第一二章 機(jī)電CAD

1、機(jī)電工程機(jī)電工程CAD第一章第一章 概論概論1.1 機(jī)電一體化的含義 機(jī)電一體化是微電子技術(shù)向傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)滲透過程中逐漸形成的一個新概念，是機(jī)械技術(shù),微電子技術(shù)相互融合的產(chǎn)物。是融機(jī)械技術(shù)，微電子技術(shù)，信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體的新興交叉學(xué)科。最早起源于日本（1971年）。 機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，精密機(jī)械技術(shù)，自動控制技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的必然產(chǎn)物，是人們不斷追求機(jī)械自動化和智能化的必然結(jié)果。 幾種說法： 1）渡邊茂：機(jī)電一體化是機(jī)械工程中采用微電子技術(shù)的體現(xiàn)。 2）小島利夫：機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)與電子學(xué)有機(jī)結(jié)合而提供的更 為優(yōu)越的一種技術(shù)。 3）日本機(jī)械設(shè)計(jì)雜志：機(jī)電

2、一體化就是利用微電子技術(shù)，最大 限度地發(fā)揮機(jī)械能力的一種技術(shù)。4）日本機(jī)械振興協(xié)會經(jīng)濟(jì)研究所：機(jī)電一體化乃是機(jī)械的主功能， 動力功能，信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械 裝置和電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。機(jī)電一體化系統(tǒng)首先是一個機(jī)械系統(tǒng)，沒有運(yùn)動部件的系統(tǒng)不能稱為機(jī)電一體化系統(tǒng)，如電飯煲等。機(jī)電一體化系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是機(jī)械和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，不是拼湊。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該從系統(tǒng)角度出發(fā)，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析方法，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）等。 1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成一，機(jī)電一體化系統(tǒng)組成 主要由五個子系統(tǒng)組成：1）機(jī)械系統(tǒng)（機(jī)構(gòu)）2）電子信

3、息處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）3）動力系統(tǒng)（動力源）4）傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）5）執(zhí)行元件1.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)功能構(gòu)成 機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機(jī)械與微電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人們使用要求的功能(目的功能)。根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進(jìn)行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。1.2 系統(tǒng)功能構(gòu)成 機(jī)電一體化系統(tǒng)要素與人體構(gòu)成要素的關(guān)系機(jī)電一體化系統(tǒng)要素功 能人體要素控制器控制（信息處理，傳送）頭腦檢測傳感器檢測（收集信息與變換）感官執(zhí)行元件驅(qū)動（操作）肌肉動力源提供動力（能量）內(nèi)臟機(jī)構(gòu)構(gòu)造骨骼1.4

4、 機(jī)電一體化系統(tǒng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是：由于機(jī)電一體化系統(tǒng)的微電子裝置取代了人對機(jī)械的絕大部分的控制功能，并加以延伸和擴(kuò)大，克服了人體能力的不足和弱點(diǎn)。另一大特點(diǎn)是：節(jié)省能源和材料消耗。這也是評價(jià)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。 1.4 機(jī)電一體化系統(tǒng)的評價(jià)內(nèi)容注：要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法出發(fā)，采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)手段（CAD,仿真，優(yōu)化）來保證。1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要特征1）功能增強(qiáng)，柔性提高。 可以一機(jī)多用，可以根據(jù)環(huán)境需要做適當(dāng) 調(diào)整。2）結(jié)構(gòu)簡化，改善性能。 通過有效控制可以大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，如 減少齒輪及凸輪傳動等等3）效率提高，成本降低。1.6 機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

