現(xiàn)代CAD設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵及其發(fā)展課件

現(xiàn)代CAD設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵

及其發(fā)展1現(xiàn)代CAD設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵

及其發(fā)展1主要內(nèi)容設(shè)計(jì)技術(shù)的含義與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代CAD技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)中知識(shí)的作用結(jié)束語2主要內(nèi)容設(shè)計(jì)技術(shù)的含義與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法2一、設(shè)計(jì)技術(shù)的意義和方法1、

設(shè)計(jì)的含義引言設(shè)計(jì)→過程，研究解決怎樣設(shè)計(jì)（HOW）的問題

方法論描述特性設(shè)計(jì)程序創(chuàng)造性思維設(shè)計(jì)→結(jié)果，研究解決設(shè)計(jì)應(yīng)該怎樣（WHY）的問題

社會(huì)價(jià)值特性經(jīng)濟(jì) 文化3一、設(shè)計(jì)技術(shù)的意義和方法1、

設(shè)計(jì)的含義3

有限的資源設(shè)計(jì)環(huán)境有限的理性——入道者成“師”，不入道者成“匠”“以技入道”設(shè)計(jì)師的成長(zhǎng)“由理入道”4有限的資設(shè)計(jì)的定義Archer（阿切爾）“設(shè)計(jì)是圍繞目標(biāo)的問題求解活動(dòng)”，以心理學(xué)研究為基礎(chǔ)問題的定義問題的求解過程問題的求解策略評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)思維過程的合理性設(shè)計(jì)工作的目標(biāo)性5設(shè)計(jì)的定義5Asimow（阿西莫夫）——“設(shè)計(jì)是高風(fēng)險(xiǎn)，高不確定條件下的決策過程”設(shè)計(jì)本質(zhì)特性是“多方案選擇”→有限理性希望“足夠滿意”不求“唯一最佳方案”Booker（鮑克）——“設(shè)計(jì)是獲得足夠把握前，對(duì)未來產(chǎn)品盡可能多地模擬”實(shí)物模型強(qiáng)調(diào)模型的作用數(shù)字模型計(jì)算機(jī)模仿真型6Asimow（阿西莫夫）——“設(shè)計(jì)是高風(fēng)險(xiǎn)，高不確定條件下的Gregory(葛雷佳利)——“設(shè)計(jì)是拿出使人滿意的產(chǎn)品”→設(shè)計(jì)以人為本的思想Reswick（李斯威克）——“設(shè)計(jì)是從無到有的創(chuàng)造”，創(chuàng)造新的有用的事物：科學(xué)是研究已有的東西設(shè)計(jì)是創(chuàng)造新的有用的東西設(shè)計(jì)知識(shí)是科學(xué)→用科學(xué)活動(dòng)解釋設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是藝術(shù)，盡管用到了科學(xué)知識(shí)7Gregory(葛雷佳利)——“設(shè)計(jì)是拿出使人滿意的產(chǎn)品”V.Hubka的學(xué)術(shù)思想（功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）以人的需求為根據(jù)，利用系統(tǒng)分析的方法經(jīng)過“技術(shù)過程”→“技術(shù)系統(tǒng)”→“功能結(jié)構(gòu)圖”→“形態(tài)學(xué)矩陣”→多個(gè)可行方案→綜合擇優(yōu)等過程，確定尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根據(jù)。

人→設(shè)計(jì)主體設(shè)計(jì)包含了物→設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí)間→設(shè)計(jì)過程

