先進制造技術(shù)與管理第二章

第二章現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2.2計算機輔助設(shè)計技術(shù)2.3現(xiàn)代設(shè)計方法1學(xué)習(xí)目標：1.理解現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵，了解其體系結(jié)構(gòu)；2.了解計算機輔助設(shè)計技術(shù)；3.了解典型的現(xiàn)代設(shè)計方法。重點：1、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、價值工程。2第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2.1.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵和特點2.1.2現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系

32.1.1現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與特點傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的繼承和發(fā)展，多專業(yè)和多學(xué)科交叉，綜合性技術(shù)。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)靜態(tài)、經(jīng)驗、被動、手工設(shè)計技術(shù)設(shè)計過程中解決具體設(shè)計問題的各種方法和手段傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)4靜態(tài)的設(shè)計原理向動態(tài)的延伸，經(jīng)驗、類比的設(shè)計方法向精確的、優(yōu)化的方法延伸，而且設(shè)計范疇也在不斷擴大。

現(xiàn)代的機械產(chǎn)品，如數(shù)控機床、加工中心、工業(yè)機器人等，正朝著機電一體化，物質(zhì)、能量、信息一體化，集成化，模塊化方向發(fā)展，從而對產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性、穩(wěn)健性及效益等均提出更為嚴格的要求。

是傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法的繼承、延伸與擴展多種設(shè)計技術(shù)、理論與方法的交叉與綜合設(shè)計手段的計算機化

已從計算機輔助計算和繪圖發(fā)展到優(yōu)化設(shè)計、并行設(shè)計、三維特征建模、面向制造與裝配的設(shè)計制造一體化，形成了CAD、CAPP、CAM的集成化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化。第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)5采用可靠性設(shè)計描述載荷等隨機因素的分布規(guī)律，通過有限元法、動態(tài)分析等分析工具和建模手段，從而得到比較符合實際工況的真實解，提高了設(shè)計的精確化程度。

設(shè)計結(jié)果的精確化設(shè)計過程的并行化

、智能化并行設(shè)計的核心是在產(chǎn)品設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品生命周期中的所有因素，強調(diào)對產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程進行并行的、集成的一體化設(shè)計，使產(chǎn)品開發(fā)一次成功，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。智能CAD系統(tǒng)是模擬人腦對知識處理，并拓展了人在設(shè)計過程中的智能活動。原來由人完成的設(shè)計過程，已轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇撕陀嬎銠C友好結(jié)合共同完成的智能設(shè)計活動。

第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)6人們對產(chǎn)品質(zhì)量除要求滿足一定功能外，對可靠性、合理的壽命、便于使用和維護等也提出了更高的要求，并要符合有關(guān)標準、法律和生態(tài)環(huán)境要求。這就需要對產(chǎn)品進行動態(tài)的、多變量的、全方位的可信性設(shè)計。

面向產(chǎn)品生命周期全過程的可信性設(shè)計多種設(shè)計試驗技術(shù)的綜合運用

根據(jù)不同產(chǎn)品的特點和要求，進行物理模型試驗、動態(tài)試驗、可靠性試驗、產(chǎn)品環(huán)保性能試驗等；借助功能強大的計算機，在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品進行數(shù)字仿真試驗和虛擬現(xiàn)實試驗，預(yù)測產(chǎn)品的性能；亦可運用快速原型技術(shù)，直接利用CAD數(shù)據(jù)，將材料快速成形為三維實體模型，該模型可直接用于設(shè)計外觀評審或裝配試驗。7……方法維產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設(shè)計優(yōu)化設(shè)計

模塊化設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的定義第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)8產(chǎn)品規(guī)劃--需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、總體參數(shù)、制約條件和設(shè)計要求；方案設(shè)計--功能原理設(shè)計，確定原理方案；技術(shù)設(shè)計--將產(chǎn)品的功能原理具體化為機器產(chǎn)品及其零部件的具體結(jié)構(gòu)；施工設(shè)計--指工程圖繪制，工藝文件編寫，說明書編寫等?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的時間維第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)9

設(shè)計過程中的各種思維方法和工作方法。例如：優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、綠色設(shè)計、有限元法、價值工程……。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的邏輯維第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)10分析--明確設(shè)計任務(wù)本質(zhì)；綜合--綜合各種因素，探求解決方案；評價--對多種方案進行比較和評定，方案調(diào)整和改進；決策--確定最佳的設(shè)計方案現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的方法維第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)11特點系統(tǒng)性動態(tài)性創(chuàng)造性計算機化并行化、最優(yōu)化、虛擬化、自動化主動性12主體技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)支撐技術(shù)應(yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法各產(chǎn)品領(lǐng)域知識與技術(shù)計算機輔助設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)可信性設(shè)計技術(shù)設(shè)計試驗技術(shù)相關(guān)學(xué)科與技術(shù)先進制造工藝材料科學(xué)自動化技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)自然科學(xué)政治經(jīng)濟文化社會科學(xué)市場營銷學(xué)……….現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系結(jié)構(gòu)框圖2.1.2現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)13

包括運動學(xué)、靜力學(xué)、動力學(xué)、材料力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)等。指計算機支持的設(shè)計技術(shù)，包括：計算機輔助X。優(yōu)化設(shè)計，有限元分析，模擬仿真，虛擬設(shè)計，工程數(shù)據(jù)庫，快速響應(yīng)設(shè)計等?；A(chǔ)技術(shù)

主體技術(shù)第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)14支撐技術(shù)主要包括：①現(xiàn)代設(shè)計理論與方法。包括模塊化設(shè)計、價值工程、反求工程、綠色設(shè)計、面向?qū)ο笤O(shè)計、可靠性設(shè)計等。②設(shè)計試驗技術(shù)。應(yīng)用技術(shù)針對實用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)，如機床、汽車、工程機械等設(shè)計的知識和技術(shù)。第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)15162.1.3現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)一．優(yōu)良性能設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù)1．可靠性設(shè)計和實驗技術(shù)：2.

