視為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)群體的支撐技術(shù)。2.4應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)是針對有用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)。如機床、汽車、工程機械、周密機械的現(xiàn)代設(shè)計內(nèi)容，能夠看作是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)派生出來的豐富多彩的具體技術(shù)群?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)在各類產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，促進了產(chǎn)品質(zhì)量與性能的提高。現(xiàn)代設(shè)計已擴展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、營銷、運行、回收等各個方面，除了必要的傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法的基礎(chǔ)知識外，相關(guān)的學科與技術(shù)，尤其是制造工藝、自動化技術(shù)、系統(tǒng)治理技術(shù)、材料知識與經(jīng)驗及廣泛的自然科學知識等也是十分必要的。值得一提的是，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系框架的劃分只是相對的，而不是絕對的；主體技術(shù)、支撐技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)之間并不存在截然的界限。主體技術(shù)所包含的計算機輔助設(shè)計的有關(guān)技術(shù)本身往往確實是應(yīng)用技術(shù)。在特定情況下，某些支撐技術(shù)也能夠成為主體技術(shù)，例如變載荷及隨機干涉下零件的疲勞設(shè)計和穩(wěn)定性設(shè)計，這時疲勞設(shè)計、健壯設(shè)計確實是相應(yīng)情況下的主體技術(shù)。有些設(shè)計支撐技術(shù)本來確實是由傳統(tǒng)的強度、變形及失效理論“繁衍”出來的多種設(shè)計理論，如疲勞設(shè)計、防斷裂設(shè)計、可靠性設(shè)計等，因此，這些設(shè)計支撐技術(shù)，也可看作基礎(chǔ)技術(shù)。3現(xiàn)代設(shè)計原則設(shè)計原則是為設(shè)計產(chǎn)品應(yīng)滿足的條件，也是對設(shè)計行為的約束。受設(shè)計水平、觀念、體制等限制，傳統(tǒng)設(shè)計所考慮的原則著眼于產(chǎn)品的功能和技術(shù)范疇，而設(shè)計的阻礙貫穿產(chǎn)品整個生命周期，因此設(shè)計原則必須面向生命周期內(nèi)的各個時期。現(xiàn)代設(shè)計原則是傳統(tǒng)設(shè)計原則的擴充和完善，兩者并無本質(zhì)區(qū)不?？蓺w納為以下幾類。3.1功能滿足原則產(chǎn)品設(shè)計的目的是構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定功能的產(chǎn)品。假如產(chǎn)品不具備要求的功能，設(shè)計就失去價值。因此滿足功能是各類產(chǎn)品設(shè)計的必要原則。3.2質(zhì)量保障原則保證質(zhì)量是產(chǎn)品設(shè)計的重要原則。產(chǎn)品質(zhì)量要緊由性能和可靠性決定，因此這類原則要緊包括：(1)性能指標。指產(chǎn)品的各類技術(shù)指標，如機床加工精度、傳動系統(tǒng)運動精度，電視機分辨率等。先進的技術(shù)指標是實現(xiàn)高質(zhì)量產(chǎn)品的前提。(2)可靠性。指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定時刻內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品只有可靠性能才有有用價值，因此性能的發(fā)揮依靠于可靠性。(3)強度原則。要求產(chǎn)品零件具有抵抗整體斷裂、塑性變形和某些表面損傷的能力。