客觀科學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)的哲學(xué)（科學(xué)性和藝術(shù)性）主觀創(chuàng)新精神8V.Hubka的學(xué)術(shù)思想（功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）8我們的定義：設(shè)計(jì)是利用必要的的資源和手段，通過人類創(chuàng)造性思維與研究活動(dòng)，促使理性構(gòu)想達(dá)成“物化”的過程。資源——知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、材料、信息、環(huán)境（人文、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等）手段——設(shè)計(jì)方法、工具、軟硬件思維與研究——知識(shí)形成、綜合、升華、飛躍理性構(gòu)思——符合實(shí)際環(huán)境條件和設(shè)計(jì)目標(biāo)的方案，并經(jīng)過驗(yàn)證9我們的定義：設(shè)計(jì)是利用必要的的資源和手段，通過人類創(chuàng)造性思維2、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)方法——類比、經(jīng)驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)（依賴于經(jīng)驗(yàn)）過程——初步設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)（串聯(lián)方式按部就班進(jìn)行）環(huán)境——手工方法、設(shè)計(jì)手冊(cè)、模型、經(jīng)驗(yàn)思維方式——收斂式思維，強(qiáng)調(diào)局部設(shè)計(jì)結(jié)果——少方案，設(shè)計(jì)費(fèi)用低102、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)103、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特點(diǎn)系統(tǒng)性——視設(shè)計(jì)對(duì)象為系統(tǒng)，考慮內(nèi)、外聯(lián)系，力求整體最佳創(chuàng)造性——重視人的創(chuàng)造潛力，以創(chuàng)新為目的和標(biāo)志綜合性——市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，兼顧生產(chǎn)、管理、銷售、用戶因素，探索多種解決問題的途徑多解性——可短期提供多個(gè)方案，保證設(shè)計(jì)結(jié)果相對(duì)最優(yōu)113、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特點(diǎn)11設(shè)計(jì)的環(huán)境——信息極為豐富，知識(shí)高度融合，新材料、新工藝層出不窮，計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)為設(shè)計(jì)提供了前所未有的良好環(huán)境，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)達(dá)，產(chǎn)品的激烈競(jìng)爭(zhēng)，成為推動(dòng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法發(fā)展的社會(huì)背景設(shè)計(jì)觀念——經(jīng)驗(yàn)的、類比的、局部的，變成邏輯的、推理的、系統(tǒng)的思維方式——靜態(tài)的、少變量和方案的、收斂的變成動(dòng)態(tài)的、多變量的、多方案的、擴(kuò)散的。12設(shè)計(jì)的環(huán)境——信息極為豐富，知識(shí)高度融合，新材料、新工藝層出設(shè)計(jì)手段——依賴于經(jīng)驗(yàn)、手工、實(shí)物模型變?yōu)橐揽糠治?、?jì)算機(jī)軟、硬件功能、數(shù)學(xué)模型與仿真。設(shè)計(jì)方法——優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)、多剛體動(dòng)力學(xué)分析、有限元分析、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、價(jià)值工程、反求工程、相似設(shè)計(jì)，綠色設(shè)計(jì)等實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù)——CAID、CAD、仿真設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字化樣機(jī)等13設(shè)計(jì)手段——依賴于經(jīng)驗(yàn)、手工、實(shí)物模型13機(jī)電產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)例14機(jī)電產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)例14151516161717Ribs18Ribs1819192020二、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展1、設(shè)計(jì)模型及其發(fā)展模型——數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中起作核心作用模型的種類靜態(tài)模型實(shí)物模型動(dòng)態(tài)模型21二、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展1、設(shè)計(jì)模型及其發(fā)展21幾何模型符號(hào)模型物理模型化學(xué)模型等產(chǎn)品設(shè)計(jì)中模型的作用信息的載體：幾何拓?fù)?、物理特性、工藝裝配、功能維護(hù)設(shè)計(jì)表現(xiàn)形式：外觀視覺、操作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、銷售價(jià)值設(shè)計(jì)信息的載體——產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的特征22

線框模型（WireFrameModel）——支持簡(jiǎn)單的圖形表示表面模型（SurfaceModel）——準(zhǔn)確表示物體表面，如曲線、曲面實(shí)體模型（SolidModel）——幾何和拓?fù)湟饬x上完備的設(shè)計(jì)模型特征模型（FeatureModel）——真正意義上的產(chǎn)品信息載體模型（可包含零部件和產(chǎn)品的表面質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、工藝、裝配、維護(hù)等信息，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、管理過程意義重大）23線框模型（WireFrameModel）——支持簡(jiǎn)單的圖自由曲線（面）的描述A、水下的船體——物理樣條

