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第第2 2章章 先进工程设计技术先进工程设计技术本章要点现代设计技术的基本内容 模块化设计的关键技术 CAD的关键技术 创新设计逆向工程 第第2章章 现代设计技术现代设计技术Modern Design Technology 2.1 概述概述Introduction 以社会需求为目标，在一定设计原则的约束下，利用设以社会需求为目标，在一定设计原则的约束下，利用设计方法和手段创造出产品结构的过程。计方法和手段创造出产品结构的过程。指在设计过程中解决具体设计问题的各种方法和手段。指在设计过程中解决具体设计问题的各种方法和手段。-直觉设计阶段直觉设计阶段经验设计阶段经验设计阶段半理论半经验设计半理论半经验设计（传统设计）阶段。（传统设计）阶段。产品设计产品设计 设计技术设计技术2.1.1 先进工程设计技术的内涵先进工程设计技术的内涵 先进工程设计技术先进工程设计技术 以满足应市产品的质量、性能、时间、成本价格综合以满足应市产品的质量、性能、时间、成本价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。造产品活动过程所用到的技术群体的总称。2.1.2 先进工程设计的体系结构先进工程设计的体系结构 包括运动学、静力学、动力学、材料力学、热力学、电包括运动学、静力学、动力学、材料力学、热力学、电磁学、工程数学等。磁学、工程数学等。指计算机支持的设计技术，包括：计算机辅助指计算机支持的设计技术，包括：计算机辅助X X。优化。优化设计，有限元分析，模拟仿真，虚拟设计，工程数据库，设计，有限元分析，模拟仿真，虚拟设计，工程数据库，快速响应设计等。快速响应设计等。基础技术基础技术 主体技术主体技术2.1.2 先进工程设计的体系结构先进工程设计的体系结构 支撑技术支撑技术主要包括：主要包括：现代设计理论与方法。包括模块化设计、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、可靠性价值工程、反求工程、绿色设计、面向对象设计、可靠性设计等。设计等。设计试验技术。设计试验技术。应用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。床、汽车、工程机械等设计的知识和技术。静态的设计原理向动态的延伸，静态的设计原理向动态的延伸，经验、类比的设计方法向精确的、优化的方法延伸经验、类比的设计方法向精确的、优化的方法延伸而且设计范畴也在不断扩大。而且设计范畴也在不断扩大。-机电一体化，物质、能量、信息一体化，集成化，模机电一体化，物质、能量、信息一体化，集成化，模块化方向发展，块化方向发展，-对产品的质量、可靠性、稳定性、稳健性及效益等均对产品的质量、可靠性、稳定性、稳健性及效益等均提出更为严格的要求。提出更为严格的要求。2.1.1 先进工程设计技术的特征先进工程设计技术的特征 是传统设计理论与方法的继承、延伸与扩展是传统设计理论与方法的继承、延伸与扩展多种设计技术、理论与方法的交叉与综合多种设计技术、理论与方法的交叉与综合 设计手段的计算机化设计手段的计算机化-计算机辅助计算和绘图发展到优化设计、并行设计、计算机辅助计算和绘图发展到优化设计、并行设计、三维特征建模、面向制造与装配的设计制造一体化，三维特征建模、面向制造与装配的设计制造一体化，形成了形成了CADCAD、CAPPCAPP、CAMCAM的集成化、网络化和可视化。的集成化、网络化和可视化。采用可靠性设计采用可靠性设计-有限元法、动态分析等分析工具和建模手段，有限元法、动态分析等分析工具和建模手段，-2.1.1 先进工程设计技术的特征先进工程设计技术的特征 设计结果的精确化设计结果的精确化设计过程的并行化设计过程的并行化、智能化、智能化并行设计的核心是在产品设计阶段就考虑产品生命周期并行设计的核心是在产品设计阶段就考虑产品生命周期中的所有因素，强调对产品设计及其相关过程进行并行的、中的所有因素，强调对产品设计及其相关过程进行并行的、集成的一体化设计，使产品开发一次成功，缩短产品开发集成的一体化设计，使产品开发一次成功，缩短产品开发周期。周期。智能智能CADCAD系统系统-人和计算机友好结合共同完成的智能设计活动。人和计算机友好结合共同完成的智能设计活动。-需要对产品进行动态的、多变量的、全方位的可信需要对产品进行动态的、多变量的、全方位的可信性设计性设计 。