常用现代设计10大方法.doc

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1、常用现代设计十大方法一）计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。简称CAD。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大

2、、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。 发展概况 20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了CAD的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的CAD系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了CAD技术的发展。80 年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世，cad技术在中小型企业逐步普及。80 年代中期以来，CAD技术向标准

3、化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为CAD 技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能；人工智能和专家系统技术引入CAD，出现了智能CAD技术，使CAD系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。现在，cad 已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。 系统组成 通常以具

4、有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。 工程工作站一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。它有较强的计算能力，用规范的图形软件，有高分辨率的显示终端，可以联在资源共享的局域网上工作，已形成最流行的CAD系统。 个人计算机（pc）系统价格低廉，操作方便，使用灵活。80年代以后，pc机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc机网络技术的发展，由pc机构成的cad 系统已大量涌现，而且呈上升趋势。 计算机所设计的二次曲面球面 图形输入输出

5、设备 除了计算机主机和一般的外围设备外，计算机辅助设计主要使用图形输入输出设备。交互图形系统对CAD尤为重要。图形输入设备的一般作用是把平面上点的坐标送入计算机。常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、鼠标器、图形输入板和数字化仪。图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。软拷贝设备指各种图形显示设备，是人机交互必不可少的；硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。常用的图形显示有三种：有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。有向束显示应用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。存储管显示保存

6、图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。光栅扫描系统能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器里，图像的分辨率较高。 CAD软件 除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，CAD主要使用交互式图形显示软件、CAD应用软件和数据管理软件3类软件。 交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。CAD 应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能 ， 以完成面向各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法 、数据结构、用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储 、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。为此，需要建立工程数据库系统。它同

7、一般的数据库系统相比有如下特点：数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。 基本技术 主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。 在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式CAD系统， 指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。采用交互式系统，人们可以边构思 、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。 图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换 ；通过矩阵运算来实现图形变换。 计算机设计自动化

8、 计算机自身的CAD，旨在实现计算机自身设计和研制过程的自动化或半自动化。研究内容包括功能设计自动化和组装设计自动化，涉及计算机硬件描述语言、系统级模拟、自动逻辑综合、逻辑模拟、微程序设计自动化、自动逻辑划分、自动布局布线，以及相应的交互图形系统和工程数据库系统。集成电路CAD有时也列入计算机设计自动化的范围。二）有限元法finite element method有限元法是一种高效能、常用的计算方法有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余

9、数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系基本思想：由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。 运用步骤步骤1：剖分:将待解区域进行分割，离散成有限个元素的集合元素（单元）的形状原则上是任意的二维问题一般采用三角形单元或矩形单元，三维空间可采用四面体或多面体等每个单元的顶点称为节点（或结点）步骤2：单元分析:进行分片插值，即将分割单元中任意点的未知函数用该分割单元中形状函数及离散网格点上的函数值展开，即建立一个线性插值函数步骤3：求解近似变分方程用有限个单元将连续体

10、离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。有限元法把连续体离散成有限个单元：杆系结构的单元是每一个杆件；连续体的单元是各种形状（如三角形、四边形、六面体等）的单元体。每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解。有限元法已被用于求解线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。有限元法十分有效、通用性强、应用广泛，已有许多大型或专用程序系统供工程设计使用。结合计算机辅助

11、设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。有限单元法最早可上溯到20世纪40年代。Courant第一次应用定义在三角区域上的分片连续函数和最小位能原理来求解St.Venant扭转问题。现代有限单元法的第一个成功的尝试是在 1956年，Turner、Clough等人在分析飞机结构时，将钢架位移法推广应用于弹性力学平面问题，给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确答案。1960年，Clough进一步处理了平面弹性问题，并第一次提出了有限单元法，使人们认识到它的功效。我国著名力学家，教育家徐芝纶院士（河海大学教授）首次将有限元法引入我国，对它的应用起了很大的推动作用。 派生从有限元的基本方法派生出

