第二章

現代設計技術2新產品開發的重要意義產品是企業的生命線產品滿足消費者的需求，是社會繁榮的標志產品是社會制造技術水平的體現產品也是技術發展的推動力新產品采用新技術原理、新設計構思研制生產的全新型產品，或應用新技術原理、新設計構思，在結構、材質、工藝等任一方面比老產品有重大改進，顯著提高了產品性能或擴大了使用功能的改進型產品。

據有關資料統計，產品設計成本約占產品成本的10％，但卻決定了產品制造成本的70%~80%，在產品質量事故中，約有50%是由于不良設計所造成的。比如飛機水平尾翼的控制螺桿長期磨損失效導致的飛行事故。3新產品開發過程源于市場，歸于市場新產品開發過程涉及企業內部眾多部門，不僅受到企業內部各種因素的影響，同時還要受到企業外部各種條件的制約。這些內部因素包括：企業本身的人員素質、管理水平、技術水平、經濟實力等。外部條件包括：相關技術的現實發展水平，當時當地所能提供的技術手段(材料、元件、設備等)，以及國家的有關政策、法律等。因此，新產品開發是一個技術科學、管理科學、人文科學的綜合作用過程。立邦漆，中國盤龍柱事件“光腳島”賣鞋4立邦公司廣告宣傳事件5現代設計技術概述設計是人類高級而復雜的創造性思維活動，它是運用已有的知識和技術解決問題或創造出新事物以滿足社會需要的一種技術活動，是創造人為事物的科學。現代設計技術是根據產品功能要求和市場競爭(時間、質量、價格等)的需要，應用現代技術和科學知識，經過設計人員創造性思維、規劃和決策，制定可以用于制造的方案，并使方案付諸實施的技術。

涉及范圍相關支撐科學技術系統工程技術虛擬現實技術人工智能技術多媒體技術數據標準與接口技術數據庫技術人機工程學設計方法學決策支持系統計算機網絡技術6傳統設計技術的繼承和發展，多專業和多學科交叉，綜合性技術。現代設計技術靜態、經驗、被動、手工傳統設計技術7主體技術基礎技術支撐技術應用技術傳統設計理論與方法各產品領域知識與技術計算機輔助設計技術現代設計方法學可信性設計技術設計試驗技術相關學科與技術先進制造工藝材料科學自動化技術系統管理技術自然科學政治經濟文化社會科學市場營銷學……….現代設計技術體系結構8現代設計技術體系結構基礎技術傳統的設計理論與方法，特別是運動學、靜力學與動力學、材料力學、結構力學、熱力學、電磁學、工程數學的基本原理與方法。是現代設計技術的堅實的理論基礎，是現代設計技術發展的源泉。主體技術—CAD支撐技術現代設計方法學平行設計、系統設計、功能設計、模塊化設計、價值工程、質量功能配制、反求工程、綠色設計、模糊設計、面向對象的設計（DFX），工業造型設計等。可信性設計主要包括：可靠性設計，安全性設計、防斷裂設計、疲勞設計、防腐蝕件設計、減摩和耐磨損設計、動態分析與設計、健壯設計、耐環境設計、維修性設計和維修保障設計、人機工程設計等。設計試驗技術產品性能試驗、可靠性試驗、環保性能試驗與控制、數字仿真試驗和虛擬試驗應用技術針對實用目的解決各類具體產品設計領域的技術，如機床、汽車、工程機械、精密機械的現代設計內容，可以看作是現代設計技術派生出來的豐富多采的具體技術群，促進了產品質量與性能的提高。9…方法維產品規劃方案設計技術設計施工設計分析綜合評價決策時間維邏輯維可靠性設計優化設計

模塊化設計

現代設計技術的三維特點10產品規劃--需求分析、市場預測、可行性分析、總體參數、制約條件和設計要求；方案設計--功能原理設計，確定原理方案；技術設計--將產品的功能原理具體化為機器產品及其零部件的具體結構；施工設計--指工程圖繪制，工藝文件編寫，說明書編寫等。現代設計技術的時間維11分析--明確設計任務本質；綜合--綜合各種因素，探求解決方案；評價--對多種方案進行比較和評定，方案調整和改進；決策--確定最佳的設計方案現代設計技術的邏輯維12現代設計技術發展趨勢與未來核心因素質量、時間、成本（T,Q,C）1314現代設計技術發展趨勢與未來設計過程數字化(CAD)并行設計集成地、平行地處理產品設計制造及其相關過程的系統方法。特征：信息資源共享，即時交互、協同。協同設計不同的設計人員之間，不同的設計組織之間，不同部門的工作人員之間，均可實現資源共享，實時交互，協同參與，合作設計。以提高設計效率，避免不必要的重復性工作。面向環境與生態的綠色設計綠色材料綠色能源綠色設計（可回收）綠色制造綜合智能優化設計基于知識的人工智能建模和尋優引入新的數學方法和理論依托多媒體虛擬現實技術建立人機一體化智能綜合優化技術體系15CAD技術簡介新產品設計要求概念設計產品模型描述分析計算和仿真設計結果滿意否？詳細設計工程數據庫產品數據模型圖紙及有關文件CAPP、CAD圖形終端及交互設備人機交互市場預測YNCAD技術流程圖1需求分析2問題定義3綜合設計4分析、優化5評價6表示7幾何造型8工程分析1需求分析2問題定義3綜合設計4分析、優化5評價6表示9產生設計結果并評價10自動繪圖CAD系統的組成

