第2章现代设计技术
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第二章 现代平面设计的缘起
卡斯隆旧体及改造
卡斯隆旧体及改造
卡斯隆旧体及改造
十二线皮卡体
托玛斯·科特列尔： 托玛斯 科特列尔： 科特列尔 十二线皮卡体。 十二线皮卡体。十 二线皮卡体笔画粗 壮，视觉传达距离 远，非常适合商业 推广。 推广。
罗伯特·桑涅： 罗伯特 桑涅：肥胖体 桑涅
罗伯特·桑涅： 罗伯特 桑涅：肥胖 桑涅 体。字体的基础是罗 马体， 马体，以增加宽度和 以粗壮的纵线达到强 烈的视觉效果， 烈的视觉效果，纵线 笔画的宽度与字体的 高度比例关系往往为1: 高度比例关系往往为1: 2.5，有时甚至成了1: 2.5，有时甚至成了1: 2 。
平面设计史
现代平面设计的缘起
导言
18世纪是平面设计承前启后的重要时期。在欧洲， 18世纪是平面设计承前启后的重要时期。在欧洲，从帝王到平民对书籍和字 世纪是平面设计承前启后的重要时期 体都有了一定的认识。法国和英国是当时欧洲平面设计的代表。 体都有了一定的认识。法国和英国是当时欧洲平面设计的代表。真正导致现代平 面设计飞速发展的是工业革命。 面设计飞速发展的是工业革命。这场从英国开始的技术革命带来的不仅是社会生 产力和生产关系的变化，还影响了人们的审美观念。首先是意识形态的变化， 产力和生产关系的变化，还影响了人们的审美观念。首先是意识形态的变化，进 而影响到了艺术与设计。在工业技术为主导的时代， 而影响到了艺术与设计。在工业技术为主导的时代，与平面设计形式的相关因素 有很多，其中最重要是材料更新、印刷技术进步和信息本身的发展。 有很多，其中最重要是材料更新、印刷技术进步和信息本身的发展。 19世纪，摄影虽然只是影像记录与传达的技术， 19世纪，摄影虽然只是影像记录与传达的技术，但对于平面设计的革新也具 世纪 有重大意义。工业革命改变了人们几百年来的生活方式， 有重大意义。工业革命改变了人们几百年来的生活方式，自然改变了人们对视觉 传达的需求。另外，纸本媒体的兴起和发展也给平面设计以新的要求， 传达的需求。另外，纸本媒体的兴起和发展也给平面设计以新的要求，尤其是平 面广告的发展，给设计带来了新气象。19世纪对于平面设计来讲是最富改革和创 面广告的发展，给设计带来了新气象。19世纪对于平面设计来讲是最富改革和创 造的时代，由于设计行业分工越来越精细， 造的时代，由于设计行业分工越来越精细，使新的视觉传达的普及速度超过以前 任何时期。 任何时期。
第二章现代艺术设计的起源
第二章现代艺术设计的起源第一节近代产品社会到来和现代艺术设计的萌芽产业革命指十九世纪初从农业、手工业转变为工业、机器制造业为主的经济过程。
人类从农业文明进入工业文明的开端。
产业革命是工业革命诞生的直接原因。
产业革命给人类所带来的影响是多方面的。
在工艺方面，人们开始采用新的能源、材料；蒸汽机的出现和广泛使用，推动了其他工业部门的机械化，引起了工程技术上的全面改革，创造了人们以前难以想象的技术奇迹；工厂的出现，使劳动分工精细和专门化；在交通运输领域，出现了蒸汽机车、轮船、汽车、飞机、电报、无线电。
这些新工具、新技术的出现，使得批量生产成为可能。
在工业和科学领域，产业革命促进了机器制造业、钢铁工业、运输工业的蓬勃兴起，初步形成了完整的工业技术体系，也促进了热力学理论的建立。
第二节伦敦博览会1851年，英国维多利亚女王和她的丈夫阿尔伯特公爵，在英国艺术学会的倡议下，决定在伦敦举办一次工业产品博览会，地址是位于伦敦的海德公园。
在著名的海德公园内建造了以钢和玻璃为主要建筑材料的“水晶宫”。
“水晶宫”长1851英尺，宽404英尺，耗用了4500吨钢材、10公顷的玻璃，其外形为一个简单的梯形长方体，有一个垂直的拱顶，各面只露出铁架和玻璃，没有多余的装饰，实际上是一个放大了的温室。
它的建成，曾轰动一时，被认为是建筑史上的一个奇迹。
第一届世界博览会是产业革命之后人类近半世纪科技成就的综合检阅，也是对这一时期技术与艺术分离的集中暴露。
人类社会的交流形式完成了从低级阶段初级产品的简单交易到工业时代的技术交流和文明成果展示的重大转变。
1851年的“水晶宫”博览会是世界工业化时代的重要标志，人们在使用工业产品的同时，审美趣味仍停留在古典装饰风格之中，这促使设计师在工业产品上装饰古典风格的样式，必然导致艺术与技术不协调的矛盾。
然而正是这一次展览，暴露出当时工业产品中的“没有功能意义的装饰”和“把钱放在不必要的装饰上”等缺点，进而引发了英国工艺美术运动的兴起。
2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
计算机辅助设计概念 • 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，辅助完成产品设计过程的综合计 算机应用技术
第二章
2.2.1 计算机辅助设计的基本概念
CAD技术主要功能 • 零件造型、产品装配、工程图绘制、文档设计 • 产品渲染、动态显示 • 工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性 设计、运动学及动力学仿真
曲轴连杆应力变化
第二章
有限元分析－结构分析
机床动刚度分析－位移云图
并联运动机床的应力与应变分析
第二章
有限元分析－结构分析
齿轮接触应力分析
第二章
有限元分析－流体动力学仿真
流体动力学分析
双层水腔气缸盖 的三维实体模型
双层水腔气缸盖 的水流计算网格
冷却水流入口流量对冷 却效果影响的规律曲线
气缸盖温 度分布图
2、单一数据库与相关性设计