2.1.1 先进工程设计技术的特征先进工程设计技术的特征 面向产品生命周期全过程的可信性设计面向产品生命周期全过程的可信性设计 多种设计试验技术的综合运用多种设计试验技术的综合运用-物理模型试验、动态试验、可靠性试验、产品环保性物理模型试验、动态试验、可靠性试验、产品环保性能试验等能试验等；-对产品进行数字仿真试验和虚拟现实试验，预测产品对产品进行数字仿真试验和虚拟现实试验，预测产品的性能；的性能；-快速原型技术，直接利用快速原型技术，直接利用CADCAD数据，数据，-成形三维实体模成形三维实体模型，该模型可直接用于设计外观评审或装配试验，型，该模型可直接用于设计外观评审或装配试验，第第2章章 现代设计技术现代设计技术Modern Design Technology 2.2 CAD技术技术 CAD TechnologyCADCAD的功能与含义的功能与含义 是以计算机为工具，处理产品设计过程中的图形和数是以计算机为工具，处理产品设计过程中的图形和数据信息，过程的辅助完成产品设计技术据信息，过程的辅助完成产品设计技术。产品的造型、装配、工程图绘制；产品的造型、装配、工程图绘制；产品渲染、动态显示；产品渲染、动态显示；工程分析，如有限元分析、优化设工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动仿真等。计、可靠性设计、运动仿真等。内容包括内容包括-2.2.1 计算机辅助设计的概念计算机辅助设计的概念CADCAD技术的特征技术的特征 CADCAD技术强调产品设计过程中计算机的支持和参与技术强调产品设计过程中计算机的支持和参与 强调计算机的辅助作用强调计算机的辅助作用 CADCAD系统不可能也没有必要涉及产品设计的所有环节系统不可能也没有必要涉及产品设计的所有环节 CADCAD技术的优越性技术的优越性 大大提高设计质量大大提高设计质量 提高设计生产率，缩短产品开发周期提高设计生产率，缩短产品开发周期 较大幅度地降低生产成本较大幅度地降低生产成本 将技术人员从繁重的计算、绘图、修改工作中解放出将技术人员从繁重的计算、绘图、修改工作中解放出来来 2.2.1 计算机辅助设计的概念计算机辅助设计的概念产品的造型建模技术产品的造型建模技术 2.2.2 CAD的关键技术的关键技术CADCAD的的造造型型建建模模过过程程也也就就是是对对被被设设计计对对象象进进行行描描述述，并并用用合合适适的的数数据据结结构构存存储储在在计计算算机机内内以以建建立立计计算算机机内内部部模模型的过程。型的过程。-线线框框模模型型、表表面面(曲曲面面)模模型型、实实体体建建模模(Solid(Solid Modeling)Modeling)、特特征征造造型型(Feature(Feature Modeling)Modeling)、特特征征参参数数模模型型、产产品品数数据据模型模型特征造型具有：特征造型具有：能更好地表达统一完整的产品信息；能更好地表达统一完整的产品信息；能能更更好好地地体体现现设设计计意意图图，使使产产品品模模型型便便于于理理解解和和组组织织生产；生产；有有助助于于加加强强产产品品设设计计、分分析析、加加工工制制造造、检检验验等等各各个个部门之间的联系。部门之间的联系。单一数据库就是与设计相关的全部数据信息来自同一个数据库。所谓的相关性设计就是任何设计改动，都将及时地反映到设计过程的其他相关环节上.-单一数据库和相关性设计技术的应用，有利于减少设计中差错，提高设计质量，缩短开发周期。单一数据库与相关性设计单一数据库与相关性设计 2.2.2 CAD的关键技术的关键技术2.2.2 CAD的关键技术的关键技术NURBSNURBS曲面造型技术曲面造型技术 非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines，NURBS)，是一种用来定义CAD模型中复杂的曲线、曲面的描述方法。运用NURBS造型技术可以采用统一的数学模型，精确地表示自由曲线、曲面，以及如直线、圆、抛物线、双曲线等这类规则的曲线和曲面，简化了系统结构和数据的管理，有利于对曲线曲面进行局部操作和修改，提高了对曲线和曲面的构造能力和编辑修改能力。CADCAD技术的集成体现在以下几个方面技术的集成体现在以下几个方面l l CAD CAD与与CAECAE集成、集成、CADCAD与与CAPPCAPPCAMCAM的集成、的集成、CADCAD与与PDMPDM的集成、的集成、CADCAD与与ERPERP等软件模块集成，为企业提等软件模块集成，为企业提供了产品生产制造一体化解决方案，推动企业信息化进供了产品生产制造一体化解决方案，推动企业信息化进程。