现代机械设计与制造读书笔记05--14(5)

超出了计算机的容量，使计算无法进行；或者即使计算能够运算，但是计算所需的时间很长，并延长了完成工程所需要的时间。这也给我们提出了一个问题，即如何寻找一个分析精度高、计算时间短的计算方法。

基于以上各方面的考虑，长期以来，很多人都在致力于系统动态特性的子结构分析方法的研究，并提出了模态综合的构想。随着结构矩阵分析的发展，模态坐标这一概念的提出和数字计算机的应用，现阶段模态综合这一系统动态分析的子结构方法得到了进一步的发展和完善。

模态综合法的基本思想是：首先，按照工程观点和结构（系统）的几何特点将整个结构划分为若干个子结构；其次，建立子结构的运动方程，进行子结构的模态分析；再次，将子结构的运动方程变为模态方程，在模态坐标下将各个子结构进行模态综合，从而计算整个结构系统的模态：最后，再返回到原物理坐标，以再现整机结构的动态特性。它的主要特点是：第一，通过求解若干个小型的特征值问题来取代计算大型的特征值问题；第二，对于不同的子结构还可以用不同的方法来进行分析。例如，有些子结构目前还不宜采用计算的方法直接分析，则采用实验的方法测出它的动态特性。

从动态设计的应用对象看，遵循的是从部件到整机，进而发展到全面考虑整个系统的动态性能问题。正因为如此，系统动态设计技术对交叉学科知识和综合解决问题的能力提出了更高要求。实际工程中涉及的热力耦合、机电耦合、流固耦合等，都需要有科学准确的力学、数学模型来描述，而数学模型的建立要有可靠的实验数据的支持。因此可以说，发展试验技术、完善理论方法，提高计算速度，是此项技术发展的三大要素。做好这些前期工作，促进此项技术从整机到系统实现动态仿真，进一步结合cad技术，使其得以全面推广应用。

3.自学小结

随着科学技术的发展，人们对客观世界的认识不断深化，振动理论、结构疲劳、材料疲劳、断裂理论、计算机技术、数据库技术和试验及测试技术等共性基础技术的进步，尤其是有限元和试验模态分析技术与计算机结合并日趋完善，为机械结构系统的动态设计奠定的坚实的基础。机械动态优化设计主要是指系统参数的数值优化,其研究内容是将数学规划理论、机械振动理论和数值计算方法结合起来,以计算机为工具,建立一整套科学的、系统的、可靠而又高效的方法。我认为这也是一种优化设计方法，是通过虚拟动态环境,进行虚拟产品开发,对于产品的动态特性做出分析,是一种非常重要的设计优化方法。

五.全寿命周期设计技术 1.全生命周期设计的定义

所谓全生命周期设计，就是面向产品全生命周期过车的设计，要考虑从产品的社会需求分析、产品概念形成、知识及技术资源的调研、成本价格分析. 是产品从自然中来到自然中去的全部过程，“从摇篮到坟墓”的整个生命周期各个阶段的总和，包括了产品从自然中获得的最初资源，能源，原材料经过开采、冶炼、加工等过程，直至产品报废或处理，从而构成一个物质循环的生命周期。产品全生命周期包括产品的价值的设计方法，它要求达到产品所需的全部功能，还有其可生产性、可装配性、可测试性、可维修性、可运输行、可循环利用性和环境友好性

2.全生命周期设计技术概述

全寿命周期设计技术是现代设计技术的重要组成部分。设计产品，不仅是设计产品的功能和结构，而且要设计产品的全寿命周期，也就要考虑产品的规划、设计、制造、经销、运行、使用、维修、保养直到回收再用处置的全过程。全寿命周期设计意味着在设计阶段就要考虑到产品生命历程的所有环节，以求产品全寿命周期设计的综合优化。可以说，全寿命周期设计旨在时间、质量、成本和服务方面提高企业的竞争力。