单一数据库：与设计相关数据来自同一数据库，实现产品 相关性设计，提高设计质量，缩短开发周期。 相关性设计：任何设计改动，都将及时反映到其它相关环 节上。如：零件图-产品装配图-零件数控程序-二维工程图； 左视图-主视图-俯视图-三维实体模型；
特征建模
第二章
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
试验设计技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及 运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。
第二章
4. 应用技术
应用技术是针对使用目的解决各类具体产品设计问题的技术， 如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容可以看作是 现代设计技术派生出来的具体技术群。
现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各
各构件转速仿真结果
第二章
第二章
2.2.1 计算机辅助设计的基本概念
CAD技术主要功能 • 零件造型、产品装配、工程图绘制、文档设计 • 产品渲染、动态显示 • 工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性 设计、运动学及动力学仿真
曲轴连杆应力变化
第二章
有限元分析－结构分析
机床动刚度分析－位移云图
并联运动机床的应力与应变分析
第二章
有限元分析－结构分析
齿轮接触应力分析
第二章
有限元分析－流体动力学仿真
流体动力学分析
双层水腔气缸盖 的三维实体模型
双层水腔气缸盖 的水流计算网格
冷却水流入口流量对冷 却效果影响的规律曲线
气缸盖温 度分布图
2、单一数据库与相关性设计
单一数据库：与设计相关数据来自同一数据库，实现产品 相关性设计，提高设计质量，缩短开发周期。 相关性设计：任何设计改动，都将及时反映到其它相关环 节上。如：零件图-产品装配图-零件数控程序-二维工程图； 左视图-主视图-俯视图-三维实体模型；
特征建模
第二章
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
试验设计技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及 运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。
第二章
4. 应用技术
应用技术是针对使用目的解决各类具体产品设计问题的技术， 如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容可以看作是 现代设计技术派生出来的具体技术群。
现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各
各构件转速仿真结果
第二章
第二章现代设计的萌芽及工艺美术运动
• 莫里斯与一些工厂合作设计了许多壁纸与花布。在 纹饰设计上他坚持：崇尚中古哥特式风格；坚持师 法自然；注重设计的统一性和完整性。他设计的纹 样取材于野草、飞禽走兽，源自自然又不简单模仿 自然。
• 构图讲究统一、合理、严谨、秩序的章法，在对纹 样做大胆的简化、规则化与图案化的同时，又注意 保留大自然千变万化的多样性和欣欣向荣的蓬勃生 机。
B.在装饰上，反对矫揉造作的维多利亚风格 和其他各种古典、传统的复兴风格。推崇 自然主义、东方装饰和东方艺术的特点， 采用大量卷草、花卉、鸟类为装饰动机。
C.提倡哥特风格和其他中世纪风格，讲究简 单、朴实无华和良好的功能。
D.主张设计的诚恳，反对设计上哗众取宠、 华而不实的趋向。
推崇自然 主义、东 方装饰和 东方艺术 的特点， 采用大量 卷草、花 卉、鸟类 为装饰动 机。
动
巴洛克
时间是16世纪和17世纪
建筑特征：首先，在造型上采以椭圆形、曲线与曲面等极富生动的形式，突破了古典及文艺复兴的端庄 严谨、和谐宁静的规则，着重强调的是变化和动感，在色彩上追求华贵富丽，多采用红、黄等纯颜色， 并大量饰以金银箔进行装饰，甚至也选用一些宝石、青铜、纯金等贵重材料以表现奢豪的风格。
花园桌
（3）陶瓷设计 设计为陈设和玩赏服务， 实用性差，忙于实验新的 制陶技术。 特征：开始采用植物等 自然的有机形态。 代表：鲁克伍德陶瓷厂、科尔曼
鲁克伍德陶瓷厂
科尔曼作品
（4）金属工艺设计 技术与艺术相结合的完美表现。
特征：现代感强、哥特风格、几何形，造型粗重
手工艺生产 工业化生产
代表：查尔斯·罗伯特·阿比什的银器，多采用纤 细、起伏的线条
1851年在世界上第一个国际博览会在伦敦开幕， 震惊了整个世界。会场便是著名的“水晶宫”。
AMT(2)
河南省精品课程“先进制造技术” 河南省精品课程“先进制造技术”
先进制造技术
Advanced Manufacturing Technology
Henan University of Science & Technology
1
第2章 先进工程设计技术
本章要点
现代设计技术的基本内容 CAD的关键技术 模块化设计的关键技术 创新设计 逆向工程
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，而且设计范畴也在不断扩大。
多种设计技术、 多种设计技术、理论与方法的交叉与综合
现代的机械产品，如数控机床、加工中心、工业机器人 等，正朝着机电一体化，物质、能量、信息一体化，集成 化，模块化方向发展，从而对产品的质量、可靠性、稳定 性、稳健性及效益等均提出更为严格的要求。
17
2.2.3 CAD的研究热点 CAD的研究热点
计算机辅助产品的概念设计