5、1，應(yīng)用力學(xué)：應(yīng)用力學(xué)是機(jī)械技術(shù)的主要理論基礎(chǔ)，如材料力學(xué)， 斷裂力學(xué)，損傷力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，結(jié)構(gòu)動力學(xué)，振動 力學(xué)，流體力學(xué)（包括空氣動力學(xué)），海洋工程力學(xué) 等等。2，機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)：機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)是一門學(xué)科，也是一門藝術(shù)，出現(xiàn)了計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE）， 計(jì)算機(jī)仿真虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，系統(tǒng)工程等等。1.6 機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)3，制造工藝：精密加工技術(shù)，精密切削技術(shù)，模具成型技術(shù)，超精 密加工技術(shù)，微細(xì)加工技術(shù)，納米技術(shù)，微機(jī)械技術(shù)（形狀記憶 合金，壓電陶瓷為動力微機(jī)械）等等。4，檢測傳感器技術(shù)：主要是各種微特智能傳感器技術(shù)。5，自動控制及伺服系統(tǒng)技術(shù)：經(jīng)典線性控制技術(shù)

6、，以多變量，非線 性，時(shí)變系統(tǒng)為特點(diǎn)的現(xiàn)代控制技術(shù)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，模糊控制 等等）。1.7 機(jī)電一體化所需的基礎(chǔ)知識 為了更好的進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有必要對所學(xué)過的知識進(jìn)行一下回顧和總結(jié)。 首先看一下機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如圖1.5所示)1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1，動力驅(qū)動系統(tǒng)： 電力驅(qū)動，液壓驅(qū)動，氣動驅(qū)動。1）電力驅(qū)動：直流電機(jī)，交流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，電工學(xué)知識。2）液壓驅(qū)動：液壓泵，液壓馬達(dá)，液壓缸，伺服閥，伺服馬達(dá) 等，用到液壓原理，流體力學(xué)方面的知識。2，傳動系統(tǒng)：機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，減速器。1）機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)：齒輪傳動，連桿傳動，絲杠傳動，凸輪傳動， 皮帶傳動，液壓傳動，氣動傳動等等

7、2）減速器：漸開線圓柱齒輪，蝸輪蝸桿，行星齒輪，諧波減 速器，無級變速器等等。用到機(jī)械原理，機(jī)械設(shè) 計(jì)，運(yùn)動學(xué)，動力學(xué)等方面的知識。3，執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 1）按用途分：微動機(jī)構(gòu)，夾持機(jī)構(gòu)，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，分度與轉(zhuǎn) 位機(jī)構(gòu)，施力機(jī)構(gòu)等等 2）按形式分：平面連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，螺旋 機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)，組合機(jī)構(gòu)等等。 主要用到機(jī)械原理，運(yùn)動學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識。4，控制系統(tǒng)：開關(guān)量繼電器控制，開關(guān)量PLC控制，模擬量控制技 術(shù)，數(shù)控技術(shù)，接口電路(A/D,D/A,濾波，放大）等等。 主要用到計(jì)算機(jī)控制，電工電子學(xué)，PLC控制，控制理論，優(yōu)化理論，計(jì)算機(jī)編程語言（如C語言），模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論

8、等等。5，檢測傳感器：溫度傳感器，濕度觸感器，力傳感器，壓力 觸感器，力矩傳感器，位移傳感器，速度傳感器，加速度 傳感器，觸覺傳感器，氣體傳感器，圖象色彩傳感器等。 1）溫度傳感器：熱電阻式，半導(dǎo)體熱敏電阻式，熱電偶式， 晶體管PN節(jié)式溫度傳感器等等。 2）位移傳感器：光柵尺，光電碼盤，旋轉(zhuǎn)變壓器,感應(yīng)同步 器，光纖位移傳感器，電渦流位移傳感器等等。 3）速度傳感器：測速發(fā)電機(jī)（交流，直流），霍爾速度傳感 器，磁電式速度傳感器等等。 4）加速度傳感器：壓電式，壓阻式，金屬撓性，石英撓性， 光纖加速度傳感器等等。5）力傳感器：應(yīng)變式，膜片式，電感式，壓電式，壓阻式， 霍爾壓力傳感器。6）圖象色彩

