先进制造技术之现代设计技术(PPT 65页)

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先进制造技术-现代设计方法

质的飞跃，在此基础上传统设计技术得到了延伸和发展，产生了现代设计技术。它是以网络为基
础，以电子计算为手段，建立在现代管理技术之上，运用工程设计的新理论和新方法，实现计算结果最优化、设计过程高效化和自动化的设计技术。
现代设计技术
— 3—
2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.2 现代设计技术的内涵和特点
程中适时地给出智能化提示，告诉设计者下一
步该做什么、当前设计存在的问题，并给出解决问题的途径及方案建议。
现代设计技术
— 21 —
2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
特征模型实例
现代设计技术
— 11 —
2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
1．产品的造型建模技术
与几何建模相比较，特征建模具有以下特征：① 能够更好地表达统一、完整的产品信息；② 能够更好地体现设计意图，使产品模型便于理解和组织生产；③ 有助于加强产品设计和分析、加工制造、检验等各个部门之间的联系。因此，基于特征的建模技术更适合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。
现代设计技术
— 12 —
2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
2．单一数据库与相关性设计
单一数据库是指与设计相关的全部数据信息来自同一个数据库。相关性设计是指任何设计改动都将及时反馈到设计过程的其他相关环节上。例如，修改二维零件工程图样的某个尺寸后，与该零件工程图样相关联的产品装配
图、加工该零件的数控程序等也将会自动跟随
更新。建立在单一数据库基础上的产品开发，可以实现产品的相关性设计。单一数据库和相关性设计技术的应用可以减少设计中的差错，

【先进制造技术】第2章_现代工程设计技术

支撑技术
主要包括：①现代设计理论与方法。包括模块化设计、价值工程、反求工程、绿色设计、面向对象设计、可靠性设计等。②设计试验技术。
应用技术
针对实用目的解决各类具体产品设计领域的技术，如机床、汽车、工程机械等设计的知识和技术。
6 先进工程设计技术的特征
2.1.1 先进工程设计技术的特征
是传统设计理论与方法的继承、延伸与扩展
不等于发明创造
必须带来经济效益
2.2.1 创新设计的类型
企业创新能力等级
能力等级第1级第2级
涉及产品变量数
所用到的知识
少量的变更改变的变量数≤100 要加以改善的变量数≤1000 要加以改善的变量数≤ 10000 全新的知识
行业内常识行业内已知知识
第3级
第4级第5级
行业外已知知识
9 2.2 创新设计
课程“先进制造技术”
第2章现代设计技术 Modern Design Technology
2.2 创新设计
Invention Design
10
2.2.1 创新设计的类型
“创新” 一词最早是由美籍奥地利经济学家约瑟夫·熊彼得（Joseph A. Schumpeter ）于1912年出版的《经济发展理论》一书中提出。熊彼特认为，“创新”就是通过对生产要素和生产条件的重新组合，使企业获取潜在的利润。创新的两个特点：
特点
创新设计与一般意义上的发明、创造有所不同，主要区别是创新设计更强调经济层面上的特征和创新本身的商业价值。因此，创新设计被认为是一种技术经济活动，是以技术为手段实现经济目标的活动。
独创性追求与前任、众人不同的方案，在求异和突破中实现创新实用性集优性

《现代制造技术》PPT课件

10
1.1.4 我国制造业面临的机遇和挑战
我国制造业与世界发达国家的差距（1)总体规模仍然偏小，仅为美国的1/5、日本的1/4。（2)制造业的人均劳动生产率低，仅为美国的1/25、日本
的1/26、德国的1/20。（3)产业结构不合理，产品低端、利润微薄。表现在：
1）我国装备制造业占整个制造业的比重不到30％，比发达国家的平均水平低５％以上，远低于美国的41.9％、日本的43.6％、德国的46.4％。
6
1.1.2 制造业发展的教训
瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？ ➢瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。 ➢瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。
7
1.1.3 制造业在国民经济中的地位
8
1.2.3 制造业在国民经济中的地位
◆ 下图显示了当今制造业的社会功能。
冶金机械
动力机械
纺织机械
建筑机械
家用电器
交通工具环保设备
制造业
通讯设备出版印刷
军事装备
网络媒体
医疗设备
文化娱乐机器制造Biblioteka 农业机械化工设备9
1.1.4 我国制造业面临的机遇和挑战
我国制造业的现状
改革开放以来中国制造业发展迅速，成绩瞩目：（1）引进国外先进技术5000多项。近几年发展的新产品，50%达到或接
5
1.1.2 制造业发展的教训
东南亚经济危机的启示 ➢1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。 ➢新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。

