先进制造技术ppt课件第二章现代设计技术.ppt
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1、2022/12/3,1,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,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,2022/12/3,2,一、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。,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,2022/12/3,3,一、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
2、配置、布置方式和尺寸,使之适应多方面的使用要求。20。,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。25,2022/12/3,4,设计技术:在设计过程中解决具体设计问题的各种方法和手段。,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
3、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。,2022/12/3,5,2. 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; 设计手段上,传统的手工设计现代化计算机辅助设计。,2022/12/3,6,方法维,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,分析,综合,评价,决策,时间维,逻辑维,可靠性设计,优化设计,模块化设
4、计,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。,2022/12/3,7,方法维,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,分析,综合,评价,决策,时间维,逻辑维,可靠性设计,优化设计,模块化设计,是反映按时间顺序的设计过程。产品规划-需求分析、市场预测、可行性分析、总体参数、制约条件和设计要求;方案设计-功能原理设计,确定原理方案;技术设计-将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构;施工设计-指工程图绘制,工艺文件编写,说明书编写等。,现代设计技术的时间维,2022/12/3,8,是解决问题的逻辑步骤。分析-明确设计任务本质;综合-综合各种因
5、素,探求解决方案;评价-对多种方案进行比较和评定,方案调整和改进;决策-确定最佳的设计方案,现代设计技术的逻辑维,方法维,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,分析,综合,评价,决策,时间维,逻辑维,可靠性设计,优化设计,模块化设计,2022/12/3,9,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、类比法等经验为主的设计方法。 现代设计技术采用各种先进的设计理论、方法和工具。,现代设计技术的方法维,应用现代设计技术的目的是什么?,2022/12/3,10,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,2022/12/3
6、,11,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。,2022/12/3,12,2)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。 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?,2022/12/3,13,(2)现代设计技术的核心因素,现代设计的核心因素:质量
7、、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。,2022/12/3,14,2. 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。,2022/12/3,15,2. 现代设计技术的特点,(3)创造性 是建立在先进的
8、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。,2022/12/3,16,(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
9、和评价。,2022/12/3,17,(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。,2022/12/3,18,现代设计技术体系结构框图,二、现代设计技术体系,CAD技术、优化设计、有限元分析、虚拟设计和工程数据库。,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。,产品的性能试验、可靠性试验、数字仿真试验和虚拟试验等。,2022/12/3,19,(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
10、。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。,2022/12/3,20,(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。 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。,2022/12/3,21,(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。,2022/12/3,22,本节
11、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,反求工程设计技术,(Reverse Engineering,RE),2022/12/3,23,反求工程(反向工程、逆向工程),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。,一、反求工程的含义,2022/12/3,24,2022/12/3,25,(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。
12、,2022/12/3,26,2022/12/3,27,2. 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。,2022/12/3,28,3. 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。,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。,2022/12/3,29,(1)在没有原始设
13、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;,4.实物反求工程的应用,2022/12/3,30,(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;,2022/12/3,31,(5)艺术品、考古文物的复制,2022/12/3,32,(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
14、,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。 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(CAX)技术手段。,2022/12/3,33,二、 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;,2022/12/3,34,二、 反求工程设计的基本步骤,(2)再设计阶段 根据分析结果和实物模型的几何元素拓扑关系,制定
15、零件的测量规划,确定测量设备、测量顺序和精度等; 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; 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; 再设计,创新和改进。,2022/12/3,35,二、 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。,2022/12/3,36,2022/12/3,37,(1)反求对象分析 根据实物,分析其功能、原理、材料性能、加工工艺等。是反求工程成败的关键。,1)反求对象的功能及原理分析 分析了解实物所具有的功能,以及实现功能的原理
16、和方法,获得原理方案。,2)反求对象的材料分析 材料成分的分析,材料组织结构分析和材料的性能检测等。,三、 反求工程的关键技术,2022/12/3,38,3)反求对象的加工、装配工艺分析 对反求对象进行分析,怎样加工和装配来保证其性能要求。,4)反求对象的精度分析 产品精度直接影响到产品性能。包括反求对象形体尺寸的确定和精度分配等。进行精度分配时,需考虑产品的精度指标,技术条件和工作原理,企业的生产技术水平和国家技术标准等。,2022/12/3,39,5)反求对象的造型分析 造型设计运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理,对产品外形,色彩,质地,提高外观质量,舒适性及方便性。,6)反求对象
17、的系列化、模块化分析 系列化和模块化有利于产品的多品种、多规格和通用化设计,以提高质量,降低成本。,2022/12/3,40,(2)反求对象的几何参数采集 是一个关键环节。根据反求对象,确定其形体的尺寸。,实物反求中,确定形体尺寸,可以采用的手段有:,2022/12/3,41,1. 以圆规、卡尺、千分尺等简易测量工具进行手工测量; 2. 采用机械接触式坐标测量设备; 3. 采用激光、数字成像、声学等非接触测量设备。此方法能得到较为精确模型数据,但相应的测量设备也较昂贵,对技术人员的要求也高。,2022/12/3,42,接触式测量是通过传感头与实物接触而记录实物表面的坐标位置。 可分为点接触式数
18、据采集和连续式数据采集。 探针尖逐点移动是点接触式数据采集。采样头连续移动是连续式数据采集。,2022/12/3,43,接触式测量精度一般较高,但测量速度效率较低。 三坐标测量机CMM(3D-Coordianate Measure Machine)是一种接触式测量设备。不适合大块曲面的大量点的测量,也不能对橡胶、黏土、弹塑性材料、超薄材料进行测量。,德国zeiss公司 CONTURA SELECT型 三坐标测量机,2022/12/3,44,2022/12/3,45,非接触式测量主要有基于光学、声学、磁学等原理,将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为实物表面的坐标点。 (1)结构光法,是将条形光
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