9、傳感器：電荷耦合器件（CCD），電荷注入器件 （CID），光纖圖象傳感器，半導(dǎo)體色彩傳 感器等等。 用到物理學(xué)，光學(xué)，電磁學(xué)，材料學(xué)等諸多方面的知識。1.6 傳感器系統(tǒng)構(gòu)成第二章 設(shè)計(jì)理論和方法2.1 機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但要求其滿足功能要求，而且要考慮人性化設(shè)計(jì)理念（包括審美，舒適，環(huán)保等）。 從工作心理學(xué)的角度看：設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的智力活動。 從方法學(xué)的角度看：設(shè)計(jì)是按給定的目標(biāo)和在部分地相互矛盾 的條件下的求優(yōu)過程。 從組織學(xué)的角度看：設(shè)計(jì)是創(chuàng)造價(jià)值過程中的主要部分，是對 毛坯進(jìn)行精制的過程和對產(chǎn)品品質(zhì)精心提高 的過程。這樣的工作只有在和從事其它活動 的人們的

10、合作中才可以實(shí)現(xiàn)。 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)目標(biāo)（需求） 系統(tǒng)分解 系統(tǒng)綜合 系統(tǒng)分析（CAE） 系統(tǒng)優(yōu)化 可靠性分析2.2 機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型1）開發(fā)性設(shè)計(jì)：是一種從無到有的全新設(shè)計(jì)，既沒有參考樣機(jī)，又 沒有具體設(shè)計(jì)方案參照的情況下，根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理，按擬設(shè) 計(jì)的系統(tǒng)的功能要求而進(jìn)行的創(chuàng)造性工作。2）適應(yīng)性設(shè)計(jì)：是指在總的方案原理基本不變的情況下，對原有系 統(tǒng)進(jìn)行局部變動和改進(jìn)，以適應(yīng)增強(qiáng)功能，提高性能或降低成 本，延長壽命的目的。3）變參數(shù)設(shè)計(jì)：是指在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過改 變規(guī)格尺寸，速度，力或功率等參數(shù)，以滿足市場對產(chǎn)品系列化 要求而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。 機(jī)

11、電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例（飛船對接模擬仿真系統(tǒng)） 有限元結(jié)構(gòu)變形計(jì)算有限元結(jié)構(gòu)變形計(jì)算有限元結(jié)構(gòu)變形計(jì)算 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析計(jì)算 控制系統(tǒng)仿真分析系統(tǒng)幅頻特性2.3 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)因素 任何產(chǎn)品都有其特定的功能和一定的外部形狀，產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及到功能，技術(shù)和審美三個方面的內(nèi)容，三者互相依存，互相制約，互相滲透，組成一個矛盾的統(tǒng)一體。1，功能因素 1）技術(shù)性能：指產(chǎn)品本身有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，如產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，工作效率，加工精度，可靠性，使用壽命等等。產(chǎn)品的技術(shù)性能是反映產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)，是體現(xiàn)功能的主要方面。設(shè)計(jì)師必須運(yùn)用可能的工藝和藝術(shù)手段，使產(chǎn)品的內(nèi)在性能和外部造型得到相互協(xié)調(diào)。2.3 機(jī)

12、電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)因素 2）使用功能： 包括三方面：產(chǎn)品本身應(yīng)具備的功能；產(chǎn)品與使用者配合的功能；產(chǎn)品與環(huán)境相適應(yīng)的功能。2，技術(shù)，經(jīng)濟(jì)因素 1）技術(shù)與設(shè)計(jì)：材料，結(jié)構(gòu)，工藝是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，一方面技術(shù)制約著設(shè)計(jì)，另一方面技術(shù)也推動著設(shè)計(jì)。 2）設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性：產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須注重成本，應(yīng)做到以最小的財(cái)力，物力，人力，時(shí)間來達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效果（質(zhì)量，功能和成本是相互矛盾的）。 2.3 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)因素 3，審美因素 1）時(shí)代性與創(chuàng)新：時(shí)代性和創(chuàng)新是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要特征，他關(guān)系到 產(chǎn)品造型的成敗與生命力，是審美因素中最靈活，最重要的因素 審美觀點(diǎn)是隨時(shí)代的發(fā)展不斷變化的，設(shè)計(jì)師應(yīng)該具