《先进制造技术》PPT课件

• 设计者的主导作用计算机不可能完全取代人进行设计作业；
• 主要辅助完成技术设计不可能也没有必要涉及产品设计的所有环节。
2021/3/26
10
第二章
2.2.2 计算机辅助设计的关键技术
产品的造型建模技术 • 线框模型：以顶点和棱边描述三维形体，为两表
结构； • 表面模型：以表面描述形体方法，为三表结构； • 实体建模：能完整表示三维的几何信息和拓扑信
•
① CAD/CAE/CAPP/CAM--工程设计领域集成；
•
② CAD/ERP--与管理系统集成；
•
③ 异地、异构系统企业间CAD集成，如全
球化设计、虚拟设计、虚拟制造及虚拟企业等。
标准化技术
目的：支持异构、跨平台的工作环境。如：IGES
（Initial Graghical Exchange System)图形交
关学
自然科学
科
政治经济
与技
文化社会科学术
市场营销学
……….
应用技术支撑技术主体技术基础技术
各产品领域知识与技术现代设计方法学可信性设计技术设计试验技术
计算机辅助设计技术
传统设计理论与方法
现代设计技术体系结构框图
2021/3/26
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第二章
2.2 计算机辅助设计技术
2.2.1 计算机辅助设计的基本概念 2.2.2 计算机辅助设计的关键技术
材料特征分为整体材料特征、表面处理特征及
局部处理特征，整体材料特征作为零件的属性，包
括材料种类代号、性能、热处理方法等，表面处理
特征作为表面的属性，包括表面淬火、渗碳、渗氮
等。
2021/3/26
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先进制造技术之现代设计技术65

• 它包括并行设计技术、面向制造的设计技术、全寿命周期设计数据管理技术、全寿命周期管理及费用分析技术。
•2006-4-26
PPT文档演模板
•13
先进制造技术之现代设计技术65
全寿命周期设计过程框图
•2006-4-26
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•5
•6
•4 •7
•3 •Product Lifecycle •8
Transformation for the
Digital Economy
•2
•9
•10 •1
•14
先进制造技术之现代设计技术65
最引人注目的设计技术
• 现代设计技术中最受设计工作者关心的是并行设计技术和虚拟设计技术。
•2006-4-26
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•15
先进制造技术之现代设计技术65
并行设计技术
先进制造技术之现代设计技术65
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2020/11/5
先进制造技术之现代设计技术65
传统设计技术
• 传统的产品制造模式是一个开环系统，即原料工业生产产品使用报废弃入环境。它是靠大量消耗资源和破坏环境为代价的工业发展模式。所以设计技术主要考虑产品的功能、质量和成本。
•2006-4-26
•2006-4-26
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•12
先进制造技术之现代设计技术65
全寿命周期设计技术
• 全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作方式，能对产品生产周期、质量和成本进行有效控制，形成生产、销售、用户服务一条龙。主要体现在缩短产品投放市场时间、提高质量、降低生产成本、增强市场竞争力。其特点是全寿命全系统管理、全寿命周期费用分析，达到“优生、优育、优管”。

先进制造技术(2、现代设计技术)