防疲勞斷裂設(shè)計技術(shù)：3．系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計技術(shù)：4．摩擦學(xué)設(shè)計技術(shù)：5．防腐蝕設(shè)計技術(shù)：6．狀態(tài)監(jiān)測補償與控制技術(shù)：第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)17二．競爭優(yōu)勢創(chuàng)建設(shè)計技術(shù)1．產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)，分為三類：適應(yīng)性設(shè)計、變型設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計。2．降低成本設(shè)計技術(shù)，面向成本的設(shè)計(DFC)。3．快速設(shè)計技術(shù)。4．仿真與虛擬設(shè)計技術(shù)：(VD)。5．智能設(shè)計技術(shù)：

ICAD。

6．廣義優(yōu)化設(shè)計。7．造型色彩設(shè)計技術(shù)。第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)18三．全壽命周期設(shè)計技術(shù)1．并行設(shè)計技術(shù)2．面向制造的新技術(shù)3．產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)四．綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)1．面向環(huán)境設(shè)計技術(shù)2、面向能源設(shè)計技術(shù)3．面向材料設(shè)計技術(shù)4．人機工程設(shè)計技術(shù)第一節(jié)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)2.2.1計算機輔助設(shè)計的基本概念2.2.2計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)2.2.3計算機輔助設(shè)計的研究熱點第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)19零件造型、產(chǎn)品裝配產(chǎn)品渲染、動態(tài)顯示、運動仿真工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計繪制工程圖樣、編制物料清單（BOM)2.2.1計算機輔助設(shè)計的基本概念CAD技術(shù)主要功能第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)20計算機的支持和參與：利用計算機信息存儲、邏輯推理、長時間重復(fù)工作、快速精確的計算等能力和特長，提高產(chǎn)品設(shè)計效率和質(zhì)量；設(shè)計者的主導(dǎo)作用：計算機不可能完全取代人進行設(shè)計作業(yè)；主要輔助完成技術(shù)設(shè)計：不可能也沒有必要涉及產(chǎn)品設(shè)計的所有環(huán)節(jié)。CAD技術(shù)特征第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)2120世紀50年代－CAD技術(shù)的萌芽期

1950：圖形顯示設(shè)備；1958：滾筒式繪圖儀、平板繪圖儀20世紀60年代－CAD技術(shù)的成長期

SketchPAD圖形系統(tǒng)；CADAM、GRAPHIC1軟件系統(tǒng)；60年代末美國安裝的CAD工作站已達200多臺套。計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)2220世紀70年代－CAD技術(shù)的發(fā)展期

線框模型、曲面模型成熟；各種CAD功能模塊基本形成。20世紀80年代－CAD技術(shù)的普及期

PC微機、工作站CAD系統(tǒng)得到廣泛使用；實體建模成熟；1988年美國CAD系統(tǒng)達63000套。20世紀90年代－CAD技術(shù)集成化期第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)23線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，為兩表結(jié)構(gòu)；表面模型：以表面描述形體方法，為三表結(jié)構(gòu)；實體建模：能完整表示三維的幾何信息和拓撲信息，有掃描表示法、邊界表示法、構(gòu)造實體幾何法等結(jié)構(gòu)形式；特征造型：以具有工程語義的各類特征來定義描述形體的方法，便于CAD/CAM技術(shù)的集成。2.2.2計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品的造型建模技術(shù)第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)24單一數(shù)據(jù)庫：與設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)來自同一數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)性設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。相關(guān)性設(shè)計：任何設(shè)計改動，都將及時反映到其它相關(guān)環(huán)節(jié)上。如：零件圖-產(chǎn)品裝配圖-零件數(shù)控程序-二維工程圖；左視圖-主視圖-俯視圖-三維實體模型；

單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)25NURBS曲面造型技術(shù)NURBS（Non-UnifromRationalB-Splines）

可統(tǒng)一自由曲線/曲面和規(guī)則曲線/曲面的數(shù)學(xué)模型，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于曲線、曲面操作和修改。第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)26CAD與CAX集成涉及建模技術(shù)、工程數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交換接口等技術(shù)。包括如下集成：

①CAD/CAE/CAPP/CAM--工程設(shè)計領(lǐng)域集成；

②CAD/ERP--與管理系統(tǒng)集成；

③

異地、異構(gòu)系統(tǒng)企業(yè)間CAD集成，如全球化設(shè)計、虛擬設(shè)計、虛擬制造及虛擬企業(yè)等。CAD與CAX集成技術(shù)第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)27標準化技術(shù)目的：支持異構(gòu)、跨平臺的工作環(huán)境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標準；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準。第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)28計算機輔助產(chǎn)品的概念設(shè)計難題：建模和推理計算機支持的協(xié)同設(shè)計難題：信息實時可靠交換；異構(gòu)環(huán)境下可靠運行；通訊方法與手段海量信息處理存儲、管理和檢索技術(shù)2.2.3計算機輔助設(shè)計的研究熱點第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)29智能CAD技術(shù)：將人工智能技術(shù)與CAD技術(shù)融為一體。難題：解決人類思維模型建立和表達。CAD與虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的集成

VR向設(shè)計者提供視覺、聽覺、觸覺等直觀、自然、實時的感知，目前VR所需軟硬件價格昂貴，技術(shù)開發(fā)難度大。計算機安全難題：技術(shù)保密，防病毒感染。第二節(jié)計算機輔助設(shè)計技術(shù)30第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法31現(xiàn)代設(shè)計方法——一個知識群優(yōu)化設(shè)計模塊化設(shè)計計算機輔助設(shè)計有限元法工業(yè)設(shè)計價值工程相似性設(shè)計可靠性設(shè)計動態(tài)設(shè)計設(shè)計方法學(xué)反求工程設(shè)計…………32現(xiàn)代機械設(shè)計方法：