(4)剛度原則。要求外載作用下產(chǎn)品變形在規(guī)定的彈性變形之內(nèi)。(5)穩(wěn)定性。指產(chǎn)品在外載作用下能夠恢復(fù)其平衡的特性。(6)抗磨損性。要求零件在規(guī)定時刻內(nèi)材料的磨損量在規(guī)定值以內(nèi)。(7)抗腐蝕性。要求產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下不被周圍介質(zhì)侵蝕的特征。(8)抗蠕變性。要求高溫環(huán)境工作的產(chǎn)品不發(fā)生蠕變或蠕變變形在規(guī)定值以內(nèi)。(9)動態(tài)特性。指在動載荷作用下產(chǎn)品具有良好的抗振特性，以保證產(chǎn)品的平穩(wěn)和低噪聲運行。(10)平衡特性。指旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品具有良好的靜平衡和動平衡特性。(11)熱特性。保證產(chǎn)品具有要求的溫度大小、溫度分布和熱流狀態(tài)，以及熱應(yīng)力、熱變形在規(guī)定值以內(nèi)。3.3工藝優(yōu)良原則指設(shè)計能夠且容易通過生產(chǎn)過程實現(xiàn)，它包括：(1)可制造性。指利用現(xiàn)有設(shè)備能夠制造出滿足精度等要求的零件，且制造成本低，效率高。(2)可裝配性。指零件能夠裝配成滿足裝配精度要求的部件和整機，且裝配成本低、效率高。(3)可測試性。指產(chǎn)品能夠且容易通過適當方進行有關(guān)測試，以評估設(shè)計、制造和裝配。3.4經(jīng)濟合理原則要求產(chǎn)品具有較低的開發(fā)成本和使用費用。3.5社會使用原則考慮產(chǎn)品投放市場后的表現(xiàn)行為，包括：(1)環(huán)境友好性。保證產(chǎn)品產(chǎn)生盡可能少的廢水、廢氣、噪聲、射線等，符合環(huán)保法規(guī)，對生態(tài)環(huán)境破壞最小。環(huán)境友好性是可持續(xù)進展戰(zhàn)略在設(shè)計中的重要體現(xiàn)。(2)環(huán)境適應(yīng)性。適應(yīng)使用環(huán)境的濕度、溫度、載荷、震動等專門條件。(3)人機友好性。滿足使用者生理、心理等方面要求，使產(chǎn)品外形美觀，色彩宜人，操作簡單、方便、舒適。(4)可維修性。使產(chǎn)品能夠且易于維修，維修的停機時刻、費用、復(fù)雜性、人員要求和差錯盡可能最小。(5)安全性。保證不對人的生命財產(chǎn)造成破壞。(6)可安裝性。保證產(chǎn)品使用前安裝容易、可靠，且安裝費用最小。(7)可拆卸性?？紤]產(chǎn)品的材料回收和零組件的重新使用。(8)可回收性?？紤]產(chǎn)品報廢及回收方式。上面分類介紹了各種原則，有些歸類并不十分嚴格。設(shè)計時應(yīng)依照產(chǎn)品特點選擇部分原則，而在選擇的原則中又分要緊和次要原則。依照所選要緊原則的不同，目前已形成許多針對性設(shè)計方法，如面向制造和裝配的設(shè)計(DFMA)、面向環(huán)境的設(shè)計(DFE)；面向拆卸的設(shè)計(DFD)等。4現(xiàn)代設(shè)計理論、方法與技術(shù)設(shè)計理論是對產(chǎn)品原理和機理的科學總結(jié)。設(shè)計方法是使產(chǎn)品滿足以及推斷產(chǎn)品是否滿足設(shè)計原則的依據(jù)?，F(xiàn)代設(shè)計方法是基于設(shè)計理論形成的，因而更具科學性和邏輯性。但一些方法還有完善和進展的過程，因此現(xiàn)代設(shè)計方法還不能完全取代傳統(tǒng)設(shè)計方法，一些行之有效的經(jīng)驗方法目前仍在廣泛使用，它們?nèi)允乾F(xiàn)代設(shè)計方法的重要組成。4.1現(xiàn)代設(shè)計法的內(nèi)容與范疇現(xiàn)代設(shè)計方法實質(zhì)上是科學方法論在設(shè)計中的應(yīng)用。概括為十一論：突變論、信息論、智能論、系統(tǒng)論、優(yōu)化論、對應(yīng)論、功能論、操縱論、離散論、模糊論、藝術(shù)論。這些論與廣義設(shè)計(有目的的意識活動)直接有關(guān)，有的已形成單一學科，有的正在形成。①突變論方法突變制造是現(xiàn)代設(shè)計的基石。如制造性設(shè)計。要緊應(yīng)用于定性的方案決策、系統(tǒng)設(shè)計；②智能論方法發(fā)揮智能載體的潛力，是現(xiàn)代設(shè)計的核心。