13、有創(chuàng)新意 識，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加符合審美要求，以便提高產(chǎn)品的價(jià)值。 2）審美法則： A：統(tǒng)一與變化：一個產(chǎn)品是由若干零件組成的，各部件的形 狀，功能，材料，色彩各不相同，設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)“統(tǒng)一與變化”美 學(xué)準(zhǔn)則，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)外形具有多樣變化，又整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一。2.3 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)因素 B：均衡與穩(wěn)定：藝術(shù)造型中的均衡是指對象的體量在人們的視 覺感受上符合力學(xué)原理，保持平衡安定，從而取得外觀莊嚴(yán)， 穩(wěn)定，安詳?shù)乃囆g(shù)效果。造型中的穩(wěn)定問題是解決造型物的上 下或大小所呈現(xiàn)的輕重感關(guān)系，在視覺要給人以安全感。 C：比例與尺寸：比例是指造型對象各部分之間，各部分與整體 之間的大小關(guān)系。尺寸則是造型對象的

14、整體與人的生理或人 所習(xí)見的某種特定標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系。 2.3 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)因素4，設(shè)計(jì)師的素質(zhì)和能力 1）基本能力：接受與綜合新思維能力；自我提高與探索能力；設(shè) 計(jì)管理與相互合作能力；發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能 力。 2）行為能力：基本能力是解決觀念問題的基礎(chǔ)，行為能力是實(shí)現(xiàn) 觀念，完成設(shè)計(jì)過程的操作表現(xiàn)。包括：設(shè)計(jì)表現(xiàn)能力；實(shí)現(xiàn) 制作的動手能力；造型設(shè)計(jì)能力以及設(shè)計(jì)材料，結(jié)構(gòu)，工藝的 應(yīng)用能力等等。 設(shè)計(jì)師應(yīng)除了具有豐富的知識以外，還要注重綜合素質(zhì)的提高。2.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思方法1，自由構(gòu)想法：是充分調(diào)動設(shè)計(jì)師的潛在想象力，讓其無拘無束， 自由發(fā)揮，提出設(shè)計(jì)構(gòu)想

15、。包括智力激勵法和希望點(diǎn)列舉法。 1）智力激勵法：又稱頭腦風(fēng)暴法，是美BBDD廣告公司的副總經(jīng) 理奧斯本提出的一種創(chuàng)造技法。通常以會議形式實(shí)施，510 人組成，主持人以啟發(fā)誘導(dǎo)方式主持會議，讓與會者自由構(gòu) 想。發(fā)言的原則：A：禁止批判；B：自由奔放；C：踴躍發(fā)言； D：借題發(fā)揮，在他人想法基礎(chǔ)上提出更為新奇的想法。 2）希望點(diǎn)列舉法：不僅僅圍繞現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)想，而且是設(shè)計(jì)者 從用戶意愿出發(fā)的主動創(chuàng)新方法，即主動去滿足用戶希望。 2.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思方法2，系統(tǒng)構(gòu)想法：包括奧斯本提問法，屬性列舉法。 1）奧斯本提問法：關(guān)鍵環(huán)節(jié)是發(fā)散思維，為了擴(kuò)展思路，建議從 不同角度發(fā)問，把這些角度

16、歸為幾個方面，針對研制的產(chǎn)品逐 一檢查，討論得出有價(jià)值的結(jié)論。 2）屬性列舉法：也稱特性列舉法(美國大學(xué)教授羅福德提出的）。 其做法是：先將所研究的對象分解成細(xì)小的組成部分，然后將 個部分具有的功能，特性，屬性以及與整體的關(guān)系盡量列舉出 來，并做詳細(xì)記錄。經(jīng)過詳細(xì)分析后，提出問題，改善其結(jié) 構(gòu)，功能，材料等，確定方案以滿足人們的需要。2.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思方法3，5W2H方法：是美國陸軍首創(chuàng)的提問方法。主要步驟:A:why-為什么要設(shè)計(jì)此產(chǎn)品；B：what這種產(chǎn)品是做什么的，有何功能；C：WHO為誰設(shè)計(jì)（使用對象）D：WHEN產(chǎn)品的使用時(shí)間，設(shè)計(jì)時(shí)間；E：Where產(chǎn)品的使用環(huán)境；F