（1）二階連續(xù)，小撓度（2）三類邊界條件（3）無幾何不變性□□□□24自由曲線（面）的描述□□□□24B、三次參數(shù)曲線

0=<t=<1(1)便于矢量和矩陣表示，規(guī)格化變量形狀僅與型值點(diǎn)位置有關(guān)，與坐標(biāo)系無關(guān)形狀數(shù)學(xué)描述的標(biāo)準(zhǔn)形式（Ferguson,1964）25B、三次參數(shù)曲線25C、三次參數(shù)曲線的Hermite形式已知參數(shù)曲線端點(diǎn)位置和切矢即可定義Hermite曲線，如圖由（1）可得

（2）——Hermite矩陣——Hermite幾何矢量26C、三次參數(shù)曲線的Hermite形式26D、Bezier曲線的秘密若：，；；則（2）中的可表示為＋＋＋＋27D、Bezier曲線的秘密＋＋＋＋27代入（2），令2828則i=0,1,2,3.0=<t=<1(3)為三次Bezier曲線的矩陣形式。Bezier曲線的參數(shù)方程可寫為

0=<t=<1(4)式中稱為Bernstein基函數(shù)當(dāng)n=3時(shí)（4）式即為（3）式29則29三、現(xiàn)代CAD技術(shù)一、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的需求T、Q、C、S、E需求

T--最快的上市速度（Timetomarket）Q--最好的質(zhì)量(Quality)C--最低的成本(Cost)S--最優(yōu)的服務(wù)(Service)E--最清潔的環(huán)境(Environment)30三、現(xiàn)代CAD技術(shù)一、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的需求30由于設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品成本的70%以上，采用先進(jìn)制造技術(shù)的企業(yè)必然將產(chǎn)品設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)視作其生命線，先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)必然成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心之一。CAD(ComputerAidedDesign)是使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來輔助一項(xiàng)產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)的建模、修改、分析和優(yōu)化的過程和技術(shù).它是一種新的設(shè)計(jì)方法，也是一門多學(xué)科綜合應(yīng)用新技術(shù)。

31由于設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品成本的70%以上，采用先進(jìn)制造技術(shù)的企

CAD技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)階段第一代CAD系統(tǒng)出現(xiàn)于60年代，技術(shù)特點(diǎn)是利用解析幾何的方法定義點(diǎn)、線、圓等圖素,主要用于平面繪圖。第二代CAD系統(tǒng)始于70年代，技術(shù)特點(diǎn)是交互式技術(shù)及幾何造型系統(tǒng)。三維線框模型、表面模型、實(shí)體模型和Sweep、CSG、B-rep等表示法可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).第三代CAD系統(tǒng)始于80年代中期，特征建模和基于約束的參數(shù)化和變量化建模方法是其技術(shù)特點(diǎn)，保證了二、三維模型修改時(shí)的相互關(guān)聯(lián)性，以及CAD/CAM信息集成。

32CAD技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)階段32二、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的影響CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)的影響----信息的集成解決異構(gòu)環(huán)境下信息集成的三個(gè)關(guān)鍵問題

（1）

產(chǎn)品建模問題（2）

數(shù)據(jù)交換問題（3）

工程數(shù)據(jù)管理問題33二、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的影響CIMS(ComputerI并行工程(ConcurrentEngineering,CE)的影響------過程的集成對(duì)CAD技術(shù)提出了以下要求:(1)支持開發(fā)過程的重構(gòu)和建模。(2)實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的環(huán)境，支持多學(xué)科隊(duì)伍的協(xié)同工作。(3)提供功能集成、信息集成的支持并行設(shè)計(jì)的CAx(CADCAPPCAM…)和DFx工具.34并行工程(ConcurrentEngineering,C敏捷制造(AgileManufacturing,AE)的影響-------企業(yè)的集成敏捷制造模式必須具有敏捷設(shè)計(jì)的模式:

（1）提供實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品敏捷設(shè)計(jì)的使能技術(shù),如

資源共享、信息服務(wù)、合作建模、聯(lián)盟內(nèi)的數(shù)據(jù)管理與設(shè)計(jì)過程管理等技術(shù)。（2）提供支持產(chǎn)品敏捷設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)及相關(guān)技術(shù)的解決方案