全寿命周期设计依赖于各学科、各部门的设计人员相互合作、相互信任和信息共享，通过有效的信息交流，及早考虑产品的生命周期中的所有因素，尽快发现并解决问题，最终达到工作的协调一致。全寿命周期设计是一个系统集成的过程，它以并行的方式设计产品及其相关过程，力求使设计人员从一开始就自觉地考虑产品整个生命周期从概念形成到产品完全报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的需求等。全寿命周期设计并不是设计和生产的简单交叉，它要求在进行产品设计的某一个阶段时要同时进行其后的过程设计，也就是说，必须让设计的全部阶段都要在生产前完成。

全寿命周期设计的最终目的是实现最优。以往的产品设计通常包括可加工性设计、可靠性设计和可维护性设计，而全寿命周期设计并不只是从技术角度考虑这个问题，还包括产品美观性、可装配性、耐用性甚至产品报废后的处理等方面也要加以考虑。

全寿命周期设计对设计人员的要求是相当高的，要求他们不但能够熟练地设计与本人相

关的领域，而且需要他们相互之间能够建立一种良好的协作关系，且彼此能够弄清楚对方的设计。

全寿命周期设计的最重要特点是它的集成性，要求各部门人员分工协作。他们的工作地点是分散的，尤其在计算机技术已经广泛利用到传统工业设计中来的时候，每个工作人员都拥有自己的工作站或终端。要想使工作能快速、协作完成，必须有完善的网络环境和分布式知识库保证工作人员彼此之间的信息传递。

全寿命周期设计是面向制造而言的，它的一切活动都是为了使制造出的产品能够“一次成功”，避免返工。在设计过程中，不仅要考虑产品功能、造型复杂程度等基本的设计特性，而且要考虑产品设计的可制造性。

全寿命周期设计会产生大量的数据和信息，它们都将存储在数据库中。产品数据管理可以保证数据的一致性和共享性，保证最有效地利用企业的各种资源，及早发现错误，缩短产品开发周期。

全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作方式，不仅可以对企业的生产周期、质量和成本进行有效的控制，而且可以形成生产、供销、用户服务一条龙，以此增加市场机制下的企业竞争能力。

(1)缩短产品投放市场时间。全寿命周期设计本身就是一个优化过程，无疑会缩短设计周期，减少再设计工作量。另外在设计阶段，由于与生产有关的方法和计划都已确定，可以同步进行制造准备工作，缩短了产品生产的时间。

(2)提高质量。全寿命周期设计要求同时考虑产品的各项性能和与产品有关的各工艺过程的质量，以达到优化生产、减少产品缺陷和废品率以便于制造维修的目的。

(3)降低成本。全寿命周期设计不同于传统的“反复做直到满意”的思想，而是强调“一次就达到目的”。它强调的不是单纯降低产品生产周期中某一部分的消耗，而是降低产品在整个生命周期中的消耗。全寿命周期设计虽然会提高产品设计阶段的成本比例，但大大减少后续生产、维修成本。当前全寿命周期设计采用的是计算机仿真技术，动态模拟产品及其生产过程，省去了以往的“设计～样品”的反复阶段，减少了无形消耗。

(4)增强市场竞争力。全寿命周期设计在生产前就注意到制造问题，所以产品的易制造性提高，生产成本降低，质量较好，并能迅速推出新产品投放市场，增强市场竞争力。

全寿命周期设计不仅应用于军事，也被民用生产采用。就行业而言，全寿命周期设计已应用于电子、计算机、飞机、机械等行业；就产品而言，已经从简单零件应用发展为复杂系统的应用；从生产批量来看，已从单件和小批量生产的产品发展为大批量生产的产品。

3全生命周期设计技术研究的主要内容

（1）并行设计技术

在并行工程中，最重要的问题是如何处理各个任务间的耦合及协调并行设计群体的活动方式，因此，有效地建立并行工程的模型和优先顺序是并行设计技术发展的突破点。

①支持全寿命周期所有相关信息的产品多重表达模型，建立一个统一的产品模型以支持产品产品的全寿命周期，实现多侧面模型的自动映射；

②多功能设计小组所处理各个任务间的解耦、耦合及协调策略和方法，计算机辅助解耦及协调方法和系统的研究。

（2）面向制造的设计技术

①系统总结面向制造的机械零部件结构设计知识，并在此基础上建立面向挂靠的机械零部件结构设计的专家系统。

②建立面向制造的机械零部件结构信息特征模型;