5)是一种“产品实现过程”的设计
多媒体教学软件
2012/6/27 23
2.3.2 创造性设计
一、创造性思维形式动作思维形象思维逻辑思维直觉思维
多媒体教学软件
2012/6/27
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2.3.2 创造性设计
技术性的创新设计中常用的几种思维形式分析与综合思维收敛与发散式思维对应与联想式思维离散与组合式思维换元与移植式思维
多媒体教学软件
2012/6/27
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2.2.4 现代CAD技术的研究内容
（1）现代设计理论与方法（2）与设计环境相关的技术
（3）与设计工具相关的技术
多媒体教学软件
2012/6/27
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2.2.5 参数化设计和变量化设计
（1）参数化设计
多媒体教学软件
2012/6/27
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2.2.5 参数化设计和变量化设计
产品 product
软件 software
流程型材料 processed material
质量 quality
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多媒体教学软件
2012/6/27
2.5.1 可信性的概念 (creditability)
可用性 (availability) 可信性可用性影响因素可靠性 (reliability) 维修性 (maintainability)
19世纪：70年 20世纪40年代：40年
20世纪60年代：20年
20世纪70年代：5－10年
现今：2－3年
竞争第一需要：快速响应市场
多媒体教学软件
28
2012/6/27
2.3.3 快速响应设计
一、快速响应工程主要内容（1）建立快速捕捉市场动态需求信息的决策机制

第2章现代制造工艺技术ppt课件全

2.1.4 超高速切削加工的关键技术
超高速电主轴结构
1、2 、 5－密封圈;3－定子;4－转子;6－旋转变压器转子; 7－旋转变压器定子;8－螺母
2.1.4 超高速切削加工的关键技术
2）快速进给系统要求进给系统能瞬时达到高速、瞬时停止，还要具有很
高的定位精度。采用的主要技术措施是大幅度减轻移动部件重量以及采用新开发的多头螺纹行星滚珠丝杠，或采用直线电机，省去了中间传动件。
2）多砂轮磨削多砂轮磨削是在一台磨床上安装了多片砂轮，可同时加工零件的几个表面。多砂轮磨削的砂轮片数可多达8片以上，砂
轮组合宽度达900～1000mm。在生产线上，采用多砂轮磨
床可减少磨床数量和占地面积。多砂轮磨削主要用在外圆和平面磨床上，内圆磨床也可采用同轴多片砂轮磨同心孔。
2.2 高效磨削技术
几种常见（超）高速加工中心的技术数据：
VCP/UCP 600 /800
主轴转速： 12000/20000/42000 转/分工作行程：X轴：600/530mm
Y轴: 450 mm Z轴: 450mm 快移速度：22 米/分工作进给：15 米/分刀库容量：30把
VCP/UCP 710
VCP/UCP 1000/1350
图2-3 BIG-PLUS刀柄系统
2.1.4 超高速切削加工的关键技术
图2-4 HSK刀柄系统
2.2 高效磨削技术
1. 高速重负荷荒磨
其砂轮线速度普遍达到了80m/s，有的高达120m/s；磨削法向力通常达到了10000～12000N，有的高达30000N；磨削功率一般为100～150kW，有的高达300kW；材料去除率可达150kg/h。
第二章现代制造工艺技术

先进制造技术介绍PPT课件

通常型腔冷却超过80% ，流道系统冷却超过60%时,塑件就可以顶出。
•12
结果: X-deflection
图中显示了X方向的变形分布。箭头所指的区域向里移动了约0.3~ 0.4 mm•13。
结果: Y-deflection
图中显示了Y 方向的变形分布。
箭头所指的区域向里移动了约1.1 ~ 1.2 mm。
2、先进制造技术发展趋势
★ 制造产品：
加工精度
“精确化”
操作尺寸物理特性
★ 制造过程：
市场响应
“快、省”
生产重组优化配置
“极限化” “效、绿”
几何形体
物理性能
个性化、大批量高效、低耗无污染
★ 制造方法：数字化设计
数字化控制数字化管理
“自动化” “集成化” “网络化” “智能化”
•1
3、产品制造过程及先进制造技术应用
•3
模具计算机辅助设计CAD
• 典型的数字化设计效果图(作品)
•4
汽车仪表板
•5
二板模
•6
三板模具
•7
汽车覆盖件模具
•8
精密手机模具
•9
模具CAE分析填充形式
填充型式较为均匀，因此锁模力不会过大。在本方案中, 从浇口到填充末端的距离很长，因此需要采用合适的保压工艺。
•10
其它区域的变形都较为均匀，因此，只需考虑上部区域的变形。
•14
结果: Z-deflection
图中显示了z方向的变形分布。
•15
红箭头所指的区域向下移动了约0.7 mm。
•16
•17
模具CAM三轴加工
•18