17、：How to do？怎樣設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)如何，材料，顏色，形狀如何？G：How Much？大批量還是小批量。 2.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思方法4，類比構(gòu)想法： 1）擬人類比：問題人格化，擬人化。 2）象征類比：以事物的形象或象征性的符號來比喻問題，盡可能使 設(shè)計(jì)問題的關(guān)鍵簡化，擺脫某種模式的框框，從而啟發(fā)創(chuàng)造性設(shè) 想的產(chǎn)生。 4）仿生學(xué)方法：以生物系統(tǒng)為原型，具有生物系統(tǒng)的特點(diǎn)或與生物 系統(tǒng)相類似。一般過程：尋找原型，分析原型，模擬試驗(yàn)，創(chuàng)造 發(fā)明。 還有直接類比，幻想類比方法等等。2.5 設(shè)計(jì)的表現(xiàn)方法一， 設(shè)計(jì)表現(xiàn)的意義 1. 設(shè)計(jì)的手段在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師借助形象的表現(xiàn)方 法，繪出逼

18、真的效果圖，制作出精確的實(shí)體模型，比用文字或語 言來闡述設(shè)計(jì)方案更加明了、直觀；應(yīng)用設(shè)計(jì)表現(xiàn)，我們能夠快 速地將頭腦中模糊不清的構(gòu)想落實(shí)在圖紙上，轉(zhuǎn)化成實(shí)物模型，以 便進(jìn)一步探討、修改、完善。 2. 交流的工具產(chǎn)品的造型開發(fā)設(shè)計(jì)是一種群體活動，要求設(shè)計(jì) 師能有效地將自己的構(gòu)思表達(dá)出來，或畫出效果圖，或制成模型， 以方便同行的交流，與工程師探討，供有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審定、決策；最 后交生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施。 2.5 設(shè)計(jì)的表現(xiàn)方法3. 提高設(shè)計(jì)能力的方法工業(yè)設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，設(shè) 計(jì)師只有通過大量的設(shè)計(jì)實(shí)踐活動，才能提高自身的設(shè)計(jì)能力。 在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師通過勾畫大量的構(gòu)思草圖、效果圖和研制 各種空間模

19、型，提高了對形態(tài)的認(rèn)識能力和造型感覺，增強(qiáng)了設(shè) 計(jì)師的審美意識和藝術(shù)修養(yǎng)，從而提高了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)能力和設(shè) 計(jì)水平。 二，平面表現(xiàn)及特點(diǎn) 1，設(shè)計(jì)草圖 設(shè)計(jì)草圖是一種快速、簡要的平面表現(xiàn)方法，它是設(shè)計(jì)師收集資 料、記錄構(gòu)思、表達(dá)意圖的有效工具和手段。 設(shè)計(jì)師以設(shè)計(jì)草圖的形式，快捷地記錄下所見所聞，擴(kuò)大自己的 設(shè)計(jì)“詞匯”，為以后的設(shè)計(jì)作好準(zhǔn)備。 在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)草圖能夠“捕捉”到設(shè)計(jì)者頭腦中一閃的“形 象”，把一個較為模糊、尚不具體的意想加以明確和具體化，推動 構(gòu)思進(jìn)一步深化。 設(shè)計(jì)草圖還能及時(shí)地交流設(shè)計(jì)師與工程技術(shù)人員的技術(shù)信息，表達(dá) 設(shè)計(jì)師的想法。 二，平面表現(xiàn)及特點(diǎn) 2，效果圖 與草圖相

