第5卷第4期
2003年10月天津成人高等学较联合学报JournalofNo4VoloCt20035TianjinAdultHigherLearning
先进制造技术中的设计技术综述
王伟
(天津中德职业技术学院,天津市300191)
摘要:先进设计植术是先进制造技术的一个重要组成部分,它是制造技术的第一个环节,产品设计成本约占产品成本的10%,但却决定了产品制造成本的70%~80%.设计技术在制造技术中的作用和地位是攀足轻重的。通过介绍先进设计技术的发展趋势厦未来的绿色设计、综合智能优化设计,对先进设计技术作了一个综述。
关键词:先进制造技术;先进设计技术;绿色设计;综合智能优化设计
中圈分类号:T一01;F0624文献标识鹤:A文章编号:1009—2498(2003)04—0109—03
工业企业和经济技术帮门,在当前激烈的市场竞争中,除了确保产品的功能、质量外,还要具有创新意识和对高新技术、先进管理的快速的响应。以适应本世纪,世界将发生的前所未有的变化。这些变化表现在:
㈤1社会需求的多样化和快速性,反映了人们对产品的需求不仅是物质功能需求,而且附加了非物质需求,如文化、艺术,营销方式等方面。
(2)现代化的通信网络将世界连接成整体,经济的全球化使世界变成了~个统一的市场;
f3』3对生态环境方面关注及可持续发展的理念,使人们在生产过程和梢费过程中更加注意生态和环境的相容性和友善性。同时,人们对劳动环境、劳动内容和自身主动地位的要求也在不断提高。
(4)现代科技的迅猛发展,多学科相互熔融、贯通,尤其是微电子、新材料和集成技术的进展,使产品结构发生了革命性的变化,机电一体化、模块化等已成为工程产品的发展趋势。
f5j计算机技术的飞速发展和广泛应用,深刻的影响着产品形成的整个过程,如设计开发过程、制造过程、营销及售后服务过程,同时也改变、优化了产品的结构,提高了产品的性能。
(6)先进制造工艺技术和先进制造设备为先进工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。
这些变化深刻地影响着设计技术的发展。设计作为人们运用科技知识和方法,有目标地创造工程产品的构思和计划过程,几乎涉及到人类活动的全部领域,从通信工具、计算机及电子产品到软件设计,从生产工具到生活资料,从服装、食品到工艺设备,从运载工具到武器装备,从化学产品、药品到医疗仪器,从公共工程设施到家庭用品等等。设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分,然而它恰恰对产品的先进性和竞争能力起决定性的影响。
设计涉及多学科领域的基础知识,它是运用已有的知识和技术解决问题或刨出新事物以满足社会需要的一种技术活动。根据设计活动中创造性的大小,设计可分为三类:常规设计(RoutineDesign)、革新设计(InnovativeDesign)和创新设计(CreativeDesign)。其中,创新设计的目的是提供有重要社会价值的新颖独特的设计成果,这一类型的设计最富挑战性,也是设计人员追求的最高目标。
先进设计技术是根据产品功能要求和市场竞争(时间、质量、价格等)的需要,应用现代技术和科学知识,经过设计人员创造性思维、规划和决策.制定可以用于设计与制造的方案,并通过其它技术使方案得以实施和完成的技术。先进设计技术使产品设计建立在科学的基础上,在设计范畴方面,从单纯的产品设计扩展到全寿命周期设计f在设计的组织方式上,从传统的顺序设计方式过渡到并行设计方式;在设计手段上,从传统的手工设计向计算机辅助设计过渡
收稿日期:2003—05—07
作者简介:王伟(1972一),女,走沣市人,是津中德职业技术学院助教,学士学位・硕士研究生在学,研究方向为计算机辅助设计与制造。・109・
并应用计算机网络技术发展。
先进工程设计技术的范围很广,它包括有:
(1)计算机辅助设计(CAD);(2)计算机辅助制造(CAM);(3)计算机辅助工艺规程设计(QAlaP)}(4)计算机辅助装neigh:计(CAAP);(5)计算机辅助工程分析(CAE)}(6)智能(cAD)和概念设计}(7)可靠性设计}(8)优化设计;(0)动态设计;(t0)有限元分析;(11)精度设计;(12)外观造型设计;(13)工作环境设计;(14)模块化设计;(15)防腐蚀设计;(16)疲劳设计;(17)快速原型法;(18)价值工程;(19)反求工程技术;(20)质量功能配置设计}(21)系统建模与仿真;(22)虚拟设计;(23)设计与制造集成I(24)设计过程管理和数据工程}(25)快速响应设计{(26)并行设计t(27)异地设计;(28)绿色产品设计等。
与先进设计技术相关学科技术有:
({)系统工程技术;(2)虚拟现实技术}(3)人工智能技术;(4)多媒体技术;(5)数据标准与接口技术;(6)数据库技术{(7)人机工程学;(8)设计方法学;(9)决策支持系统}(10)计算机网络等。