如10計算機輔助計算：僅借助計算機代替人的初級智能；20CAD：30CAE：40智能機器化方法：即指高級人工智能，如機器人、專家系統(tǒng)等。應(yīng)用于能代替人的智力的一切場合。③信息論方法設(shè)計信息的分析是現(xiàn)代設(shè)計的依據(jù)。如：10預(yù)測技術(shù)法：用歷史性趨向及參數(shù)，預(yù)測現(xiàn)需與以后的動向與參數(shù)；20方差分析法：對一系列已知數(shù)據(jù)因素，進行參數(shù)的可能與識不檢驗；30信息合成法：將各種不同信息合成為所需的廣義系統(tǒng)，如人工合成細胞、圖形等。要緊用于通過歷史性或試驗性數(shù)據(jù)進行預(yù)測與信號分析及可行性論證。④系統(tǒng)論方法系統(tǒng)分析是現(xiàn)代設(shè)計的前提。常用：10系統(tǒng)分析法：把任何系統(tǒng)、功能、元件均看做系統(tǒng)，加以分析，進行輸入一輸出關(guān)系的描述，得到合理的系統(tǒng)與功能；20邏輯分析法：運用邏輯數(shù)學從各系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)與制約關(guān)系，設(shè)計出優(yōu)化系統(tǒng)；30模式識不法：把已有若干模式的系統(tǒng)樣本，進行模式的確定；要緊用于總體方案與系統(tǒng)設(shè)計及可行性論證。⑤操縱論方法動態(tài)分析是現(xiàn)代設(shè)計的深化。常用：10動態(tài)分析法：運用傳遞函數(shù)與狀態(tài)方程，研究輸人情號與輸出功能之間的定性定量關(guān)系，以獲得最好的動態(tài)特性指標；20振蕩分析法：對振型模態(tài)進行識不，以利用振動或消除振動及噪音(廣義)；30柔性設(shè)計法：把剛性系統(tǒng)按實際彈性系統(tǒng)進行設(shè)計計算；40動態(tài)優(yōu)化法：要緊是研究大系統(tǒng)優(yōu)化與最佳動態(tài)數(shù)學模型；一般用于系統(tǒng)確定后的動態(tài)指標定性分析與定量校正。⑥優(yōu)化論方法廣義優(yōu)化是現(xiàn)代設(shè)計的宗旨。常用：10優(yōu)化設(shè)計法：包括各種優(yōu)化值的搜索方法，如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、幾何規(guī)劃、多目標優(yōu)化、試驗優(yōu)化、經(jīng)驗優(yōu)化、方案優(yōu)化、模糊優(yōu)化等；20優(yōu)化操縱法：要緊是動態(tài)優(yōu)化、最優(yōu)操縱等?？捎糜诜桨冈O(shè)計與參數(shù)設(shè)計。⑦對應(yīng)論方法相似模擬是現(xiàn)代設(shè)計的捷徑。常用：10相似設(shè)計法：似同類參照物為依據(jù)求出設(shè)計對象與參照對象間的數(shù)學關(guān)系；20模擬分析法：以異類參照物為依據(jù)，設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與求得參數(shù)；30仿真技術(shù)：用電子數(shù)字計算機及仿真語言模擬復(fù)雜系統(tǒng)與過程，求得解析法不能取得的參數(shù)；40仿生技術(shù)：模擬生物的專門功能為設(shè)計服務(wù)。要緊用于已有參照，模型的構(gòu)思與定量計算。⑧功能論方法功能實現(xiàn)是現(xiàn)代設(shè)計的目標。有限壽命是自然與社會的差不多客觀現(xiàn)實，因此設(shè)計時應(yīng)保證有限使用期限內(nèi)設(shè)計對象的經(jīng)濟有效功能，其方法有功能分析設(shè)計法、可靠性分析預(yù)測、可靠性設(shè)計及功能價值工程等。要緊應(yīng)用于方案設(shè)計與功能價值、功能安全可靠性定量分析；⑨離散論方法離散分析是現(xiàn)代設(shè)計的細解。事物特不是復(fù)雜廣義系統(tǒng)由離散體組成，是自然與社會另一個差不多客觀現(xiàn)象，因此，用離散化方法近似確定參數(shù)是必定可靠的，其方法有有限單元法、邊界元法、離散優(yōu)化、子模態(tài)分析法及其他運用離散數(shù)學技術(shù)的方法等。要緊用于近似細解的精細設(shè)計。⑩模糊論方法模糊定量是現(xiàn)代設(shè)計的進展。