12、来的方法很多，则称为三维单元。如有限条法、边界元法、杂交元法、非协调元法和拟协调元法等，用以解决特殊的问题。三）工业造型设计工业造型设计基本方法（1）设计要素 工业造型设计是一门多学科交*的新型学科，必须采用多学科交*的设计方法，以求得多种构成要素的最佳状态的解，即构成理想的设计。对工业造型设计直接产生影响的要素包括人、技术条件和环境等方面，如图1所示。（2）设计程序 现代工业造型设计是有目的有计划按次序展开的，整个设计进程有时相互交错，有时会出现循环。循环是为了不断检验每一步工作是否符合设计的要求。工业造型设计常用的是一种五阶段程序，即：设计准备阶段；设计孵化阶段；设计诞生阶段；设计定案阶段

13、；设计管理阶段。对设计师来说，就是在明确设计目的的前提下，首先全面研究与设计有关的各种设计要素，然后有意识地尝试各种组合的可能；接着是孕育过程，进而提出解决问题的方案能达到的设计目的；最后通过科学的设计机构，推出具有开辟市场能力的产品。 body.clientHeight)this.width=body.clientHeight border=0（3）美学法则 一般地说美学法则是指形式美的规律，是指造型元素依照整齐、对称、均衡、比例、和谐、多样统一等构成形式美的规律。现代工业造型设计在更多的层面上应用这一普遍规律，不仅获得了产品形态、式样、色调的统一和谐美，还取得了高科技的功能美，先进制造手段

14、的工艺美，符合人机关系的舒适美，追求时代精神的新颖美。1）统一法则 统一法则是美学法则的一个重要方面，在工业造型设计中，它要求把设计对象作为物理认识和精神感受的统一体来对待，保证设计系统的各部分（部件）甚至包括操作性、舒适性、安全性、价值、维修和环境等要素构成一个有机、有秩序的整体。实现统一法则的方法主要是应用完形理论和类聚原理，发掘设计中多系统的相互统一，使形、色、装饰、材质、光等要素，在统一的构想计划下，用“调和”下的对比，“过渡”和呼应，“主从”下的重点，规范与秩序等手法进行协调配置，使设计产生整体效应。“调和”即协调或适合之意。绝对的安定是没有的，而倾向整齐、安定的调和总是同对比现象共

15、存的，故设计中常采用表现手法的统一、形线的共调、色彩的和谐来实现整齐划一，或采取尽量增加形、色、质等共同因素，而且又保持一定的变化，来实现多样统一的目的。设计中的“过渡”是以连续渐变的线、面、体来实现形态的转承产生整体感。常用的过渡手法有曲面的渐变、圆弧过渡、斜线的联合过渡。“呼应”则是指设计要素间的视觉印象的联系和位置间的照应。设计中常以相同或相似的形、色、装饰和质感的视觉印象使位置间达到相互照应。“主从”关系是指整体与局部的关系，常以形、色、质的对比与衬托，利用动感的视觉诱导和将重点设置在视觉中心位置等手法，达到主次分明又相互协调的目的。现代化的生产方式产生了规范化的设计和程序，规定了设计

16、物的型谱和系列。其目的旨在设计中力求采用标准化和系列化的设计手段，以实现统一中的规范美和秩序感。2）时空法则 造型是时空的艺术，这一点已成为越来越多的人所认识。时空法则要求将造型要素根据人的心理感觉，针对产品的功能进行适当的配置，使造型产生扩张、流畅、向上、抵抗外力等运动的、具有生命力的艺术形式。时空法则还要求设计与生产者提高设计物的质量，使之在以使用者人为核心的环境中形成一个成长、消亡、再生的良性循环。从另一角度来说，产品随着时间的推移和地域的变化不断改变着自己的存在形式。科学技术在不断地进步与发展，人们的审美情趣和对美的追求也在不断变化，这些都要求产品造型设计具有鲜明的时代特征。产品造型设