20、比，效果圖表現(xiàn)的設(shè)計(jì)更加成熟，完善；主要為決策領(lǐng)導(dǎo)層和有關(guān)專家審定，同時(shí)也可作為廣告宣傳。這類圖要求技巧較高，對所設(shè)計(jì)的內(nèi)容要做全面，細(xì)致，真實(shí)的表現(xiàn)。3 計(jì)算機(jī)繪圖 在計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已成為一種必然；應(yīng)用計(jì)算機(jī)有關(guān)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維建模，實(shí)體渲染，所得到的效果圖，不論在表現(xiàn)產(chǎn)品的材質(zhì)色彩，還是體現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)際比例尺寸方面，均有其獨(dú)到的優(yōu)勢。計(jì)算機(jī)繪圖準(zhǔn)確，沒有人為的視覺誤差，圖面表現(xiàn)的可信度高，與實(shí)際產(chǎn)品更加接近。計(jì)算機(jī)繪圖修改方便，可塑性好，即可以作構(gòu)思方案，也可作最終效果。計(jì)算機(jī)繪圖是產(chǎn)品設(shè)計(jì)表現(xiàn)的發(fā)展趨勢。 三，立體模型表現(xiàn) 1，立體模型表現(xiàn)的特點(diǎn)及形式 相對平面表現(xiàn)而言

21、，模型表現(xiàn)更具有真實(shí)性、完整性和時(shí)空性等方面的特點(diǎn)。模型的真實(shí)性，首先表現(xiàn)在模型作為一個實(shí)體，無論在表面材料的色彩、質(zhì)感上，還是在形態(tài)的立體感上，都遠(yuǎn)比平面的效果圖形象、直觀；其次，模型的制作過程也是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案的超前實(shí)踐，是設(shè)計(jì)的深入與完善過程，是從理想邁入客觀現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵的一步。 模型從功能上區(qū)分，主要有兩類：一類是設(shè)計(jì)模型，另一類是效果模型。模型多采用易于雕(減)塑(加)的材料，如油泥、陶土、復(fù)合泡沫等。2,計(jì)算機(jī)輔助快速成型 當(dāng)今，與計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)相適應(yīng)，快速成型技術(shù)得到迅速發(fā)展；快速成型設(shè)備提取計(jì)算機(jī)模型的真三維數(shù)據(jù)，采用不同的方法：如切割、融化、激光固化等，不同材料：紙、ABS工程塑料、

22、光敏樹脂等快速、準(zhǔn)確地制作出各種模型。這也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型制作的一種發(fā)展趨勢。2.6 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法發(fā)展前沿 設(shè)計(jì)方法是隨社會、經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步而不斷發(fā)展的。工程實(shí)際中涌現(xiàn)出許多新的設(shè)計(jì)思想和方法，如摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、穩(wěn)健設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、優(yōu)勢設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)和反求設(shè)計(jì)等。這些設(shè)計(jì)思想和方法都是隨著社會的發(fā)展，人們觀念的更新和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而提出的，并由于它們對節(jié)能、環(huán)保、改進(jìn)產(chǎn)品性能和增加產(chǎn)品市場競爭能力等方面的重要性而受到越來越多的注意。但這些思想和方法大多都處于快速發(fā)展和不斷完善的過程中，有的提法還有爭議。本節(jié)只簡單討論一下創(chuàng)新設(shè)計(jì)、快速響應(yīng)設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)。2.6.1 創(chuàng)

23、新設(shè)計(jì)技術(shù) 創(chuàng)新是設(shè)計(jì)的本質(zhì)，是設(shè)計(jì)活動的最終指標(biāo)。沒有創(chuàng)新就沒有豐富多彩的世界。在激烈的市場競爭中， 創(chuàng)新設(shè)計(jì)是產(chǎn)品適應(yīng)新的市場形勢的最好途徑，創(chuàng)新產(chǎn)品能滿足甚至創(chuàng)造出新的需求。 在制造業(yè)中，我們一般把產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新分為如下兩類： 1）無重要新技術(shù)，但在形式上翻新，因而能獲得相應(yīng)競爭能力， 例如按用戶定單生產(chǎn)不同顏色的自行車等。 2）含有重要新技術(shù)，使產(chǎn)品競爭力有重要提高，或形成新競爭力的制高點(diǎn)。例如電動汽車。1，創(chuàng)新及其設(shè)計(jì)思維 創(chuàng)造性思維具有兩種形式：直覺思維與邏輯思維。 1）直覺思維：是一種在下意識狀態(tài)下，對事物內(nèi)在復(fù)雜關(guān)系 突發(fā)式的領(lǐng)悟過程，具有創(chuàng)造靈感忽然降臨的色彩。 2）邏輯推理