就是研究設(shè)計過程中能夠更加高效、高質(zhì)量、快速地完成機械產(chǎn)品設(shè)計的方法。（以計算機為輔助工具）第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法332.3.1優(yōu)化設(shè)計2.3.2可靠性設(shè)計2.3.3價值工程2.3.4反求工程2.3.5綠色設(shè)計第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法2.3.1優(yōu)化設(shè)計

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法34傳統(tǒng)設(shè)計設(shè)計--評定-再設(shè)計從多種方案中選取較好方案優(yōu)化設(shè)計重視系統(tǒng)綜合，在各種約束條件下用計算機求解在最短時間內(nèi)尋求最佳設(shè)計方案

正方形鐵板xaxmax{V}最優(yōu)化問題的舉例第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法36有優(yōu)化目標

有多個方案可供選擇

一項設(shè)計常常在一定的技術(shù)條件下，要求取得一個技術(shù)指標的最佳的設(shè)計方案，以期達到最佳的設(shè)計目標，如重量、成本、性能、承載能力等。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法選用適當?shù)膬?yōu)化方法和計算機程序?qū)⒃O(shè)計問題的物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型通過計算機求解得到最佳設(shè)計方案優(yōu)化設(shè)計第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法兩大關(guān)鍵技術(shù)1、建模技術(shù)2、求解技術(shù)三要素1、設(shè)計變量2、設(shè)計約束3、目標函數(shù)38第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型目標函數(shù)：

minF（X）設(shè)計變量：

X=[x1,x2,…,xn]T

設(shè)計約束：gu(x)≤0u=1,2,…,mhv(x)=0v=1,2,…,p<n

39設(shè)計變量

設(shè)計變量的不同參數(shù)表示不同的設(shè)計方案。

設(shè)計變量必須是一組相互獨立的變量，將其表示成X，即：X=（x1,x2,…,xn)T

其中n是設(shè)計變量的個數(shù)，也稱為維數(shù)。

設(shè)計變量的取值：一是連續(xù)變化量，另一是離散量比如齒輪的模數(shù)。

由n個設(shè)計變量所組成一個向量空間，稱之為設(shè)計空間。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法40N=1：

設(shè)計空間為一根實數(shù)軸，稱為一維優(yōu)化問題。N=2：

設(shè)計空間為一平面，稱為二維優(yōu)化問題。N=3：

設(shè)計空間為三維立體，稱為三維立體。N>3,設(shè)計空間為超越空間。

一個設(shè)計方案相當于設(shè)計空間中的一個點。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法41目標函數(shù)

每一個設(shè)計問題，都有一個或多個設(shè)計中所追求的目標。用設(shè)計變量的函數(shù)來表示。目標函數(shù)是準則性函數(shù)，又稱為評價函數(shù)?？杀硎緸椋篎(X)=F(x1,x2,…,xn)T

優(yōu)化設(shè)計的目的：按要求選擇所需的設(shè)計變量，使目標函數(shù)達到最佳值。最佳值可能是極大值，也可能是極小值。如求產(chǎn)值最大、效率最高等問題，屬于求極大值問題，記為：maxF(X)第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法42

產(chǎn)品的重量最輕、成本最低等問題，即為求目標函數(shù)的極小值問題，屬于求目標函數(shù)的極大值問題，記為：minF(X)

為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即

minF(X)=-maxF(X)或

mixF(x)=1/maxF(X)第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法43設(shè)計約束與可行域

優(yōu)化設(shè)計不僅要使所選擇方案的設(shè)計指標達到最佳值，同時還必須滿足一系列的附加設(shè)計條件，這些附加設(shè)計都構(gòu)成對設(shè)計變量取值的限制，在優(yōu)化設(shè)計中被稱為設(shè)計約束。設(shè)計約束有兩種：一種是不等式約束，另一種是等式約束。不等式約束形式：gu(x)<=0或gu(x)>=0

等式約束形式：hv(x)=0第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法44g（X）=0g（X）>0g（X）<0非可行域可行域x1x20約束變量影響設(shè)計空間可行域

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法45優(yōu)化設(shè)計步驟設(shè)計對象的分析設(shè)計變量和設(shè)計約束條件的確定目標函數(shù)的建立、合適的優(yōu)化計算方法的選擇優(yōu)化結(jié)果分析第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法46優(yōu)化設(shè)計步驟第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法47常用優(yōu)化求解方法

一維搜索法黃金分割法多項式逼近法無約束非線性規(guī)劃算法間接法梯度法（最速下降法）牛頓法（二階梯度法）DFP變尺度法直接法Powell法（方向加速）單純形法有約束非線性規(guī)劃算法直接法網(wǎng)格法隨機方向法復(fù)合形法間接法拉格郎日乘子法罰函數(shù)法可變?nèi)莶罘?/p>

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法48優(yōu)化問題的分類按目標函數(shù)數(shù)量：單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化按設(shè)計變量數(shù)量(n)：

n=2-10小型優(yōu)化

n=10-50中型優(yōu)化

n>50大型優(yōu)化按約束條件：無約束優(yōu)化和有約束優(yōu)化；求解方法：準則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法49優(yōu)化設(shè)計舉例如圖對稱兩桿桁架：

2P＝300KN，2L＝1500mm，H＝900mm，

E＝2.1×105N/mm，ρ

＝7.85×103Kg/m3，

σs＝350N/mm2，D＝25-60mm、B＝3-8mm。求解：滿足強度前提下桁架重量最輕時的管徑D及壁厚B。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法50設(shè)計變量：確定目標函數(shù)：第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法51①強度約束條件—壓應(yīng)力不大于屈服極限σs：