程。l将CAD技术的算法、功能模块以至整个系统，以专用芯片的形式加以固化，一方面可提高CAD系统的运行效率，另一方面可供其他系统直接调用。CAD在网络计算环境下实现异地、异构系统的企业间集成，如全球化设计、虚拟设计、虚拟制造以及虚拟企业就是该集成层次的具体体现。2.2.2 CAD的关键技术的关键技术CADCAD与其它与其它CAXCAX系统的集成技术系统的集成技术标准化技术标准化技术 2.2.2 CAD的关键技术的关键技术 国际标准化组织(ISO)制定了“产品数据模型交换标准”(Standard for the Exchange of Product Model Data,STEP)。STEP采用统一的数字化定义方法，涵盖了产品的整个生命周期，是CAD技术最新的国际标准。目前，主流的CAD软件系统都支持ISO标准及其他工业标准-计算机辅助产品的概念设计计算机辅助产品的概念设计 2.2.3 CAD的研究热点的研究热点 概概概概念念念念设设设设计计计计涉涉涉涉及及及及产产产产品品品品的的的的基基基基本本本本功功功功能能能能、动动动动作作作作原原原原理理理理和和和和结结结结构构构构要要要要素素素素，需需需需要要要要考考考考虑虑虑虑产产产产品品品品的的的的价价价价格格格格、性性性性能能能能、可可可可靠靠靠靠性性性性、安安安安全全全全性性性性等等等等目目目目标标标标；概概概概念念念念设设设设计计计计所所所所涉涉涉涉及及及及的的的的设设设设计计计计需需需需求求求求和和和和各各各各种种种种约约约约束束束束往往往往往往往往是是是是不不不不精精精精确确确确的的的的或或或或未未未未知知知知的的的的。概概概概念念念念设设设设计计计计的的的的上上上上述述述述特特特特征征征征和和和和要要要要求求求求，给给给给CADCADCADCAD技技技技术术术术在在在在该领域的应用带来很大难度和挑战。该领域的应用带来很大难度和挑战。该领域的应用带来很大难度和挑战。该领域的应用带来很大难度和挑战。为为为为使使使使CADCADCADCAD技技技技术术术术有有有有效效效效地地地地支支支支持持持持概概概概念念念念设设设设计计计计，需需需需要要要要解解解解决决决决建建建建模模模模和和和和推理两大技术难题。推理两大技术难题。推理两大技术难题。推理两大技术难题。建建建建模模模模技技技技术术术术，是是是是需需需需要要要要对对对对产产产产品品品品的的的的功功功功能能能能、动动动动作作作作和和和和结结结结构构构构等等等等要要要要素素素素及其相互间的关系进行完整、清晰描述及其相互间的关系进行完整、清晰描述及其相互间的关系进行完整、清晰描述及其相互间的关系进行完整、清晰描述 推推推推理理理理就就就就是是是是根根根根据据据据用用用用户户户户的的的的需需需需求求求求和和和和给给给给定定定定的的的的条条条条件件件件进进进进行行行行产产产产品品品品的的的的功功功功能设计，生成和选择合适的产品设计方案能设计，生成和选择合适的产品设计方案能设计，生成和选择合适的产品设计方案能设计，生成和选择合适的产品设计方案。计算机支持的协同设计计算机支持的协同设计 2.2.3 CAD的研究热点的研究热点-协协协协同同同同设设设设计计计计有有有有利利利利于于于于避避避避免免免免或或或或减减减减少少少少设设设设计计计计工工工工作作作作的的的的反反反反复复复复，提提提提高高高高产产产产品品品品设设设设计计计计的的的的效效效效率率率率和和和和质质质质量量量量。计计计计算算算算机机机机支支支支持持持持的的的的产产产产品品品品协协协协同同同同设设设设计计计计必必必必须须须须解解解解决决决决以下几个难题：以下几个难题：以下几个难题：以下几个难题：群体成员间多媒体信息传输群体成员间多媒体信息传输群体成员间多媒体信息传输群体成员间多媒体信息传输 实实实实用用用用的的的的协协协协同同同同设设设设计计计计系系系系统统统统必必必必须须须须能能能能在在在在异异异异构构构构环环环环境境境境中中中中运运运运行行行行，包包包包括括括括数数数数据据据据传传传传输输输输、工工工工具具具具集集集集成成成成，还还还还有有有有跨跨跨跨平平平平台台台台的的的的交交交交互互互互界界界界面面面面等等等等，这这这这需需需需要要要要通通通通过标准化工作来解决。过标准化工作来解决。过标准化工作来解决。过标准化工作来解决。