先进设计技术的定义与特点课件.ppt

1、先进设计技术的发展 华北电力大学 戴庆辉 先进设计技术的发展 1 先进设计技术的概念 1.1 设计技术所属的学科 1.2 设计技术的定义与特点 1.3 先进设计技术的定义与特点 1.4 先进设计技术与先进制造技术的关系 2 设计技术的发展过程 2.1 五个阶段 2.2 三大类型 3 先进设计技术的发展趋势 3.1 设计过程的智能化 3.2 设计信息的集成化 3.3 设计方式的并行化 3.4 设计对象的绿色化 4 结论v1 先进设计技术的概念1.1 设计技术所属的学科t1图1 国务院学位委员会机械工程学科评议组的划分机械学计算机图学（原机械制图）机构学机械设计机械动力学机械结构强度摩擦学机器人学

2、振动冲击噪声机械工程机械制造t2图2 国家自然科学基金委员会划分的一、二、三级学科机械学1机构学2传动机械学3机械振动学4机械结构强度学5摩擦学6机械设计学7机器人机械学机械制造1金属材料学2无机非金属材料3有机高分子材料4冶金与矿业5机械工程6工程热物理与能源利用7电工8建筑环境与结构工程9水利工程与材料科学部1材料成形工艺与设备2机械制造工艺与设备3机械制造自动化4机械测试理论与技术5其它t3图5 机械工程主干学科与主要相关学科的关系示意图机械设计工程学机械制造工程学机械基础学数学计算机技术工业工程学力学材料学1.2 设计技术的定义与特点1.2.1的概念 设计是人们将指定的任务预先转化为满

3、足要求的信息的一种活动。信息的表达形式有图形、文字、数据、符号等。图表7 人们在不同的历史阶段对“设计”的理解 历史阶段 对技术的理解20世纪60年代 设计是（结构设计的）计算和绘图。70年代 设计包括结构设计和功能设计。80年代 设计过程延伸到制造和销售。90年代 设计过程贯串于产品的生命周期。21世纪 设计目的是创造一个用户满意的成果。1.2.2 技术的概念 技术泛指人类在科学实验和生产活动过程中认识和改造自然所积累起来的知识、经验和技能的总和。这里应包含三个层次：a.根据自然科学原理和生产实践经验而发展成的各种工艺流程、加工方法、劳动技能和诀窍等；b.将这些流程、方法和技能和诀窍等付诸实

4、现的相应的生产工具和其他物质装备；c.适应现代劳动分工和生产规模等要求的对生产系统中所有资源（包括人、财、物）进行有效组织与管理的知识经验与方法。 图表8 人们在不同的历史阶段对技术的理解历史阶段 对技术的理解17世纪 technology第一次出现在英文中，仅被用来讨论艺术应用1760 是指经过熟练(实践)而获得的经验、技能和技艺。1760 是为某一目的共同协作组成的各种工具和规则的体系。60年代 是解决社会生产体系中的劳动手段。70年代 是劳动工具、劳动对象与劳动者的劳动技能的总称。80年代 泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种 工艺操作方法与技能。90年代 是人类在改造世界过

5、程中采用的手段和方法。 是硬件与软件的统一， 是人的因素(知识、能力)与物化因素(工具、装备)的统一 技术的本质是知识和信息。1.2.3 什么是设计技术? 设计技术(Design Technology)是指人们在为工程提供满足要求的信息活动中所形成的作业程序、方法和技能，以及采用的工具和设备。 设计本身是一项涉及多种学科、多种技术的交叉工程。设计技术是纵向与横向多门学科知识的交叉。 T 政治社会学、心理学经济学 自然科学工程科学设计技术工程技术生产 （工程设计）工业设计艺术设计艺术图7 设计技术与相关学科的关系一项工程的整个过程也是一项设计需要考虑的全部过程。设计不能代替工程的其余阶段，但先进