事物的模糊性是一種大量的客觀存在，因此運用模糊分橋的量度方法(避開精確的數(shù)學方法)是必要的，其方法目前要緊運用隸屬函數(shù)的論域法，能夠進行模糊分析、模糊評價、模糊操縱與模糊設(shè)計等的運用。要緊用于模糊性參數(shù)確定與方案的綜合評價；⑾藝術(shù)論方法悅心宜人是現(xiàn)代設(shè)計的美感。任何設(shè)計都盡可能把設(shè)計對象形成一件藝術(shù)品，是設(shè)計的重要觀念，現(xiàn)代藝術(shù)論不僅如此，還要采納技術(shù)美學，計算機造型、模糊藝術(shù)等處理方法。要緊用于使設(shè)計達到悅心宜人的功能；4.2目前所指的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)1）現(xiàn)代設(shè)計方法學(1)系統(tǒng)設(shè)計(2)價值工程(3)功能設(shè)計(4)并行設(shè)計(5)模塊化設(shè)計(6)質(zhì)量功能配置(7)反求設(shè)計(8)綠色設(shè)計(9)模糊設(shè)計(10)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(11)工業(yè)造型設(shè)計2）計算機輔助設(shè)計技術(shù)(1)有限元法（2）優(yōu)化設(shè)計（3）計算機輔助設(shè)計（4）模擬仿真與虛擬設(shè)計（5）智能計算機輔助設(shè)計（6）工程數(shù)據(jù)庫3）可信性設(shè)計（可信性設(shè)計技術(shù)可看作廣義可靠性設(shè)計內(nèi)容的擴展）(1)可靠性設(shè)計（2）安全設(shè)計（3）動態(tài)設(shè)計（4）防斷裂設(shè)計（5）抗疲勞設(shè)計（6）減摩耐磨設(shè)計（7）防腐蝕設(shè)計（8）健壯設(shè)計（9）耐環(huán)境設(shè)計（10）維修設(shè)計和維修保障設(shè)計（11）測試性設(shè)計（12）人機工程設(shè)計5現(xiàn)代設(shè)計手段設(shè)計手段是人的設(shè)計思想借以實現(xiàn)的工具和技術(shù)。計算機技術(shù)、軟件技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的進展對設(shè)計手段起到了變革性的作用，以計算機為工作平臺的設(shè)計工具正在廣泛取代傳統(tǒng)的圖板，計算機輔助設(shè)計正在成為現(xiàn)代設(shè)計的要緊手段，它使設(shè)計效率、設(shè)計水平和設(shè)計質(zhì)量得到全面提高。計算機輔助設(shè)計包括如下內(nèi)容。6現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點由現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的涵義及其體系可見，它具有以下一系列特點。6.1設(shè)計理論與方法的延伸、思維的變化及設(shè)計范疇的擴展現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法的繼承、延伸與擴展。靜態(tài)的設(shè)計原理向動態(tài)的延伸；經(jīng)驗的、類比的設(shè)計方法向精確的、優(yōu)化的方法延伸；確定的設(shè)計模型向隨機的模糊的延伸，單維思維模式向多維思維模式延伸；而且設(shè)計范疇在不斷擴大。傳統(tǒng)的設(shè)計通常只限于方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計(總體設(shè)計與工藝設(shè)計)，如先進制造技術(shù)中的面向制造的設(shè)計(DesignForManufacturing——DFM)，面向裝配的設(shè)計(DesignForAssembly——DFA)及面向X的設(shè)計(DesignFor“X”——DFX)，并行設(shè)計(ConcurrentDesign——CD)、虛擬設(shè)計、綠色設(shè)計(GreenDesign——GD)、模糊設(shè)計、維修性設(shè)計(MainterinabilityDesign——MD)、健壯設(shè)計等，便是工程設(shè)計范疇擴大的集中體現(xiàn)?