③建立面向制造机械部件和整机装配设计的专家系统及支持虚拟现实环境装配模型； ④建立面向制造机械部件结构的并行设计支持系统，该系统还应包括企业制造资源库、标准件和外购件库、原材料加工和装配成本库、多计算机并行设计协调系统的评价和决策支持系统等。

（3）全寿命周期设计数据管理技术

①研究支持跨平台数据集成与共享的PDM系统，实现网络上不同平台和系统的真正一体化；

②研究支持全寿命周期的动态模型的数据库和设计过程管理技术； ③研究支持异地流动计算的自治体表达模型及其代理策略。

4.全生命周期设计方法

生命周期设计就是谋求在整个生命周期内资源能源的优化利用，减小或消除环境污染。产品生命周期设计的方法包括以下几个方面的内容。

(1)产品设计面向生命周期全过程。产品设计应考虑从原材料采集直至产品废弃后的处理处置全过程中的所有活动。

(2)环境需求分析应在产品设计的初期阶段进行。在产品设计的初期阶段就应归纳出对

其系统的环境要求，而不是依赖于末端处理，要综合考虑环境、功能、成本、美学等设计准则，在多目标之间进行权衡，做出合理的设计决策。

(3)实现多学科跨专业的合作设计开发。由于生命周期设计涉及生命周期的各个阶段、各种环境问题和环境效应，以及不同的研究对象，如减少废弃物排放、现有产品的再循环、新产品开发及再循环等，所以，产品的设计任务涉及广泛的知识领域。

（4）质量功能部署（Qaulity Function Development QFD）是将用户的需求转变成”质量特性”，并利用系统方法设计出最终满足质量要的产品的一种设计方法学。可以在产品概念设计阶段利用QFD充分考虑产品的环境质量需求,使设计的产品在满足必需的功能时具有良好的环境特性。

(5)传统产品设计时,设计者在进行材料选择时,往往选用高性能或多用途的材料,忽视了材料与环境的关系,而全生命周期设计将环境因素融入到材料选择，考虑的主要因素有材料的产品性能、材料的环保性能、材料的加工性能、材料的性价比以及材料的可获性等。

(6)DFX技术面向产品生命周期的设计技术产品生命周期设计的概念八十年代一经提出，立刻引起了国内外研究者的广泛兴趣，提出了许多D F X设计方法，主要有：面向制造和装配的设计DFMA( Design for manufacture and assembly) 、面向拆卸设计DFD(Design for disassembly)、面向质量设计DFQ( Design for quality) 、面向维修性设计DFMa(Design for maintainability)、面向服务设计DFS( Design for serviceability) 、面向环境设计DFE( Design for Environment) 等等。

这些方法体现了面向产品命周期的思想，分别考虑了产品生命周期中的各种因素，它们不仅是一种设计方法，而且是一种哲理、手段和工具，并不直接产生设计方案，但DFX的应用可以使设计人员在设计的早期阶段尤其是概念设计阶段，就考虑影响产品竞争力的各种价值因素。这些价值因素包括产品的可制造性、可装配性、可测试性、可维性、可回收性和环境友好性等。例如计算机辅助产品设计----CAPD(Computer Aided Packaging Destgn )通过相应的计算机辅助产品设计软件的支持下, 进行产品设计领域的各类创造性设计. 它是以计算机技术为基础的信息时代环境下的产物。与传统的产品设计相比,CAPD 在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化。由于计算机运算速度快、准确度高、存储量大和逻辑推理能力强等,在产品设计过程中代替人工进行计算分析、方案、文件资料管理, 通过人机交互, 能快速准确地实现设计人员的设计思想和构思。

百度搜索“70edu”或“70教育网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，70教育网，提供经典综合文库现代机械设计与制造读书笔记05--14(5)在线全文阅读。