6、的设计技术措施必须贯串于工程的各个阶段。如图所示。 图9 产品生命周期各阶段的定性表示产品研究产品规划产品设计产品测试产品制造产品销售产品使用产品报废产品开发产品市场产品形成产品处理1.3 先进设计技术的定义与特点 1.3.1 先进设计技术的定义先进设计技术是指融合最新科技成果，适应当今社会需求变化的，高级水平的各种设计手段。它包括个方面。 设计硬件：计算机，计算机的外围设备（I/O设备，如键盘、鼠标、显示器、绘图机、触觉系统和听觉系统等），网络通信环境等。 设计软件：各种现代设计理论和方法，用于设计开发的工作平台和通用程序（操作系统，各种标准和支撑软件等），网络通信软件，帮助设计人员去完成各

7、种设计任务的计算机应用软件等。 设计人员：与设计的软硬件一起组成能协同完成设计任务的人机系统。设计人员应体现在掌握最新科技知识和运用现代设计工具的能力上。 1.3.2 先进设计技术的特点先进设计技术的“先进”，是指在设计活动中，由于融入新的科技成果，特别是计算机技术和信息技术的成果，从而使产品在性能、质量、效率、成本、环保、交货时间等方面，达到明显高于现有产品，甚至创新的水平。 (1)效益指既快又好地为机械制造系统提供信息。 (2)相对指以立足国情能否提高竞争力来确定我国先进设计技术的概念。 (3)动态指“先进”的概念要随国内外技术进步大环境的变化进行修改。(4) 面广指先进设计技术面对的不仅

8、是机械制造业，因为其研究开发项目都是由市场需求启动的。可以说，目前采用的设计技术一般是传统设计技术或现代设计技术。随着市场竞争、技术普及和产品更新换代的加快，产品开发与创新、市场营销和服务的增值作用明显提高，知识和信息已经成为重要的生产要素，制造业已成为物质和知识同时加工的产业，这种变化趋势正在加剧。见图10。 T图10 信息和知识将是最重要的生产要素产品开发营销服务加工制造增值比例产品的生命周期（a）20世纪的制造业产品开发营销服务加工制造增值比例产品的生命周期（b）21世纪的制造业1.4 先进设计技术与先进制造技术的关系 从目前机械工程的设计与制造这两个二级学科的研究范围来看,设计与制造都

9、有大、小之分。“大制造大制造”是指大量行业的产品生命周期全过程,即将原材料转化为可用产品的全部行为过程，包括需求的形成、设计、生产组织、加工与装配、测试、改进等环节。 “小制造小制造”是指产品的机械加工过程。制造技术解决机械零件成形、加工与装配的质量、生产效率和经济性的关系问题。 1.4 先进设计技术与先进制造技术的关系 “大设计大设计”是指对事物发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节及达到的目标。产品设计过程贯串于产品的生命周期。 “小设计小设计”是指从明确产品设计任务到编制技术文件的工作过程。设计技术解决机械产品的功能、结构、造型和经济性的关系问题。按传统观念，一般说来，设计是根据要求

10、预先制定方案、图样等，这是“小设计” ；制造是把原材料加工成为可供使用的物品，这是“小制造”。把“机械学”和“机械制造”分为不同的学科，在学术界早已形成共识。当划分学科时，明确区分设计和制造，有利于研究学科发展。鉴于设计和制造都是产品全寿命过程中的基本阶段，可确认二者是并列关系并列关系，而不是从属关系。论点：先进制造技术的关键是先进设计技术。并行工程CE Concurrent Engineering并行设计CD。其关键技术： 计算机辅助技术： CAXComputer Aided X，如CAD、CAE、 CAPP、CAM 面向X的设计：DFXDesign For X，或为X而设计， 如：DFC、

11、 DFD、 DFM 、 DFA、 DFE、 DFQ、 DFS。 Cost 、Diagnosis 、Manufacturing、Assembly、Environment、Quality 、Service 成本、 诊断、 制造、 装配、 环境、 质量、 服务 产品数据管理：PDMProduct Data Management，是对工程数据管理、文档管理、产品信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理等信息管理技术的一种概括与总称。 大批量定制设计：DFMC Design for Mass Customization虚拟制造VMVirtual Manufacturing 虚拟设计VD。智能制造I

