先进设计技术第三学时课件.ppt

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1、先进设计技术第三学时,41、俯仰终宇宙，不乐复何如。42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。44、欲言无予和，挥杯劝孤影。45、盛年不重来，一日难再晨。及时当勉励，岁月不待人。,先进设计技术第三学时先进设计技术第三学时41、俯仰终宇宙，不乐复何如。42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。44、欲言无予和，挥杯劝孤影。45、盛年不重来，一日难再晨。及时当勉励，岁月不待人。先进制造技术王赟Advanced Manufacturing Technology(AMT)先进设计技术有限元分析反求工程2 1 34计算机辅助设计技术概述5绿色产品设计6可靠性设

2、计,传统的初中语文教学，教师的教学主观性太强，一堂课就语文教师一个人在讲台上讲，而学生在讲台下主动学习性却不强。教师只管“读”完了自己教案上的内容，而忽略了学生是否已经掌握了知识。这样的教学方式、教学方法、课堂内容，往往容易使学生昏昏欲睡，提不起学习语文的兴趣，导致学习效率严重低下。因此，我们要为学生创造一个高效、愉悦的学习环境，提高学生主动学习的积极性。高效愉悦的语文学习课堂，既能提高学生的学习兴趣，提高学生的学习效率，激发学生的积极性，又能让学生在轻松愉悦的课堂环境中学习知识，获得知识，掌握知识。一、立足教材，高效教学 对学生来说，教材是学习的知识基础；对教师来说，教材是教学的重要依据。这

3、一点要求教师在进行课堂教学的时候，无论采用任何教学方式都要立足教材，根据学生的学习接受能力精心准备好教学方案。首先，教师在进行授课前，要自己充分解读教材的课文内容和知识要点，提炼课文中需掌握的学习重点，以便于在课堂上给学生做重点讲解。然后根据课文的难易程度设计教学程序，引导学生一步一步掌握知识。最后，根据学生的学习特点和接受掌握知识的能力来制订科学有效的教学方案。此外，教师除了要精心准备好教学方案外，教师还要引导学生做好课前预习。课前预习是帮助学生学习的一个重要习惯，它可以帮助学生迅速地进入学习状态，适应教师的授课节奏，提高学习效率，降低教师教学压力。在初中这个阶段，很多学生还没有养成良好的课

4、前预习的学习习惯，因此也就需要教师去引导、督促学生进行课前预习，培养学生养成课前预习的学习习惯。总体来说，在初中阶段，学生需要养成的语文课前预习习惯有：通读课文；认识课文中的生字和生词；给文章划分段落；找出文中优美的词句；大声朗读课文等。二、轻松愉悦的课堂氛围 教师的教学方案制订好了，学生的课前预习也做好了，那么接下来就是课堂教学了。我们要给学生提供一个轻松愉悦的学习课堂。轻松愉悦的学习课堂不仅仅是可以活跃课堂的学习气氛，也可以调动学生的学习兴趣，还可以提高学生的学习效率，挖掘学生的创造性。因此，我们在进行教学的时候可以通过以下两点来营造一种轻松愉悦的课堂氛围。1.品赏课文 初中生在阅读方面的

5、能力还是有很大的提升空间的。初中生的思想新奇、想法众多，教师要引导学生发挥他们的思维特点去细细品读课文，对文章中优美的句子进行赏析，研究课文的中心思想，深入理解文章的内容，仔细揣摩文本的思路和写作情感，体会作者的感情。只有学生认真地阅读了课文，对课文进行了一番良好的剖析，学生才能更好地理解课文的思想感情，才能提高学生的感知力。当学生在阅读的时候，教师要提供一些必要的帮助。如帮助学生更好地切入课文的感情，由于学生的个体差异，每个学生的思维方式不一样，对课文的理解也不尽相同。那这个时候教师就要给学生以积极的鼓励，给学生以积极的评价，引导学生取长补短，发挥自己的优势，挖掘自己的阅读理解能力。2.开放

6、教学 相对传统的语文教学模式，开放教学是全新的教学理念。在新时代环境的背景下，教师要打破传统的教学模式，利用现代先进的科学技术，寻找新的教学方式。开放教学首先是开放的教和学。教是教学方式和教学内容，学是学生思维和课堂氛围。课堂氛围是开放教学的基础。在课堂上，教师要实现“乐教”。在进行教学时，教师可以时不时地加以小幽默，使枯燥的知识添加一些趣味性，提高学生的积极性和能动性，使学生在自主、和谐的课堂上学习知识。在思维上，教师要鼓励学生创新、大胆思考，鼓励学生在课文阅读的时候发散自己的思维，大胆地提出自己有价值的且个性化的见解。在教学方式上，教师要充分灵活运用现代先进的科学技术，不再束缚在黑板、粉笔

