《数字化设计与制造》第03章

22
第二节 数字化设计过程
二、设计过程模型
2．以设计为中心的模型
企业选择该类模型的支配因素也是产品的质量与成本。 该模型与上述顺序过程模型的不同点是设计人员在设计阶 段要更详细地考虑到制造(DFM)、装配(DFA)、环境(DFE)、 全生命周期的成本(Life-Cycle Costing，LCC)等具体问 题，使设计反复的过程尽可能短。
并行设计将下游环节的可靠性、技术、生产条件等作为 设计环节的约束条件，以避免或减少产品开发进行到晚 期才发现错误，再返回到设计初期进行修改，延长产品 上市时间，增加产品成本。
28
第二节 数字化设计过程
三、串行设计与并行设计
2．并行设计过程
(1)并行设计的产生背景和基本概念
并行设计是一 个持续地改善 产品性能的过 程，它是在不 影响产品性能 的前提下，最 大限度地不断 改进产品设计 的工艺性、质 量与成本的控 制和相应的管 理规划，以减 少制造成本、 缩短产品开发 周期、提高设 计效率，努力 做到设计一次 成功。
9
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
2．美国流派的公理化设计方法
背景 公理化设计(Axiomatic Design, AD)是由美国麻省理 工学院的Nam P. Suh教授等学者于20世纪70年代提出 的产品设计公理体系。它成为美国设计理论均设计方 法研究思想的代表之一。公理设计是通过对大量成功 设计实例进行分析归纳、抽象设计过程的本质而形成 的，是对产品设计的一种概念性的、抽象的描述。
11
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
2．美国流派的公理化设计方法
公理化设计过程 顾 客 需 求 ┆ ┆
用户域
映射
功 能 要 求 ┆ ┆
功能域
映射
设 计 参 数 ┆ ┆
结构域
映射
过 程 变 量 ┆ ┆
过程域
12
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
3．苏联流派的发明问题解决理论体系
背景 发明问题解决理论（TRIZ理论)方法的研究始于1946年， 以G. S. Altshuller为首的由苏联的大学、研究所和 企业所组成的数百人的研究组织分析研究了世界近250 万件发明专利、综合多个学科领域的原理、法则形成 了TRIZ理论体系。其主要目的是研究人类进行发明创 造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。
该类模型不仅适用于 具备网络环境的大中型企 业，也适用于不具备网络 环境的小企业。
24
第二节 数字化设计过程
二、设计过程模型
4．动态模型
与并行设计模型相比，各个设计阶段一起开始，小组 之间的信息交流更加重要，因此需要更好的设计与过程的 集成环境。企业选用这种模型的驱动力是产品推向市场的 时间。
25
4
内容提纲
第一节 概 述
第二节 数字化设计过程 第三节 数字化设计实现方法和手段 第四节 设计过程管理
5
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
设计方法学是在深入研究设计过程本质的基 础上，以系统工程的观点研究设计的一般进 程、规律及设计中思维和工作方法的一门综 合性学科。设计方法学的研究成果包括设计 理论和设计方法。 设计理论是研究设计人员在产品设计过程 的思维方式和基本规律。 设 计 方 法 是 产 品 设 计 的 具 体 手 段 ， 如 功 能—结构方法、并行设计、面向X的设计、 可靠性设计、虚拟设计、智能设计等。
6
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
1．欧洲流派的系统设计方法学
2．美国流派的公理化设计方法
3．苏联流派的发明问题解决理论体系
4．日本流派的通用设计理论
7
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
1．欧洲流派的系统设计方法学
背景 第二次世界大战结束后，德国意识到经济复苏的关键 在于产品设计水平的提高，并积极开展设计知识获取 与运用的研究，尤其是在设计理论方面成为世界发源 地。20世纪70年代，德国学者G．Pahl和W. Beitz提出 了具有代表性、权威性和系统性的产品设计方法学。 他们将工程设计过程主要分为4个阶段；明确任务阶段、 概念设计阶段、具体化设计阶段和详细设计阶段，主 张将从专业设计人员长期的设计实践中归纳总结出来 的各种方法作为工程设计流程中各个环节的手段，贯 穿到整个设计过程中。同时，他们将归纳和总结出来 的大量工程设计知识经过系统化的整理，以设计目录 的形式保存、传递和运用
顺序过程模型 以设计为中心的模型 并行设计模型
动态模型
21
Hale Waihona Puke 第二节 数字化设计过程二、设计过程模型
1．顺序过程模型
传统的设计过程模型为顺序模型，企业选择该类模 型的支配因素是为了保证产品的质量与降低成本。按这 种模型，新产品设计在交给制造部门之前，按照图中顺 序在企业的不同部门内完成。经过试验或后续的制造发 现设计的不合理之处，再返回到设计的某个阶段，如详 细设计阶段，进行再设计，一直到满足要求为止。