24、思維：在市場競爭十分激烈的情況下，企業(yè)必須 根據(jù)市場上出現(xiàn)的需求，快速地創(chuàng)造開發(fā)全新的產(chǎn)品去占 領(lǐng)市場，單憑依靠天賦靈感的創(chuàng)造方式顯然不能滿足要求。 根據(jù)所提出的創(chuàng)造目標(biāo)，進(jìn)行邏輯推理式的思維，把目標(biāo) 展開、分解和綜合，尋求各層分目標(biāo)的解，然后找出最終 整體解，用主動的可按部就班的工作方式向目標(biāo)逼近，這 就是邏輯推理型創(chuàng)造思維方式。2，創(chuàng)新思維法則 1）激發(fā)創(chuàng)造激情 科技史中，凡作出重大創(chuàng)造發(fā)明的人，都是充滿創(chuàng)造激情的 人。人的智力活動在激情的支配下，才會更加活躍，易形成靈 感。創(chuàng)造激情的激勵手段可以是精神鼓勵，經(jīng)濟(jì)刺激，政治動 員，甚至民族感情。 2）增強(qiáng)信息獲取方式 創(chuàng)造是建立在大量知識和

25、信息的基礎(chǔ)上的，在創(chuàng)造發(fā)明的競爭中，信息的快速獲取是成敗的關(guān)鍵因素。 3）促進(jìn)知識融合 科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，學(xué)科界限越來越模糊，創(chuàng)造發(fā)明往往是多學(xué)科知識融合的結(jié)果。3, 幾種思維形式1）分析與綜合思維：是一個邏輯性很強(qiáng)的思維過程。首先對創(chuàng)造的 對象，任務(wù)或設(shè)想進(jìn)行分析，對問題進(jìn)行清晰，明確地描述，然 后去偽存真，由表及里地把本質(zhì)與非本質(zhì)的問題加以區(qū)別。綜合 是分析的反向過程，在求得各子問題的解之后，必須建立聯(lián)結(jié)， 構(gòu)成總體，實(shí)現(xiàn)最終需要的總體功能。2）對應(yīng)與聯(lián)想式思維：科學(xué)史上很多發(fā)明創(chuàng)造都是對應(yīng)聯(lián)想的產(chǎn) 物。 如：人們看到鳥在飛翔，看見魚在水中游，就聯(lián)想到如何實(shí)現(xiàn)像 鳥和魚的功能，最終人類發(fā)

26、明了飛機(jī)和輪船。3, 幾種思維形式3）離散與組合式思維：很多事物將其分解意味著創(chuàng)新；也有很多事 物，彼此組合意味著創(chuàng)新。例如：眼鏡片與鏡架分離，成為隱形 眼鏡，電話聽筒與主機(jī)分離，成為子母式電話機(jī)。但是相反，電 視與電話組合，成為可視電話。有人預(yù)言，未來的機(jī)械將是由大 量的、專業(yè)化程度極高的功能模塊組成。4）換元與移植式思維：客觀事物都有內(nèi)在的運(yùn)動規(guī)律，有很多規(guī)律 表現(xiàn)的因素不同，但規(guī)律相同。 如：三大數(shù)學(xué)物理方程并沒有針對特定的物理量，但卻在振動， 熱傳導(dǎo)、液體動力學(xué)不同領(lǐng)域得到應(yīng)用。2.6.2 2.6.2 并行工程并行工程 并行工程(Concurrent Engineering)又稱同步工