12、MIntelligent Manufacturing 智能设计ID敏捷制造AMAgile Manufacturing 快速设计RDRapid Design 敏捷性的3个要求：RRS可重组Reconfigurable、可重用Reusable、可缩放Scalable。绿色制造GM Green Manufacturing 绿色设计GD企业过程重组BPRBusiness Process Re-engineering 可重组制造系统RMSReconfigurable Manufacturing System 可重组设计RDReconfigurable Design v2设计技术的发展过程2.1设计技术五

13、个阶段 表1 发展阶段1直觉设计 (1600)萌芽期2 经验设计(16001847)酝酿期3 半理论设计(18471946)成长期4 半自动设计(19461989)成形期5 自动化设计(1990)成熟期标志事件简单机械数学与力学结合1847年英国IME成立1946年计算机问世;1970年CAD推出计算机网络发展; 1990年IIICAD系统生产方式劳动分散型 劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型设计特征个体手工个体手工群体手工个体采用CA群体采用网络设计工具纸、笔、算盘图纸、笔、绘图尺手册、计算尺、图板、丁字尺、绘图仪电子计算器、CAD系统ICAD系统，IICAD系统，IIICAD系统2.

14、2 设计技术三大类型 表2B类型传统设计技术现代设计技术先进设计技术应用情况沿袭下来通常使用的初级水平的设计技术现在这个时代推广应用的中级水平的设计技术正在研究并开始试用的高级水平的设计技术基本特征 个体手工，类比，试凑，经验数学公式，有极大的局限性。设计工作周期长，效率低。设计理论主要是揭示设计对象(专业产品)的内在机理，未能将设计本身作为一门学科来研究。 对设计对象和设计过程的认识从特性上升到共性。研究创造与设计思维过程本身的规律，设计准则涉及的领域拓宽：强度、摩擦学、可靠性、造型。产品结构设计的计算和绘图实现了自动化，但大量非图形的特征尚未实现自动化。把对象置于“人-机-环境”大系统中，

15、不盲目追求自动化。屏幕上的三维图形可以直接与人脑中的构思接轨。几乎在产品设计全过程内都引入了计算机技术和现代科技成果。将会实现设计过程中各计算机支持系统间的集成。具体方法人工设计，图纸设计法，类比设计， CAD 、ICAD、系统化，优化，可靠性，模块化，价值，摩擦学，有限元，相似，宜人性，造型，防腐蚀，蠕变，失效分析、疲劳，断裂，仿生，反求，抗振，降噪声， IICAD，集成，智能， 绿色设计，稳健设计，概念设计，创新设计，并行设计，模糊设计，虚拟设计，大批量定制设计，快速设计，可重组设计， 表3 设计技术及其说明 注：ICAD Intelligent CAD，智能CAD IICAD Integ

16、rated Intelligent CAD，集成化智能CAD IIICADInteractive Integrated Intelligent CAD，交互式集成化智能CAD设计技术代表形式智能部分的承担者说明传统设计技术人工设计/传统CAD人类专家不存在计算机的设计智能现代设计技术ICAD设计型专家系统 智能设计的初级阶段先进设计技术IICAD, IIICAD人机智能化设计系统智能设计的高级阶段v3 先进设计技术的发展趋势 进入21世纪，社会需求和科学技术正发生着深刻的变化：信息技术的迅速发展，加速了市场的全球化；人们对产品的要求变化快，批量不定，呈现多样化；用户希望买到体现自己兴趣和爱好的

17、产品，趋向个性化；产品质量标准不再按是否满足使用要求来评价，而是按是否满足用户要求来评价；社会关注产品在生态和环境方面的友善性；微电子技术使产品结构趋向机电一体化；计算机技术广泛深入影响着产品生命周期的全过程；先进制造技术对设计技术提出了更高的要求。 企业竞争力的基本因素是：产品的上市时间T、质量Q、成本C、增值服务S及其友好环境E。制造业各种高技术的目标都是追求TQCSE，即产品上市快、质量高、成本低、服务好以及在生态环境中的良性循环，其中要解决的核心技术有： 智能设计,集成设计,并行设计,绿色设计。 3.1 设计过程的智能化3.1.1 几个概念 智能：是知识以及运用知识以解决问题的能力的总