一、先进设计技术的发展趋势与未来
设计是现代工业文明的重要支柱,也是工业创新的核心环节。设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性圜素。因此,研究现代设计技术的发展趋势与未来有着十分重要的意义。由于世界市场的激烈竞争,用户需求的多样化和快速性,生态环境和技术标准与法律严格限制,工艺技术和生产经营组织观念日新月异的发展,现代设计成败的核心因素是产品开发过程中应考虑到的质量、时间和成本。
在产品质量方面,不仅要满足用户的物质功能方面的要求,还应满足用户的非物质功能方面的需求,并且符台有关法律、法规,标准和生态环境要求,如安全性、合理的寿命、方便使用和维护保养,提供及时必要的用户培训,质量保证和维修服务等。
在产品制造和管理的全过程方面,时间是指设计开发的周期,供货的时间,方式、供货的数量、品种和运输与寄送形式等的适应能力。
产品的成本及价格包括产品成本、台理利润、一次性安装费用和经常性维持费用等。
现代设计和开发面向市场和用户,是设计、开发、生产和营销全过程的决定性环节。它已成为工业技术创新过程中不可分割的一部分,设计开发过程是:对市场或用户需求的分析综合,形成设计开发目标一任务书,考虑法律、生态及技术约束条件,进行技术设计、施工设计、工艺设计方案的反复修改并确定后.开发出原型样机,小批量试产并投放市场,吸收信息反馈,修改产品设计厦工艺,最后大批量投产并销售。过程中每一阶段中都进行质量、时间和成本的优化和反馈,以达到整个系统优化的目标。
伴随着计算机和信息技术的进步,制造系统生产方式的革命、竞争和合作的全球化.人们对环境和生态危机的关切使得人们对参与创新活动的自主性增强。现代设计技术的发展趋势可以概括地归纳为:设计过程的数字化以及并行设计、协同设计,面向集成制造和分布式经营管理者的设计及新概念设计——面向环境的绿色设计、综台智能优化设计等,以求获得快速与应用。
二、蕲概念设计——面筒环境与生态的绿色设计
工业排放废弃物的大量增加,能源的巨大消耗,使人类自己生存的地球生态环境日趋恶化.各国有关环保和生态方面的法规日趋严格,消费者的环保意识也日趋增强。现代工程设计的另一趋势是面向环境和生态的绿色设计。设计者对产品的材料、能耗、运行、排放都有着特殊和严格的要求,报废的产品厦生产过程中对环境的污染等,必须减低到最小程度。
据估计,目前全世界每年抛弃的废物数量已选数百亿吨之多,其中含各种化学物质60万种以上,有毒废物污染环境危害人类并累及后代。许多一次性资源在使用中耗费变质过程中不能可逆转化。二氧化碳增加,大气臭氧层急剧变化,地球生态失去平衡。工业生态系统的调整即是通过绿色技术的推广,使得人类在提高生活质量的同时,髑够达到地球生态和资源的平衡得以保持的状态,系统并低成本实现资源生态环境的良性循环。有人预言在21世纪应该是绿色产品和技术的世纪。
从绿色制造的概念出发,现代设计应遵循的原则:
(1)生态环境平衡。在制造和使用过程中对人体无危害.对生态环境无影响,对环境舒适、友善。
(2)节约资源。节料,节能、节约人力资源,尽可能利用可再生资源包括太阳能、可再生生物资源(不破坏生态平衡为限度)和信息资源等。・110・
【3)延长产品使用寿命。确保延长产品使用寿命,主要依靠没计和更新产品,采用易损零部件可更换零部件或更换结构的新产品。
(4)可回收性。尽可能减少用材种类,选用可回收、可分解材料,报废分类回收.提高产品部件可更新率,提高材料可回收率、可重用率等。
三、新概念设计——综合智能优化设计
由于现代工程对象的复杂性、系统性和综合性导致设计寻优目标必须向着系统化和综合化的方向发展。优化目标从传统的局部走向系统整体,从单目标走向多目标综合。
由于设计对象往往是多变量、多目标、多个约束条件的复杂系统。解决综合优化应考虑以下几个方面:
(1)基于知识的人工智能。
(2)引入新的数学方法和理论。例如模糊推理、混沌理论、非线性规划、神经网络、自学习和自组织理论等分析方法,尤其关注最新的智能化生产理念。
(3)依托多媒体虚拟显示技术建立人机一体化智能综合优化技术体系。
设计是人类创造物质文明的工程活动,随着人类文明的起源和发展。设计技术一直受到la然和社会的科技发展水平的影响,以及受到社会需求的推动。
21世纪是信息化的时代.是经挤全球化竞争和合作的时代,也是生态环境协调可持续发展的时代。未来的工程设计更具有时代的特征:设计、制造、营销一体协同实现对市场需求的快速响应,计算机虚拟现实、快速制造体系和精密、节能、洁净、高效工艺技术的集成体系,未来的工程设计系统成为以人为棱心的智能化集成体系。
参考文献:
[1]_畦晓教,邓期辉先进制造技术[M]托京:机械工业出版社,2000
[2]宋宪一现代技术创新基础[M]北京:机械X-业出版社,2002
[责任璃辑:冯金采陈林松]