人人人人人人人人交交交交互互互互 目目目目前前前前自自自自动动动动发发发发现现现现矛矛矛矛盾盾盾盾和和和和冲冲冲冲突突突突，并并并并进进进进行行行行自自自自动动动动协协协协调调调调和解决的技术还不成熟，因此人一人交互的手段成为必要和解决的技术还不成熟，因此人一人交互的手段成为必要和解决的技术还不成熟，因此人一人交互的手段成为必要和解决的技术还不成熟，因此人一人交互的手段成为必要海量信息的存储、管理和检索技术海量信息的存储、管理和检索技术 如如如如何何何何快快快快速速速速、有有有有效效效效地地地地对对对对海海海海量量量量信信信信息息息息进进进进行行行行存存存存储储储储、管管管管理理理理和和和和检检检检索索索索，成为人们关注的焦点。成为人们关注的焦点。成为人们关注的焦点。成为人们关注的焦点。-智能智能CADCAD技术技术 产产产产品品品品的的的的设设设设计计计计是是是是人人人人类类类类的的的的一一一一种种种种创创创创造造造造性性性性的的的的活活活活动动动动，设设设设计计计计过过过过程程程程智智智智能能能能化化化化是是是是CADCADCADCAD发展的必然选择。发展的必然选择。发展的必然选择。发展的必然选择。-智智智智能能能能CADCADCADCAD就就就就是是是是将将将将人人人人工工工工智智智智能能能能技技技技术术术术与与与与CADCADCADCAD技技技技术术术术融融融融为为为为一一一一体体体体而而而而建建建建立立立立的的的的系系系系统统统统，而而而而人人人人类类类类的的的的思思思思维维维维模模模模型型型型的的的的建建建建立立立立和和和和表表表表达达达达还还还还有有有有待待待待继继继继续续续续予予予予以以以以研研研研究和完善。究和完善。究和完善。究和完善。2.2.3 CAD的研究热点的研究热点 CADCAD技术与虚拟现实技术的集成技术与虚拟现实技术的集成 虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实(Virtual(Virtual(Virtual(Virtual RealityRealityRealityReality，VR)VR)VR)VR)技技技技术术术术是是是是利利利利用用用用计计计计算算算算机机机机生生生生成成成成的的的的一一一一种种种种模模模模拟拟拟拟现现现现实实实实环环环环境境境境的的的的技技技技术术术术，通通通通过过过过数数数数据据据据头头头头盔盔盔盔(Head(Head(Head(Head Mounted Mounted Mounted Mounted Display)Display)Display)Display)、数数数数据据据据手手手手套套套套(Data(Data(Data(Data Glove)Glove)Glove)Glove)、数数数数据据据据衣衣衣衣(Data(Data(Data(Data Suit)Suit)Suit)Suit)等等等等多多多多种种种种传传传传感感感感设设设设备备备备构构构构造造造造虚虚虚虚拟拟拟拟环环环环境境境境，向向向向设设设设计计计计者者者者提提提提供供供供诸诸诸诸如如如如视视视视觉觉觉觉、听听听听觉觉觉觉、触觉等各种直观而又自然实时的感知。触觉等各种直观而又自然实时的感知。触觉等各种直观而又自然实时的感知。触觉等各种直观而又自然实时的感知。CADCADCADCAD技技技技术术术术与与与与VRVRVRVR技技技技术术术术的的的的有有有有机机机机结结结结合合合合，能能能能够够够够快快快快速速速速地地地地显显显显示示示示设设设设计计计计内内内内容容容容、显显显显示示示示设设设设计计计计对对对对象象象象性性性性能能能能特特特特征征征征，以以以以及及及及设设设设计计计计对对对对象象象象与与与与周周周周围围围围环环环环境境境境的的的的关关关关系，系，系，系，-2.2.3 CAD的研究热点的研究热点 第第2章章 现代设计技术现代设计技术Modern Design Technology 2.3 模块化设计模块化设计Modularization Design2.3.1 模块化设计的基本概念和方法模块化设计的基本概念和方法 模模块块：一一组组具具有有同同一一功功能能和和接接合合要要素素（指指联联接接部部位位的的形形状状、尺尺寸寸、联联接接件件间间的的配配合合或或啮啮合合等等），但但性性能能、规规格格或或结结构构不不同却能互换的单元同却能互换的单元.由由模模块块组组成成的的产产品品称称为为模模块块化化产产品品。模模块块化化产产品品又又有有两两种种类类型型，即即纯纯模模块块化化产产品品和和混混合合模模块块化化产产品品。