②穩(wěn)定性約束條件—壓應(yīng)力不大于壓桿穩(wěn)定的臨界應(yīng)力σk：確定約束條件第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法52③邊界約束條件——限制尺寸取值的約束條件：求解結(jié)果：B=4mm,D=44.4mmW=10.26Kg第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法53[例]行星輪系的優(yōu)化設(shè)計行星輪系機構(gòu)簡圖

1）目標函數(shù)和設(shè)計變量影響目標函數(shù)的獨立參數(shù)均可作為設(shè)計變量，即目標函數(shù)可改寫為第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法2）約束條件的建立①保證小齒輪不根切②限制齒寬最小值，得③限制模數(shù)最小值，得④模數(shù)和齒寬之間要求第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法⑤保證各行星輪之間齒頂不相碰撞，應(yīng)滿足⑥滿足接觸強度要求，應(yīng)有⑦滿足輪齒彎曲強度要求，應(yīng)有3）選用合適的優(yōu)化方法求解，得第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法推薦參考書：1、機械優(yōu)化設(shè)計(第5版)孫靖民機械工業(yè)出版社;(2012年4月16日)

ISBN:

97871113715712、高等院校機械工程系列教材?機械優(yōu)化設(shè)計(第2版)

陳秀寧浙江大學(xué)出版社;(2010年3月1日)ISBN:

978730800825957可靠性的概念及其發(fā)展產(chǎn)品的可靠性：在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。二次大戰(zhàn)美國空軍由于故障而損失飛機達21000架，比被擊落的飛機多1.5倍。2.3.2可靠性設(shè)計第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法58可靠性是由美國航空部門提出，到了50年代電子產(chǎn)品平均使用失效率達到了1×10－10-1×10－12（1/h）水平。機械產(chǎn)品的可靠性日益突出60年代末建立了以強度－應(yīng)力為基礎(chǔ)的機械產(chǎn)品可靠性模型。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法59故障機理和故障模型研究：研究產(chǎn)品元件材料老化失效機理，掌握老化規(guī)律，揭示影響老化因素，建立失效機理模型?？煽啃栽囼灱夹g(shù)研究：試驗是取得可靠性數(shù)據(jù)主要來源，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計和研制階段的問題，恰當?shù)脑囼灧椒ㄓ欣诒ＷC和提高產(chǎn)品的可靠性，能夠節(jié)省人力和費用?？煽啃运降拇_定：制定相關(guān)產(chǎn)品的可靠性水平等級，為產(chǎn)品的可靠性設(shè)計提供依據(jù)?？煽啃栽O(shè)計的主要內(nèi)容第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法60產(chǎn)品的工作能力：產(chǎn)品完成規(guī)定功能所處的狀態(tài)；可靠度：在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率R(t)，可靠度愈大，工作愈可靠，0≤R(t)≤1；失效率：表示產(chǎn)品工作到某一時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率λ(t)，失效率愈低，產(chǎn)品愈可靠?？煽啃栽O(shè)計的常用指標第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法61典型的失效率曲線第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法621）早期失效階段磨合階段，原因是產(chǎn)品內(nèi)部存在缺陷和工藝質(zhì)量欠佳。讓成品在上市前模擬工作條件運行一段時間，可以剔除早期失效產(chǎn)品2）偶然失效階段偶然失效階段是產(chǎn)品的正常使用階段，此時產(chǎn)品的失效是隨機的，失效率基本是一常數(shù)。3）耗損失階段經(jīng)過長時間的工作，產(chǎn)品進入衰老狀態(tài)，失效率迅速上升，直到報廢。改善方法：不段提高零部件的使用壽命或及時更換即將失效的零部件。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法63平均壽命不可修復(fù)產(chǎn)品--發(fā)生失效前的工作時間（MTTF）可修復(fù)產(chǎn)品--相鄰兩故障間工作時間（MTBF）式N—對不可修復(fù)產(chǎn)品為試驗品數(shù)，對可修復(fù)產(chǎn)品為總故障次數(shù)；ti—對不可修復(fù)產(chǎn)品為第i個產(chǎn)品失效前工作時間，對可修復(fù)產(chǎn)品為第i次故障前的無故障工作時間。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法64可靠度的許用值：災(zāi)難性的：R（t）→1

經(jīng)濟性的：損失重大時：R（t）>0.99

損失不大時，R（t）>0.90

無后果：R（t）<0.90時間、關(guān)鍵及非關(guān)鍵件、工作范圍第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法65機械零件可靠性設(shè)計機械零件可靠性設(shè)計內(nèi)容較多，這里僅討論機械零件應(yīng)力和強度可靠性設(shè)計問題應(yīng)力Y：作用于零件上的應(yīng)力、溫度、濕度、沖擊力等物理量。強度X：零件能夠承受這類應(yīng)力的程度。當強度X大于應(yīng)力Y時，能夠正常工作。當強度X小于應(yīng)力Y時，則發(fā)生失效。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法66

若使零件在規(guī)定的時間和規(guī)定的條件內(nèi)進行可靠地工作，必須滿足

在機械零件中，認為強度X和應(yīng)力Y是相互獨立的隨機變量，并且兩者都是一些變量的函數(shù)，即：第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法670g(y)f(x)x，y強度f(x)應(yīng)力g(y)h(z)μZz>00zRPFz<0

概率密度分布曲線如圖示，其干涉區(qū)即為零件可能失效區(qū)域，干涉區(qū)越小，可靠性越高?？煽慷萊=P(X-Y≥0)

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法68

零件應(yīng)力與強度干涉模型是零件可靠性設(shè)計的基本模型，清楚地揭示零件可靠性設(shè)計的本質(zhì)：任何設(shè)計都存在失效的可能行，即可靠度R<1.