7、、教材的教学，而要多利用先进的科学技术，实现全面多媒体教学。构建高效愉悦的初中语文教学课堂，是现代社会教育的新标准。高效愉悦的初中语文课堂教学有利于提高教师的教学效率和质量，有利于提高学生的素质和综合能力。作为一名初中语文教师，应该不断加以研究、探索和创新。何谓自主学习？自主学习是指学生通过多种手段和途径，靠自身参与，自己寻求解决问题的途径与方法，进行有目的、有选择的、探究式的学习，从而形成自我发展的实践活动。下面我就“自主学习模式”教学中的一些做法、收获和体会，与同行分享。一、自主学习强调课前预习 自主学习从何入手？从预习开始。做好预习是自主学习模式中首要的一个环节。教师在课前布置好预习任务

8、以及预习要求，让学生自主完成。布置预习任务要注意两点：（1）预习任务要关注学生的普遍性，对一般知识性作业要让大部分学生通过努力都能完成；（2）问题性作业要结合课堂内容，要有针对性，一般不宜太难、太多，否则无法自主完成。自主预习的方式很多，可以查阅资料，查阅有关工具书，或向其他人请教完成任务；可以利用网络、多媒体等现代化手段完成任务。学生有了课前的预习基础，对所要学习的东西在心中有一个整体的框架，对知识的重难点有一个较好的把握，便于在课堂学习中做到有的放矢。二、自主学习强调学生自主探究 微软公司驻中国总裁李开复说：“中国孩子学习踏实，美国孩子学习富有创意。”为什么中国孩子学习没有创意？因为受传统

9、教学模式影响，教师束缚了学生的手脚！教师要“放权”，要“放手”，把学习的权利归还给学生。不要怕学生跌倒，就是要敢于让学生自己“探路”，自己“渡河”，在学习方法和途径上甚至可以“不择手段”。为了完成同一学习任务，有些学生喜欢独自思考，经过深思熟虑找到解决问题的方法与途径，从而一步一步地、通过自主探索找到问题答案；有些学生喜欢与人交流，在交流中寻找灵感，共同探讨解决问题的方法与途径，然后通过合作探究找到问题答案；有些学生喜欢博览群书，从资料、文献中找到问题答案；有些学生喜欢以问询方式问询长辈、问询老师、问询身边的人以获得线索，经过自己内化解决问题；有些学生喜欢利用网络资源、媒体资源寻求答案。不管采

10、用哪种方式，出发点只有一个：让学生自己找到解决问题的途径与方法。总之，教师要鼓励学生自己动手，变被动性学习、依赖性学习为主动性学习。三、自主学习强调课堂互动、合作与交流 应该说，太安静的课堂并非一堂好课。如果学生都很守规矩，一直悄无声息地听老师讲课，我认为不是好事，至少说明学生没有主动参与，没有合着教师的节拍。说不定学生心中另起课堂，开着无轨电车在另一片天地间风驰电掣。果真那样的话，教师真正是在“教书”，学生真正是在“听课”，教师只是在表演“独角戏”，哪怕教师手舞足蹈，讲得天花乱坠，学生都无动于衷，这样的课堂才真可怕！我们应该转变一个观点，不要怕课堂乱！乱一点好，课堂因“乱”而“动”，因“动”

11、而“活”。因为学生在互动，在交流，才显出课堂的朝气与活力。学生可以和同学互动，可以和教师互动，可以和听课的老师互动。情感在互动中交融，真理在交流中明晰。四、自主学习强调及时检查与反馈 自主学习的主要目的是让学生自己寻求合适的途径与方法解决问题。学生做没做？做得怎样？教师怎么得知？这就需要教师靠及时检查与反馈，掌握学生理解、消化的程度，为补救、矫正提供依据。及时检查与反馈，同时又是一把无形的令箭，鞭策和鼓励学生勇往直前、不能停步。五、自主学习强调成果展示 人都有荣誉感。在荣誉面前，人显得更自信、更坚定。学生总是希望通过自己的努力得到老师的表扬，得到同伴的赞许目光。根据这一点，教师必须对学生的成果