先进设计与制造技术PPT课件

②智能论方法发挥智能载体的潜力，是现代设计的核心。如（1）计算机辅助计算：仅借助计算机代替人的初级智能；（2）CAD；（3)CAE;(4)智能机器化方法：即指高级人工智能，如机器人、专家系统等。
应用于能代替人的智力的一切场合。
上篇
.
9
一、现代设计技术概述（6/21）
③信息论方法设计信息的分析是现代设计的依据。如： (1)预测技术法：用历史性趋向及参数，预测现需与未来的动向与参数； (2）方差分析法：对一系列已知数据因素，进行参数的估计与识别检验； (3) 信息合成法：将各种不同信息合成为所需的广义系统，如人工合成细胞、图形等。主要用于通过历史性或试验性数据进行预测与信号分析及可行性论证。 ④系统论方法系统分析是现代设计的前提。常用： (1)系统分析法：把任何系统、功能、元件均看做系统，加以分析，进行输入一输出关系的描述，得到合理的系统与功能； (2)逻辑分析法：运用逻辑数学从各系统之间相互关联与制约关系，设计出优化系统； (3)模式识别法：把已有若干模式的系统样本，进行模式的确定；主要用于总体方案与系统设计及可行性论证。
另外，结合工业设计专业的特点，以逆向工程及快速成型为重点，设计相应实验，培养学员理论与实践结合的综合能力。
.
2
课程教材及参考书目
上篇：先进设计技术参考书：王国强等著，《现代设计技术》，化学工业出版社，2006年8月第一次印刷。
下篇：先进制造技术参考书：王润孝主编，《先进制造技术导论》，科学出版社，2006年8月第三次印刷。
总体要求：
先进设计与制造技术课程主要向学生介绍在产品设计、加工、管理、销售、使用、服务乃至回收的产品生命周期全过程中的前沿技术和现代管理技术的成果。同时对实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的各种制造技术进行普及性介绍。