概念设计涉及产品的基本功能、 概念设计涉及产品的基本功能 、 动作原理和结构要素 需要考虑产品的价格、性能、可靠性、 ， 需要考虑产品的价格、 性能 、 可靠性、 安全性等目标 ； 概念设计所涉及的设计需求和各种约束往往是不精确 的或未知的。概念设计的上述特征和要求， CAD技术 的或未知的 。概念设计的上述特征和要求，给CAD技术 在该领域的应用带来很大难度和挑战。 在该领域的应用带来很大难度和挑战。 为使CAD技术有效地支持概念设计， 为使 CAD 技术有效地支持概念设计 ， 需要解决建模和 CAD技术有效地支持概念设计 推理两大技术难题。 推理两大技术难题。 建模技术， 是需要对产品的功能、 建模技术 ， 是需要对产品的功能 、 动作和结构等要素 及其相互间的关系进行完整、 及其相互间的关系进行完整、清晰描述 推理就是根据用户的需求和给定的条件进行产品的功 能设计， 能设计，生成和选择合适的产品设计方案。
先进制造技术
Advanced Manufacturing Technology
Henan University of Science & Technology
1
第2章 先进工程设计技术
本章要点
现代设计技术的基本内容 CAD的关键技术 模块化设计的关键技术 创新设计 逆向工程
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，而且设计范畴也在不断扩大。
多种设计技术、 多种设计技术、理论与方法的交叉与综合
现代的机械产品，如数控机床、加工中心、工业机器人 等，正朝着机电一体化，物质、能量、信息一体化，集成 化，模块化方向发展，从而对产品的质量、可靠性、稳定 性、稳健性及效益等均提出更为严格的要求。
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2.2.3 CAD的研究热点 CAD的研究热点
计算机辅助产品的概念设计
概念设计涉及产品的基本功能、 概念设计涉及产品的基本功能 、 动作原理和结构要素 需要考虑产品的价格、性能、可靠性、 ， 需要考虑产品的价格、 性能 、 可靠性、 安全性等目标 ； 概念设计所涉及的设计需求和各种约束往往是不精确 的或未知的。概念设计的上述特征和要求， CAD技术 的或未知的 。概念设计的上述特征和要求，给CAD技术 在该领域的应用带来很大难度和挑战。 在该领域的应用带来很大难度和挑战。 为使CAD技术有效地支持概念设计， 为使 CAD 技术有效地支持概念设计 ， 需要解决建模和 CAD技术有效地支持概念设计 推理两大技术难题。 推理两大技术难题。 建模技术， 是需要对产品的功能、 建模技术 ， 是需要对产品的功能 、 动作和结构等要素 及其相互间的关系进行完整、 及其相互间的关系进行完整、清晰描述 推理就是根据用户的需求和给定的条件进行产品的功 能设计， 能设计，生成和选择合适的产品设计方案。
(完整版)先进制造技术习题答案
第一章制造业与先进制造技术1-1 叙述制造、制造系统、制造业、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。
制造：把原材料加工成适用的产品。
制造系统：制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品（含半成品）的有机整体，称为制造系统。
制造系统还有以下三方面的定义：制造系统的结构定义；制造系统的功能定义；制造系统的过程定义。
制造业：是将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供人们使用与利用的工业品与生活消费品的行业。
它涉及到国民经济的许多部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。
制造技术：是完成制造活动所需的一切手段的总和，制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。
狭义制造是产品的机械工艺过程或机械加工过程。
广义制造与狭义制造相比，制造的概念和内涵在范围和过程两方面大大拓展。
在范围方面，制造涉及的工业领域远非局限于机械制造，而是涉及机械、电子、化工、轻工、食品、军工等国民经济的大量行业。
在过程发面，广义制造不仅指集体的工艺过程，而是指包括市场分析、产品设计、计划控制、生产工艺过程、装配检验、销售服务和管理等产品整个生命周期的全过程。
1-2 试简述制造技术的发展历程。
制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。
纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是技术的推动及市场的牵引。
人类科学技术的每次革命，必然引起制造技术的不断发展，也推动了制造业的发展。
另一方面，随着人类的不断进步，人类的需求不断变化，因而从另一方面推动了制造业的不断发展，促进了制造技术的不断进步。
两百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“少品种大批量的规模生产——多品种小批量生产——个性化弹性批量生产；在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集——设备与资金密集——信息密集——知识密集”的方向发展，与之相适应，制造业的资源配置沿着“手工——机械化——单机自动化——刚性流水自动化——柔性自动化——智能自动化”的方向发展。
第二章-智能设计技术
•智能设计在ICAD阶段，是以设计型专家系统的形式出现， 仅仅是为解决设计中某些困难问题的需要而产生的。在 I2CAD阶段，表现形式是人机智能化设计系统，顺应了制 造业的柔性、多样性、低成本、高质量的市场需求。