12、进行展示。成果展示本身就是对学生最好的表扬和鼓励！每当成果得到展示，学生心里美滋滋的，真比吃蜜还甜！学生尝到了成功的喜悦，便激发了昂扬的斗志，催人奋进。六、自主学习鼓励学生求异思维 我再重复微软公司驻中国总裁李开复的话：“中国孩子学习踏实，美国孩子学习富有创意。”如果从这句话延伸去思考，中国人学习那么踏实、认真，为什么没有取得多少举世瞩目的成就？那是因为中国人缺乏创新精神。为什么缺乏创新精神？只因中国几千年传统教育理念束缚，中国人因循守旧，不敢“异想天开”。特别是在新课改之前，我们的教育只关注学生的求同思维，设计问题理想化、模式化，要求问题的答案必须归结到一个观点上，不允许有异见，否则就视为路

13、线问题、阶级问题，予以批判。思想禁锢，阻碍了社会发展。七、自主学习不等于放任自流 自主学习，不是对学生放任不管。学生年幼，自制能力差，贪玩。自主学习不是放任自流，教师要把握好学生的学习方向，要随时关注学生的学习动态、思想动态。让学生学会学习，在学习中自我完善、自我发展。经过三年的“自主学习”教学模式的探索与实践活动，我校取得了不菲的成绩。连续两年获得片区教学质量学年跟踪检测一等奖的好成绩，从多年来排名第五位上升到第一位。我相信，随着师生对“自主学习”教学模式的不断探究和完善，“自主学习”教学模式会更加优化，教育教学效果会更加突显，学生的综合学习能力会得到更大的提升。,先进制造技术,王赟,Adv

14、anced Manufacturing Technology(AMT),先进设计技术,有限元分析,反求工程,2,1,3,4,计算机辅助设计技术,概述,5,绿色产品设计,6,可靠性设计,了解逆向工程基本概念和基本步骤了解逆向工程应用领域了解RE的软件系统,本节课要求,逆向工程,正向设计：“从无到有”，设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。市场需求设计要求设计师的创造性活动产品 反向设计：“从有到无”，就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。

15、已有产品消化、再创造市场竞争的新产品,反求工程流程,传统的复制方法：是用立体雕刻机或液压三次元靠模铣床制作出一比一成等比例的模具，再进行量产。这种方法属称类比式复制，无法建立工件尺寸图档，也无法做任何的外形修改，已渐渐为新型数字化的逆向工程系统所取代。逆向工程(Reverse Engineering,RE)：由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合反求软件进行曲向重构，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果，最终生成IGES或STL数据，据此就能进行快速成型或CNC数控加工。,反向设计的两种方法,逆向工程技术:“将产品样件转化为CAD模型的相关

16、数字化技术和几何模型重建技术”的总称.逆向工程不仅仅是对现实世界的模仿，更是对现实世界的改造，是一种超越。逆向工程主要任务 将原始物理模型转化为工程设计概念或产品数字化模型：一方面为提高工程设计、加工分析的质量和效率提供充足的信息；另一方面为充分利用CADCAECAM技术对已有的产品进行设计服务。,实物逆向：在已有实物条件下，通过试验、测绘和分折，提出再创造的关键；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质、精度、使用规范等多方面的逆向。实物逆向对象可以是整机、部件、组件和零件。软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软

17、件逆向中有三类情况：1)既有实物，又有全套技术软件；2)有实物而无技术软件；3)无实物，仅有全套或部分技术软件。影像逆向：无实物，无技术软件，仅有产品相片、图片、广告介绍、参观印象和影视画面等，要从其中去构思、想象来逆向，称为影像逆向，这是逆向对象中难度最大的。影像逆向本身就是创新过程。目前还未形成成熟的技术。一般要利用透视变换和透视投影形成不同透视图，从外形、尺寸、比例和专业知识，去琢磨其功能和性能，进而分析其内部可能的结构。,逆向工程分类,逆向工程的应用领域将实物模型转化为CAD模型以进行计算机辅助分析（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等。对外形要求较高的零部件的设计：如在飞机、汽车、摩

18、托车、家用电器等产品开发中，根据木制或油泥模型获得产品CAD模型。快速生产一些大型设备，如航空发动机、汽轮机组等损坏的零部件，迅速回复生产。快速原型（Rapid Prototype，RP）制造：如艺术品、考古文物的复制，人体骨骼、关节、假肢制造，特种服装、头盔等的制造。计算机辅助检测，利用工业CT技术，可以快速发现、定位物体的内部缺陷。,机械工程及制造领域（航空、航天和汽车制造等）；医疗模具、医疗器械和仿真人体器官；用于影视设计和游戏开发；纺织和客户消费领域；家具和玩具造型领域。,油泥模型 测量点云数据 提取特征曲线 曲面重构 曲面模型,汽车逆向工程设计,反求工程的基本步骤,三维实体几何形状数