實時輸入輸出裝置

圖形顯示終端圖形輸入設備主機

外存數據庫程序庫圖形庫

輸入設備

數字終端數字終端數字終端

外圍設備

硬拷貝裝置打印機硬拷貝裝置磁帶機磁帶機紙帶穿孔機繪圖機數控機床CAM20外存儲器磁帶磁盤優盤計算機（主機）通訊接口輸入設備鍵盤、數字化儀、光筆、鼠標器圖形顯示器設備字符終端圖形顯示器輸出設備打印機自動繪圖機21零件造型、產品裝配產品渲染、動態顯示、運動仿真工程分析，如有限元分析、優化設計、可靠性設計繪制工程圖樣、編制物料清單（BOM)計算機輔助設計的基本概念CAD技術主要功能22計算機的支持和參與

利用計算機信息存儲、邏輯推理、長時間重復工作、快速精確的計算等能力和特長，提高產品設計效率和質量；設計者的主導作用

計算機不可能完全取代人進行設計作業；主要輔助完成技術設計

不可能也沒有必要涉及產品設計的所有環節。CAD技術特征20世紀50年代－CAD技術的萌芽期

1950：圖形顯示設備；1958：滾筒式繪圖儀、平板繪圖儀20世紀60年代－CAD技術的成長期

SketchPAD圖形系統；CADAM、GRAPHIC1軟件系統；60年代末美國安裝的CAD工作站已達200多臺套20世紀70年代－CAD技術的發展期線框模型、曲面模型成熟；各種CAD功能模塊基本形成20世紀80年代－CAD技術的普及期

PC微機、工作站CAD系統得到廣泛使用；實體建模成熟；1988年美國CAD系統達63000套

20世紀90年代－CAD技術集成化期

計算機輔助設計技術的發展24

線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，為兩表結構；

表面模型：以表面描述形體方法，為三表結構；

實體建模：能完整表示三維的幾何信息和拓撲信息，有掃描表示法、邊界表示法、構造實體幾何法等結構形式；

特征造型：以具有工程語義的各類特征來定義描述形體的方法，便于CAD/CAM技術的集成。計算機輔助設計的關鍵技術產品的造型建模技術25單一數據庫：與設計相關數據來自同一數據庫，實現產品相關性設計，提高設計質量，縮短開發周期。相關性設計：任何設計改動，都將及時反映到其它相關環節上。如：零件圖-產品裝配圖-零件數控程序-二維工程圖；左視圖-主視圖-俯視圖-三維實體模型；

單一數據庫與相關性設計NURBS（Non-UnifromRationalB-Splines）可統一自由曲線/曲面和規則曲線/曲面的數學模型，簡化系統結構，有利于曲線、曲面操作和修改。NURBS曲面造型技術26CAD與CAX集成涉及建模技術、工程數據管理、數據交換接口等技術。包括如下集成：①CAD/CAE/CAPP/CAM--工程設計領域集成；②CAD/ERP--與管理系統集成；③

異地、異構系統企業間CAD集成，如全球化設計、虛擬設計、虛擬制造及虛擬企業等。CAD與CAX集成技術目的：支持異構、跨平臺的工作環境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)原始圖形交換標準；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)產品數據模型交換標準。標準化技術27計算機輔助產品的概念設計難題：建模和推理計算機支持的協同設計難題：信息實時可靠交換；異構環境下可靠運行；通訊方法與手段海量信息處理存儲、管理和檢索技術