01 智能设计的产生与发展
智能设计的产生： 可以追溯到专家系统技术最初应用的时期，其初始形态都采
用了单一知识领域的符号推理技术——设计型专家系统，这对于 设计自动化技术从信息处理自动化走向知识处理自动化有着重要 意义，但设计型专家系统仅仅是为解决设计中某些困难问题的局 部需要而产生的，只是智能设计的初级阶段。
01 智能设计的产生与发展
近10年来，CIMS的迅速发展向智能设计提出了新的挑战，在计算机 提供知识处理自动化(这可由设计型专家系统完成)的基础上，实现决策 自动化，即帮助人类设计专家在设计活动中进行决策。在大规模的集成 环境下，人在系统中扮演的角色将更加重要。人类专家将永远是系统中 最有创造性的知识源和关键性的决策者。
03关于设计决策的分析说明
由于有支持资源为依据，可以减少决策的盲目性，提高决策 的可靠性和有效性。建造智能设计系统，正是要把各种资源和决 策结合起来，这是智能设计系统开发的一个显著特点。
将从智能设计系统的总体控制结构出发，根据智能设计决策 的实际需求，围绕可接受性决策展开讨论。可接受性决策的核心 内容和关键问题是对设计方案进行评价，而这种评价要综合考虑 所设计产品的技术指标、经济指标和社会指标等诸多方面的情况。
03关于设计决策的分析说明
决策： 应当是具有设计专家水平的决策。也就是说，能
够用较少的迭代设计次数，获得最佳的设计方案。 从总体上说，设计专家在决策中需要用到两类知识：
一类是专家在长期实践中积累的经验知识，另一类是 各种决策数据，后者是由支持资源提供的。
01 智能设计的产生与发展
智能设计的产生： 可以追溯到专家系统技术最初应用的时期，其初始形态都采
用了单一知识领域的符号推理技术——设计型专家系统，这对于 设计自动化技术从信息处理自动化走向知识处理自动化有着重要 意义，但设计型专家系统仅仅是为解决设计中某些困难问题的局 部需要而产生的，只是智能设计的初级阶段。
01 智能设计的产生与发展
近10年来，CIMS的迅速发展向智能设计提出了新的挑战，在计算机 提供知识处理自动化(这可由设计型专家系统完成)的基础上，实现决策 自动化，即帮助人类设计专家在设计活动中进行决策。在大规模的集成 环境下，人在系统中扮演的角色将更加重要。人类专家将永远是系统中 最有创造性的知识源和关键性的决策者。
03关于设计决策的分析说明
由于有支持资源为依据，可以减少决策的盲目性，提高决策 的可靠性和有效性。建造智能设计系统，正是要把各种资源和决 策结合起来，这是智能设计系统开发的一个显著特点。
将从智能设计系统的总体控制结构出发，根据智能设计决策 的实际需求，围绕可接受性决策展开讨论。可接受性决策的核心 内容和关键问题是对设计方案进行评价，而这种评价要综合考虑 所设计产品的技术指标、经济指标和社会指标等诸多方面的情况。
03关于设计决策的分析说明
决策： 应当是具有设计专家水平的决策。也就是说，能
够用较少的迭代设计次数，获得最佳的设计方案。 从总体上说，设计专家在决策中需要用到两类知识：
一类是专家在长期实践中积累的经验知识，另一类是 各种决策数据，后者是由支持资源提供的。
现代设计理论第2章计算机辅助设计
• 目前被CAD造型系统广泛采用的两种实体表示方 法，体素拼合法（CSG 法）和边界表示法（BRep 法)。
• 2.3.1 体素拼合（CSG）法
• CSG法是用简单实体（称为基本体素，Primitive Geometry）通过布尔运算的交、并、差构造复杂 实体的方法。常用的体素有长方体、圆柱体、球 体、圆锥体等（如图4.4所示）。图4.5表示了长 方体与球体两个体素经过交、并、差布尔运算后 的效果。
翼翼面等都直纹曲面。直纹面造型的关键是要 确定两条曲线之间的参数对齐方式，对齐方式 决定了直纹面的具体形状。
• （5）放样曲面（Loft surface）也称为蒙皮曲面 （Skin surface），其造型过程可形象地看做给 一组截面曲线构成的骨架上蒙上一张光滑的皮 。放样曲面造型可以沿一个参数方向，也可以 沿U,V两个参数方向设定截面曲线，在设计中 具有广泛的应用。
• 2.曲面造型理论的发展与CAD初步应用,又叫表面建 模(Surface Modeling)，是通过描述物体表面来进行 三维形状设计的建模方法。
• 3.实体造型技术的发展。
• 4.特征参数化造型推动CAD技术走向成熟应用。
2.2 曲面表示与曲面造型
• 曲面造型是研究曲面的计算机表示、求交 、光顺和显示的技术，是计算机辅助设计 的重要研究内容。
现代设计理论与方法
第2章 计算机辅助设计
2.1 概述
• 在人类社会生产发展的历史长河中，蒸 汽机和电机的应用延伸了人的体力劳动, 催生了工业革命，而以计算机技术为核 心的信息技术的应用则延伸了人的脑力 劳动，导致了一次新的工业革命，使人 类社会迈进了信息时代。
• 计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）技术是计算机科学 和数字化信息技术在工程设计、机械制 造等领域中最具影响的一项高新技术。
• 2.3.1 体素拼合（CSG）法
• CSG法是用简单实体（称为基本体素，Primitive Geometry）通过布尔运算的交、并、差构造复杂 实体的方法。常用的体素有长方体、圆柱体、球 体、圆锥体等（如图4.4所示）。图4.5表示了长 方体与球体两个体素经过交、并、差布尔运算后 的效果。
翼翼面等都直纹曲面。直纹面造型的关键是要 确定两条曲线之间的参数对齐方式，对齐方式 决定了直纹面的具体形状。
• （5）放样曲面（Loft surface）也称为蒙皮曲面 （Skin surface），其造型过程可形象地看做给 一组截面曲线构成的骨架上蒙上一张光滑的皮 。放样曲面造型可以沿一个参数方向，也可以 沿U,V两个参数方向设定截面曲线，在设计中 具有广泛的应用。