AdvancedManufacturedTechnologyTheDesignTechnologyofThe
wANGWei
tTianiinSino--GemnanProfessionalTechnologyInstitute,Tianiin300191China、
Abstracts:Theadvanceddesigntechnologyistheimportantpartoftheadvancedmanufacturedtechnology.Itisthefirstpartofthemanufacturedtechnology.According
coststOtheintroductionofCOn—cernedinformation,theproductdesign
onisoccupied如percentoftheproductioncosts,butrelyingsta—70—80%oftheproductmanufactured
intheCOSTSSothedesigntechnologyholdsspecialfunctionandtusmanufacturedtechnologyThisarticleintroducesthedevelopingtendencyoftheadvancedde-
aptitudeoptimizeddesignsigntechnology,theecologicalprotecteddesignandintegrate
Keywords:advancedmanufacturetechnology;advanceddesigntechnology;ecologicalprotecteddesign;integrateaptitudeoptimizeddesign
先进制造技术中的设计技术综述作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):王伟天津中德职业技术学院,天津市,300191天津成人高等学校联合学报JOURNAL OF TIANJIN ADULT HIGHER LEARNING2003,5(4)
参考文献(2条)
1. 宋宪一 现代技术创新基础 2002
2. 盛晓敏;邓朝辉 先进制造技术 2000
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tjcrgdxxlhxb200304036.aspx
第5卷第4期
2003年10月天津成人高等学较联合学报JournalofNo4VoloCt20035TianjinAdultHigherLearning
先进制造技术中的设计技术综述
王伟
(天津中德职业技术学院,天津市300191)
摘要:先进设计植术是先进制造技术的一个重要组成部分,它是制造技术的第一个环节,产品设计成本约占产品成本的10%,但却决定了产品制造成本的70%~80%.设计技术在制造技术中的作用和地位是攀足轻重的。通过介绍先进设计技术的发展趋势厦未来的绿色设计、综合智能优化设计,对先进设计技术作了一个综述。
关键词:先进制造技术;先进设计技术;绿色设计;综合智能优化设计
中圈分类号:T一01;F0624文献标识鹤:A文章编号:1009—2498(2003)04—0109—03
工业企业和经济技术帮门,在当前激烈的市场竞争中,除了确保产品的功能、质量外,还要具有创新意识和对高新技术、先进管理的快速的响应。以适应本世纪,世界将发生的前所未有的变化。这些变化表现在:
㈤1社会需求的多样化和快速性,反映了人们对产品的需求不仅是物质功能需求,而且附加了非物质需求,如文化、艺术,营销方式等方面。
(2)现代化的通信网络将世界连接成整体,经济的全球化使世界变成了~个统一的市场;
f3』3对生态环境方面关注及可持续发展的理念,使人们在生产过程和梢费过程中更加注意生态和环境的相容性和友善性。同时,人们对劳动环境、劳动内容和自身主动地位的要求也在不断提高。
(4)现代科技的迅猛发展,多学科相互熔融、贯通,尤其是微电子、新材料和集成技术的进展,使产品结构发生了革命性的变化,机电一体化、模块化等已成为工程产品的发展趋势。
f5j计算机技术的飞速发展和广泛应用,深刻的影响着产品形成的整个过程,如设计开发过程、制造过程、营销及售后服务过程,同时也改变、优化了产品的结构,提高了产品的性能。
(6)先进制造工艺技术和先进制造设备为先进工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。
这些变化深刻地影响着设计技术的发展。设计作为人们运用科技知识和方法,有目标地创造工程产品的构思和计划过程,几乎涉及到人类活动的全部领域,从通信工具、计算机及电子产品到软件设计,从生产工具到生活资料,从服装、食品到工艺设备,从运载工具到武器装备,从化学产品、药品到医疗仪器,从公共工程设施到家庭用品等等。设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分,然而它恰恰对产品的先进性和竞争能力起决定性的影响。