若已知隨機變量X及Y的分布規(guī)律，利用零件應(yīng)力和強度干涉模型，可以求得零件的可靠度及失效率。設(shè)零件的可靠度為R，則：第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法6912n-1n

N個元件組成的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度RS：串聯(lián)系統(tǒng)：只要一個元件失效，系統(tǒng)就不能完成規(guī)定功能例:若R1=0.99,R2=0.90,R3=0.85,則：

RS=R1*R2*R3=0.99*0.90*0.85=0.757串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度比系統(tǒng)中最不可靠的元件可靠度還低系統(tǒng)的可靠度預(yù)測計算第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法7012┋n并聯(lián)系統(tǒng)：只有所有元件全部失效情況下整個系統(tǒng)才失效。并聯(lián)系統(tǒng)可靠度計算：若R1＝R2＝…＝Rn＝R時，則：RS＝1－（1－R）n例如：Ri=0.95,n=5時，則Rs=1-(1-Ri)n=1-(1-0.95)5=0.9999996875第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法71混合系統(tǒng)：由串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)組合而成。可靠度計算方法：先將并聯(lián)單元轉(zhuǎn)化為一個串聯(lián)單元，然后串聯(lián)系統(tǒng)計算。例：行星輪機構(gòu)，3個行星輪2為并聯(lián)系統(tǒng)，則系統(tǒng)可靠度：Rs=R1?R222?R3=R1?[1-(1-R2)3]?R3第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法72系統(tǒng)可靠性分配等分配法：是將系統(tǒng)中的所有單元分配以相同的可靠度，計算簡單，但未考慮各單元各自特征。串聯(lián)系統(tǒng)：若系統(tǒng)可靠度為RS，各單元可靠度均為Ri，則：并聯(lián)系統(tǒng):RS＝1－（1－Ri）nRi=1-(1-Rs)1/n第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法73按相對失效率分配：

使每個單元允許失效率正比于預(yù)計失效率。分配步驟：獲取各單元預(yù)計失效率；由單元預(yù)計失效率計算每一單元分配權(quán)系數(shù)；計算出各單元的容許失效率。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法74可靠性試驗定義：

為定量評價產(chǎn)品的可靠性指標而進行的各種試驗的總稱。目的：獲得可靠性指標，如平均壽命、可靠度R（t）、失效概率λ（t）等。常用試驗：（1）環(huán)境可靠性試驗（2）壽命試驗（3）現(xiàn)場可靠性試驗第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法75推薦參考書：1、可靠性設(shè)計與分析曾聲奎國防工業(yè)出版社;第1版(2011年4月1日)ISBN:

97871180728462、普通高等院校機械工程學(xué)科“十一五”規(guī)劃教材?機械可靠性設(shè)計于杰國防工業(yè)出版社;第1版(2009年1月1日)ISBN:

9787118059373762.3.3價值工程1、產(chǎn)生和發(fā)展

價值工程的創(chuàng)立者是美國人L.D邁爾斯(miles),他從產(chǎn)品功能角度出發(fā)來研究和解決材料的代用問題。

日本的價值設(shè)計和價值革新。

到70年代末，價值工程技術(shù)引入我國。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法772、價值工程基本概念：

產(chǎn)品價值V是產(chǎn)品功能F與產(chǎn)品成本C的綜合反映。價值(V)--“合算不合算”或“值得不值得”功能(F)--為功用、作用、效能、用途、目的等；成本(C)--是指實現(xiàn)功能所支付的全部費用。

三者關(guān)系為：

V=F/C第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法78價值工程設(shè)計過程：

是要求解答如下7個提問：

①它是什么？②它是干什么用的？③它的成本是多少,價值多少？④該方案能滿足要求嗎？⑤有沒有實現(xiàn)同樣功能的新方案？⑥新的方案成本是多少？⑦新的方案能滿足要求嗎？

最終獲取滿意的設(shè)計方案第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法79提高產(chǎn)品價值有以下五種途徑：1）功能不變，降低成本2）成本不變，提高功能3）功能提高，成本降低4）成本略有提高，功能有更大的提高5）功能略有下降，成本有更大的下降。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法80產(chǎn)品開發(fā)與價值工程的工作程序產(chǎn)品研制程序價值工程的工作程序產(chǎn)品規(guī)劃階段

調(diào)查研究產(chǎn)品開發(fā)建議書產(chǎn)品開發(fā)計劃書分析問題選擇對象收集情報功能分析設(shè)計試驗階段方案設(shè)計,試驗研究技術(shù)設(shè)計,試驗研究施工設(shè)計樣機試制,試驗研究樣機鑒定綜合求解創(chuàng)造方案方案分析評價決策方案審批實施方案實施與檢查生產(chǎn)階段小批試制市場試銷正式批量生產(chǎn)成果評價價值工程成果總評銷售階段銷售服務(wù)用戶調(diào)查

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法81

對象選擇是回答“它是什么”？

能否從叢多產(chǎn)品中準確地選擇分析對象，關(guān)系到價值工程地效果，應(yīng)選擇在改進功能、降低成本上有較大潛力地對象。對象選擇主要原則：從產(chǎn)品功能考慮：不能滿足用戶要求，功耗大、效率低、可靠性低的產(chǎn)品；從產(chǎn)品成本考慮：原材料昂貴、加工成本高；從企業(yè)外部環(huán)境考慮：市場需求量大，發(fā)展前景好的產(chǎn)品3、對象選擇第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法82綜合加權(quán)評分法：

①分析影響產(chǎn)品價值因素，并確定權(quán)重；②將各因素對所選擇對象進行評分；③將各對象中各因素的得分與權(quán)重相乘；④求取各對象總分值，以此作為選擇對象依據(jù)。ABC分類法--將零件分為ABC三類，

A類零件占產(chǎn)品總數(shù)10%-20%，而成本卻占總成本60-70%；

B類60－70％，成本占10－20％；其余為C類。將A類零件作為價值分析對象。價值系數(shù)分析法--價值系數(shù)作為選擇對象的依據(jù)

vi=fi/ci對象選擇的基本方法第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法83式中fi——功能系數(shù)ci=Ci/∑Ci——成本系數(shù)，其中Ci為零件成本，∑Ci為產(chǎn)品總成本。Vi=1零件的功能比重與成本比重基本相同?？梢圆蛔髦攸c對象Vi<1說明零件功能系數(shù)小，而成本系數(shù)大，作為重點選擇對象Vi>1說明零件的比較重要，而分配的成本比較小第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法84一對一比較法（0-1評分法）