• 2.曲面造型理论的发展与CAD初步应用,又叫表面建 模(Surface Modeling)，是通过描述物体表面来进行 三维形状设计的建模方法。
• 3.实体造型技术的发展。
• 4.特征参数化造型推动CAD技术走向成熟应用。
2.2 曲面表示与曲面造型
• 曲面造型是研究曲面的计算机表示、求交 、光顺和显示的技术，是计算机辅助设计 的重要研究内容。
现代设计理论与方法
第2章 计算机辅助设计
2.1 概述
• 在人类社会生产发展的历史长河中，蒸 汽机和电机的应用延伸了人的体力劳动, 催生了工业革命，而以计算机技术为核 心的信息技术的应用则延伸了人的脑力 劳动，导致了一次新的工业革命，使人 类社会迈进了信息时代。
• 计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）技术是计算机科学 和数字化信息技术在工程设计、机械制 造等领域中最具影响的一项高新技术。
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创新的新阶段。 各阶段任务
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
产品规划阶段，主要包含需求分析、市场预测、可行性 分析、确定总体参数、制定制约条件和设计要求，以此 作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据。 方案设计阶段，又称之为概念设计，即对产品的功能原 理进行设计，从社会需求出发，采用功能分析法以及在 必要的原理试验的前提下，确定最优的原理方案。 技术设计阶段，将产品的功能具体化为机器产品及其零 部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构 设计、商品化设计、模型试验等过程。 施工设计阶段，主要指零件、部件工程图和产品总装配 图的绘制，工艺文件的编写，设计说明和使用说明书的 编写等工作。
2.4
模块化设计 ——现代设计方法学之三
2. 模块化产品 由模块组成的产品称为模块化产品。 新产品（系统）=通用模块（不变部分） +专用模块（变动部分）
模块化产品的结构
产品
产品1
产品2
产品x
部件 1
部件 n
模块 1
模块 2
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
3 现代设计的新兴设计技术和方法
计设优人工 算计化工程 机方设神遗 辅法计经传 助学 网算 设 络法 计 法
并 行 工 程
价 值 工 程
有 限 元 法
动工人 态业机 设艺工 计术程 造 型 设 计
可 靠 性 设 计
模相摩 块似擦 化性学 设设设 计计计
健反 壮求 设工 程 计
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
反设计是从己知事物的有关信息(包括硬件、 软件、照片、广告、情报等)去寻求这些信息 的科学性、技术性、先进性、经济性、合理 性和改进的可能性等。要回溯这些信息的科 学依据，即充分消化和吸收，进而在此基础 上进行改进、挖掘和再创造。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
1)
2)
3)
提高企业对市场需求的响应速度 新产品开发周期缩短40％—60％ 提高产品开发的一次成功率 早期生产中工程变更次数减少一半 以上，产品报废及反复工作减少75％， 降低产品的开发成本 制造成本降低30％—40％。
2.3 2.3.1
反求设计 ——现代设计方法学之二 反求工程定义
反求工程以设计方法学为指导，以现代设计理论、
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2 设计的分类：
按创造性的大小：革新设计
常规设计 创新设计——旨在 提供有重要社会价值的新颖独特的设计 成果，在设计领域中最富挑战性，也是 设计人员追求的最高目标。
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
按设计任务的要求 ：
①开发性设计
②适应性设计
③变型设计
运用成熟的科学技术，从工作原理 和结构上设计过去没有的新型产品， 这是一种完全创新的设计。 在原理、方案基本保持不变的前提下， 对产品作局部的变更设计，使之更能 满足用户的需求。 在功能和工作原理不变的情况下，变 更现有产品的结构配置、布置方式和 尺寸，使之适应多方面的使用要求。
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.3 1) 2) 3) 4)
并行设计的运行特征 并行特征 整体特性 协同特性 集成特性
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.4 1) 2) 3)
并行设计的主要内容 过程重构 组织重构 构建技术支持环境
2.2 2.2.5
并行设计 ——现代设计方法学之一 并行设计的技术经济效益
2.4 2.4.2
模块化设计 ——现代设计方法学之三 基本概念
1. 模块 模块可以被定义为一组具有同一功能和接合 要素(指连接方式和连接部分的结构、形状、 尺人配合等)的，但性能、规格或结构不同的 可以互换的单元。 模块具有两个基本特征： 模块具有特定的功能； 模块具有通用的接口，即一个模块与另 一个相关模块可以实现自由连接，相同或相 似的模块之间可以实现互换。