17、计必须洞察科学技术的发展动向，密切注意新理论、新技术、新工艺、新材料的出现，应尽可能地加以运用，充分起将先进科技研究成果转化为具有实用功能的商品的媒介，设计出符合时代美学特征和文化倾向的产品。设计的产品随时代条件与社会环境和社会心理反映作相应的变化是必然的，研究与预测这种变化的潮流，把握设计倾向和特点对设计者来说是极其重要的。由于世界上各个国家、地区、民族所处的地理位置和环境不同，政治经济条件、文化传统和宗都信仰不同，形成了自己特有的性格、爱好、情趣、习惯和追求，这就要求跨地区的产品造型设计具有不同的艺术表现形式和格调，形成相应的民族风格。3）需求法则 设计的根本目的是设法满足人们的需求。心理

18、、行为学家往往将人的需求分为五个层次，即生理需求、安全需求、社交需求、自尊需求和自我实现需求。人的需求是由低层次向高层次发展的，其形式如同金字塔。而人类的需求通常是经由自然环境、人为环境、尤其是经由设计的产品而求得的满足。人类的需求是随着时代的科学技术的进步不断变化着的，新的需求会刺激新的欲望，新的欲望又导致新的设计。工业造型设计就是要主动了解使用者现在和将来的需求，并注意不同需求层次的差异性，不断设计出能满足不同使用者的各种需求的产品。4）色彩设计 工业设计领域的色彩，主要是用来美化产品；色彩作为设计的一个重要的构成要素，也被用来传达产品功能的某些信息。产品的色彩设计要把形、色、质的综合美感

19、形式与人、机、环境的本质内容有机地结合起来，才能取得完美的造型效果。一般应从以下几个方面考虑。首先，应考虑产品的功能特点、结构特点以及相关组件的特点，通过对产品本质内容的研究，对其经济价值和社会价值的分析，选择合适的色彩配置方案进行表达。其次，是对产品的使用者人的研究，利用色彩对人的心理和生理的影响作用，创造宜人的色彩环境，给产品的使用者带来亲切、愉快的心理感受。第三，是深入了解产品的使用环境，使产品的色彩与环境构成一个和谐统一的整体。随着工业技术的高度发展，色彩设计在工业造型设计中越来越显示出其重要性，未来产品的形体在不断简化，复杂的电子设备被先进的集成块取代，立体的形状变成平面的，以色彩界

20、定形状，以色彩的流动表现产品的个性，显示出色彩的独特魅力。四 ） 虚拟设计虚拟设计是一种新兴的多学科研成果交叉技术。它涉及多方面的学科研成果与专业技术，通过以虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象，把设计人员从传统的感器与多维的信息环境进行交互，同时利用这项技术也可以大大地减少实物模型和样同的制造。虚拟设计按照配置的档次可分为两大类：一种是基于PC机的廉价设计系统；另一种是基于工作站的高档产品开发设计系统。虽然是两种系统，但它们的工作原理是基本相同的。首先看一下PC机系统，它的优势主要在于价格低廉，对小型虚拟设计系统的开发非常适宜，并且它的用户广泛，所以具有良好的市场前景。随着PC机性能的迅速提

21、高，越来越多的问题完全可以利用PC机解决，但是由于目前PC机的发展仍不够完善，很难胜任大型复杂产品的虚拟设计，因此对于这些复杂产品的虚拟设计系统，高档的工作站仍是不可取代的硬件平台。虚拟设计是以计算机辅助设计（CAD）为基础，利用虚拟现实技术发展而来的一种新的设计系统。这种设计系统按应用情况又可分为增强的可视化系统和基于虚拟现实的CAD系统。增强的可视化系统：利用现行的CAD系统进行建模，通过对数据格式进行适当的转换输出虚拟环境系统。在虚拟的环境中利用三维的交互设备（如头盔式显示器、数据手套等）在一个虚拟真实的环境中，设计人员对虚拟模型进行各个角度的观察。目前投入使用的虚拟设计多采用增强的可视