智能CAD技術：將人工智能技術與CAD技術融為一體，難題：解決人類思維模型建立和表達CAD與虛擬現實（VR）技術的集成

VR向設計者提供視覺、聽覺、觸覺等直觀、自然、實時的感知，目前VR所需軟硬件價格昂貴，技術開發難度大計算機安全技術保密，防病毒感染計算機輔助設計的研究熱點28優良性能設計基礎技術可靠性設計系統動態設計摩擦學設計優化設計29可靠性設計二次大戰美國空軍由于故障而損失飛機達21000架，比被擊落的飛機多1.5倍。可靠性是由美國航空部門提出，到了20世紀50年代電子產品平均使用失效率達到了1×10－10-1×10－12（1/h）水平。60年代末建立了以強度－應力為基礎的機械產品可靠性模型。目前，機械產品的可靠性設計已趨成熟。大飛機安全嗎？國產大飛機安全性能如何？經測算，人在各種最精密的儀器間工作出錯的概率是10的-6次方，也就是每百萬飛行小時會有一次人為失誤，由于這個人為的失誤，會釀成飛機的故障甚至災難。C919副總設計師黎先平介紹，在飛機制造環節，中國商飛的要求比這個數更苛刻。在關鍵的核心技術上，商飛要求防出錯概率達到10的-9次方，最高的地方，也就是有可能造成機毀人亡的重大項目是10的-11次方，達到每千億個小時的保障。3031理論基礎——概率統計學可靠性的概念產品在規定條件下和規定時間區間內，完成規定功能的能力,當用數值來表示時，就稱為可靠度。可靠性設計就是在滿足產品功能、成本等要求的前提下，使產品可靠地運行的設計過程。它包括確定產品的可靠度、失效率、平均無故障的工作時間(平均壽命)系統的可靠性設計建立可靠性模型串聯、并聯、混聯、備用冗余系統可靠度預測可靠度分配32可靠性設計的主要內容故障機理和故障模型研究

研究產品元件材料老化失效機理，掌握老化規律，揭示影響老化因素，建立失效機理模型。可靠性試驗技術研究

試驗是取得可靠性數據主要來源，發現產品設計和研制階段的問題，恰當的試驗方法有利于保證和提高產品的可靠性，能夠節省人力和費用。可靠性水平的確定

制定相關產品的可靠性水平等級，為產品的可靠性設計提供依據。33產品的工作能力

產品完成規定功能所處的狀態；可靠度產品在規定條件下和規定時間區間內，完成規定功能的能力,當用數值來表示時，就稱為可靠度R(t)，可靠度愈大，工作愈可靠，0≤R(t)≤1；失效率

表示產品工作到某一時刻后，在單位時間內發生故障的概率λ(t)，失效率愈低，產品愈可靠。平均壽命不可修復產品--發生失效前的工作時間（MTTF）可修復產品--相鄰兩故障間工作時間（MTBF）可靠度的許用值災難性的：R（t）→1

經濟性的：損失重大時：R（t）>0.99

損失不大時，R（t）>0.90

無后果：R（t）<0.90可靠性設計的常用指標34典型的失效率曲線350g(y)f(x)x，y強度f(x)應力g(y)h(z)μZz>00zRPFz<0

設零件所受應力為Y，零件強度為X，須滿足：

Z＝X-Y≥0概率密度分布曲線如圖示，其干涉區即為零件可能失效區域，干涉區越小，可靠性越高。應力強度可以從廣義上理解，即外部條件和內在基礎都存在著分布關系。可靠度R=P(X-Y≥0)

機械零件可靠性設計3612n-1n

N個元件組成的串聯系統的可靠度RS：串聯系統：只要一個元件失效，系統就不能完成規定功能例:若R1=0.99,R2=0.90,R3=0.85,則：

RS=R1*R2*R3=0.99*0.90*0.85=0.757串聯系統的可靠度比系統中最不可靠的元件可靠度還低系統的可靠度計算3712┋n并聯系統：只有所有元件全部失效情況下整個系統才失效并聯系統可靠度計算：若R1＝R2＝…＝Rn＝R時，則：RS＝1－（1－R）n例如：Ri=0.95,n=5時，則Rs=1-(1-Ri)n=1-(1-0.95)5=0.999999687538混合系統：由串聯系統和并聯系統組合而成。可靠度計算方法：先將并聯單元轉化為一個串聯單元，然后串聯系統計算。例：行星輪機構，3個行星輪2為并聯系統，則系統可靠度：Rs=R1?R222?R3=R1?[1-(1-R2)3]

?R3394041中國大量生產先進HQ-9地對空導彈(2009.12.10)當前現代化地對空導彈系統已經成為了一種強大的區域封鎖武器。一些地對空導彈可執行搜索及追蹤、制導及攻擊任務，另外一些則可移至新位置，阻斷敵軍的有效進攻。通常這些地對空導彈系統都由網絡相連，它們能夠使用不同頻率識破目標的“隱形”設計。此外，由于配備有冗余元件，因此即使敵軍足夠幸運地破壞了該系統的一個元件，其他元件便會立即進行補充。地對空導彈是一款速度快、高空飛行且能夠進行致命打擊的武器，它配備有先進制導系統，并具備很強的抗電子干擾能力。42解放軍紅旗-9遠程防空導彈43“長征2F改”大量采用冗余技術“天宮一號”無論是重量、還是體積，與之前發射“神舟”系列飛船都有一定的不同。如何保證“天宮一號”順利發射升空，并成功將其送入指定軌道？酒泉衛星發射基地發射場測試站副總工程師、火箭指揮員周曉明透露，為適應“天宮一號”的發射，ZC-2F運載火箭技術改進達176項之多，并首次采用冗余技術以保證火箭運行的安全和可靠性。“冗余技術”是系統備份技術，就是在火箭的關鍵設備上裝置2-3個計算機控制系統，當系統出現問題時，啟用備份系統可提高火箭的運行安全性和可靠性，運載火箭大量采用了冗余技術。44等分配法：是將系統中的所有單元分配以相同的可靠度，計算簡單，但未考慮各單元各自特征