，F(xiàn)代設(shè)計能夠講是設(shè)計師、制造工程師、治理營銷人員以及工人、財會人員、專利律師等通力合作、集體智慧的結(jié)晶。6.2多種設(shè)計技術(shù)、理論與方法的交叉與綜合計算機技術(shù)與信息科學對機械產(chǎn)品的滲透、改造與應(yīng)用，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能產(chǎn)生專門大的變化，現(xiàn)代的機械產(chǎn)品正朝著機電一體化，物質(zhì)、能量、信息一體化，集成化，模塊化方向進展。數(shù)控機床及數(shù)控裝置、加工中心、工業(yè)機器人等典型的機電一體化產(chǎn)品，不僅具有傳統(tǒng)意義上的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換的功能，而且具有自動檢測、自動數(shù)據(jù)處理(運算、推斷、存儲、經(jīng)歷)、自動顯示、自動操縱、故障診斷和自動愛護及維護性、可回收性等功能，從而對產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性、穩(wěn)健性及效益等均提出更為嚴格的要求。因此，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)必須是多學科的融合交叉，多種設(shè)計理論、設(shè)計方法、設(shè)計手段的綜合運用，以系統(tǒng)的、集成的設(shè)計概念設(shè)計出符合時代特征和科技進展趨勢的產(chǎn)品及整體綜合效益最佳的產(chǎn)品。6.3設(shè)計手段的精確化、計算機化、自動化與虛擬化(1)精確化在傳統(tǒng)設(shè)計中，面對載荷、應(yīng)力、環(huán)境等因素的復(fù)雜化，通常以某種條件性的假設(shè)建立所謂穩(wěn)定的、理想的載荷(集中的或勻布的)和應(yīng)力(名義的、平均的)模型，它與實際情況有差異的許多因素，則以安全系數(shù)和一系列的載荷系數(shù)、應(yīng)力系數(shù)及其它阻礙系數(shù)等加以考慮，這往往使計算的結(jié)果誤差較大?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)能夠采納概率設(shè)計(可靠性設(shè)計)描述載荷應(yīng)力、環(huán)境條件等隨機因素的分布規(guī)律，133，通過有限元法、動態(tài)分析、疲勞設(shè)計、防斷裂設(shè)計、健壯設(shè)計、耐環(huán)境設(shè)計等分析工具和建模手段，準確模擬系統(tǒng)的真實情況，從而得到比較符合實際工況的真實解，提高了設(shè)計的精確化程度。(2)計算機化計算機化的標志是計算機在工程設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用，并逐漸替代傳統(tǒng)的手工設(shè)計。硬件功能日益增強，計算機在設(shè)計中的應(yīng)用已從計算機輔助分析計算和輔助繪圖，進展到優(yōu)化設(shè)計、并行設(shè)計、三維特征建模、設(shè)計過程治理、面向制造與面向裝配的設(shè)計制造一體化，形成了CAD、CAPP、CAM的集成化、網(wǎng)絡(luò)化，并逐步向設(shè)計智能化、模擬仿真和虛擬設(shè)計、國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)條件下進行計算機輔助設(shè)計過渡。計算機輔助設(shè)計技術(shù)，特不是工程數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加速了實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS)和全球化制造的進程。(3)自動化設(shè)計自動化的含義、內(nèi)容與范圍目前尚無確切定論，但它一直是設(shè)計領(lǐng)域追求的目標。