22、化系统，这主要是因为基于虚拟建模系统还不够完善，相比之下目前的CAD建模技术比较成熟，可以利用。基于虚拟现实的CAD系统：利用这样的技术用户可以在虚拟环境中进行设计活动。与纯粹的可视化系统相反，这种系统不在使用传统的二维交互手段进行建模，而直接进行三维设计。与增强的可视化系统相同，利用三维的输入设备，与虚拟环境进行交互。此外，它也支持如语音识别、手势及眼神跟踪等。这种虚拟设计系统不需要进行系统培训即可掌握，普通的设计人员略加熟悉便可利用这样的系统进行产品设计。研究表明，这样的虚拟设计系统比现行的CAD系统的设计效率至少提高510倍。人们对虚拟现实技术在机械产品设计方面的应用进行广泛的探讨研究后

23、发现，这项技术（虚拟设计）对缩短产品开发周期，节省制造成本有着重要的意义。当今在不少大公司的产品设计中都采用了这项先进技术，例如通用汽车公司、波音公司、奔驰公司、福特汽车公司等。随着科技日新月异的高速成发展，虚拟设计在产品的概念设计、装配设计、人机工程学等方面必将发挥更加重大的作用。五） 模块化设计计算机程序设计之模块化设计所谓的模块化设计，简单地说就是程序的编写不是开始就逐条录入计算机语句和指令，而是首先用主程序、子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出链接关系。逐步求精的结果是得到一系列以功能块为单位的算法描述。以功能块为单位进行程序设计，

24、实现其求解算法的方法称为模块化。模块化的目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。 产品设计之模块化设计模块化设计是对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的顾客定制的产品，以满足市场的不同需求。 一、模块化设计 （一）模块化设计概念所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块化设计是绿色设计方法之一，它已经从理念转变

25、为较成熟的设计方法。将绿色设计思想与模块化设计方法结合起来，可以同时满足产品的功能属性和环境属性，一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面，可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。 (二)模块化设计原理模块化产品是实现以大批量的效益进行单件生产目标的一种有效方法。产品模块化也是支持用户自行设计产品的一种有效方法。产品模块是具有独立功能和输入、输出的标准部件。这里的部件，一般包括分部件、组合件和零件等。模块化产品设计方法的原理是，在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基

26、础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的顾客定制的产品，以满足市场的不同需求。这是相似性原理在产品功能和结构上的应用，是一种实现标准化与多样化的有机结合及多品种、小批量与效率的有效统一的标准化方法。 二、模块化与系列化系列产品中的模块是一种通用件，模块化与系列化已成为现今装备产品发展的一个趋势。模块是模块化设计和制造的功能单元，具有三大特征：1.相对独立性，可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储，这便于由不同的专业化企业分别进行生产；2.互换性，模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要；3.通用性，有利于

27、实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块的通用。 （一）模块化与系列化、组合化、通用化和标准化的关系模块化设计技术是由产品系列化、组合化、通用化和标准化的需求而孕育的。系列化的目的在于用有限品种和规格的产品来最大限度、且较经济合理地满足需求方对产品的要求。组合化是采用一些通用系列部件与较少数量的专用部件、零件组合而成的专用产品。通用化是借用原有产品的成熟零部件，不但能缩短设计周期，降低成本，而且还增加了产品的质量可靠性。标准化零部件实际上是跨品种、跨厂家甚至跨行业的更大范围零部件通用化。由于这种高度的通用化，使得这种零部件可以由工厂的单独部门或专门的工厂去单独进行专业化制造