18、和。智能化：是指用计算机模拟人类的个体和群体，对知识进行获取、分析、处理、加工、管理和使用，达到产品设计决策自动化之目的。智能化走向设计自动化的重要途径。智能设计是指在设计过程的各个环节，以一种高度柔性和高度集成的方式通过计算机来模拟人类专家的设计智能活动，对设计问题进行分析、判断、推理、构思和决策。旨在取代或延伸设计环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的设计智能进行收集、存储、完善、共享、继承和发展。智能设计的研究对象是如何提高人机系统中计算机的智能水平，使计算机更好地承担设计中各种复杂任务，成为设计师得力的助手和同事。 简言之，智能设计乃计算机化的设计智能也。 智能设计技术就是基于知识处理

19、和操作的设计技术。 智能设计研究的基本问题：设计知识模型的表示与建模方法： 设计知识模型的内容包含两个方面：设计对象的知识模型；设计过程的知识知识利用： 研究各种搜索方法、约束满足方法、推理方法以及基于原型的设计方法等。 ICAD的体系结构： 它必须体现ICAD的基本思想，例如集成、多智能体协同工作、人机协同以人为本等。 3.1.2 研究概况与实例设计型专家系统：两种存在形式：用于方案综合和设计评价。处理设计条件描述不充分问题的基于神经网络的设计方案推导系统。针对机械设计多解性的模糊设计，模糊评价方法。借助多媒体技术和虚拟现实技术的智能建模系统将被实用化。 例如：用虚拟现实技术设计波音777飞

20、机获得成功。这是世界上第一架无图纸、无样机上天的飞机。将人工智能引入CAD系统，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，及视觉、听觉、语言的处理能力。由计算机智能化地进行处理原CAD繁琐的操作。如能对整个设计对象自动标注尺寸；用户只需要很少的操作就能把方便地作图形修改；在图形的绘制方面增加了智能导引的机制。人机智能化设计系统：就是IICAD。设计过程的智能化只是将人对设计过程中的干预减少到最低程度。1991年人工智能的鼻组斐哲保姆(Feigenbaum)和钱学森教授不约而同地提出了人机一体化系统的概念，该系统采取以人为主，人与机械协作的技术路线，各自执行自己最擅长的工作，达

21、到“超智能”。人机一体化系统强调人在系统中的安全性和创新性，重视资源的再生性和社会性。面对复杂的设计对象，应从整体最优的前提出发，以寻求低值自动化更为可靠。3.1.3 初级智能设计系统与高级智能设计系统的比较 表表4 ICAD系统与系统与IIAD系统的异同系统的异同特性设计型专家系统ICAD人机智能化设计系统IICAD系统的物理分布一般集中在一台计算机上分布在同地或异地的网络节点上领域知识单一多样内嵌智能体数量一般为一个多个功能集成 =覆盖各设计阶段覆盖各设计阶段集成环境不强调网络强调网络环境下的集成设计过程管理不强调强调设计过程规划、控制与冲突消解产品数据管理不强调是实现集成的重要手段共享产

22、品信息模型及产品数据交换不强调是实现IICAD的基础通信不强调强调基于Web的互联网通信系统人的作用 =强调人的创造性、主动性、主张人机协同强调人的创造性、主动性、主张人机协同3.1.4 智能设计的关键技术设计过程的再认识探索适合于计算机程序系统的设计理论和有效的设计处理模型。设计知识的表示如何建立一个合理而有效表达设计知识的知识表达模型始终是关键。面向对象的知识表示，框架式的知识结构是目前采用的流行方法。多方案的并行设计需求功能逻辑树的采用，功能空间符号表示，矩阵表示和设计处理是多方案设计的基础。针对设计问题的复杂性，采用分布式的系统结构，进行并行处理。多专家系统协同合作以及信息处理多个专家