（4）虛擬化設(shè)計手段虛擬化(或擬實化)，是以虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)軟件在計算機上實現(xiàn)仿真、實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的三維建模，包括幾何建模、運動建模、物理建模、對象特性建模及模型切分等，使設(shè)計者能在虛擬的設(shè)計環(huán)境下看到設(shè)計內(nèi)容，如設(shè)計對象的形狀、外表、物體的移動、旋轉(zhuǎn)和各部分是否干涉與碰撞，以及對象的質(zhì)量、重量、慣性、表面特性(光滑與粗糙)、硬度、結(jié)構(gòu)形式等改變模式，從而實現(xiàn)設(shè)計可視化，快速顯示設(shè)計內(nèi)容，靈活而方便地修改設(shè)計，同時由于虛擬制造技術(shù)，以及快速原形技術(shù)的出現(xiàn)，使設(shè)計者在零件被制造之前就看到了它加工后的形狀并感受到它。這些虛擬技術(shù)與手段的運用，大大提高了設(shè)計效果與質(zhì)量。6.4并行化、最優(yōu)化和智能化的設(shè)計過程現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)中的并行設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計及智能化設(shè)計(如智能CAD，專家系統(tǒng)(ES)等)均是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)中的重要設(shè)計技術(shù)，是設(shè)計開發(fā)新產(chǎn)品過程不可缺少的方法和技術(shù)手段。(1)并行設(shè)計過程并行設(shè)計(ConcurrentDesign)有時又稱為并行工程(ConcurrentEngineering)。這是一種綜合工程設(shè)計、制造、治理、經(jīng)營的思想、方法和工作模式。并行工程技術(shù)能夠在一個工廠、一個企業(yè)(包括跨地區(qū)、跨行業(yè)的大型企業(yè)及跨國公司)以通信治理方式在計算機軟、硬件環(huán)境下實現(xiàn)。其核心是產(chǎn)品的設(shè)計時期就考慮到產(chǎn)品生命周期(從概念形成到產(chǎn)品報廢)中的所有因素(包括設(shè)計、分析、制造、裝配、檢驗、維護、質(zhì)量、成本、進度與用戶需求等)，強調(diào)多學科小組、各有關(guān)部門協(xié)同工作，強調(diào)對產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程(制造過程和支持過程)進行并行地、集成地、一體化地進行設(shè)計，使產(chǎn)品開發(fā)一次成功，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。這是一項包括人機集成和系統(tǒng)功能集成的多目標多層次、整體優(yōu)化的集成，需要用到專門多現(xiàn)代技術(shù)與方法，如建模與仿真技術(shù)、優(yōu)化方法與技術(shù)、系統(tǒng)與集成技術(shù)、信息治理技術(shù)、專家系統(tǒng)與模糊技術(shù)、CAPP技術(shù)、全面質(zhì)量治理與操縱技術(shù)、決策支持及評價系統(tǒng)、價值工程及其預(yù)測技術(shù)、分布式并行處理的智能協(xié)同求解技術(shù)等。其關(guān)鍵技術(shù)是建模與仿真技術(shù)、信息系統(tǒng)及其治理技術(shù)、決策支持及評價系統(tǒng)等。美國于80年代末首先在福特、通用和克萊斯勒三大汽車公司組織實施并行工程技術(shù)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。我國近年來在一些大型企業(yè)中也開始部分實施并行工程技術(shù)，這項技術(shù)是提高我國企業(yè)水平，參與全球化競爭的一個重要進展方向。(2)全過程的優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)中的一般性優(yōu)化設(shè)計方法及其應(yīng)用已日趨成熟，一般的連續(xù)變量優(yōu)化設(shè)計、混合離散變量優(yōu)化設(shè)計，已進展到隨機變量優(yōu)化設(shè)計(可靠性優(yōu)化設(shè)計)、模糊變量優(yōu)化設(shè)計，單目標優(yōu)化設(shè)計已進展到多目標優(yōu)化設(shè)計。僅將優(yōu)化設(shè)計的范圍局限于優(yōu)化方法及其應(yīng)用程序的編制上已不能適應(yīng)工程技術(shù)進展的需要。