28、。（二）产品模块化、系列化设计分类与库管理 产品模块要求通用程度高，相对于产品的非模块部分生产批量大，对降低成本和减少各种投入较为有利。但在另一方面又要求模块适应产品的不同功能、性能、形态等多变的因素，因此对模块的柔性化要求就大大提高了。对于生产来说，尽可能减少模块的种类，达到一物多用的目的。对于产品的使用来说，往往又希望扩大模块的种类，以更多地增加品种。针对这一矛盾，设计时必须从产品系统的整体出发，对产品功能、性能、成本诸方面的问题进行全面综合分析，合理确定模块的划分。产品模块化设计按照自顶向下研究分类，包括系统级模块、产品级模块、部件级模块、零件级模块；再按照功能及加工和组合要求研究分类，

29、包括基本模块、通用模块、专用模块；然后按照接口组合要求研究分类，包括内部接口模块、外部接口模块。以产品级模块化为例，就是在需求调查的基础上，对装备产品的构成进行分析，考察其中的功能互换性与几何互换性的关系，并划分基本模块、通用模块或专用模块，以模块为基础进行内部接口、外部接口设计，通过加、减、换、改相应模块以构成新的产品，并满足装备产品的功能指标的要求。三、模块化产品设计（一）模块化设计的目的模块化产品设计的目的是以少变应多变，以尽可能少的投入生产尽可能多的产品，以最为经济的方法满足各种要求。由于模块具有不同的组合可以配置生成多样化的满足用户需求的产品的特点，同时模块又具有标准的几何连接接口和

30、一致的输入输出接口，如果模块的划分和接口定义符合企业批量化生产中采购、物流、生产和服务的实际情况，这就意味着按照模块化模式配置出来的产品是符合批量化生产的实际情况的，从而使定制化生产和批量化生产这对矛盾得到解决。 （二）模块化设计的应用虽然模块化的进程中充满荆棘，但它给企业带来飞一样的创新速度注定了模块化是以后的发展趋势。模块化不仅加快了变革的速度，增大了竞争的压力，它还改变了企业间的关系。在残酷的创新竞争中，如何在本行业中夺取更多的市场份额就显得极为重要。一个企业作为某个需要不断创新的行业中由百个企业组成的模块制造商群体的一员，与作为由少数几个企业占据垄断优势的稳定发展的行业中的成员有着很大

31、的区别，没有任何一种发展战略是永远奏效的。模块化市场的双重结构要求企业经理在两种主要的发展战略中做出慎重选择：企业作为总设计师为多个模块构成的产品确立设计和生产原则；企业也可以作为模块制造商为用户提供高性价比的模块产品，以性能和价格在市场上击倒同类厂商。在制造行业中模块化的应用已非常普遍，如汽车工业和飞机制造等。现在，一些公司正在把模块化这个理论扩展到产品生产和服务的设计上来，有些看似和模块化根本不着边际的行业也在尝试着移植模块化理论，提高自身的创新速度。 四、模块化产品的优点（一）对企业产品研发的贡献由于模块化推进了创新的速度，使得企业领导者对竞争者的举动做出的反应时间大大缩短。作为一条规则

32、，管理者不得不更加适应产品设计上的各种发展，仅仅了解直接竞争厂商的竞争战略是远远不够的，这个产品的其他模块的创新及行业内部易变的联盟都有可能招致激烈的竞争。模块是产品知识的载体，模块的重用就是设计知识的重用，大量利用已有的经过试验、生产和市场验证的模块，可以降低设计风险，提高产品的可靠性和设计质量。模块功能的独立性和接口的一致性，使模块研究更加专业化和深入，可以不断通过升级自身性能来提高产品的整体性能和可靠性，而不会影响到产品其他模块。模块功能的独立性和接口的一致性，使各个模块可以相对独立地设计和发展，可以进行并行设计、开发和并行试验、验证。模块的不同组合能满足用户的多样性需求，易于产品的配置