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.2并行设计的主要思想 并行设计是对产品及其相关过程进行 并行、一体化设计的系统化工作模式。 主要思想： 1）同时考虑产品全寿命周期从概念形成 到产品报废的所有因素。 2）各种活动交叉进行； 3）相关人员全面参与和协同工作。
2.2 并行设计 ——现代设计方法学之一
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.2 现代设计技术体系
应用技术 各种产品设计领域
先进制造工艺 材料科学 自动化技术 相 系统管理技术 自然科学 政治经济 文化社会科学 市场营销学 „„ 关 科 学 与 技 术
现代设计方法学 支撑技术 可信性设计技术
设计试验技术 主体技术 计算机辅助设计技术
反求内容：功能反求，性能反求，方案、结构、材质、 精度、使用规范等众多方面的反求。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
2．软件反求 以技术软件为主要研究对象的反求工程称为软件反求 技术软件包括：产品样本、技术文件、设计书、使 用说明书、图纸、有关规范和标难、管理规范和质 量保证手册等。 软件反求的目标：通过对已有技术软件的分析和研
两者的关系：
正设计 设计任务提出后，怎样实现和达 到预定目标。 解答“怎么做?” ——主动的创造 已有确定目标后，去探索和掌握这个目标 的设计者是如何一步一步实现的，要摸清 设计者的意图和所采用的关键技术以及相 应的设计理论与方法。 解答“为什么要这样做?” ——先被动后主动的创造
反求
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计
经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、深
化和再创造。
反求设计是对已有设计的再设计，
其中再创造是反求设计的灵魂。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
(1)正设计与反设计 人们通称的设计，一般指正设计，它是一个从 无到有的产品设计过程。设计人员首先根据市 场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计， 创造新方案，经过‘系列的设计活动变为产品。 概括地说，正设计是由未知到己知、由想像到 现实的过程。
(1)测量数据的分割 (2)表面片的拟合技术
已经取得的研究成果
汽车叶片的反求工程技术
已经取得的研究成果
汽车叶片及其模具的设计与制造
已经取得的研究成果
汽车叶片及其模具的设计与制造
已经取得的研究成果
汽车叶片及其模具的设计与制造
已经取得的研究成果
汽车叶片的反求工程技术
已经取得的研究成果
汽车叶片的反求工程技术
2.3.4 反求工程的关键技术 1．反求工程中的测量技术
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
※非接触式
激光扫描法 莫尔条纹法 CT断层扫描图像法 立体视觉测量方法
工业CT
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
2．产品建模技术(模型重构)
根据所采集的样本几何数据在计算机内重构样本 模型的技术。坐标测量技术的发展使得对样本的 细微测量成为可能。样本测量数据十分庞大，常 达几十万甚至上百万个数据点，海量的数据给数 据处理以及模型重构带来了一定困难。 两个关键技术：
约占产品成本的10%，但却决定了产品制造成本
的70%~80%;在产品质量事故中，约有50% 是由于
不良设计所造成的，所以设计技术在制造技术中
的作用和地位是举足轻重的。在当前激烈的市场
竞争中，除了确保产品的功能、质量外还要有创 新意识和快速的响应能力。
产品开发设计对产品成本的影响
来源：VDI 2235 70 60 50 40
智虚 能拟 工设 程计
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
4 现代设计技术概念： 由于现代设计技术是一门新兴的科学，迄今为止 国内外的文献尚无普遍公认的严格定义，也没有 明确的边界。 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，以知识为依托，以多种科学方法及技术
修改的成本
美元
100X
X = 3500美元/ 每次修改 10X X 概念 设计 详细 设计 生产 准备 测试 时间 生产
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.1 现代设计技术的内涵
1 设计的定义 狭义：将客观需求转化为满足该需求的技术的 系统活动，各种产品包括机械产品的设计即属 此类。
广义：发展过程的安排，包括发展的方向、程 序、细节和达到的目标。
基础技术
传统设计理论与方法
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
传统产品设计进程
2.2.1并行设计产生的背景
传统产品设计常常要多次反复，造成时间和金钱的巨大浪 费。为了减少新产品开发时间和费用，同时也为了提高产品质 量，降低生产成本，改进服务，在产品设计时，需要充分考虑 下游制造过程和支持过程。并行设计的基本思想就应运而生 了 。
2.4
模块化设计 ——现代设计方法学之三