设计涉及多学科领域的基础知识,它是运用已有的知识和技术解决问题或刨出新事物以满足社会需要的一种技术活动。根据设计活动中创造性的大小,设计可分为三类:常规设计(RoutineDesign)、革新设计(InnovativeDesign)和创新设计(CreativeDesign)。其中,创新设计的目的是提供有重要社会价值的新颖独特的设计成果,这一类型的设计最富挑战性,也是设计人员追求的最高目标。
先进设计技术是根据产品功能要求和市场竞争(时间、质量、价格等)的需要,应用现代技术和科学知识,经过设计人员创造性思维、规划和决策.制定可以用于设计与制造的方案,并通过其它技术使方案得以实施和完成的技术。先进设计技术使产品设计建立在科学的基础上,在设计范畴方面,从单纯的产品设计扩展到全寿命周期设计f在设计的组织方式上,从传统的顺序设计方式过渡到并行设计方式;在设计手段上,从传统的手工设计向计算机辅助设计过渡
收稿日期:2003—05—07
作者简介:王伟(1972一),女,走沣市人,是津中德职业技术学院助教,学士学位・硕士研究生在学,研究方向为计算机辅助设计与制造。・109・
并应用计算机网络技术发展。
先进工程设计技术的范围很广,它包括有:
(1)计算机辅助设计(CAD);(2)计算机辅助制造(CAM);(3)计算机辅助工艺规程设计(QAlaP)}(4)计算机辅助装neigh:计(CAAP);(5)计算机辅助工程分析(CAE)}(6)智能(cAD)和概念设计}(7)可靠性设计}(8)优化设计;(0)动态设计;(t0)有限元分析;(11)精度设计;(12)外观造型设计;(13)工作环境设计;(14)模块化设计;(15)防腐蚀设计;(16)疲劳设计;(17)快速原型法;(18)价值工程;(19)反求工程技术;(20)质量功能配置设计}(21)系统建模与仿真;(22)虚拟设计;(23)设计与制造集成I(24)设计过程管理和数据工程}(25)快速响应设计{(26)并行设计t(27)异地设计;(28)绿色产品设计等。
与先进设计技术相关学科技术有:
({)系统工程技术;(2)虚拟现实技术}(3)人工智能技术;(4)多媒体技术;(5)数据标准与接口技术;(6)数据库技术{(7)人机工程学;(8)设计方法学;(9)决策支持系统}(10)计算机网络等。
一、先进设计技术的发展趋势与未来
设计是现代工业文明的重要支柱,也是工业创新的核心环节。设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性圜素。因此,研究现代设计技术的发展趋势与未来有着十分重要的意义。由于世界市场的激烈竞争,用户需求的多样化和快速性,生态环境和技术标准与法律严格限制,工艺技术和生产经营组织观念日新月异的发展,现代设计成败的核心因素是产品开发过程中应考虑到的质量、时间和成本。
在产品质量方面,不仅要满足用户的物质功能方面的要求,还应满足用户的非物质功能方面的需求,并且符台有关法律、法规,标准和生态环境要求,如安全性、合理的寿命、方便使用和维护保养,提供及时必要的用户培训,质量保证和维修服务等。
在产品制造和管理的全过程方面,时间是指设计开发的周期,供货的时间,方式、供货的数量、品种和运输与寄送形式等的适应能力。
产品的成本及价格包括产品成本、台理利润、一次性安装费用和经常性维持费用等。
现代设计和开发面向市场和用户,是设计、开发、生产和营销全过程的决定性环节。它已成为工业技术创新过程中不可分割的一部分,设计开发过程是:对市场或用户需求的分析综合,形成设计开发目标一任务书,考虑法律、生态及技术约束条件,进行技术设计、施工设计、工艺设计方案的反复修改并确定后.开发出原型样机,小批量试产并投放市场,吸收信息反馈,修改产品设计厦工艺,最后大批量投产并销售。过程中每一阶段中都进行质量、时间和成本的优化和反馈,以达到整个系统优化的目标。
伴随着计算机和信息技术的进步,制造系统生产方式的革命、竞争和合作的全球化.人们对环境和生态危机的关切使得人们对参与创新活动的自主性增强。现代设计技术的发展趋势可以概括地归纳为:设计过程的数字化以及并行设计、协同设计,面向集成制造和分布式经营管理者的设计及新概念设计——面向环境的绿色设计、综台智能优化设计等,以求获得快速与应用。
二、蕲概念设计——面筒环境与生态的绿色设计
工业排放废弃物的大量增加,能源的巨大消耗,使人类自己生存的地球生态环境日趋恶化.各国有关环保和生态方面的法规日趋严格,消费者的环保意识也日趋增强。现代工程设计的另一趋势是面向环境和生态的绿色设计。设计者对产品的材料、能耗、运行、排放都有着特殊和严格的要求,报废的产品厦生产过程中对环境的污染等,必须减低到最小程度。