23、系统协同合作是概念设计专家系统的重要环节。模糊评价和神经网络评价相结合的方法是目前解决多专家系统协同合作中的多目标信息处理的最有效的方法。再设计与自学习机制当设计结果不能满足要求时，系统应能够返回到各个层次进行再设计；同时采用归纳推理和类比推理等方法获得新的知识进行自学习和自我完善。将并行工程设计的思想应用于概念设计过程中是解决再设计问题的最有效方法。多种推理机制的综合运用演绎推理，归纳推理（包括理想、类比等推理）、各种非标准推理以及模糊推理等等。基于实例的类比型多层推理机制和模糊逻辑推理方法的运用是目前智能设计的一个重要特征。 智能化的人机接口和设计过程中人的参与怎样能实现计算机对自然语言的

24、理解，对语音、文字、图形和图像的直接输入输出是一项重要的任务。对于复杂的设计问题，如果没有人的适当参与也很难得到理想的设计结果。 3.2 设计信息的集成化3.2.1集成的两个观点与三个层次计算机集成制造系统CIMS概念包含两个基本观点（出发点）： 系统的观点。企业各个环节（设计、制造、管理等）是不可分割的，必须统一考虑。 信息化的观点。经营是一个数据采集、传递和加工处理的过程，其产品是数据的物质表现。 90年代追求TQCSE，产品设计系统的集成应包括三个层次： 功能集成。即有关产品设计所需的各种功能必须首先集成起来，例如产品需求分析、方案设计、装配草图设计、零部件详细设计、工程分析、优化设计、

25、产品可装配性及可制造性分析等，以形成功能完整的设计集成系统，这种集成称为设计系统本身小环境的集成。 信息集成。是CAD子系统与下游或周边子系统的信息集成，其核心问题是CAD子系统按STEP标准生成统一的产品信息模型并与其它子系统进行产品数据的交换与管理，这种集成称为CIMS或并行工程环境中进行产品设计的复杂环境的集成。 企业间集成。是在敏捷制造模式下基于动态联盟的虚拟产品集成开发，这时必须解决网络环境下的企业间集成问题，这种集成称为动态联盟虚拟设计大环境的集成。 3.2.2 集成化的含义与实例设计信息：包括产品信息、工艺信息和管理信息。 设计信息的集成化：是指不同事件的不同领域知识的集成，经验

26、知识和解析知识的集成，各种设计功能(建模、仿真、分析、计算等)的集成，各种设计理论和方法的集成，各个不同专家系统的集成，字符推理和数值计算程序的集成，CAD/CAPP/CAM/CAE的集成。设计信息集成对CAD的要求：设计信息的集成将是未来产品设计开发的主要模式。这一集成可以实现信息流的畅通，产品从构思到实现可以在一个系统内完成，减少信息的冗余。CAD所产生的实体模型将最大限度地被后续的分析、加工、工艺和仿真所利用。 CAD/CAPP/CAM/CAE集成：CIMS要求将CAD/CAPP/CAM/CAE集成起来。CAD/CAPP /CAM/CAE的集成并不是将孤立的CAD、CAPP、CAM和CA

27、E等系统进行简单的连接，而是从概念设计开始就考虑到集成，要建立一种新的设计、生产、分析以及技术管理的一体化。 CAE：指对产品零件的机械应力、热应力等动态特性进行有限元分析，以及考虑产品本身等因素的优化设计。目前集成化的核心是数据库、知识库和图形库。（见图20，21）3.2.3 集成化的关键技术：6计算机图形处理技术。图形输入和工程图样识别。产品造型技术。参数化造型技术的特点：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改和全数据相关。它是由编程者预先设置一些几何图形约束，然后供设计者在造型时使用。与一个几何图形相关联的所有尺寸参数可以用来产生其他几何图形。变量化造型技术的特点：保留了参数化技术基于特