0-1評分法是把產(chǎn)品的各個功能逐個相互比較，排定功能重要性的次序，具體方法如下：如果產(chǎn)品有七個功能，先將功能填入功能比較表，然后逐行一對一比較，較重要的功能得1分，較次要的功能得0分。逐行計算得分。同功能相比計以符號×,X作為1分計算。將每個功能的得分與所有功能的總分比較，得出每個功能評價系數(shù)。如表1-1第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法85分析對象ABCDE功能得分功能系數(shù)A×１０１１４０.２７B０×０１１３０.２０C１１×１１５０.３３D０００×１２０.１３Ｅ００００×１０.０７合計１５１表1-1功能系數(shù)第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法86功能定義：用簡明語言對分析對象功能作出表述，說明它干什么用。例如車床產(chǎn)品的功能是“車削工件”的。產(chǎn)品的功能具有多樣性。主要分類方法有：1）按功能的重要程度分，將功能分為基本功能和輔助功能。2）按功能的性質(zhì)分，有使用功能和外觀功能。3）按用戶需要分，有必要功能和不必要功能4、功能分析第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法87功能整理：確定產(chǎn)品必要功能，調(diào)整過剩功能，明確產(chǎn)品功能區(qū)域。功能評價：是回答成本是多少和價值是多少的提問，其目的是尋求給定功能的最低成本。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法885、新方案的創(chuàng)建與評價這是回答“有沒有新方案？”問題，創(chuàng)建新方案應(yīng)注意：

①要敢于打破框框，不受原設(shè)計的束縛；

②要發(fā)動大家參加這一工作，互相啟發(fā)，相互觸動靈感；

③把不同想法進行集中，發(fā)展成方案，使其完善。

對新方案進行評價：保證功能、降低成本，以回答“新方案的成本是對少”提問。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法896、驗證和定案

這是回答“新方案能否滿足要求”提問，驗證內(nèi)容包括：①新方案規(guī)格和條件是否合理恰當；②方案的優(yōu)缺點是否確切；③存在的問題有無進一步解決的措施等。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法90例：某企業(yè)生產(chǎn)臺虎鉗，有100mm、125mm、150mm和200mm四種不同的規(guī)格。利用價值工程對該產(chǎn)品進行改進設(shè)計。如表2-5所示：①該產(chǎn)品的最大實際夾持力遠高于部頒標準；②125mm和150mm兩種規(guī)格最大實際夾持力基本相近；③原材料成本占產(chǎn)品成本的平均比例達60％左右，說明產(chǎn)品耗材太多，顯得笨重。因此，可以從減少材料消耗入手對產(chǎn)品進行改進設(shè)計，以提高產(chǎn)品價值。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法91功能分析：總體設(shè)計尚屬合理，活動鉗體和固定鉗體消耗材料的80%。將兩個鉗體作為改進對象。調(diào)查表明，鉗體幾乎未出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，而虎脖子部件，易斷裂，兩鉗體壽命過剩。改進：適當降低鉗體的強度及剛度，增強虎脖子部件強度和剛度。改進后：①產(chǎn)品重量大大減輕，減少了原材料消耗和運輸費用；②價格降低3元，每年6萬臺計算，為用戶減少支出18萬元；第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法92推薦參考書：1、價值工程方法基礎(chǔ)羅伯特B.斯圖爾特機械工業(yè)出版社;第1版(2007年3月1日)ISBN:

9787118072846931、反求工程的產(chǎn)生與發(fā)展

二戰(zhàn)后，日本為了恢復(fù)和振興本國經(jīng)濟，制定了“吸收性戰(zhàn)略”的基本國策，這種觀點給日本國民經(jīng)濟注入了新的活力，推動了日本經(jīng)濟的高速發(fā)展，到20世紀70、80年代成為世界上僅次于美國的第二經(jīng)濟強國。日本所采用的措施正是今天得到普遍重視的反求工程技術(shù)(RE)。2.3.4反求工程第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法94反求工程作為掌握、改進和發(fā)展技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短40％以上，從而極大地提高了生產(chǎn)率。20世紀90年代后，數(shù)字化浪潮推動社會飛速發(fā)展，世界范圍內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域的競爭日趨激烈，企業(yè)必須不斷地開發(fā)新產(chǎn)品、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量以增強企業(yè)在市場的競爭力，從而大大推動了反求工程技術(shù)的研究與發(fā)展。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法952、反求工程的內(nèi)涵：正向工程：

市場分析→概念設(shè)計→結(jié)構(gòu)設(shè)計→加工制造→裝配檢驗反求工程：

已有產(chǎn)品→實物測量→重構(gòu)模型→創(chuàng)新改進→加工制造第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法二維圖紙CAD數(shù)據(jù)……

零件產(chǎn)品模型

正向工程逆向工程96第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法3、反求工程類型：實物反求:信息源為產(chǎn)品實物模型，應(yīng)用最廣；軟件反求:信息源為產(chǎn)品工程圖樣、數(shù)控程序、技術(shù)文件等技術(shù)軟件；影像反求:信息源為圖片、照片或影像等資料。97實物反求有兩項基本工作，即反求分析與反求設(shè)計。實物反求設(shè)計是一個認識產(chǎn)品—再現(xiàn)產(chǎn)品—超越原產(chǎn)品的過程。實物反求法第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法98軟件反求法軟件反求是以產(chǎn)品樣本、技術(shù)文件、設(shè)計書、使用說明書、圖紙、有關(guān)規(guī)范和標準、管理規(guī)范和質(zhì)量保證手冊等為研究對象的反求工程技術(shù)。軟件反求的目的是通過對已有技術(shù)軟件的分析和研究，提高對相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計和制造能力。