35敏捷制造(AgileManufacturing,AE)的影三、現(xiàn)代CAD技術(shù)的提出先進(jìn)制造技術(shù)經(jīng)歷了信息集成—過程集成—企業(yè)集成的發(fā)展歷程，現(xiàn)代CAD技術(shù)也在沿著信息集成—過程集成—企業(yè)集成的道路發(fā)展?，F(xiàn)代CAD技術(shù)是指在復(fù)雜的大系統(tǒng)環(huán)境下,支持產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理論和方法、設(shè)計(jì)環(huán)境、設(shè)計(jì)工具各相關(guān)技術(shù)的總稱，它們能使設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本和縮短設(shè)計(jì)周期的目的。

36三、現(xiàn)代CAD技術(shù)的提出先進(jìn)制造技術(shù)經(jīng)歷了信息集成—過程集成現(xiàn)代CAD技術(shù)研究的主要問題研究現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法學(xué)并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、大規(guī)模定制設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的支持技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)的管理技術(shù)產(chǎn)品數(shù)字化定義及建模技術(shù)基于PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理與工作流（過程）管理技術(shù)發(fā)展集成的CAx和DFx工具和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

37現(xiàn)代CAD技術(shù)研究的主要問題研究現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法學(xué)37四、現(xiàn)代CAD與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與展望例：高速卷煙機(jī)械的特點(diǎn)高速、高效的自動(dòng)化機(jī)器

靈巧機(jī)械與快速測(cè)量、控制的綜合系統(tǒng)高速、動(dòng)態(tài)、高可靠性機(jī)電一體化典型加工對(duì)象材料特殊38四、現(xiàn)代CAD與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與展望例：

煙草機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)更高的速度和可靠性,更好的動(dòng)態(tài)性能大量使用數(shù)字化技術(shù),完成動(dòng)作及位置的控制,實(shí)現(xiàn)柔性調(diào)整新的材料輸送原理和技術(shù)(如氣動(dòng)送絲等)新的煙支成型與加工原理新的高速動(dòng)態(tài)檢測(cè)原理和技術(shù)39煙草機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)39煙支切割裝置的特征建模40煙支切割裝置的特征建模40414142424343研究的主要相關(guān)成果（1）

在Pro/E環(huán)境下用FB—ABMS系統(tǒng)完整地建立了獵豹越野車一個(gè)車型的車身和底板各塊曲面零件的三維CAD特征模型，并實(shí)現(xiàn)了上述各零件的三維裝配

;

部件分離圖

內(nèi)部廣角視圖1

2

3

444研究的主要相關(guān)成果（1）在Pro/E環(huán)境下用FB—成果用于車身改型設(shè)計(jì)

基于獵豹越野車整車三維模型的工程應(yīng)用仿真研究：

◆車身改型設(shè)計(jì)45成果用于車身改型設(shè)計(jì)基于獵豹越野車整車三維模型的工程多剛體與有限元耦合仿真46多剛體與有限元耦合仿真46煙支切割裝置仿真分析47煙支切割裝置仿真分析474848SAAB900車安全防護(hù)裝置仿真研究49SAAB900車安全防護(hù)裝置仿真研究49安全氣囊氣體壓力分布仿真分析50安全氣囊氣體壓力分布仿真分析50研究的主要相關(guān)成果（4）

6000米深海集礦機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真（中國(guó)大洋協(xié)會(huì)組織的專家鑒定意見：“用多剛體動(dòng)力學(xué)對(duì)復(fù)雜的深海集礦機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)屬國(guó)際先進(jìn)水平”）51研究的主要相關(guān)成果（4）

6000米深海集礦機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真（中國(guó)525253536000深海集礦機(jī)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析546000深海集礦機(jī)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析546000深海集礦機(jī)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析556000深海集礦機(jī)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析55深海集礦機(jī)仿真56深海集礦機(jī)仿真56575758585959606061616262

討論和結(jié)語設(shè)計(jì)分析技術(shù)的集成化,網(wǎng)絡(luò)化對(duì)設(shè)計(jì)模型提出了新的要求----并行設(shè)計(jì)PDMSTEP協(xié)同設(shè)計(jì).三維特征模型和技術(shù)是重要發(fā)展方向之一.多剛體動(dòng)力學(xué)和有限元方法的有機(jī)結(jié)合形成了機(jī)電產(chǎn)品計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ),兩者不可偏廢.加強(qiáng)各學(xué)科的融合與交叉,在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超越式發(fā)展是我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展必經(jīng)之路.63討論和結(jié)語設(shè)計(jì)分析技術(shù)的集成化,網(wǎng)絡(luò)化對(duì)設(shè)計(jì)模型提現(xiàn)代CAD設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵

及其發(fā)展64現(xiàn)代CAD設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵

及其發(fā)展1主要內(nèi)容設(shè)計(jì)技術(shù)的含義與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代CAD技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)中知識(shí)的作用結(jié)束語65主要內(nèi)容設(shè)計(jì)技術(shù)的含義與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法2一、設(shè)計(jì)技術(shù)的意義和方法1、

設(shè)計(jì)的含義引言設(shè)計(jì)→過程，研究解決怎樣設(shè)計(jì)（HOW）的問題

方法論描述特性設(shè)計(jì)程序創(chuàng)造性思維設(shè)計(jì)→結(jié)果，研究解決設(shè)計(jì)應(yīng)該怎樣（WHY）的問題

社會(huì)價(jià)值特性經(jīng)濟(jì) 文化66一、設(shè)計(jì)技術(shù)的意義和方法1、

設(shè)計(jì)的含義3

有限的資源設(shè)計(jì)環(huán)境有限的理性——入道者成“師”，不入道者成“匠”“以技入道”設(shè)計(jì)師的成長(zhǎng)“由理入道”67有限的資設(shè)計(jì)的定義Archer（阿切爾）“設(shè)計(jì)是圍繞目標(biāo)的問題求解活動(dòng)”，以心理學(xué)研究為基礎(chǔ)問題的定義問題的求解過程問題的求解策略評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)思維過程的合理性設(shè)計(jì)工作的目標(biāo)性68設(shè)計(jì)的定義5Asimow（阿西莫夫）——“設(shè)計(jì)是高風(fēng)險(xiǎn)，高不確定條件下的決策過程”設(shè)計(jì)本質(zhì)特性是“多方案選擇”→有限理性希望“足夠滿意”不求“唯一最佳方案”Booker（鮑克）——“設(shè)計(jì)是獲得足夠把握前，對(duì)未來產(chǎn)品盡可能多地模擬”實(shí)物模型強(qiáng)調(diào)模型的作用數(shù)字模型計(jì)算機(jī)模仿真型69Asimow（阿西莫夫）——“設(shè)計(jì)是高風(fēng)險(xiǎn)，高不確定條件下的Gregory(葛雷佳利)——“設(shè)計(jì)是拿出使人滿意的產(chǎn)品”→設(shè)計(jì)以人為本的思想Reswick（李斯威克）——“設(shè)計(jì)是從無到有的創(chuàng)造”，創(chuàng)造新的有用的事物：科學(xué)是研究已有的東西設(shè)計(jì)是創(chuàng)造新的有用的東西設(shè)計(jì)知識(shí)是科學(xué)→用科學(xué)活動(dòng)解釋設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是藝術(shù)，盡管用到了科學(xué)知識(shí)70Gregory(葛雷佳利)——“設(shè)計(jì)是拿出使人滿意的產(chǎn)品”V.Hubka的學(xué)術(shù)思想（功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）以人的需求為根據(jù)，利用系統(tǒng)分析的方法經(jīng)過“技術(shù)過程”→“技術(shù)系統(tǒng)”→“功能結(jié)構(gòu)圖”→“形態(tài)學(xué)矩陣”→多個(gè)可行方案→綜合擇優(yōu)等過程，確定尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根據(jù)。

人→設(shè)計(jì)主體設(shè)計(jì)包含了物→設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí)間→設(shè)計(jì)過程