28、征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，但在全尺寸约束方面做了根本性改变。变量化技术将参数化技术中需定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束，而不是像参数化技术那样只用尺寸来约束全部几何。计算机辅助工艺设计CAPP它是指利用计算机对产品及加工零件工艺参数进行合理选择。在CAD系统中建立的实体模型较为完善地描述了产品的几何特征，工艺参数只是当作图纸上的标注加以处理。这些模型进入CAPP后，目前大多需要人工介入，以提取CAPP所需的几何信息，补充面向加工的信息。这不仅造成了信息流的中断和重复劳动，而且可能发生信息丢失和错误，降低设计的可靠性。 产品数据管理技术PDM （ Product D

29、ata Management）产品数据交换技术：为了使不同系统间的信息交换顺利进行，就必须建立各系统软件都应遵守的信息交换标准。 ISO10303产品数据交换标准STEP已经成为许多CAD开发者为其它CAD系统提供数据转换接口程序的依据。STEP在于建立一个使产品生命周期各阶段的信息能够进行互换的产品模型，以保证产品信息在各个环节的转换过程中保持完整性和一致性。近年来，围绕零件供应商和企业之间的信息集成和工程数据共享，针对开放性零件库的国际标准ISOl3584也在不断完善，基干此标准的零件库资源已经部分实现了网络化共享。另一种发展趋势是平台化，许多设计人员发现重建模型比用数据转换方法转换模型更

30、容易。比如，使用STEP得到的转换结果常常是无特征的静态几何形状，针对具体的特征和细节还需补做大量工作。大的CAD厂家采取数据加密等技术，阻止竞争对手对自己数据的直接读取，形成了厂家商业利益与用户需要背道而驰的局面。从降低成本，提高效率的角度考虑，PC级的CAD产品扬弃了传统的CAD厂家自行设计从几何平台到应用层的所有模块，而是采用专业公司提供的几何平台等技术。3.3 设计方式的并行化3.3.1并行设计的基本思想产品的上市时间往往直接决定了产品设计的成败。如何缩短产品的上市时间，一个自然的想法就是把原来串行顺序过程尽可能同时进行。1988年美国防御分析研究所在R338报告中首次提出了并行工程(

31、CE)的概念。并行设计(CD)是并行工程中最重要的环节，对产品设计来说，设计工作是从构思产品方案直到产品最终报废的整个产品生命周期内，每个环节的代表，如工艺员、采购员、销售员都要参加到设计工作中来，甚至用户也可以对设计提出建议。设计方式的并行化，可以实现超前考虑设计的后续过程，确保设计“一次成功”。 13.3.2并行设计的组织实施为了实现CE系统，需要组织一个包括与产品开发全过程有关的各部门的工作技术人员的多功能小组，小组成员在设计阶段“协同工作”(Team Work)，设计产品的同时设计有关过程。为了保证小组成员之间良好的合作，必须以分布式计算机系统 、通过网络建立联系。网络化可以充分发挥系

32、统的总体优势，共享昂贵的设备，节省投资。借助现有的网络，用户可以用高性能的PC代替昂贵的工作站。不同设计人员可以在网络上方便地交换设计数据。目前CAD系统已经实现了从单机到局域网LAN的转变，目前正在与企业内部网Intranet整合。在企业行为国际化的大潮下，在外部网Extranet的大环境下建立设计系统不久将成为现实。 3.3.3并行设计的关键技术：并行环境下的信息抽象与建模技术 源于日本的质量功能配置QFD（Quality Function Deployment）方法，强调各个生产环节中职能部门人员的信息交流和作业协同，它的目标就是要保证客户的需求能够有机地布置到企业各个职能部门的作业目标

33、上，也就是说，将客户的需求分别转移到产品功能构思、结构和零件设计、工艺规划及作业控制等四个阶段。 QFD将产品的需求、功能、质量和成本有机地结合起来，把客户对产品的需求信息转换到产品开发的各个阶段，从而将客户与设计、生产紧密地联系起来。 工艺特征作业特征零件特征功能特征图23 QFD方法的四个阶段产品规划客户需求结构和零件设计功能特征工艺规划零件特征控制作业工艺特征计算机辅助设计评价和决策DFMA与RPM 面向制造的设计DFM以及面向装配的设计DFA通常被合在一起称为DFMA。通过DFMA，使设计人员在新产品的设计阶段，可以充分考虑所设计产品的零部件的加工工艺性和装配工艺性，从而使新产品在制造