纯纯模模块块化化产产品品完完全全由由模模块块组组成成，混混合合模模块块化化产产品品则则以以模模块块组组成成为为主主，同同时时含含有非模块部分。有非模块部分。模模块块化化设设计计：在在对对产产品品进进行行市市场场预预测测、功功能能分分析析的的基基础础上上，划划分分并并设设计计出出一一系系列列通通用用的的功功能能模模块块；根根据据用用户户的的要要求求，对对这这些些模模块块进进行行选选择择和和组组合合，就就可可以以构构成成不不同同功功能能、或或功功能能相相同同但但性性能能不不同同、规规格格不不同同的的产产品品。这这种种设设计计方方法法称称为为模模块块化化设计。设计。模块、模块化产品与模块化设计模块、模块化产品与模块化设计2.3.2 机械模块化设计的分类机械模块化设计的分类 横系列模块化设计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。不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。-在基型品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。在基型品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。例例如如，更更换换端端面面铣铣床床的的铣铣头头，可可以以加加装装立立铣铣头头、卧卧铣铣头头、转转塔铣头等，形成立式铣床卧式铣床或转塔铣床等。塔铣头等，形成立式铣床卧式铣床或转塔铣床等。横横系系列列模模块块化化设设计计过过程程：关关键键-要要在在结结构构上上采采取取必必要要的的措措施施，如如留留出出足足够够位位置置、设设计计合合理理接接口口、预预先先加加工工出出连连接接的的定定位位面面、定定位位孔孔等等，以以便便于于在在进进行行产产品品变变型型时时可可顺顺利利增增加加和和更更换各种模块部件。换各种模块部件。纵系列模块化设计纵系列模块化设计纵纵系系列列模模块块化化设设计计指指在在同同一一类类型型中中对对不不同同规规格格的的基基型型产产品品进进行行变变型型产产品品的的设设计计。它它的的特特点点是是要要改改变变基基型型产产品品主主参参数。数。-因因而而，在在与与动动力力参参数数有有关关的的模模块块设设计计时时，往往往往合合理理划划分分区区段段，只只在在同同一一区区段段内内模模块块通通用用；而而对对于于与与动动力力或或尺尺寸寸无无关的模块，则可在更大范围内通用。关的模块，则可在更大范围内通用。2.3.2 机械模块化设计的分类机械模块化设计的分类 跨系列模块化设计跨系列模块化设计跨跨系系列列模模块块化化设设计计的的方方法法是是指指针针对对总总体体结结构构相相差差不不大大的的产品所进行的变型设计。产品所进行的变型设计。它它的的特特点点是是在在基基本本相相同同的的基基础础件件结结构构上上选选用用不不同同模模块块而而构构成成跨跨系系列列产产品品；或或者者是是在在基基础础件件结结构构不不同同的的跨跨系系列列产产品品上，对具有同一功能的单元，选用相同的模块。上，对具有同一功能的单元，选用相同的模块。例如，例如，-2.3.2 机械模块化设计的分类机械模块化设计的分类 全系列模块化设计全系列模块化设计全全系系列列模模块块化化设设计计的的方方法法是是指指纵纵系系列列模模块块化化设设计计加加横横系系列列模块化设计。模块化设计。全全系系列列模模块块化化设设计计与与跨跨系系列列模模块块化化设设计计是是有有很很大大区区别别的的。跨跨系系列列模模块块化化设设计计只只是是横横系系列列兼兼顾顾部部分分纵纵系系列列或或是是纵纵系系列列兼兼顾部分横系列的模块化设计。顾部分横系列的模块化设计。全全系系列列模模块块化化设设计计指指的的是是某某类类产产品品的的全全部部横横、纵纵系系列列范范围围内内的模块化设计。的模块化设计。-2.3.2 机械模块化设计的分类机械模块化设计的分类 NYYN用户需求分析系列型谱确定基型设计功能分析，建立功能模块优化主参数，建立生产模块，模块接口设计和产品技术设计基型产品试制与评估变型产品设计满 意？功能分析，建立功能模块和生产模块变型产品试制与评估满 意？完成系列产品设计2.3.3 模块化设计过程模块化设计过程用户需求分析用户需求分析-前前提提，必必须须准准确确把把握握同同类类产产品品的的市市场场需需求求，以以及及同同类类产产品中基型和各种变型需求的比例，同时进行可行性分析。品中基型和各种变型需求的比例，同时进行可行性分析。