27、程或并行設(shè)計(jì)，是一種系統(tǒng)工程的方法。傳統(tǒng)順序工程方法遵循遵循“概念設(shè)計(jì)一詳細(xì)設(shè)計(jì)一 過程設(shè)計(jì)一加工制造一試驗(yàn)驗(yàn)證一設(shè)計(jì)修改”的流程。由于這種方法在設(shè)計(jì)早期不能全面地考慮下游的可制造性、可裝配性、質(zhì)量保證等多種因素，難以滿足激烈的市場競爭的需求。 并行工程指的是一種工作模式，即在產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的全過程中涉及的各種各樣的工程行為被集成在一起，并且盡可能并行起來統(tǒng)籌考慮和實(shí)施。 并行工程的目的：是減少產(chǎn)品周期，開發(fā)中的彎路與反復(fù)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)甚至做到產(chǎn)品開發(fā)一次成功。它在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中就通過計(jì)算機(jī)仿真，預(yù)測所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題，并及時(shí)地修改設(shè)計(jì)，直到滿意才投人生產(chǎn)。 并行工程就是將設(shè)計(jì)、工

28、藝和制造結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)并行作業(yè)，可以大大縮短生產(chǎn)周期。2.6.3 快速響應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù) 快速響應(yīng)工程主要包括以下一些內(nèi)容： (1)建立快速捕捉市場動態(tài)需求信息的決策機(jī)制。 (2)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)（CAD/CAE/CAM技術(shù)及并行工程)。 (3)追求新產(chǎn)品的快速試制定型（快速成型RP及虛擬制造技）。 (4)推行快速響應(yīng)制造的生產(chǎn)體系：采用合理的管理組織方式， 并盡量采用先進(jìn)制造技術(shù)，如加工中心等等。2.6.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)1) 設(shè)計(jì)范疇的擴(kuò)展化:設(shè)計(jì)范疇正在擴(kuò)大，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只限于產(chǎn)品 設(shè)計(jì)，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)則將產(chǎn)品設(shè)計(jì)向前擴(kuò)展到產(chǎn)品規(guī)劃，甚至用戶 需求分析；向后擴(kuò)展到工藝設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品規(guī)

29、劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝 設(shè)計(jì)形成一個有機(jī)的整體。2) 設(shè)計(jì)手段的計(jì)算機(jī)化:傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)正在被計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所 代替。計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已從早期的輔助分析計(jì)算和輔助繪 圖，發(fā)展到現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、三維建模、設(shè)計(jì)過程管 理、設(shè)計(jì)制造一體化、仿真和虛擬制造等。2.6.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)3) 設(shè)計(jì)過程的并行化: 并行設(shè)計(jì)技術(shù)是目前最熱門的技術(shù)之一，由 于與產(chǎn)品有關(guān)各種過程的并行交叉進(jìn)行，可以減少各種修改工作 量，有利于加速設(shè)計(jì)進(jìn)程，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。又由于并行設(shè)計(jì)技術(shù) 要求團(tuán)隊(duì)工作精神，要求各方面的專家協(xié)同工作，有利于得到整 體最優(yōu)解。4) 設(shè)計(jì)過程智能化:在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，一切創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)都需

30、 要設(shè)計(jì)人員來完成。但在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，卻可以借助人工智能和專 家系統(tǒng)技術(shù)，由計(jì)算機(jī)完成一部分原來必須由設(shè)計(jì)者進(jìn)行的創(chuàng)造 性工作。2.6.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)5)設(shè)計(jì)手段的擬實(shí)化:在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品和零件的外觀形狀 只有在制造后才能看到。由于三維造型技術(shù)，仿真和虛擬制造技 術(shù)，以及快速原形技術(shù)的出現(xiàn)，使得人們在零件被制造之前就可 以看到它的形狀甚至摸到它，可以大大改進(jìn)設(shè)計(jì)的效果。6)分析手段的精確化:傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，認(rèn)為載荷和應(yīng)力是集中的，靠加 大安全系數(shù)來提高可靠性；但在實(shí)際中，載荷和應(yīng)力卻往往是分 布性的，并且提高安全系數(shù)并不總能提高可靠性。現(xiàn)代設(shè)計(jì)則可 考慮載荷和應(yīng)力的分布特性，利用有限元等功能強(qiáng)大的分析工具， 準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)的真實(shí)工作情況，得到符合實(shí)際情況的最佳