34、与装配过程中由于设计不当而产生的工程更改数量减少到最小程度。 快速原型制造技术RPM是对产品的开发与设计进行快速评价和测试的又一种思路，尽管它被人们归为制造技术，但它与产品的快速设计与开发有着紧密的联系。 80年代末起源于美国的新技术RPM是机械工程、CAD、数控技术、激光技术及材料科学的技术集成，其特点就在于无需模具或任何加工，仅凭CAD中的产品三维实体造型的分层数据，就可以用最快的速度得到与设计数据完全一致的产品实体，从而将设计人员的设计构思物化为具有一定结构和功能的产品原型，给新产品的开发与设计带来极大的便利。支持并行设计的分布式计算机环境 并行的设计环境要求一个在计算机支持下的协同工作

35、环境，CSCW（Computer Supported Cooperative Work）是实现这一环境的核心技术。 计算机网络，就是用通信线路和通信设备将分散在不同地点的多台计算机，按一定的网络拓扑结构连接起来。这些功能使独立计算机按照网络协议进行通信，实现资源共享。由于CAD/CAPP/CAM技术日趋成熟，可应用于越来越大的项目。这类项目往往不是一个人，而是多个人、多个企业在多台计算机上协同完成，所以分布式计算机系统非常适用于CAD/CAPP/CAM的作业方式。随着Internet网的发展，可针对某一特定产品，将分散在不同地区的现有智力资源和生产设备资源迅速组合，建立动态联盟的制造体系，以适

36、应不同地区的现有智力资源和生产设备资源的迅速组合。建立动态联盟制造体系，将成为全球化制造系统的发展趋势。并行设计不仅局限于一个企业内部，而且可以扩展到全社会乃至全球，从而形成虚拟企业或虚拟组织。中国已于1997年成立“现代设计与产品研究开发网络虚拟异地合作设计组织”。3.4 设计对象的绿色化 3.4.1 背景70年代以来，工业污染所导致的全球性环境恶化达到了前所未有的程度。90年代以来，全球性的产业结构调整呈现出新的绿色战略趋势。这就是向资源利用合理化，废弃物产生少量化，对环境元污染或少污染的方向发展。在这种“绿色浪潮”的冲击下，绿色产品逐渐兴起，相应的绿色设计技术就成为研究热点。工业发达国家

37、都是努力实现绿色设计的有效手段。如果说，当初是西方国家严格的环保立法和绿色法规促进了制造业奉行绿色设计，那么，现在是绿色设计的先行者尝到了甜头后自觉地遵循绿色行为，施乐、柯达和惠普等公司的绿色设计已经有了直接赢利。这同时也促进了绿色产品及绿色设计的迅速发展。过去判断企业的市场竞争力只需研究下述前三点就足够了，而如今为了获得市场竞争力，企业必须做到五点：生产成本低6、产品质量高7、生产周期短8、销售服务好9、不影响生态环境21（即进行绿色产品设计的技术水平高）。 IBM公司宣布，该公司新的流水线中，制造CPU的塑料将可以100%的回收。在德国，政府立法规定电视制造企业必须回收自己的电视机方能生产

38、，为此，施奈特电子公司不久前研制出了一种“绿色电视机”，其零部件回收率高达90%以上。 3.4.2 基本概念 绿色是清洁和节约的意思。 绿色产品就是在产品生命周期过程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极小、对资源利用率最高，能源消耗最低的产品。内涵： 优良的环境友好性。 最大限度地利用材料资源。 最大限度地节约能源。 绿色设计就是把产品视为与人类共存的生命体，对它的研究要基于它自身的从需求、设计、制造到销售、使用、废弃/回收再生的广义产品生命周期，并行地考虑生命周期内每一个阶段产品与人和环境的相互影响。实现产品绿色要求的设计称为绿色设计。3.4.4 绿色设计策略B表表5 绿色产品