廣義的工程優(yōu)化設(shè)計：應(yīng)是優(yōu)化設(shè)計的重要進展方向，其內(nèi)容要緊包括工程優(yōu)化設(shè)計問題的自動建模技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計問題的前處理與后處理、優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的評價等。此外，基于優(yōu)化設(shè)計和制造的分級分解優(yōu)化也是目前重要的研究內(nèi)容。上述優(yōu)化方向的實現(xiàn)，必定涉及到人工智能、信息技術(shù)、操縱技術(shù)等多種方法、多種技術(shù)、多個軟件系統(tǒng)的綜合運用。(3)人機結(jié)合的智能化設(shè)計過程產(chǎn)品設(shè)計是一個制造性的思維、推理和決策的過程，CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的成功應(yīng)用，引起設(shè)計領(lǐng)域產(chǎn)生了深刻的變革，由人完成的設(shè)計過程，已轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇藱C緊密結(jié)合共同完成設(shè)計過程的智力與智能活動。如人工智能原理和專家系統(tǒng)(包括一般專家系統(tǒng)與模糊專家系統(tǒng))技術(shù)應(yīng)用于CAD產(chǎn)生了智能CAD(ICAD)系統(tǒng)，實現(xiàn)了對設(shè)計過程基于符號性知識模型和符號處理的推理工作，用于完成概念設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容。能夠講智能CAD系統(tǒng)是模擬人腦對知識處理，并拓展了人在設(shè)計過程中的智能活動。6.5面向產(chǎn)品壽命周期全過程的可信性設(shè)計隨著科學技術(shù)的進展和日益增長的社會需求，產(chǎn)品的類型、規(guī)格及性能迅速地發(fā)生變化，產(chǎn)品的壽命周期越來越短。人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的含義也在不斷變化，不僅要滿足功能要求，對可信性、安全性、可靠性、合理的壽命、方便使用和維護保養(yǎng)條件與方式也提出了更高的要求，并要符合有關(guān)標準、法律和生態(tài)環(huán)境要求及滿足用戶非物質(zhì)功能的要求等等。為貫徹這些標準和要求，需要設(shè)計、制造、治理、維護、使用等一系列環(huán)節(jié)有嚴格的技術(shù)措施加以保證，其中最重要的是設(shè)計、制造水平，因為產(chǎn)品的質(zhì)量是設(shè)計和制造出來的，而不是檢驗出來的。因此，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的重要內(nèi)容之一確實是面向產(chǎn)品壽命周期全過程進行可信性設(shè)計，以滿足市場與用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求。針對不同產(chǎn)品和各個設(shè)計時期擬采納其中某些適宜的、有效的可信性設(shè)計技術(shù)與方法，以解決設(shè)計中各個具體的和總體的要求，把產(chǎn)品的設(shè)計從經(jīng)驗的、類比的、靜態(tài)的傳統(tǒng)設(shè)計提高到全方位的獵取信息，并結(jié)合運用其他現(xiàn)代設(shè)計理論、方法和手段、進行動態(tài)的、多變量的全過程的可信性優(yōu)化設(shè)計。6.6多種設(shè)計試驗技術(shù)的綜合運用為了有效地驗證設(shè)計目標是否達到和檢驗設(shè)計過程、制造過程的技術(shù)措施，全面把握產(chǎn)品的質(zhì)量信息，做到萬元一失，在設(shè)計全過程中對產(chǎn)品進行必要的、針對性的試驗是不可忽視和超越的。在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，人們依照不同產(chǎn)品的特點和需要，通過物理模型試驗、動態(tài)試驗、可靠性試驗、產(chǎn)品環(huán)保性能試驗與操縱等，獵取相應(yīng)的產(chǎn)品參數(shù)和數(shù)據(jù)，為評定設(shè)計方案的優(yōu)劣和幾種方案的比較提供一定的依據(jù)，也為開發(fā)新