-对需求量很小，研制费用较高对需求量很小，研制费用较高-不宜采用模块化设计。不宜采用模块化设计。2.3.3 模块化设计过程模块化设计过程确定产品系列型谱确定产品系列型谱 合合理理确确定定产产品品的的主主参参数数范范围围和和产产品品系系列列型型谱谱（即即产产品品种种类和规格）是关键类和规格）是关键-。确定参数范围及主参数确定参数范围及主参数 产产品品的的参参数数（如如尺尺寸寸参参数数、运运动动参参数数和和动动力力参参数数等等）须须合理确定，合理确定，-参参数数数数值值大大小小和和数数值值在在参参数数范范围围内内的的分分布布也也很很重重要要，最最大、最小值应依使用要求而定。大、最小值应依使用要求而定。-2.3.3 模块化设计过程模块化设计过程模块划分与设计模块划分与设计 -在在设设计计模模块块时时，应应尽尽量量采采用用标标准准化化结结构构，保保证证模模块块便便于于制制造造、组组装装、维维修修和和更更换换，还还需需考考虑虑各各主主要要模模块块寿寿命命相相当。当。对对设设计计好好的的模模块块应应按按其其功功能能、类类型型、规规格格、层层次次等等进进行行编码，并以适当的方式存入模块库内以备调用。编码，并以适当的方式存入模块库内以备调用。模块标准化模块标准化即：模块结构标准化，尤其是模块接口标准化。即：模块结构标准化，尤其是模块接口标准化。模模块块化化设设计计所所依依赖赖的的是是模模块块的的组组合合，即即联联接接或或啮啮合合，又又称称为为接口。接口。模模块块应应具具有有可可组组合合性性和和可可互互换换性性两两个个特特征征主主要要体体现现在在接接口口上上，必须提高其标准化、通用化、规格化程度必须提高其标准化、通用化、规格化程度-例例如如，具具有有相相同同功功能能、不不同同性性能能的的单单元元一一定定要要具具有有相相同同的的安安装基面和相同的安装尺寸，才能保证模块的有效组合。装基面和相同的安装尺寸，才能保证模块的有效组合。又如：在计算机行业中，由于采用了标准的总线结构又如：在计算机行业中，由于采用了标准的总线结构-。2.3.4 模块化设计的关键技术模块化设计的关键技术 模块的划分与组合模块的划分与组合 2.3.4 模块化设计的关键技术模块化设计的关键技术 模块的划分应遵循的原则：模块的划分应遵循的原则：尽尽量量减减少少产产品品包包含含的的模模块块总总数数，并并最最大大限限度度地地简简化化模模块块自自身的结构，以避免模块组合时产生混乱；身的结构，以避免模块组合时产生混乱；以以有有限限的的模模块块数数获获得得尽尽可可能能多多的的实实用用组组合合方方案案，以以满满足足用用户的多方面需求；户的多方面需求；划分的模块应具有功能独立性和结构完整性；划分的模块应具有功能独立性和结构完整性；充分注意模块间的结合要素，以便于模块的组合和分离；充分注意模块间的结合要素，以便于模块的组合和分离；模块划分应有利于保证产品精度、刚度和其他性能指标；模块划分应有利于保证产品精度、刚度和其他性能指标；模块的划分要充分考虑经济因素。模块的划分要充分考虑经济因素。模模块块的的组组合合包包括括模模块块组组合合的的形形式式和和可可行行的的、实实用用的的、经经济济的组合产品方案，用以指导模块化产品设计。的组合产品方案，用以指导模块化产品设计。模块的连接方式与接口设计模块的连接方式与接口设计 按按某某一一模模块块连连接接其其它它模模块块的的数数量量：模模块块的的连连接接方方式式可可分分为为单向连接、双向连接和多向连接三种类型。单向连接、双向连接和多向连接三种类型。按按模模块块的的相相关关性性：模模块块的的连连接接方方式式可可分分为为刚刚性性连连接接和和柔柔性性连接两种。连接两种。若若连连接接的的两两模模块块几几何何相相关关(即即有有直直接接的的装装配配关关系系)，称称两两模模块块的连接为刚性连接。的连接为刚性连接。刚性连接又有固定连接和活动连接之分：刚性连接又有固定连接和活动连接之分：固定连接指连接后两模块之间没有相对运动；固定连接指连接后两模块之间没有相对运动；活活动动连连接接的的两两模模块块之之间间可可以以相相对对运运动动(如如直直线线运运动动、旋旋转转运运动动等等)。若若连连接接的的两两模模块块没没有有直直接接的的装装配配关关系系，称称两两模模块块的的连连接接为为柔柔性连接。性连接。