39、设计的设计策略绿色产品设计的设计策略产品生命周期设计策略相关对象面向设计使用再生材料资源浪费、环境负荷使用能耗少的材料环境负荷考虑环境因素的零部件选择供应商的环境行为、环境负荷使用可重用的材料资源浪费面向制造采用短的工艺处理时间环境负荷、工作环境采用节省材料的工艺方法资源浪费、环境负荷缩减辅助消耗环境负荷而向销售改善后勤服务环境负荷减少体积、重量资源浪费、环境负荷使用可再生的材料包装资源浪费、环境负荷面向使用降低能量消耗资源浪费、环境负荷面向便于维护和长寿命的设计资源浪费面向回收/再生面向拆卸的设计资源浪费保护材料性能资源浪费、环境负荷3.4.6 绿色产品设计的关键技术面向环境的设计技术 主要

40、有：绿色产品的描述与建模。面向回收的产品可拆卸性设计及评价。可拆卸结构的模块划分和接口设计。可回收零件及材料的识别与分类系统。适合绿色设计的环境指标的建立。绿色产品评价体系和方法的研究。绿色产品集成设计理论与方法。绿色产品的系统设计工具平台。 面向能源的设计技术 是指用对环境影响最小和资源消耗最少的能源供给方式支持产品的整个生命周期，并以最少的代价获得能量的可靠回收和重新利用的设计技术，从而全面指导、优化产品设计过程。面向材料的设计技术是以材料为对象，在产品的整个寿命周期（设计、制造、使用、废弃）中的每一阶段，以材料对环境的影响和有效利用作为控制目标，在实现产品功能要求的同时实施，使其对环境污

41、染最小和能源消耗最少的绿色设计技术。 3.4.7 环境管理标准环境管理标准ISO14000 自1987年，德国、日本、美国、加拿大等国先后建立产品绿色标志认证制度。中国于1993年实行绿色标志认证制度。国际标准化组织继推出质量管理标准ISO 9000后，又制定了环境管理标准ISO14000。ISO标准14000系列最初是在1992年GATT（关贸总协定）乌拉圭谈判回合和在里约召开的环境保护首脑会议上产生的。GATT谈判旨在消除贸易上的非关税壁垒，而里约首脑会议则就全球的环境保护提出了承诺。(注：GATT目前已改名为WTO即世界贸易组织) ISO 14000系列标准包括了以下几方面内容： l）E

42、nvironmental Management Systems 环境管理体系 2）Environmental Auditing 环境审核 3）Environmental performance Evaluation 环境行为评价4）Environmental Labeling 环境标志 5）Life-cycle Assessment 产品生命周期、评估6）Environmental Aspects in Product Standards 产品标准中的环境标准 目前，谁拥有了ISO9000认证，谁就有了产品质量的信誉；未来，谁拥有ISO14000认证，谁就拥有了更广阔的国际市场。可以预言，今后

43、不实行绿色设计，产品进入国际市场的资格将被取消。 v4 结论市场对产品的需求发生了很大的变化，产品在发展，设计技术必须有超前的发展。各个学科间的联系日趋紧密，但哪一个学科都不能代替设计学科，因为设计学科中与产品结构有关的应用与产品结构本身的理论和方法集成在一起，形成了自己的理论和方法体系。设计技术的经历直觉、经验、半经验、半自动、自动化等个发展阶段，可划分为传统、现代、先进个主要类别。其内容随国家和时代而变化。着重点在于观察到技术的目前状况和发展趋势。市场需求产品，产品需求先进设计技术。先进设计技术发展呈 “四化” 趋势：设计过程智能化、设计信息集成化、设计方式并行化、设计对象绿色化。从本质上看，通过鉴定、获奖或专利等方式，还不能证明设计的成功。真正的检验是市场。对于设计者来说，如果今天你不生活在未来的市场，那么明天你将生活在过去的市场。 谢 谢 再 见