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法99影像反求法影像反求是以產(chǎn)品照片、廣告介紹和影視畫面等為參考資料進行分析設(shè)計的。影像反求難度最大。目前還未形成成熟的技術(shù)。一般要利用透視變換和透視投影，形成不同透視圖，從外形、尺寸、比例和專業(yè)知識去琢磨其功能和性能，進而分析其內(nèi)部可能的結(jié)構(gòu)。

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法1004、反求工程基本步驟第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法101

1）、反求對象的分析反求對象的功能及原理分析；反求對象的材料分析；反求對象的加工、裝配工藝分析；反求對象的精度分析；反求對象造型的分析；反求對象的系列化、模塊化分析。5、反求工程的關(guān)鍵技術(shù)第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法1022）、反求對象幾何參數(shù)采集

形體幾何參數(shù)采集基本方法第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法103第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法104德國SteinbichlerCOMET250光學(xué)掃描儀美國Brownsharpe公司Globalstatus574三坐標測量機第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法105模型重構(gòu)：根據(jù)所采集的樣本幾何數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)重構(gòu)樣本模型的技術(shù)。模型重構(gòu)的分類：（1）根據(jù)所處理的數(shù)據(jù)對象的不同：有序數(shù)據(jù)的模型重構(gòu)和散亂數(shù)據(jù)的模型重構(gòu)（2）對測量數(shù)據(jù)重構(gòu)后表面表示形式的不同，將模型重構(gòu)分為：由眾多小三角片構(gòu)成的網(wǎng)格曲面模型和分片連續(xù)的樣條曲面模型。3）模型重構(gòu)技術(shù)第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法106數(shù)據(jù)預(yù)處理:對原始數(shù)據(jù)過濾、篩選、去噪、平滑和編輯等操作網(wǎng)格模型生成:采用適當?shù)姆椒ㄉ扇蔷W(wǎng)格模型網(wǎng)格模型后處理:三角網(wǎng)格模型進行簡化,修補模型孔洞、縫隙和重疊等缺陷商品化反求工程軟件：

美國IMAGEWARE公司的SURFACER

英國DELCAM公司的COPYCAD

英國RENISHAW公司的TRACE

國內(nèi)也有不少高校在從事反求工程的研究與開發(fā)。

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法107逆向工程工作流程測量及后處理3D點云物理模型1曲面重構(gòu)CAD模型NC加工…第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法1083D點云軟件1.PolyWorks是處理由各種品牌3D掃描器(激光掃描器和白光系統(tǒng))和逆向工程的接觸探查裝置及依據(jù)點云檢測應(yīng)用獲取的數(shù)據(jù)的強大軟件解決方案。PolyWorks軟件包由兩個獨立模塊組成:

PolyWorks/模擬模塊?:

可以將任何已掃描對象轉(zhuǎn)換為3D多面體模型或NURBS曲面.此功能可以用于制造業(yè)的應(yīng)用,如:在CAD軟件CATIA、PRO-E、UG、SolidWorks和VDA中快速制模,CFD模擬和應(yīng)用處理。

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法109PolyWorks/檢測模塊?:

對3D零件檢測.PolyWorks將掃描的零件與實際的CAD模型進行對比,并且計算如全體偏差(色圖),剖面分析,GD&T等的對比結(jié)果.此檢測模塊也提供了許多測量工具來提取精確的3D測量值,如量尺和量規(guī).

2.FAROSceneV4.13D點云軟件第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法110工程應(yīng)用-----凸輪逆向6逆向工程應(yīng)用舉例

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法111工程應(yīng)用-----汽車、拖拉機覆蓋件逆向第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法112圖a斷層掃描儀測量數(shù)據(jù)點；圖b處理后數(shù)據(jù)點；圖c重構(gòu)后模型；圖d快速成型機制作的復(fù)制品反求工程應(yīng)用舉例（佛像）第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法113綠色產(chǎn)品的定義：可以拆卸、分解的產(chǎn)品；原材料使用合理化，并能處理回收的產(chǎn)品；從生產(chǎn)、使用、回收過程對生態(tài)環(huán)境無害或危害小產(chǎn)品；可翻新和重新利用的產(chǎn)品；綜合定義：在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，節(jié)約資源和能源，對生態(tài)環(huán)境無危害或少危害，對生產(chǎn)者及使用者具有良好保護性的產(chǎn)品。綠色產(chǎn)品特點：優(yōu)良的環(huán)境友好性，最大限度地利用材料資源，節(jié)約能源。2.3.5綠色設(shè)計第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法114綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計比較傳統(tǒng)設(shè)計：主要考慮產(chǎn)品功能、質(zhì)量和成本屬性；綠色設(shè)計：除上述外，重視資源、能源合理利用，重視環(huán)境和勞動者保護。綠色設(shè)計的目標與流程第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法115綠色設(shè)計主要內(nèi)容綠色產(chǎn)品描述與建模：準確全面的描述，建立評價模型；綠色設(shè)計材料選擇：側(cè)重環(huán)境約束和材料對環(huán)境影響；面向拆卸的設(shè)計：能夠高效、不加破壞地拆卸，有利于材料的重新利用和循環(huán)再生；第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法116可回收性設(shè)計：包括可回收材料識別及標志、回收處理工藝、可回收性結(jié)構(gòu)設(shè)計、可回收經(jīng)濟分析與評價；綠色產(chǎn)品成本分析：包括污染物處理成本、拆卸成本、重復(fù)利用成本、環(huán)境成本等；綠色產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫：包括材料成分、降解周期、費用、各種評價標準等第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法117綠色設(shè)計的原則資源最佳利用原則：①能源選用，盡可能使用再生資源，