-2.3.4 模块化设计的关键技术模块化设计的关键技术 模块接口设计直接影响模块化产品的性能(精度、刚度、效率、经济性等)和模块组合的方便性与快捷性-第第2章章 现代设计技术现代设计技术Modern Design Technology 2.4 创新创新设计设计Invention Design定义定义创创新新设设计计通通常常是是指指不不同同于于以以往往的的设设计计，可可能能是是一一种种全全新新的的设设计计，也也可可能能是是对对原原有有设设计计的的改改进进。创创新新设设计计的的两两个个基基本本特特征征是是设设计计的的非非常常规规性性(包包括括新新颖颖性性和和非非连连续续性性)和和设设计计的的成成功功实现。实现。2.4.1 创新设计的类型创新设计的类型特点特点-创新设计更强调经济层面上的特征和创新本身的商业价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。值。创新设计是一种技术经济活动，是以技术为手段实现经济创新设计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。目标的活动。l l 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l 实用性l 集优性突突破破性性创创新新又又称称原原理理性性创创新新，是是指指在在技技术术上上有有重重大大突突破破的的创新。创新。例如，汽油机汽车例如，汽油机汽车电动汽车电动汽车-动力源不同动力源不同-数控机床数控机床普通机床普通机床-运动的控制方法不同运动的控制方法不同-精密铸造精密铸造传统的机械加工传统的机械加工-快速原型制造快速原型制造传统的去除加工，传统的去除加工，-加工工艺的重大改进加工工艺的重大改进(例如采用成组工艺例如采用成组工艺)等，等，-2.4.1 创新设计的类型创新设计的类型创新设计类型创新设计类型渐进式创新又称局部创新，实质上是一种技术上的改进。渐进式创新又称局部创新，实质上是一种技术上的改进。例如在产品设计中，改变产品的造型、色彩、尺度、参数例如在产品设计中，改变产品的造型、色彩、尺度、参数 或局部结构等，或局部结构等，-在过程设计中，通过改变加工设备或工艺参数，使产在过程设计中，通过改变加工设备或工艺参数，使产品制造周期缩短，质量提高，成本降低。品制造周期缩短，质量提高，成本降低。-2.4.1 创新设计的类型创新设计的类型形象与抽象思维形象与抽象思维 l l 形象思维形象思维形象思维是理性认识，是工程技术创新活动中的一种基形象思维是理性认识，是工程技术创新活动中的一种基本思维方式。本思维方式。例如行星轧压法的创新，就是由形象思维激发联想而获例如行星轧压法的创新，就是由形象思维激发联想而获得成功的。得成功的。-日本某钢厂的一位工程师借鉴他妻子在面日本某钢厂的一位工程师借鉴他妻子在面板上擀荞麦面的姿势和方法，研究出了轧制钢板的新方法板上擀荞麦面的姿势和方法，研究出了轧制钢板的新方法-行星轧压法行星轧压法。2.4.2 创造性思维模式创造性思维模式 形象与抽象思维形象与抽象思维 l l 抽象思维抽象思维 抽象思维是以抽象的概念和推论为形式的思维方式。抽象思维是以抽象的概念和推论为形式的思维方式。-2.4.2 创造性思维模式创造性思维模式 分析与综合思维分析与综合思维 l l分析是对问题的明确描述和对问题本质的认识过程。对于复杂问题，分析是对问题的明确描述和对问题本质的认识过程。对于复杂问题，要将其分解为逻辑关系与层次清晰的各级子问题。要将其分解为逻辑关系与层次清晰的各级子问题。l l综合是分析的反向过程，在求得各子问题的解之后，通过连接构成综合是分析的反向过程，在求得各子问题的解之后，通过连接构成整体，实现最终功能和目标。其中连接是关键，通常可以建立多种连整体，实现最终功能和目标。其中连接是关键，通常可以建立多种连接方式的解域，再通过评价确定最优解。分解与综合过程常常就是一接方式的解域，再通过评价确定最优解。分解与综合过程常常就是一个创新过程。个创新过程。收敛与发散思维收敛与发散思维 l l收敛思维首先确定一个理想目标，然后寻求通向目标的多个途径，最收敛思维首先确定一个理想目标，然后寻求通向目标的多个途径，最后找出一条实现目标的最佳可行解。后找出一条实现目标的最佳可行解。-l l发散思维是在已经掌握一个发散思维是在已经掌握一个(或多个或多个)原始解的情况下，去设法寻求更原始解的情况下，去设法寻求更多和更好的解决方案。多和更好的解决方案。-2.4.2 创造性思维模式创造性思维模式 离散与组合式思维离散与组合式思维l l很多事物将其分解可能意味着创新。很多事物将其分解可能意味着创新。-l l很多事物，彼此组合会构成创新很多事物，彼此组合会构成创新。