19、据采集规则或大量离散数据处理三维实体模型重建、加工等,逆向工程关键技术,实体模型数据采集,逆向工程测量系统通过三维扫描测量实物表面的三维坐标点集，得到的大量坐标点的集合称为点云（Point Cloud)。接触式测量 根据测头的不同，可分为触发式和连续式。如三坐标测量机 非接触式测量 根据原理的不同，可分为三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MRI测量法、超声波法和层析法等。,三坐标测量机，逐点扫描，速度慢。,接触式扫描,激光线扫描仪,逐线扫描,非接触式扫描,破坏式断层扫描,逆向工程中数据采集规划,产品数据采集原则：沿着特征方向走，顺着法向方向采集。1、规则形状

20、的数据采集规划 对规则形状诸如点、直线、圆弧、平面、圆柱、圆锥、球等，也包括扩展规则形状如双曲线、螺旋线、齿轮、凸轮等，数据采集多用精度高的接触式探头，依据数学定义这些元素所需的点信息进行数据采集规划。,各规则元素数学描述所需的最小数据点数，要描述其公差与变化，实际需要测量更多的点。,2、自由曲面的数据采集规划 对非规则形状，统称自由曲面，多采用非接触式探头或二者相结合。原则上，要描述自由形状的产品，只要记录足够的数据点信息即可，但评判足够数据点是很难的。实际数据采集规划中，多依据工件的整体特征和流向，进行顺着特征走，法向特征扫的数据采集规划；对局部变化较大的地方，仍采用这一原则进行分块补充。

21、3、智能数据采集规划 当前智能数据采集还处于刚开始阶段，但它是三坐标测量机所追求的目标，它包括样件自动定位、自动元素识别、自动采集规划和自动数据采集。,（1）测量方式：接触式测量、非接触式测量、断层式（2）测量数据可分为四类：散乱数据无序 扫描线数据扫描线上点在扫描平面内有序排列 网格化数据点云所有点均与参数域中一个均匀网格定点对应 多边形数据测量点分布在一系列平行平面内，用小线段将同一平面内距离最小的若干点依次连接。,反求工程的基本步骤,1.数据获取：反求工程CAD建模的首要环节,散乱点云数据,测量点没有明显的几何分布特征，呈散乱无序状态,扫描线点云数据,点云由一组扫描线组成，扫描线上的所有

22、点位于扫描平面内,网格化点云,点云中所有点都与参数域中一个均匀网格的顶点对应网格化插值,三角网格点云数据,点云中的点与邻点构成三角网格拓扑关系,多边形点云,测量点分布在一系列平行平面内，用一小线段将同一平面内距离最小的若干相邻点依次连接，可形成有嵌套的平行多边形层切法、核磁共振、工业CT,多边形点云数据,分析、理解事物模型的设计意图及造型方法基于测量数据进行原始设计参数还原三种模型参数：设计参数、实物参数、重构参数,反求工程CAD建模方案制定,反求工程的基本步骤,2.建模方案制定,反求工程的基本步骤,3.数据预处理,数据拼合数据光滑数据简化数据修复数据分块,点数据处理过程,曲线处理过程,曲面处

23、理过程,边界识别,拓扑重建,拓扑重建,孔洞识别,孔洞识别,孔洞识别,数据拼合,也叫多视拼合，因为一次测量完成对全体件的数字化是很困难的 CMM中多次装夹光学测量仪中，多视角测量可以在测量过程中由软件自动拼合，也可以在测量结束后输入到反求工程软件中拼合,拼合方法,点位法：测量点中确定三个非共线点，作为分视 图的局部坐标系标准,拼合结果,数据光滑,实际测量过程中受到人为或随机因素的影响，使得测量结果包含噪声，为了降低或消除噪声对后续建模质量的影响，有必要对数据进行平滑滤波。人机交互 程序滤波变形光顺,滤波示意图,程序滤波,光顺效果,光顺效果,数据修复,测量过程中因为贴定位片、遮挡等原因导致部分数据

24、测量不完整重新测量软件中修补,残缺数据修复,残缺数据修复,数据修复,数据简化,按数据点间的距离 指定数据点间的临界距离，两个测点间的距离小于临界距离，则删除其中的一个。按给定的法向精度根据删除一个点在曲面法向引起的误差大小作为测点删除的依据。测点到最小二乘拟合曲面的垂直距离作为删除该点引起的近似法向误差，若小于某一阈值，删除该点。曲率较小的地方分布较少的点，曲率大或尖锐棱边保留较多的点。,给定距离简化,下图为某鞋厂新款鞋样实施反求工程，采用线结构光视觉 传感器坐标测量系统对鞋楦进行测量、建模，获得的模型。,实例,逆向工程的加工,加工 加工是将数字产品转化为真实产品的过程。逆向工 程的加工更注重