客觀科學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)的哲學(xué)（科學(xué)性和藝術(shù)性）主觀創(chuàng)新精神71V.Hubka的學(xué)術(shù)思想（功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）8我們的定義：設(shè)計(jì)是利用必要的的資源和手段，通過人類創(chuàng)造性思維與研究活動(dòng)，促使理性構(gòu)想達(dá)成“物化”的過程。資源——知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、材料、信息、環(huán)境（人文、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等）手段——設(shè)計(jì)方法、工具、軟硬件思維與研究——知識(shí)形成、綜合、升華、飛躍理性構(gòu)思——符合實(shí)際環(huán)境條件和設(shè)計(jì)目標(biāo)的方案，并經(jīng)過驗(yàn)證72我們的定義：設(shè)計(jì)是利用必要的的資源和手段，通過人類創(chuàng)造性思維2、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)方法——類比、經(jīng)驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)（依賴于經(jīng)驗(yàn)）過程——初步設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)（串聯(lián)方式按部就班進(jìn)行）環(huán)境——手工方法、設(shè)計(jì)手冊(cè)、模型、經(jīng)驗(yàn)思維方式——收斂式思維，強(qiáng)調(diào)局部設(shè)計(jì)結(jié)果——少方案，設(shè)計(jì)費(fèi)用低732、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)103、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特點(diǎn)系統(tǒng)性——視設(shè)計(jì)對(duì)象為系統(tǒng)，考慮內(nèi)、外聯(lián)系，力求整體最佳創(chuàng)造性——重視人的創(chuàng)造潛力，以創(chuàng)新為目的和標(biāo)志綜合性——市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，兼顧生產(chǎn)、管理、銷售、用戶因素，探索多種解決問題的途徑多解性——可短期提供多個(gè)方案，保證設(shè)計(jì)結(jié)果相對(duì)最優(yōu)743、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特點(diǎn)11設(shè)計(jì)的環(huán)境——信息極為豐富，知識(shí)高度融合，新材料、新工藝層出不窮，計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)為設(shè)計(jì)提供了前所未有的良好環(huán)境，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)達(dá)，產(chǎn)品的激烈競(jìng)爭(zhēng)，成為推動(dòng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法發(fā)展的社會(huì)背景設(shè)計(jì)觀念——經(jīng)驗(yàn)的、類比的、局部的，變成邏輯的、推理的、系統(tǒng)的思維方式——靜態(tài)的、少變量和方案的、收斂的變成動(dòng)態(tài)的、多變量的、多方案的、擴(kuò)散的。75設(shè)計(jì)的環(huán)境——信息極為豐富，知識(shí)高度融合，新材料、新工藝層出設(shè)計(jì)手段——依賴于經(jīng)驗(yàn)、手工、實(shí)物模型變?yōu)橐揽糠治?、?jì)算機(jī)軟、硬件功能、數(shù)學(xué)模型與仿真。設(shè)計(jì)方法——優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)、多剛體動(dòng)力學(xué)分析、有限元分析、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、價(jià)值工程、反求工程、相似設(shè)計(jì)，綠色設(shè)計(jì)等實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù)——CAID、CAD、仿真設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字化樣機(jī)等76設(shè)計(jì)手段——依賴于經(jīng)驗(yàn)、手工、實(shí)物模型13機(jī)電產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)例77機(jī)電產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)例14781579168017Ribs81Ribs1882198320二、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展1、設(shè)計(jì)模型及其發(fā)展模型——數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中起作核心作用模型的種類靜態(tài)模型實(shí)物模型動(dòng)態(tài)模型84二、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展1、設(shè)計(jì)模型及其發(fā)展21幾何模型符號(hào)模型物理模型化學(xué)模型等產(chǎn)品設(shè)計(jì)中模型的作用信息的載體：幾何拓?fù)?、物理特性、工藝裝配、功能維護(hù)設(shè)計(jì)表現(xiàn)形式：外觀視覺、操作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、銷售價(jià)值設(shè)計(jì)信息的載體——產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的特征85

線框模型（WireFrameModel）——支持簡(jiǎn)單的圖形表示表面模型（SurfaceModel）——準(zhǔn)確表示物體表面，如曲線、曲面實(shí)體模型（SolidModel）——幾何和拓?fù)湟饬x上完備的設(shè)計(jì)模型特征模型（FeatureModel）——真正意義上的產(chǎn)品信息載體模型（可包含零部件和產(chǎn)品的表面質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、工藝、裝配、維護(hù)等信息，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、管理過程意義重大）86線框模型（WireFrameModel）——支持簡(jiǎn)單的圖自由曲線（面）的描述A、水下的船體——物理樣條