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最引人注目的设计技术
• 现代设计技术中最受设计工作者关心的是并行设计技术和虚拟设计技术。
2006-4-26
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并行设计技术
• 并行设计是并行工程、协同设计、敏捷制造、虚拟制造等先进技术的基础，它涉及到计算机技术、通讯技术、机械设计方法等领域。而并行工程是把CAD、制造、管理和质量保证等有机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、过程集成。设计者一开始就考虑到产品全生命周期中所有因素，包括质量、进度、成本和用户需求。
2006-4-26
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竞争优势创建技术包括：
•创新设计技术 •降低成本设计技术 •快速设计技术 •仿真与虚拟设计技术 •智能设计技术 •广义优化技术 •工业产品造型设计技术
采用新原理、新方法的全新产品设计设计是一种创造性思维活动，随科技和经济的发展对创新设计提出新的挑战，计算机的应用为设计创新带来新希望，智能化是重要方向。
2006-4-26
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并行设计的内容（1）
• 过程重构：由传统的串行产品开发模式转变成集成的、并行的产品开发模式，使下游设计过程中的需求及早地反馈给相应过程中。
• 数字化产品定义：包括数字化产品模型定义和管理、数字化过程定义和管理、数字化工具定义和信息集成，如DFQ、DFA、 DFM、CAD/CAE/CAM集成等。
以缩短产品开发周期为主要目的设计技术，包括模块化设计、并行设计、基于实例设计、反求设计、虚拟设计等，一切有助于加快产品开发速度的理论和方法都是快速设计的组成部分，涉及多学科的交叉、多方向发展。
并联机床设计
2006-4-26
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全寿命周期设计技术
• 全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作方式，能对产品生产周期、质量和成本进行有效控制，形成生产、销售、用户服务一条龙。主要体现在缩短产品投放市场时间、提高质量、降低生产成本、增强市场竞争力。其特点是全寿命全系统管理、全寿命周期费用分析，达到“优生、优育、优管”。
2006-4-26
6
绿色产品设计技术包括:
•面向环境的设计技术 •面向能源的设计技术 •面向材料的设计技术 •人机工程设计技术
2006-4-26
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绿色产品设计技术举例 — 零件结构的拓扑优化减少材料利用
2006-4-26
8
优良性能设计基础技术
• 优良性能设计基础技术是一项以提高机械产品综合性能为目标的设计技术，是各种创新技术发展的基础，是全寿命周期设计技术的必要条件，世界各发达国家和企业都十分重视此技术的研究开发和应用。
2006-4-26
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并行设计的内容（2）
• 产品开发队伍重构：将传统的以功能部门为主线的产品设计，改变以产品为主线，组织多功能集成产品开发团队，进行产品并行开发。
• 协同工作环境：利用多煤体、网络等技术，组建协调工作环境，支持并行设计。
• 并行设计技术实际上是一门涉及多个领域的交叉学科，内容极为丰富。
2006-4-26
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竞争优势创建技术
• 竞争优势创建技术是从产品的工作特性和功能目标出发，在特定技术、经济和社会等具体条件下，根据相邻学科的原理，创造性地设计产品，并使它在技术及经济上达到最佳水平。
• 重点研究设计思维、功能目标评价、设计决策技术、新的设计理论与方法、CAD和集成化、智能化。
2006-4-26
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产品分析
2006-4-26
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以下图零件的模具设计为例
2006-4-26
• 它包括并行设计技术、面向制造的设计技术、全寿命周期设计数据管理技术、全寿命周期管理及费用分析技术。
2006-4-26
13
全寿命周期设计过程框图
5
6
4 7
3 Product Lifecycle 8
Transformation for the
Digital Economy
2
9
10 1
2006-4-26
1
传统设计技术
• 传统的产品制造模式是一个开环系统，即原料工业生产产品使用报废弃入环境。它是靠大量消耗资源和破坏环境为代价的工业发展模式。所以设计技术主要考虑产品的功能、质量和成本。
2006-4-26

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现代设计技术
• 现代设计技术是根据产品在整个生命周期中功能和市场竞争（时间、质量、价格）的需要，考虑生态环境和资源效率，应用科学知识和现化技术，经过设计人员创造性的思维、规划和决策，制定先进的产品设计方案，通过CAD等先进方法，并使方案付褚实施的技术。
2006-4-26
3
现代设计技术的特点
• 现代设计从单纯的产品功能设计扩展到生命周期设计（包括考虑环境因素的绿色设计）;
• 从传统的经验设计转向应用现代计算机技术的数字化设计技术;
• 从传统的顺序设计方式过渡到并行设计和网络协调设计等。
现代设计技术的发展方向是不断吸收现代科学技术，使其实现数字化、智能化和网络化。
成本沉淀理论—设计的重要性
现代设计技术100 %
是先进制造技术
的第一个环节，
根据成本沉淀理 50 论，设计成本占
产品成本5-7%，
但却决定产品成
本的70％!
0
18% 70%
5%
3%
设计开发生产准备
5%
7%
54%
28% 对成本的影响所需成本
加工材料消耗销售管理
2006-4-26
企业中成本的确定
2006-4-26
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现代设计技术的内涵
现代设计技术包含了： • 绿色产品设计技术 • 优良性能设计基础技术 • 竞争优势创建技术 • 全寿命周期设计技术
2006-4-26
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绿色产品设计技术
• 绿色产品设计技术是在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率，使产品在整个生命周期（设计、制造、使用到报废）中，符合环境保护和人类健康的需要，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的设计技术。
• 体现在静态到动态、单项到综合、个体到系统、无限寿命到有限寿命、设计对象向太空、深水、微观、生命等领域发展，设计的基础理论要求更高。
2006-4-26
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优良性能设计基础技术包括：
•可靠性设计 •试验技术 •防疲劳断裂设计技术 •系统动态设计和稳定性设计技术 •摩擦学设计技术 •防腐蚀设计技术 •表面工程设计技术 •状态监测 •补偿控制技术