据估计,目前全世界每年抛弃的废物数量已选数百亿吨之多,其中含各种化学物质60万种以上,有毒废物污染环境危害人类并累及后代。许多一次性资源在使用中耗费变质过程中不能可逆转化。二氧化碳增加,大气臭氧层急剧变化,地球生态失去平衡。工业生态系统的调整即是通过绿色技术的推广,使得人类在提高生活质量的同时,髑够达到地球生态和资源的平衡得以保持的状态,系统并低成本实现资源生态环境的良性循环。有人预言在21世纪应该是绿色产品和技术的世纪。
从绿色制造的概念出发,现代设计应遵循的原则:
(1)生态环境平衡。在制造和使用过程中对人体无危害.对生态环境无影响,对环境舒适、友善。
(2)节约资源。节料,节能、节约人力资源,尽可能利用可再生资源包括太阳能、可再生生物资源(不破坏生态平衡为限度)和信息资源等。・110・
【3)延长产品使用寿命。确保延长产品使用寿命,主要依靠没计和更新产品,采用易损零部件可更换零部件或更换结构的新产品。
(4)可回收性。尽可能减少用材种类,选用可回收、可分解材料,报废分类回收.提高产品部件可更新率,提高材料可回收率、可重用率等。
三、新概念设计——综合智能优化设计
由于现代工程对象的复杂性、系统性和综合性导致设计寻优目标必须向着系统化和综合化的方向发展。优化目标从传统的局部走向系统整体,从单目标走向多目标综合。
由于设计对象往往是多变量、多目标、多个约束条件的复杂系统。解决综合优化应考虑以下几个方面:
(1)基于知识的人工智能。
(2)引入新的数学方法和理论。例如模糊推理、混沌理论、非线性规划、神经网络、自学习和自组织理论等分析方法,尤其关注最新的智能化生产理念。
(3)依托多媒体虚拟显示技术建立人机一体化智能综合优化技术体系。
设计是人类创造物质文明的工程活动,随着人类文明的起源和发展。设计技术一直受到la然和社会的科技发展水平的影响,以及受到社会需求的推动。
21世纪是信息化的时代.是经挤全球化竞争和合作的时代,也是生态环境协调可持续发展的时代。未来的工程设计更具有时代的特征:设计、制造、营销一体协同实现对市场需求的快速响应,计算机虚拟现实、快速制造体系和精密、节能、洁净、高效工艺技术的集成体系,未来的工程设计系统成为以人为棱心的智能化集成体系。
参考文献:
[1]_畦晓教,邓期辉先进制造技术[M]托京:机械工业出版社,2000
[2]宋宪一现代技术创新基础[M]北京:机械X-业出版社,2002
[责任璃辑:冯金采陈林松]
AdvancedManufacturedTechnologyTheDesignTechnologyofThe
wANGWei
tTianiinSino--GemnanProfessionalTechnologyInstitute,Tianiin300191China、
Abstracts:Theadvanceddesigntechnologyistheimportantpartoftheadvancedmanufacturedtechnology.Itisthefirstpartofthemanufacturedtechnology.According
coststOtheintroductionofCOn—cernedinformation,theproductdesign
onisoccupied如percentoftheproductioncosts,butrelyingsta—70—80%oftheproductmanufactured
intheCOSTSSothedesigntechnologyholdsspecialfunctionandtusmanufacturedtechnologyThisarticleintroducesthedevelopingtendencyoftheadvancedde-
aptitudeoptimizeddesignsigntechnology,theecologicalprotecteddesignandintegrate
Keywords:advancedmanufacturetechnology;advanceddesigntechnology;ecologicalprotecteddesign;integrateaptitudeoptimizeddesign
先进制造技术中的设计技术综述作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):王伟天津中德职业技术学院,天津市,300191天津成人高等学校联合学报JOURNAL OF TIANJIN ADULT HIGHER LEARNING2003,5(4)
参考文献(2条)
1. 宋宪一 现代技术创新基础 2002
2. 盛晓敏;邓朝辉 先进制造技术 2000
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tjcrgdxxlhxb200304036.aspx