25、加工工艺的自动化和加工的自动化 完成。,例子：电吹风叶轮的快速设计与实现,总结仿制是产品发展的原动力，逆向工程是产品研发的有效途径。逆向工程把三坐标测量机、CAD/CAM/CAE软件、CNC机床有机而又高效地结合在一起，成为产品研发和生产的一个高效、便捷的途径。逆向工程不仅仅是产品的仿制，它更肩负着数学模型的还原和再设计的优化等多项重任。,国外逆向工程软件,Geomagic(美国RainDrop公司的)逆向工程软件，具有丰富的数据处理手段，可以根据测量数据快速构造出多张连续的曲面模型。Imageware作为UG NX中提供的逆向工程造型软件。具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。可以

26、处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的A级曲面(CLASS A)具有良好的品质和曲面连续性。Imageware的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差。CopyCAD(英国DELCAM公司系列产品)，主要处理测量数据的曲面造型。DELCAM的产品涵盖了从设计到制造、检测的全过程；包括PowerSHAPE、Power-MILL、PowerINSPECT、ArtCAM、CopyCAD、PS-TEAM等诸多软件产品。CopyCADM系列中的其它软件可以很好地集成。RapidForm(韩国INUS公司开发)逆向工程软件，主要用于

27、处理测量、扫描数据的曲面建模以及基于CT数据的医疗图像建模还可完成艺术品的测景建模以及高级图形生成。RapidForm提供一整套模型分割、曲面生成、曲面检测的工具用户可以方便地利用以前构造的曲线网格经过缩放处理后应用到新的模型重构过程中。,国内逆向工程软件,国内在逆向工程软件方面的研究主要集中在高等学校(如清华大学、浙江大学、南京航空航天大学)，也有软件产品出现，但是由于系统稳定性、可操作性等原因，这些研究性软件还没具备与国外商业化软件竞争的条件。QuickForm是较好的一个：该系统采用先进的几何引擎，运行稳定性好，并有良好的可操作性。由于开发人员具有丰富的逆向工程实施经验因此系统的功能设置

28、、操作方式符合国内用户的习惯，这是国外软件所无法具备的。QuickForm还具有价格优势，QuickForm的价格在同类软件中具有极强的竞争力；采用国产软件也是对国内制造业和软件行业的支持。,Imageware,Imageware是著名的逆向工程软件，世界四大逆向工程软件之一，广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。拥有广大的用户群，国外有BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota；国内已有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等。以前该软件主要应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在

29、产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。常规的设计流程首先根据工业造行需要设计出结构，制作出油泥模型，然后将模型送到风洞实验室去测量空气动力学性能，再根据实验结果对模型进行修改，经过反复修改直到获得满意结果为止，这样所得到的最终油泥模型才是符合我们需要的模型。,Imageware,如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软件、首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，利用逆向工程软件（例如：Imageware、surfacer）进行处理，获得class 1曲面。随着技术进步和消费水准的不断提高，很多其他行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计，例如，微软公司

30、生产的鼠标器，就其功能来讲，只需要三个键就可以了，可是怎样才能让鼠标器手感最好，经过长时间使用而不易产生疲劳感确是生产厂商需要认真考虑的问题。因此微软公司首先根据人体工程学制作了几个模型，并交给使用者评估，根据评估意见对模型直接修改，直到模型修改到大家都满意为止，然后将模型数据利用逆向工程软件Imageware生成CAD数据。当产品推出市场后，由于外观新颖、曲线流畅、加上手感好，符合人体工程学原理，迅速获得用户的广泛认可，产品市场占有率大幅度上升。,应用展望,反求工程是一门开拓性、综合性和实用性很强的技术。尽管国内外已有大量成功经验，但目前还很少有这方面系统的论著，大多散见在各个行业的案例或设

31、计资料中，很多企业也不愿将其反求技术公开。应该看到，反求工程有其独特的共性技术和内容，还是一门新兴的交叉学科分支，正如高新技术层出不穷，解密技术亦要相应发展。在工程专业领域，需有设计、制造、试验、使用、维修、检测等方面知识；在现代设计法领域，应有系统设计、优化、有限元、价值工程、可靠性、工业设计、创新技法等知识；在计算机方面，需有硬件和软件的基本知识，等等。总之，现行产品中的各种复杂、高新技术，在反求工程中都会遇到如何消化吸收问题。,小结,了解反求工程的概念、研究对象及研究内容；掌握反求工程的设计流程。,先进设计技术,有限元分析,反求工程,2,1,3,4,计算机辅助设计技术,概述,5,绿色产品