-l l在制造领域，产品的模块化设计是运用离散在制造领域，产品的模块化设计是运用离散(分解分解)与组合式思维的典与组合式思维的典型范例。型范例。对应与联想式思维对应与联想式思维 l l人类的许多发明创造都是对应与联想式思维的产物。人类的许多发明创造都是对应与联想式思维的产物。-l l许多创新设计都是出于联想的结果。联想通常是在可类比的对象之间许多创新设计都是出于联想的结果。联想通常是在可类比的对象之间产生。产生。-2.4.2 创造性思维模式创造性思维模式 换元与移植式思维换元与移植式思维l l换元也常常表现为换元也常常表现为“替代替代-l l移植是把某一领域的成熟理论和方法应用于另一领域。移植是把某一领域的成熟理论和方法应用于另一领域。-正向，侧向，逆向和迂回思维正向，侧向，逆向和迂回思维l l正向思维是工程设计中常用的思维方式，即从设计起点出发，一步一步正向思维是工程设计中常用的思维方式，即从设计起点出发，一步一步向前推进，直至达到虽终目标。侧向和逆向思维都是对现行解进行分析，向前推进，直至达到虽终目标。侧向和逆向思维都是对现行解进行分析，对其提出疑问，想一想对其提出疑问，想一想“为什么为什么”，“能否不是这样能否不是这样”。力求突破。力求突破“思维思维定势定势”的束缚，以产生新的构思。的束缚，以产生新的构思。l l侧向思维侧重改变思考问题的角度，离开习惯思维模式和传统思考方向。侧向思维侧重改变思考问题的角度，离开习惯思维模式和传统思考方向。-。l l逆向思维是从现有事物或习惯做法的对立面出发，按其相反的方向击思逆向思维是从现有事物或习惯做法的对立面出发，按其相反的方向击思索和研究，以获取新的构想。索和研究，以获取新的构想。-l l迂回思维是用侧面代替正面、用间接代替直接、用渐进代替一步到位等。迂回思维是用侧面代替正面、用间接代替直接、用渐进代替一步到位等。-2.4.2 创造性思维模式创造性思维模式 逆向工程的产生与发展逆向工程的产生与发展 二战后二战后-日本所采用的措施日本所采用的措施-逆向工程技术逆向工程技术(RE)(RE)。逆逆向向工工程程作作为为掌掌握握、改改进进和和发发展展技技术术的的一一种种手手段段，可可使使产产品研制周期缩短品研制周期缩短4040以上，从而极大地提高了生产率以上，从而极大地提高了生产率 -2.5.1 概述概述第第2章章 现代设计技术现代设计技术Modern Design Technology 2.5 逆向工程逆向工程Reverse Engineering 逆向工程的含义逆向工程的含义 正正向向工工程程。从从市市场场需需求求出出发发，历历经经产产品品的的概概念念设设计计、结结构构设计、加工制造、装配检验等产品开发过程设计、加工制造、装配检验等产品开发过程 。逆逆向向工工程程 。以以设设计计方方法法学学为为指指导导，以以现现代代设设计计理理论论、方方法法、技技术术为为基基础础，运运用用各各种种专专业业人人员员的的工工程程设设计计经经验验、知知识识和和创创新新思思维维，对对已已有有产产品品进进行行解解剖剖、深深化化和和再再创创造造，使使之成为新产品之成为新产品 2.5.1 概述概述二维图纸CAD数据 零件零件产品产品模型模型 正向工程正向工程逆向工程逆向工程-两项基本工作：即反求分析与反求设计。两项基本工作：即反求分析与反求设计。-2.5.2 逆向工程设计的基本方法逆向工程设计的基本方法实物反求法实物反求法软件反求法软件反求法软软件件反反求求是是以以产产品品样样本本、技技术术文文件件、设设计计书书、使使用用说说明明书书、图图纸纸、有有关关规规范范和和标标准准、管管理理规规范范和和质质量量保保证证手手册册等等为为研研究究对对象象的的反反求求工工程程技技术术。-2.5.2 逆向工程设计的基本方法逆向工程设计的基本方法影像反求法影像反求法影影像像反反求求是是以以产产品品照照片片、广广告告介介绍绍和和影影视视画画面面等等为为参参考考资资料料进进行行分分析析设设计计的的。影影像像反求难度最大。反求难度最大。-2.5.2 逆向工程设计的基本方法逆向工程设计的基本方法2.5.3 逆向工程设计的基本步骤逆向工程设计的基本步骤 制造阶段再设计阶段分析阶段反求对象信息源(实物、图样、图片、NC程序、图像等)分析样本，确定技术指标定义零件的拓扑关系样本零件数据的获取测量数据修正反求对象模型重构制造工艺规划零件加工、检验、测试反求工程新产品模型的再分析和再设计2.5.3 逆向工程设计的基本步骤逆向工程设计的基本步骤 逆向工程工作流程逆向工程工作流程测量及后处理测