（1）二階連續(xù)，小撓度（2）三類邊界條件（3）無幾何不變性□□□□87自由曲線（面）的描述□□□□24B、三次參數(shù)曲線

0=<t=<1(1)便于矢量和矩陣表示，規(guī)格化變量形狀僅與型值點(diǎn)位置有關(guān)，與坐標(biāo)系無關(guān)形狀數(shù)學(xué)描述的標(biāo)準(zhǔn)形式（Ferguson,1964）88B、三次參數(shù)曲線25C、三次參數(shù)曲線的Hermite形式已知參數(shù)曲線端點(diǎn)位置和切矢即可定義Hermite曲線，如圖由（1）可得

（2）——Hermite矩陣——Hermite幾何矢量89C、三次參數(shù)曲線的Hermite形式26D、Bezier曲線的秘密若：，；；則（2）中的可表示為＋＋＋＋90D、Bezier曲線的秘密＋＋＋＋27代入（2），令9128則i=0,1,2,3.0=<t=<1(3)為三次Bezier曲線的矩陣形式。Bezier曲線的參數(shù)方程可寫為

0=<t=<1(4)式中稱為Bernstein基函數(shù)當(dāng)n=3時(shí)（4）式即為（3）式92則29三、現(xiàn)代CAD技術(shù)一、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的需求T、Q、C、S、E需求

T--最快的上市速度（Timetomarket）Q--最好的質(zhì)量(Quality)C--最低的成本(Cost)S--最優(yōu)的服務(wù)(Service)E--最清潔的環(huán)境(Environment)93三、現(xiàn)代CAD技術(shù)一、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的需求30由于設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品成本的70%以上，采用先進(jìn)制造技術(shù)的企業(yè)必然將產(chǎn)品設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)視作其生命線，先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)必然成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心之一。CAD(ComputerAidedDesign)是使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來輔助一項(xiàng)產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)的建模、修改、分析和優(yōu)化的過程和技術(shù).它是一種新的設(shè)計(jì)方法，也是一門多學(xué)科綜合應(yīng)用新技術(shù)。

94由于設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品成本的70%以上，采用先進(jìn)制造技術(shù)的企

CAD技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)階段第一代CAD系統(tǒng)出現(xiàn)于60年代，技術(shù)特點(diǎn)是利用解析幾何的方法定義點(diǎn)、線、圓等圖素,主要用于平面繪圖。第二代CAD系統(tǒng)始于70年代，技術(shù)特點(diǎn)是交互式技術(shù)及幾何造型系統(tǒng)。三維線框模型、表面模型、實(shí)體模型和Sweep、CSG、B-rep等表示法可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).第三代CAD系統(tǒng)始于80年代中期，特征建模和基于約束的參數(shù)化和變量化建模方法是其技術(shù)特點(diǎn)，保證了二、三維模型修改時(shí)的相互關(guān)聯(lián)性，以及CAD/CAM信息集成。

95CAD技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)階段32二、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的影響CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)的影響----信息的集成解決異構(gòu)環(huán)境下信息集成的三個(gè)關(guān)鍵問題

（1）

產(chǎn)品建模問題（2）

數(shù)據(jù)交換問題（3）

工程數(shù)據(jù)管理問題96二、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)CAD的影響CIMS(ComputerI并行工程(ConcurrentEngineering,CE)的影響------過程的集成對(duì)CAD技術(shù)提出了以下要求:(1)支持開發(fā)過程的重構(gòu)和建模。(2)實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的環(huán)境，支持多學(xué)科隊(duì)伍的協(xié)同工作。(3)提供功能集成、信息集成的支持并行設(shè)計(jì)的CAx(CADCAPPCAM…)和DFx工具.97并行工程(ConcurrentEngineering,C敏捷制造(AgileManufacturing,AE)的影響-------企業(yè)的集成敏捷制造模式必須具有敏捷設(shè)計(jì)的模式:

（1）提供實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品敏捷設(shè)計(jì)的使能技術(shù),如

資源共享、信息服務(wù)、合作建模、聯(lián)盟內(nèi)的數(shù)據(jù)管理與設(shè)計(jì)過程管理等技術(shù)。（2）提供支持產(chǎn)品敏捷設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)及相關(guān)技術(shù)的解決方案

98敏捷制造(AgileManufacturing,AE)的影三、現(xiàn)代