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.4.1 模块化设计的产生与发展 模块化设计思想由来已久。儿童积木游戏中就包含了 模块化的思想。20世纪初期，在制造业中开始应用模 块化设计思想，当时最有代表性的模块化机械产品是 组合机床和组合夹具。 20世纪50年代，欧美一些国家提出“模块化设计” 的概念，从而把模块化设计的思想和方法提高到理论 的高度来研究。 微电子和计算机技术的迅速发展在很大程度上得益于 模块化设计思想，反过来又极大地促进了模块化设计 技术的发展。微电子器件（特别是芯片）以及计算机 已成为当今模块化设计最成功的典范。
30
20 10 0 开发设计 生产准备与 加工 原材料与 外购件的采购 管理和销售 对成本的影响 所需的工时成本
产品开发设计对质量的影响
60 50 发生错误 修改错误
成本 %
40 30
80% 75%
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
产品规划阶段，主要包含需求分析、市场预测、可行性 分析、确定总体参数、制定制约条件和设计要求，以此 作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据。 方案设计阶段，又称之为概念设计，即对产品的功能原 理进行设计，从社会需求出发，采用功能分析法以及在 必要的原理试验的前提下，确定最优的原理方案。 技术设计阶段，将产品的功能具体化为机器产品及其零 部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构 设计、商品化设计、模型试验等过程。 施工设计阶段，主要指零件、部件工程图和产品总装配 图的绘制，工艺文件的编写，设计说明和使用说明书的 编写等工作。
2.4
模块化设计 ——现代设计方法学之三
2. 模块化产品 由模块组成的产品称为模块化产品。 新产品（系统）=通用模块（不变部分） +专用模块（变动部分）
模块化产品的结构
产品
产品1
产品2
产品x
部件 1
部件 n
模块 1
模块 2
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
3 现代设计的新兴设计技术和方法
计设优人工 算计化工程 机方设神遗 辅法计经传 助学 网算 设 络法 计 法
并 行 工 程
价 值 工 程
有 限 元 法
动工人 态业机 设艺工 计术程 造 型 设 计
可 靠 性 设 计
模相摩 块似擦 化性学 设设设 计计计
健反 壮求 设工 程 计
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
反设计是从己知事物的有关信息(包括硬件、 软件、照片、广告、情报等)去寻求这些信息 的科学性、技术性、先进性、经济性、合理 性和改进的可能性等。要回溯这些信息的科 学依据，即充分消化和吸收，进而在此基础 上进行改进、挖掘和再创造。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
1)
2)
3)
提高企业对市场需求的响应速度 新产品开发周期缩短40％—60％ 提高产品开发的一次成功率 早期生产中工程变更次数减少一半 以上，产品报废及反复工作减少75％， 降低产品的开发成本 制造成本降低30％—40％。
2.3 2.3.1
反求设计 ——现代设计方法学之二 反求工程定义
反求工程以设计方法学为指导，以现代设计理论、
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2 设计的分类：
按创造性的大小：革新设计
常规设计 创新设计——旨在 提供有重要社会价值的新颖独特的设计 成果，在设计领域中最富挑战性，也是 设计人员追求的最高目标。
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
按设计任务的要求 ：
①开发性设计
②适应性设计
③变型设计
运用成熟的科学技术，从工作原理 和结构上设计过去没有的新型产品， 这是一种完全创新的设计。 在原理、方案基本保持不变的前提下， 对产品作局部的变更设计，使之更能 满足用户的需求。 在功能和工作原理不变的情况下，变 更现有产品的结构配置、布置方式和 尺寸，使之适应多方面的使用要求。
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.3 1) 2) 3) 4)
并行设计的运行特征 并行特征 整体特性 协同特性 集成特性
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.4 1) 2) 3)
并行设计的主要内容 过程重构 组织重构 构建技术支持环境
2.2 2.2.5
并行设计 ——现代设计方法学之一 并行设计的技术经济效益
2.4 2.4.2
模块化设计 ——现代设计方法学之三 基本概念
1. 模块 模块可以被定义为一组具有同一功能和接合 要素(指连接方式和连接部分的结构、形状、 尺人配合等)的，但性能、规格或结构不同的 可以互换的单元。 模块具有两个基本特征： 模块具有特定的功能； 模块具有通用的接口，即一个模块与另 一个相关模块可以实现自由连接，相同或相 似的模块之间可以实现互换。
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
2.2.2并行设计的主要思想 并行设计是对产品及其相关过程进行 并行、一体化设计的系统化工作模式。 主要思想： 1）同时考虑产品全寿命周期从概念形成 到产品报废的所有因素。 2）各种活动交叉进行； 3）相关人员全面参与和协同工作。
2.2 并行设计 ——现代设计方法学之一
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.2 现代设计技术体系
应用技术 各种产品设计领域