32、设计,6,可靠性设计,可靠性设计,可靠性工作的意义,可靠性是产品质量的一项重要指标。,重要关键产品的可靠性问题突出，如航空航天产品；量大面广的产品，可靠性与经济性密切相关，如洗衣机等；高可靠性的产品，市场的竞争力强；,可靠性学科的内容,可靠性基础理论：数学、失效物理学(疲劳、磨损、蠕变机理）等；,可靠性工程：可靠性分析、设计、试验、使用与维护等；,可靠性管理：可靠性规划、评审、标准、指标及可靠性增长；,固有可靠性：由设计所决定的产品固有的可靠性；,使用可靠性：在特定的使用条件下产品体现出的可靠性；,可靠性定义与指标,、可靠性定义,产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。,可靠性：

33、(Reliability),维修性：(Maintainability),可维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的能力。,有效性：(Availability),有效性广义可靠性（狭义）可靠性维修性,在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完成维修的能力。,可靠性指标,可靠度：(Reliability),产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。,记为：R()即：R()=P,其中：T为产品的寿命；为规定的时间；,事件有下列三个含义：产品在时间内完成规定的功能；产品在时间内无故障；产品的寿命大于。,若有N个相同的产品同时投入试验，经历时间后有n(t)件产品失效，则产品的可靠度为：

34、,失效概率为：,失效率,例：若有100件产品，实验10小时已有2件失效。此时观测1小时，发现有1件失效，这时,若实验到50小时时共有10件失效。再观测1小时，也发现有1件失效，这时,可靠性指标,平均寿命,对于不可修产品为平均无故障时间MTTF(Mean Time To Failure),对于可修产品为平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure),维修度,在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完成维修的概率。(M(t),有效度,平均维修时间：MTTR(Mean Time To Repair),可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的概率。,可靠性指标

35、,先进设计技术,有限元分析,反求工程,2,1,3,4,计算机辅助设计技术,概述,5,绿色产品设计,6,可靠性设计,1.绿色设计的概念,1.1 产品生命周期,传统产品设计过程图,A.直接再循环/重复利用；B.可重复利用的再制造C.循环材料再加工；D.单体/原材料再生考虑绿色设计的产品生命周期图,1.绿色设计的概念,传统产品一般只是为了满足人们的某些功能需要来为企业赢得大的利润。绿色产品（Green product,GP），又称环境协调产品（Environment Conscious Product，ECP）。可这样定义：GP就是在其生命周期全过程中，符合特定的环保要求，对生态环境无害或危害很小，

36、资源利用率很高，能源消耗低的产品。绿色产品不仅要对环境友好，具有宜人的使用方式，为人们的健康生活方式服务，倡导绿色消费文化。绿色产品在传统产品的基础上，使产品与环境(自然环境和社会环境)、产品与消费者的关系更加密切。,1.2 传统产品和绿色产品,1.绿色设计的概念,1.3 绿色设计,绿色设计（Green Design，GD）又称生态设计（Ecological Design，ED），环境设计（Design for Environment，DFE）等。“绿色设计”是20世纪80年代末出现的一股国际设计潮流。早在20世纪60年代末著名的工业设计师及教育家维可多佩帕尼克就出版了在设计界引起强烈反响的著

37、作为现实生活而设计，在书中提出了在当时与众不同的观点，他认为我们周遭的事物都是由设计师创造的，设计师在市场销售和用户满意度方面不单单只是起到“美化”的作用，同时应强调设计师的社会及道德的伦理价值。进入21世纪，因世界各国政府对环境问题的重视，有关环境保护法规的建立，企业间的竞争，使得带有理想主义色彩的“绿色设计”潮流逐步有了现实意义。,1.绿色设计的概念,可这样定义：绿色设计是在产品的整个生命周期内（设计、制造、运输、销售、使用或消费、废弃处理），着重考虑产品的环境属性（自然资源的利用、对环境和人的影响、可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，并行地

38、考虑并保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。,1.3 绿色设计,2.绿色设计的特征,设计目标。设计目标中除考虑功能、性能、质量、成果等方面外，还必须考虑产品在整个生命周期过程中与环境和人的友好性；设计技术。除常规设计方法外，还必须采用可拆卸、可回收、模块化设计；设计评价。考虑从原料提炼、加工、制造、装配、包装、运输、废弃回收、重用处理等整个产品生命周期内，对环境造成的影响为最小；设计流程。并行闭环型设计，从废弃后的回收、重用、修复、再加工，进入新一轮的产品生命周期。设计目的。兼顾产品性能需求和环保影响。,3.绿色设计的关键技术,4.绿色设计过程模型,绿色产品过程模型将绿色设计分为4