33、和变型设计，同时又能保证这种配置变型可以满足企业批量化生产的需求。 （二）对企业工作效率和成本控制的贡献设计和零部件的重用可以大大缩短设计周期；并行的产品开发和测试可以大大缩短设计周期；利用已有成熟模块可大大缩短采购周期、物流周期和生产制造周期，从而加快产品上市时间；如果划分模块时考虑到企业售后服务的特定需求，同样可以缩短服务周期和耗费资源时间。模块和知识的重用可以大大降低设计成本；采用成熟的经过验证的模块，可以提高采购批量，降低采购和物流成本；采用成熟的经过生产验证的模块，可以大大减少由于新产品的投产对生产系统调整的频率，使新产品更容易生产制造，可以降低生产制造成本；产品平台中及平台之间存在

34、大量的互换模块，可以降低售后服务成本。（三）对企业组织的贡献模块化有利于企业研发团队分工，规范不同团队间的信息接口，进行更为深入的专业化研究和不同模块系统的并行开发；抽象平台和模块的建立，可以实现企业组织结构与产品模块结构之间的交互，使并行工程拥有实施的根基，工艺、财务、采购和售后服务可以在产品研发早期就介入产品研发项目；标准规范的模块接口有利于形成产品的供应商规范，有利于产业分工的细化。模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，现已成为一种新技术被广泛应用，尤其是信息时代电子产品不断推陈出新，模块化设计的产品正在不断涌现。如何使产品的模块化设计全方位地满足市场的多样化需求，应当引起

35、企业经营者、新产品开发人员及其标准化研究者的高度重视。模块化设计已被广泛应用于机床、电子产品、航天、航空等设计领域，但至今模块化术语尚未给出公认的权威性定义。企业一方面必须利用产品的批量化、标准化和通用化来缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量，另一方面还要不断地进行产品创新使产品越来越个性化，满足客户的定制需求。这样，如何平衡产品的标准化、通用化与定制化、柔性化之间的矛盾，成为赢得竞争的关键能力。平台化、模块化的产品设计和生产可以在保持产品较高通用性的同时提供产品的多样化配置，因此平台化、模块化的产品是解决定制化生产和批量化生产这对矛盾的一条出路。为开发具有多种功能的不同产品，不必对每种产

36、品施以单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式的组合来构成不同产品，以解决产品品种、规格也设计制造周期、成本之间的矛盾，这就是模块化设计的含义。模块化设计与产品标准化设计、系列化设计密切相关，即所谓的“三化”。“三化”互相影响、互相制约，通常合在一起作为评定产品质量优劣的重要指标，是现代化原理开始用于机床设计，到本世纪50年代，欧美一些国家正式提出“模块化设计”概念，把模块化设计提到理论高度来研究。目前，模块化设计的思想已渗透到许多领域，例如机床、减速器、家电、计算机等等。在每个领域，模块及模块化设计都有其特定的含义。模块：一组具有同一功能和接合要素（指联接部位的形状、尺寸、联接件间

37、的配合或啮合等），但性能、规格或结构不同却能互换的单元。机械产品的模块化设计床卡具、联轴器可称为模块，有些零部件如插头、插座，广而言之也可称为模块，但不如称为标准伯为好。在模块化设计中，也用到大量的标准件，但模块多指标准件之外、仍需被设计而又可以用于不同的组合、从而形成具有不同功能的设备的单元、模块化设计：在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块；根据用户的要求，对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能、或功能相同但性能不同、规格不同的产品。这种设计方法称为模块化设计。模块化设计的主要方式有：1）横系列模块化设计。不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。这种

38、方式是易实现，应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。例如，更换端面铣床的铣头，可以加装立铣头、卧铣头、转塔铣头等，形成立式铣床卧式铣床或转塔铣床等。2）纵系列模块化设计。在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。主参数不同，动力参数也往往不同，导致结构形式和尺寸不同，因此较横系列模块化设计复杂。若把与动力参数有关的零部件设计成相同的通用模块，势必造成强度或刚度的欠缺或冗余，欠缺影响功能发挥，冗余则造成结构庞大、材料浪费。因而，在与动力参数有关的模块设计时，往往合理划分区段，只在同一区段内模块通用；而对于与动力或尺寸无关的模块，则可在更大范围内通用。3）横系列和跨系列模块化