先进制造工艺 材料科学 自动化技术 相 系统管理技术 自然科学 政治经济 文化社会科学 市场营销学 „„ 关 科 学 与 技 术
现代设计方法学 支撑技术 可信性设计技术
设计试验技术 主体技术 计算机辅助设计技术
反求内容：功能反求，性能反求，方案、结构、材质、 精度、使用规范等众多方面的反求。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
2．软件反求 以技术软件为主要研究对象的反求工程称为软件反求 技术软件包括：产品样本、技术文件、设计书、使 用说明书、图纸、有关规范和标难、管理规范和质 量保证手册等。 软件反求的目标：通过对已有技术软件的分析和研
两者的关系：
正设计 设计任务提出后，怎样实现和达 到预定目标。 解答“怎么做?” ——主动的创造 已有确定目标后，去探索和掌握这个目标 的设计者是如何一步一步实现的，要摸清 设计者的意图和所采用的关键技术以及相 应的设计理论与方法。 解答“为什么要这样做?” ——先被动后主动的创造
反求
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计
经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、深
化和再创造。
反求设计是对已有设计的再设计，
其中再创造是反求设计的灵魂。
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
(1)正设计与反设计 人们通称的设计，一般指正设计，它是一个从 无到有的产品设计过程。设计人员首先根据市 场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计， 创造新方案，经过‘系列的设计活动变为产品。 概括地说，正设计是由未知到己知、由想像到 现实的过程。
(1)测量数据的分割 (2)表面片的拟合技术
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汽车叶片的反求工程技术
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汽车叶片的反求工程技术
2.3.4 反求工程的关键技术 1．反求工程中的测量技术
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
※非接触式
激光扫描法 莫尔条纹法 CT断层扫描图像法 立体视觉测量方法
工业CT
2.3
反求设计 ——现代设计方法学之二
2．产品建模技术(模型重构)
根据所采集的样本几何数据在计算机内重构样本 模型的技术。坐标测量技术的发展使得对样本的 细微测量成为可能。样本测量数据十分庞大，常 达几十万甚至上百万个数据点，海量的数据给数 据处理以及模型重构带来了一定困难。 两个关键技术：
约占产品成本的10%，但却决定了产品制造成本
的70%~80%;在产品质量事故中，约有50% 是由于
不良设计所造成的，所以设计技术在制造技术中
的作用和地位是举足轻重的。在当前激烈的市场
竞争中，除了确保产品的功能、质量外还要有创 新意识和快速的响应能力。
产品开发设计对产品成本的影响
来源：VDI 2235 70 60 50 40
智虚 能拟 工设 程计
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
4 现代设计技术概念： 由于现代设计技术是一门新兴的科学，迄今为止 国内外的文献尚无普遍公认的严格定义，也没有 明确的边界。 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，以知识为依托，以多种科学方法及技术
修改的成本
美元
100X
X = 3500美元/ 每次修改 10X X 概念 设计 详细 设计 生产 准备 测试 时间 生产
2.1现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.1 现代设计技术的内涵
1 设计的定义 狭义：将客观需求转化为满足该需求的技术的 系统活动，各种产品包括机械产品的设计即属 此类。
广义：发展过程的安排，包括发展的方向、程 序、细节和达到的目标。
基础技术
传统设计理论与方法
2.2
并行设计 ——现代设计方法学之一
传统产品设计进程
2.2.1并行设计产生的背景
传统产品设计常常要多次反复，造成时间和金钱的巨大浪 费。为了减少新产品开发时间和费用，同时也为了提高产品质 量，降低生产成本，改进服务，在产品设计时，需要充分考虑 下游制造过程和支持过程。并行设计的基本思想就应运而生 了 。
2.4
模块化设计 ——现代设计方法学之三
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.4.1 模块化设计的产生与发展 模块化设计思想由来已久。儿童积木游戏中就包含了 模块化的思想。20世纪初期，在制造业中开始应用模 块化设计思想，当时最有代表性的模块化机械产品是 组合机床和组合夹具。 20世纪50年代，欧美一些国家提出“模块化设计” 的概念，从而把模块化设计的思想和方法提高到理论 的高度来研究。 微电子和计算机技术的迅速发展在很大程度上得益于 模块化设计思想，反过来又极大地促进了模块化设计 技术的发展。微电子器件（特别是芯片）以及计算机 已成为当今模块化设计最成功的典范。
30
20 10 0 开发设计 生产准备与 加工 原材料与 外购件的采购 管理和销售 对成本的影响 所需的工时成本
产品开发设计对质量的影响
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