39、个部分：产品结构设计、材料选择、产品环境性能设计与产品资源性能设计，每一部分都从全生命周期的角度进行设计选择，并通过评价等环节相互联系。,绿色设计过程模型图,4.绿色设计过程模型,4.1 绿色产品的描述与建模,即弄清楚什么是绿色产品，不同产品的绿色属性如何表现，并通过生命周期分析方法（LCA）与并行工程思想建立绿色产品设计模型。,4.2 绿色产品结构设计,绿色产品的结构除满足普通产品的基本要求外，还要考虑结构的易于拆卸与回收处理。不可拆卸会造成大量可重复利用的零部件的浪费，因而现代产品不仅要有优良的装配性能，还应有良好的拆卸性能。可回收性设计指在产品设计初期就充分考虑其回收的可能性、回收价值的

40、大小、回收处理的方式等。产品结构设计包括：产品的可拆卸性设计和可回收性设计。,4.绿色设计过程模型,4.3 绿色设计的材料选择,传统产品设计主要从材料的功能、性能、经济性和是否满足要求等角度选材。绿色设计选材不仅要考虑产品的性能和条件，还要考虑环境的约束准则、选用无毒、无或少污染、易降解和易回收利用的材料。,4.绿色设计过程模型,绿色设计的材料选择原则：1、减少所用材料种类。Whirlpool公司把包装材料从20种减少到4种，处理废物的成本下降了50以上，材料成本降低，性能提高。2、减少在加工过程中对环境产生负面影响的材料。（能源）3、选用易回收材料或能再生材料。美国设计师利用再生材料制成的双

41、层波纹板代替木板制成包装用托架，与同强度木材比重量减轻3/4，节约了木材资源和运输成本，且能循环处理利用。（塑料/铝）4、选用废弃后能自然分解并能为自然界吸收的材料。如废弃后能在光合作用或生化作用下自然分解的塑料制品包装材料。5、尽可能选择无毒、无害的材料。,4.绿色设计过程模型,4.4 产品资源性能设计,绿色设计通过并行考虑产品生命周期的各个阶段，使产品的资源得到合理利用合配置。,4.绿色设计过程模型,4.5 产品环境性能设计,在产品设计初期，将其环境性能作为设计目标是绿色设计区别于传统设计的主要特点之一。由于不同的产品有不同的环境性能，设计时应根据产品特点、使用环境与要求分别予以满足。如对

42、电冰箱而言，其环境性能主要表现在不用氯氟氢类的制冷剂和发泡剂，减少或消除酸洗、磷化过程中产生的环境污染物，降低能耗、减少噪声、减少所用材料种类等。,4.绿色设计过程模型,4.6 产品设计评价,绿色设计评价主要解决绿色设计结果是否满足预期需求和目标，是否有改善潜力的问题。其主要内容包括：建立系统、完整的绿色设计评价指标体系；对现行评价方法研究的基础上，利用层次分析法、模糊数学、神经网络等方法，建立绿色设计的综合评价模型。,5.产品的可拆卸性设计,产品的可拆卸性是产品可回收性的重要条件，直接影响产品的可回收再生性。面向拆卸的设计：Design for Disassembly，DFD,5.1 影响产

43、品可拆卸性的因素待拆卸零件的数目待拆卸零部件在产品中所处的拆卸深度拆卸过程 的并行与串行待拆的连接数目连接的拆卸时间连接的种类与拆卸所需工具数连接的可达性连接在使用后的可能状态,5.2 拆卸设计准则拆卸工作量最少原则：在满足使用要求的前提下尽量去掉一些不必要的功能，如零件相似功能的合并，减少材料的种类并考虑材料之间的相容性。结构的可拆卸性准则。在选择零件间的连接方法时应考虑拆卸分离的方便性，并且紧固件的数量应尽量少。拆卸易于操作的准则。在拆卸过程中，不仅要使拆卸动作快，而且要采用合理的结构，使拆卸易于进行，如采用快开机构；在拆卸零件上留有可供抓取的表面。,5.产品的可拆卸性设计,5.产品的可拆