39、设计。除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品者，便属于横系列和跨系列模块化设计了。德国沙曼机床厂生产的模块化镗铣床，除可发展横系列的数控及各型镗铣加工中心外，更换立柱、滑座及工作台，即可将镗铣床变为跨系列的落地镗床。4）全系列模块化设计。全系列包括纵系列和横系列。例如，德国某厂生产的工具铣，除可改变为立铣头、卧铣头、转塔铣头等形成横系列产品外，还可改变床身、横梁的高度和长度，得到三种纵系列的产品。5）全系列和跨系列模块化设计。主要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计上。例如，全系列的龙门铣床结构与龙门刨、龙门刨床和龙门导轨磨床相似，可以发展跨系列模块化设计。六）

40、 价值工程一、价值工程的形成价值工程最早是美国为了适应军事工业的需要创立和发展起来的，目的在于确保军事装备的技术性能（功能），并最大可能地节省采购费用（成本），降低军费开支。价值工程发展历史上的第一件事情是美国通用电器(GE)公司的石棉事件，二战期间，美国市场原材料供应十分紧张，GE急需石棉板，但该产品的货源不稳定，价格昂贵，时任GE工程师的Miles开始针对这一问题研究材料代用问题，通过对公司使用石棉板的功能进行分析，发现其用途是铺设在给产品喷漆的车间地板上，以避免涂料沾污地板引起火灾，后来，Miles在市场上找到一种防火纸，这种纸同样可以起到以上作用，并且成本低，容易买到，取得很好的经济效

41、益，这是最早的价值工程应用案例。 通过这个改善，Miles将其推广到企业其它的地方，对产品的功能、费用与价值进行深入的系统研究，提出了功能分析、功能定义、功能评价以及如何区分必要和不必要功能并消除后者的方法，最后形成了以最小成本提供必要功能，获得较大价值的科学方法，1947年研究成果以”价值分析”发表。 美国通用电气公司工程师L.D.迈尔斯在第二次世界大战后首先提出了购买的不是产品本身而是产品功能的概念，实现了同功能的不同材料之间的代用，进而发展成在保证产品功能前提下降低成本的技术经济分析方法。1947年他发表了价值分析一书，标志这门学科的正式诞生。 二、价值工程的发展1954年，美国海军应用

42、了这一方法，并改称为价值工程。由于它是节约资源、提高效用、降低成本的有效方法，因而引起了世界各国的普遍重视，50年代日本和联邦德国学习和引进了这一方法。1965年前后,日本开始广泛应用。中国于1979年引进,现已在机械、电气、化工、纺织、建材、冶金、物资等多种行业中应用。 以后，价值工程在工程设计和施工、产品研究开发、工业生产、企业管理等方面取得了长足的发展，产生了巨大的经济效益和社会效益。世界各国先后引起和应用推广，开展培训、教学和研究。 三、价值工程对于“价值”的定义价值工程（ValueEngineering简称），也称价值分析（Value Analysis，简写VA），是指以产品或作业的

43、功能分析为核心，以提高产品或作业的价值为目的，力求以最低寿命周期成本实现产品或作业使用所要求的必要功能的一项有组织的创造性活动，有些人也称其为功能成本分析。价值工程涉及到价值、功能和寿命周期成本等三个基本要素。价值工程是一门工程技术理论，其基本思想是以最少的费用换取所需要的功能。这门学科以提高工业企业的经济效益为主要目标，以促进老产品的改进和新产品的开发为核心内容。 1、价值概念。价值工程中所说的“价值”有其特定的含义，与哲学、政治经济学、经济学等学科关于价值的概念有所不同。价值工程中的“价值”就是一种“评价事物有益程度的尺度”。价值高说明该事物的有益程度高、效益大、好处多；价值低则说明有益程

