先進制造技術-3現代設計技術

2006-4-261成本沉淀理論—設計的重要性

現代設計技術是先進制造技術的第一個環(huán)節(jié)，根據成本沉淀理論，設計成本占產品成本5-7%，但卻決定產品成本的70％!設計開發(fā)生產準備加工材料消耗銷售管理

100%50

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5%70%18%

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3%對成本的影響所需成本企業(yè)中成本的確定2006-4-262傳統(tǒng)設計技術傳統(tǒng)的產品制造模式是一個開環(huán)系統(tǒng)，即原料工業(yè)生產產品使用報廢棄入環(huán)境。它是靠大量消耗資源和破壞環(huán)境為代價的工業(yè)發(fā)展模式。所以設計技術主要考慮產品的功能、質量和成本。2006-4-263現代設計技術現代設計技術是根據產品在整個生命周期中功能和市場競爭（時間、質量、價格）的需要，考慮生態(tài)環(huán)境和資源效率，應用科學知識和現化技術，經過設計人員創(chuàng)造性的思維、規(guī)劃和決策，制定先進的產品設計方案，通過CAD等先進方法，并使方案付褚實施的技術。2006-4-264現代設計技術的特點現代設計從單純的產品功能設計擴展到生命周期設計（包括考慮環(huán)境因素的綠色設計）;從傳統(tǒng)的經驗設計轉向應用現代計算機技術的數字化設計技術;從傳統(tǒng)的順序設計方式過渡到并行設計和網絡協(xié)調設計等。

現代設計技術的發(fā)展方向是不斷吸收現代科學技術，使其實現數字化、智能化和網絡化。2006-4-265現代設計技術的內涵現代設計技術包含了：綠色產品設計技術優(yōu)良性能設計基礎技術競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術全壽命周期設計技術2006-4-266綠色產品設計技術綠色產品設計技術是在保證產品的功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率，使產品在整個生命周期（設計、制造、使用到報廢）中，符合環(huán)境保護和人類健康的需要，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的設計技術。2006-4-267綠色產品設計技術包括:面向環(huán)境的設計技術面向能源的設計技術面向材料的設計技術人機工程設計技術2006-4-268綠色產品設計技術舉例

—零件結構的拓撲優(yōu)化減少材料利用2006-4-269優(yōu)良性能設計基礎技術優(yōu)良性能設計基礎技術是一項以提高機械產品綜合性能為目標的設計技術，是各種創(chuàng)新技術發(fā)展的基礎，是全壽命周期設計技術的必要條件，世界各發(fā)達國家和企業(yè)都十分重視此技術的研究開發(fā)和應用。體現在靜態(tài)到動態(tài)、單項到綜合、個體到系統(tǒng)、無限壽命到有限壽命、設計對象向太空、深水、微觀、生命等領域發(fā)展，設計的基礎理論要求更高。2006-4-2610優(yōu)良性能設計基礎技術包括：可靠性設計試驗技術防疲勞斷裂設計技術系統(tǒng)動態(tài)設計和穩(wěn)定性設計技術摩擦學設計技術防腐蝕設計技術表面工程設計技術狀態(tài)監(jiān)測補償控制技術2006-4-2611競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術是從產品的工作特性和功能目標出發(fā)，在特定技術、經濟和社會等具體條件下，根據相鄰學科的原理，創(chuàng)造性地設計產品，并使它在技術及經濟上達到最佳水平。重點研究設計思維、功能目標評價、設計決策技術、新的設計理論與方法、CAD和集成化、智能化。2006-4-2612競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術包括：創(chuàng)新設計技術降低成本設計技術快速設計技術仿真與虛擬設計技術智能設計技術廣義優(yōu)化技術工業(yè)產品造型設計技術采用新原理、新方法的全新產品設計設計是一種創(chuàng)造性思維活動，隨科技和經濟的發(fā)展對創(chuàng)新設計提出新的挑戰(zhàn)，計算機的應用為設計創(chuàng)新帶來新希望，智能化是重要方向。以縮短產品開發(fā)周期為主要目的設計技術，包括模塊化設計、并行設計、基于實例設計、反求設計、虛擬設計等，一切有助于加快產品開發(fā)速度的理論和方法都是快速設計的組成部分，涉及多學科的交叉、多方向發(fā)展。并聯機床設計2006-4-2613全壽命周期設計技術全壽命周期設計改變了制造業(yè)的企業(yè)結構和工作方式，能對產品生產周期、質量和成本進行有效控制，形成生產、銷售、用戶服務一條龍。主要體現在縮短產品投放市場時間、提高質量、降低生產成本、增強市場競爭力。其特點是全壽命全系統(tǒng)管理、全壽命周期費用分析，達到“優(yōu)生、優(yōu)育、優(yōu)管”。它包括并行設計技術、面向制造的設計技術、全壽命周期設計數據管理技術、全壽命周期管理及費用分析技術。2006-4-2614全壽命周期設計過程框圖ProductLifecycle