44、卸性设计,拆卸评价主要包括对产品的结构性评价、环境性评价及拆卸的经济性评价。通常以经济性指标（拆卸成本、回收利润或拆卸时间）为单位，定量地评价零部件拆卸的难易程度，并根据拆卸后果将设计缺陷信息反馈给设计者，使其在设计初始阶段修改方案，设计出易于拆卸的产品。,5.3 拆卸评价体系,6.产品的可回收性设计,传统设计中存在着的回收通常只停留在如材料回收的低层次回收上。为更大限度地利用废弃产品，提高废弃产品的利用率和再生率，提出了回收设计（Design for Recovering，DFR）的概念。,可回收性设计是在进行产品设计的时候，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、

45、回收处理结构工艺性等与可回收性有关的问题。使零部件及材料资源和能源的充分和有效利用，并在回收过程中对环境污染最小的一种设计思想和方法。,6.产品的可回收性设计,研究表明：零部件的重复利用可使产品的最终成本平均下降30%。,6.产品的可回收性设计,6.1 可回收材料及其标志 产品报废后，其零部件材料能否回收，取决于其材料本身的性能变化情况。如根据宝马公司研究，由加强聚氨玻璃纤维制造的汽车进气管零件，在汽车报废后，其弹性模量和阻尼特性几乎没有改变，可以100回收重用。但一般来说，材料性能在使用过程中均会有所退化。识别产品中零部件、材料能否回收或重用的标志有：产品生产时用不同的颜色表明材料的可回收性

46、或标注专门的分类编码代号等。如宝马3系列汽车，所使用的材料80是可以回收的，并采用了一种特殊的编码系统，识别产品中不同零件的数量。对大多数塑料零件采用颜色编码标志，绿色表示纯塑料，蓝色表示可回收的塑料。采用这种标志减少了不同塑料数量，完全避免了有毒、有害物质，要求对数量超过100g的所有聚合物做出标志。在塑料零件上做出条形码标志。具有条形码的塑料零件可以用激光扫描仪及机器人进行分类。条形码包括了拆卸产品的许多信息如：成分、年代、环境危害及添加剂分等。,6.产品的可回收性设计,6.2 回收设计准则考虑零件的异化使用方法，在全社会范围内寻找其再使用的途径，充分利用回收的零部件。如发动机回收后可用于

47、汽车修理，也可作为教学实物用于教学。物质使用最小化。在保证总功能前提下，遵循“最少就是好”原则。材料种类最少化。提高分类效率和回收效率并降低材料购买价格。选择理想材料。在不影响功能的前提下，尽可能使用可再循环利用材料、生物材料及回收再生材料，促使整个社会形成一个有效使用资源的良性循环。充分考虑材料的兼容性。即使这些材料构成的零部件无法拆卸，也可一起被再生利用。,6.产品的可回收性设计,6.3 回收的经济性分析 回收的经济性是零件材料能否有效回收的决定性因素。回收的经济性可根据产品类型、生产方式、所有材料种类等，根据设计制造实践，整理各有关的数据、资料并参考现行 的成本预算方式，建立可回收性经济

48、评估数学模型。,6.产品的可回收性设计,6.4 拆卸成本和回收效益拆卸回收的经济性是由拆卸成本和回收效益决定的，它决定产品的拆卸深度。拆卸成本由拆卸操作引起，随着拆卸操作的不断进行而增加，同时它使得有用零部件和材料的回收成为可能，并带来回收效益。零部件的回收效益是指回收的总价值扣除拆卸成本后所得到的效益。由五部分组成：重用零件的回收效益、重用部件的回收效益、材料回收效益、焚烧和填埋处理的费用。,6.5 产品的回收效率产品的回收效率指零部件的净回收效益与其所具有的回收总效益之比。,7.绿色设计的发展趋势,1)使用天然的材料，以“未经加工的”形式在家具产品、建筑材料和织物中得到体现和运用。2)怀旧

49、的简洁的风格，精心融入“高科技”的因素，使用户感到产品是可亲的、温暖的。3)实用且节能。4)强调使用材料的经济性，摒弃无用的功能和纯装饰的样式，创造形象生动的造型，回归经典的简洁。5)多种用途的产品设计，通过变化可以增加乐趣的设计，避免因厌烦而替换的需求；它能够升级、更新，通过尽可能少地使用其它材料来延长寿命；使用“附加智能”或可拆卸组件。6)产品与服务的非物质化。7)组合设计和循环设计。,掌握可靠性设计的概念；掌握绿色产品的概念；掌握绿色设计过程模型；掌握产品的可拆卸性与可回收性设计,小结,1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。非洲2、最困难的事情就是认识自己。希腊3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。黑塞4、与肝胆人共事，无字句处读书。周恩来5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。培根,