44、度低、效益差、好处少。例如，人们在购买商品时，总是希望“物美而价廉”，即花费最少的代价换取最多、最好的商品。价值工程把“价值”定义为：“对象所具有的功能与获得该功能的全部费用之比”，即 / 式中，为“价值”，为功能，为成本。 2、功能概念。价值工程认为，功能对于不同的对象有着不同的含义：对于物品来说，功能就是它的用途或效用；对于作业或方法来说，功能就是它所起的作用或要达到的目的；对于人来说，功能就是他应该完成的任务；对于企业来说，功能就是它应为社会提供的产品和效用。总之，功能是对象满足某种需求的一种属性。认真分析一下价值工程所阐述的“功能”内涵，实际上等同于使用价值的内涵，也就是说，功能是使用

45、价值的具体表现形式。任何功能无论是针对机器还是针对工程，最终都是针对人类主体的一定需求目的，最终都是为了人类主体的生存与发展服务，因而最终将体现为相应的使用价值。因此，价值工程所谓的“功能”实际上就是使用价值的产出量。 3、成本概念。价值工程所谓的成本是指人力、物力和财力资源的耗费。其中，人力资源实际上就是劳动价值的表现形式，物力和财力资源就是使用价值的表现形式，因此价值工程所谓的“成本”实际上就是价值资源（劳动价值或使用价值）的投入量。 四、价值工程的基本特点1、以使用者的功能需求为出发点。2、对功能进行分析。3，系统研究功能与成本之间的关系。4、努力方向是提高价值。5、需要由多方协作，有组

46、织、有计划、按程序地进行。 五、价值工程活动的基本程序价值工程活动的全过程，实际上是技术经济决策的过程，其基本程序是：选择价值工程对象。选择的具体原则是:a.从产品构造方面看,选择复杂、笨重、材贵性能差的产品；b.从制造方面看，选择产量大、消耗高、工艺复杂、成品率低以及占用关键设备多的产品；c.从成本方面看，选择占成本比重大和单位成本高的产品；d.从销售方面看，选择用户意见大、竞争能力差、利润低的产品;e.从产品发展方面看,选择正在研制将要投放市场的产品。选择的具体方法有：重点选择法、百分比法、产品生命周期法等。收集有关情报。收集的情报资料，包括本企业经营目标、经营方针、生产规模、经营效果的资

47、料，以及各种经济资料和历史性资料，最后进行系统的整理，去粗取精,加以利用,寻找评价和分析的依据。进行功能分析。功能分析是对产品，对产品的部件、组件、零件或是对一项工程的细目，系统地分析它们的功能，计算它们的价值，以便进一步确定价值工程活动的方向、重点和目标。功能分析是价值工程的核心和重要手段，主要包括以下几方面：a.明确对分析对象的要求；b.明确分析对象应具备的功能；c.进行功能分类，并进一步把功能明确化和具体化；d.确定功能系统,绘制功能系统图,把功能之间的关系确定下来；e.进行功能评价，以便确定价值工程活动的重点、顺序和目标（即成本降低的期待值）等。提出改进设想，拟订改进方案。分析与评价方

48、案。常用的方案评价方法有：优缺点列举法、打分评价法、成本分析法、综合选择法等。可行性试验。一方面验证方案选择过程中的准确性,发现可能发生的误差,以便进一步修正方案；另一方面从性能上、工艺上、经济上证明方案实际可行的程度。检查实施情况，评价价值工程活动的成果。 六、价值工程的价值提高途径以企业生产的产品为例，产品的价值是产品功能与其寿命周期费用的比值，即：其中，功能指满足要求的能力，即使用价值；寿命周期费用指产品设计、制造、储存、销售、使用、维修、报废处理等全部费用，或称总费用。因此，提高产品价值的途径有：在不改变产品功能的情况下降低寿命周期费用；在保持产品原有寿命周期费用的情况下提高产品功能；既提高产品功能，又降低产品寿命周期费用；产品寿命周期费用有所提高，但产品功能有更大幅度的提高；产品功能虽有降低