13
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
3．苏联流派的发明问题解决理论体系
核心思想 无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技 术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有 客观的进化规律和模式。 各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进 化过程的动力。 技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量 多的功能。
10
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
2．美国流派的公理化设计方法
特点 公理化设计的出发点是将传统以经验为主的设计 转换到以科学公理、法则为基础的公理体系。其主要 特点为： 试图确立主导所有设计的一般规律； 为设计建立科学基础，向设计者提供设计的科学依 据以提供产品设计能力； 提高设计的创造性，减少设计的随意性和设计中的 错误和不合理性。
15
第一节 概述
一、典型设计理论与方法
4．日本流派的通用设计理论
方法 GDT引入了元模型(Metamodel)和元模型空间 (Metamodel Space)来描述设计中的映射过程。 元模型用一组有限的属性来描述设计对象在设计过程 特定阶段的状态、设计对象组成实体间的相互关联与 依赖关系。 元模型集合构成的元模型空间是逐步完善的设计过程 的具体反映。
17
第一节 概述
二、产品设计一般程序
2．产品设计过程
产 品 定 义 任务 修正总体方案 设计计算 主要零部件设计 提出特殊外购件和特殊材料 技术设计评审
通过 不通过
阐明任务书 制定要求表
评审
再 设 计
不通过
再 设 计
技 术 设 计
方 案 设 计
通过
总体方案设计 研究试验 绘制草图
通过
再 设 计
不通过
数字化设计与制造
第三章 产品数字化设计
1
设计是产品生命周期中的第一个环节，也是最 重要的环节。 工程研究与实践表明：整个产品生命周期约80 ％的费用是由产品设计阶段(从产品定义到制造 之前)的工作所决定的，而这一阶段本身所需费 用则占不到总费用的3％。 人类的创造性活动在整个产品设计过程中最为 活跃，其工作对后续工作具有决定性影响。
全部零件设计 图样及技术文件审查 确定产品文件 转入制造
是
否
再 设 计
详 细 设 计
方案设计评审
结束
18
内容提纲
第一节 概 述
第二节 数字化设计过程 第三节 数字化设计实现方法和手段 第四节 设计过程管理
19
第二节 数字化设计过程
一、传统设计与数字化设计
传统设计 设计方式 设计工具 产品表示 设计方法 工作方式 管理方式 仿真方式 手工绘图 计算机绘图 数字化设计 绘图板、丁字尺、圆规、铅笔、 计算机、网络、CAD及CAE软件、绘图仪、打 橡皮等 印机等 二维工程图纸、各种明细表等 经验设计、手工计算、封闭收 敛的设计思维 串行设计、独立设计 纸质图档、技术文档管理 物理样机 三维CAD模型、二维CAD电子图纸、BOM等 基于三维的虚拟设计、智能设计、可靠性设 计、有限元分析、优化设计、动态设计、 工业造型设计等现代设计方法 并行设计、协同设计 基于PDM的产品数字化管理 数字样机、物理样机
2
60 50 发生错误 修改错误
40 成本 % 30
80% 75%
20 10 0
产品定义
产品设计
工艺规划
制造
检验
应用
• 75%的修改工作由产品设计阶段引起 • 80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成
3
本章首先对具有代表性的典型设计理论与 方法进行介绍，在此基础之上阐述传统设计与 数字化设计的差异及产品数字化设计的基本知 识与流程，并介绍数字化设计过程中采用的设 计手段与方法，最后讲述数字化设计中的过程 管理。
第二节 数字化设计过程
三、串行设计与并行设计
1．串行设计过程
需求 结构设计 工艺设计 制造
特点：
串行过程
以顺序过程为前提，即前一阶段完成后，下一阶段 才能开始。 由于各个阶段应用不同的开发系统，系统之间数据 交换困难。
经常的数据修改，使产品设计费用增加。
设计时间长，不能满足市场的需求。
特点
过早进入物理样机阶段，从设 形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、 计到物理样机反复迭代修正 优化设计、外观及色彩设计等采用数字 由个人经验、手工计算带来 样机实现，设计错误少，设计周期短、 的设计误差，设计周期长， 成本低 成本高 20
第二节 数字化设计过程
二、设计过程模型
设计过程模型的选择有赖于设计过程中各项活 动所采用的设计手段、设计方式、产品模型的表达 方式、管理模式和设计理念等。明确了产品设计的 阶段划分后，目前存在着以下几种不同的产品设计 过程模型：