②提高利用率；能量消耗最少原則：盡可能選可再生一次能源，力求能源消耗最少；“零污染”原則：消除污染源，盡可能地做到零污染；第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法118

綠色設(shè)計順應(yīng)歷史發(fā)展趨勢，強調(diào)資源有效利用，減少廢棄物排放，追求產(chǎn)品生命周期中對環(huán)境污染最小化，對生態(tài)環(huán)境無害化，將成為人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效手段?！傲銚p害”原則：將對身心健康損害降低最低程度；技術(shù)先進原則：采用新技術(shù)，使產(chǎn)品具有市場競爭力；生態(tài)經(jīng)濟效益最佳原則：同時考慮經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法119個人電腦

1.材料選擇（1）無毒材料（2）可回收材料（3）較少的材料種類（4）材料的標記綠色產(chǎn)品設(shè)計實例1202.結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路設(shè)計（1）模塊化設(shè)計（2）便于產(chǎn)品升級的設(shè)計（3）便于重復(fù)使用及回收的設(shè)計（4）可維修設(shè)計（5）長壽命設(shè)計（6）簡單化、標準化設(shè)計（7）電路設(shè)計121

3.其他環(huán)節(jié)（1）制造過程中減輕排放物對環(huán)境的污染（2）將清潔水重復(fù)利用（3）盡量減少產(chǎn)品的包裝（4）用可重復(fù)使用的包裝物進行包裝（5）優(yōu)化每個包裝內(nèi)產(chǎn)品的數(shù)量，使每個產(chǎn)品占用的包裝量最少。（6）用可回收材料進行包裝，并盡量減少包裝材料的種類。不用有毒的油墨在包裝物表面進行印刷。（7）用可回收紙來印刷用戶手冊等。122新型汽車的綠色設(shè)計策略

1.合理選擇零部件材料和資源優(yōu)化（1）在汽車設(shè)計過程中集成各零部件的功能，以減少零件的數(shù)量和制造零件所需的原材料，便于報廢汽車的回收拆卸和再利用。（2）根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和可拆卸性合理選擇材料，盡量減少材料的種類，使用可進行生物分解的聚合材料制造零部件，不采用或少采用金屬、塑料復(fù)合的結(jié)構(gòu)材料，以便于獲取再生利用的零部件材料。123

2.減少污染和選用新型能源

為使汽車在使用過程中不排放或少排放有害物質(zhì)，可利用新技術(shù)，采用新能源替代目前我國仍在大量使用的含鉛汽油，這不僅有利于環(huán)境保護，而且有利于緩解石油資源日趨緊張的矛盾，如采用酒精、壓縮天然氣或保護在恒冷器內(nèi)的濃縮氫作為汽車燃料等。（3）在汽車制造中最大限度地采用新型材料、輕型材料和塑料代替金屬材料，車身可采用鋁合金框架并配以塑料外殼，車內(nèi)零部件盡可能地采用工程塑料。（4）盡量采用再生零部件和再生材料，以節(jié)省資源和能源，保護生態(tài)環(huán)境。124

3.回收策略和新的設(shè)計思想（1）汽車零部件之間的聯(lián)結(jié)應(yīng)便于拆卸和裝配，由此提高報廢汽車的拆卸效率，并考慮能夠用自動化拆卸裝置進行拆卸。（2）簡化零部件再生利用時的安裝過程。（3）對于汽車報廢后只能再利用其材料的零部件，應(yīng)避免采用相互影響的材料組合，在設(shè)計和制造時即在零件上標記出零件所用的材料，以簡化對報廢汽車零部件材料的分類過程，減少分類時間。（4）對于汽車報廢后有可能再次利用的零部件，應(yīng)考慮到便于修復(fù)。125推薦參考書：1、產(chǎn)品全生命周期設(shè)計與評價

于隨然、陶璟

科學(xué)出版社;第1版(2012年6月1日)ISBN:

9787030325808126作業(yè)：

P56:2-1、2-2、2-5、2-8

本章小結(jié)從系統(tǒng)工程的觀點分析，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是一個由時間維、邏輯維和方法維共同組成的三維系統(tǒng)；現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)由4個不同層次的技術(shù)所組成，計算機輔助設(shè)計技術(shù)CAD是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體技術(shù)；

CAD技術(shù)經(jīng)歷了萌芽期、成長期、發(fā)展期、普及期，現(xiàn)已進入CAD與其它信息技術(shù)集成的年代；介紹了應(yīng)用較為廣泛、相對比較成熟的幾種產(chǎn)品設(shè)計計算方法，包括：優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、價值工程、反求工程和綠色設(shè)計。128創(chuàng)新設(shè)計InventionDesign創(chuàng)新的兩個特點：不等于發(fā)明創(chuàng)造必須帶來經(jīng)濟效益129全生命周期設(shè)計DesignForXDFX是DesignforX(面向產(chǎn)品生命周期各/某環(huán)節(jié)的設(shè)計)的縮寫。其中，X可以代表產(chǎn)品生命周期或其中某一環(huán)節(jié)，如裝配、加工、使用、維修、回收、報廢等，也可以代表產(chǎn)品競爭力或決定產(chǎn)品競爭力的因素，如質(zhì)量、成本、時間等等。130

并行設(shè)計（concurrentdesign，CD）是集成的、并行的產(chǎn)品設(shè)計方法，強調(diào)在產(chǎn)品開發(fā)的初始階段就必須全面考慮產(chǎn)品生命周期中的各個階段對產(chǎn)品設(shè)計的綜合影響，從而實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的優(yōu)化設(shè)計。并行設(shè)計強調(diào)團隊工作精神，強調(diào)設(shè)計過程的并行性。強調(diào)設(shè)計過程的系統(tǒng)性，強調(diào)設(shè)計過程的快速反饋，強調(diào)仿真技術(shù)的應(yīng)用。并行設(shè)計concurrentdesig