Transformationforthe

DigitalEconomy314768259102006-4-2615最引人注目的設計技術現代設計技術中最受設計工作者關心的是并行設計技術和虛擬設計技術。2006-4-2616并行設計技術并行設計是并行工程、協(xié)同設計、敏捷制造、虛擬制造等先進技術的基礎，它涉及到計算機技術、通訊技術、機械設計方法等領域。而并行工程是把CAD、制造、管理和質量保證等有機地集成在一起，實現信息集成、信息共享、過程集成。設計者一開始就考慮到產品全生命周期中所有因素，包括質量、進度、成本和用戶需求。2006-4-2617并行設計的內容（1）過程重構：由傳統(tǒng)的串行產品開發(fā)模式轉變成集成的、并行的產品開發(fā)模式，使下游設計過程中的需求及早地反饋給相應過程中。數字化產品定義：包括數字化產品模型定義和管理、數字化過程定義和管理、數字化工具定義和信息集成，如DFQ、DFA、DFM、CAD/CAE/CAM集成等。2006-4-2618并行設計的內容（2）產品開發(fā)隊伍重構：將傳統(tǒng)的以功能部門為主線的產品設計，改變以產品為主線，組織多功能集成產品開發(fā)團隊，進行產品并行開發(fā)。協(xié)同工作環(huán)境：利用多煤體、網絡等技術，組建協(xié)調工作環(huán)境，支持并行設計。并行設計技術實際上是一門涉及多個領域的交叉學科，內容極為豐富。2006-4-2619產品分析2006-4-2620以下圖零件的模具設計為例2006-4-2621在進行模具設計時，生產、采購、工藝、標準化、設計、試模等方面的技術人員協(xié)同工作，完成設計。2006-4-2622利用模具CAD/CAM軟件，自動提取BOM表供各生產環(huán)節(jié)使用。2006-4-2623利用自頂向下的設計方法，將總體零件分解給不同的設計小組。2006-4-2624CE產品設計過程（分組）2006-4-2625型芯設計、NC編程、加工小組2006-4-2626模架、模板采購加工組2006-4-2627標準件準備小組2006-4-2628利用CE以最短的交貨期、最好的質量、最低的成本在市場競爭中贏得客戶。2006-4-2629虛擬設計技術全球化、網絡化和虛擬化己成為制造業(yè)發(fā)展的重要特征，實現虛擬設計是制造業(yè)虛擬化的重要內容。近年來，為了縮短產品開發(fā)周期、降低生產成本，人們提出了各種各樣的制造模式。計算機技術的發(fā)展為這些制造模式的應用提供了有力的支持，“虛擬現實”技術的引入更是加快了各種敏捷制造模式的實現。2006-4-2630虛擬現實技術虛擬現實技術(VirtualReality)是一種三維計算機圖形技術與計算機硬件技術集成而實現的高級人機交互技術，讓用戶通過視覺、聽覺、觸覺、甚至嗅覺和味覺等多種知覺方式

，實時地與計算機所建造的仿真環(huán)境發(fā)生相互作用。比如，進入“虛擬廠房”，操縱“虛擬機床”，抓取“虛擬零件”，組裝“虛擬設備”等等。2006-4-2631虛擬現實的硬件設備虛擬現實技術提供：具有獨特輸入/輸出裝置的特殊人機界面，如頭盔式顯示器HMD、跟蹤器、數據手套、定位器等。借助這些虛擬外設，比之傳統(tǒng)CAD技術，用戶就可沉浸在仿真環(huán)境之中，有“身臨其境”的感覺，從而完成在現實世界中可能或不可能的工作。2006-4-2632（1）頭盔（HMD-HeadMountedDisplay)

兩個LCD或CRT顯示器典型分辨率360x2402006-4-2633

（2）立體眼鏡由液晶光柵眼鏡和紅外線控制器組成。（3）三維鼠標六自由度探測器，利用內構式超聲接收器和具有發(fā)射器的固定基坐標來測量鼠標器離開桌面后的位置和方向。（4）跟蹤器（Tracker)

對VR用戶的頭或手的位置和方向進行實時的、精確的測量。類型有：機械式、電磁式和超聲式。2006-4-2634

（5）數據手套將用戶手的姿勢轉化成計算機能讀的數據，有測量幾個或全部手指關節(jié)的傳感器。有的具有三維傳感器，以跟蹤用戶腕部的運動?；诠鈱p的光纖手套2006-4-2635

（6）立體投影屏幕通過立體復合技術顯示左、右眼的信息。使用“無源”偏振眼鏡。價格低，可多人參與。2006-4-2636

（1）單人沉浸式頭盔式立體顯示器產生逼真的沉浸感虛擬環(huán)境產生器頭盔顯示器聲音合成聲音合成語音識別電子顯示裝置頭/眼/手跟蹤觸覺/動覺系統(tǒng)手位置頭位置眼位置虛擬現實環(huán)境的幾種主要形式2006-4-2637

（2）虛擬世界窗口在虛擬環(huán)境中建立一窗口，通過該窗口漫游環(huán)境。（3）半實物模擬建立半事物模擬環(huán)境，并提供實際控制與屏幕上虛擬環(huán)境之間的交互途徑。（4）CAVE

墻式顯示屏全自動聲像虛擬環(huán)境。2006-4-2638虛擬現實技術應用真實感圖形顯示2006-4-2639虛擬現實技術應用真實感圖形顯示2006-4-2640虛擬現實技術應用2006-4-2641虛擬現實技術應用2006-4-2642高臨場感的視景仿真系統(tǒng)2006-4-2643虛擬現實技術各種仿