串聯系統：若系統可靠度為RS，各單元可靠度均為Ri，則：并聯系統:RS＝1－（1－Ri）nRi=1-(1-Rs)1/n系統可靠性分配45按相對失效率分配：

使每個單元允許失效率正比于預計失效率。分配步驟：獲取各單元預計失效率；由單元預計失效率計算每一單元分配權系數；計算出各單元的容許失效率。46系統動態設計概述動態設計是對結構動態特性，如固有頻率、振型、動力響應和運動穩定性等進行分析、評價與設計，謀求結構系統在工作過程中，受到各種預期可能的瞬變載荷及環境作用時，仍然保持良好的動態性能與工作狀態。舉例風載下、齊步走的橋梁斷裂建筑物的抗震設計低溫下的輪船斷裂（Titanic號）賽車的氣動外形設計（根據具體賽道情況設計）南京長江大橋的屢次維修方法建立可靠的數學模型，借助電子計算機技術，采用先進的科學計算方法，以實驗數據為依托，全面分析研究機械結構系統在預期可能的各種載荷與周圍介質作用下，力與運動、結構變形、內部應力以及穩定性之間的關系；據此調整結構參數，確保機械結構系統在實際工作運行中，具備優良的動態性能、足夠的穩定裕度、良好的工作狀態。47系統動態設計方法傳遞函數分析法不必求解微分方程就可研究初始條件為零的系統在輸入信號作用下的動態過程，同時還可研究系統參數變化或結構參數變化對動態過程的影響，因而使分析和研究過程大為簡化。另一方面，還可以把對系統性能的要求轉化為對系統傳遞函數的要求，把系統的各種特性用數學模型有機地結合在—起，使綜合設計易于實現。模態分析法將一個多自由度振動系統的固有特性，用一系列所謂模態參量來表達，這些參量的關系就形成了系統的傳遞函數。一個具有n個自由度的振動系統，將有一個n階的傳遞函數矩陣。用實驗和其他數據處理(如有限元方法)手段找出該系統特有的模態參量或傳遞函數，并用以對系統的動態性能進行分析、預測、評價和優化，這種處理問題的方法就叫作模態分析法。模態綜合法48摩擦學設計概述摩擦學(Tribology)是研究相互運動、相互作用表面的摩擦行為對于機械及其系統的作用，接觸表面及潤滑介質的變化，失效預測及控制的理論與實踐。它是以力學、流變學、表面物理與表面化學為主要理論基礎，綜合材料科學、工程熱物理科學，以數值計算和表面技術為主要手段的邊緣學科。它的基本內容是研究工程表面的摩擦、磨損和潤滑問題。摩擦學研究的目的在于指導機械及其系統的正確設計和使用，以節約能源和原材料消耗，進而達到提高機械裝備的可靠性、工作效能和使用壽命的目的。

49摩擦學設計是運用摩擦學的理論、方法、技術和數據，將摩擦和磨損減小到最低程度，從而設計出高性能、低功耗、具有足夠可靠性及合適壽命的經濟合理的新產品。全世界約有1／2—1／3的能源以各種形式消耗在摩擦上大約有80％的機械零件由于各種磨損導致失效據不完全統計，我國冶金礦山、農機、煤礦、電力和建材等五個行業，每年因磨損報廢或更換的備件達100多萬噸。充分利用摩擦學知識，所節約的費用大致可占到國民經濟總產值的1.1％~1.8％，其所需投資僅占所得效益的2％。應用超聲馬達軸承設計50摩擦學設計簡介流體動壓潤滑彈性流體動壓潤滑流體靜壓潤滑邊界潤滑摩擦理論：滑動摩擦、滾動摩擦機理，摩擦力的動態特性磨損理論：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損、氣蝕磨損和沖蝕磨損(水滴石穿)機理等。技術現狀及發展趨勢51優化設計概述工程中的優化設計，是在考慮諸多影響因素的條件下，以得到最佳設計方案，獲得最佳設計參數值的設計過程。分類方案設計參數優化優化設計的數學模型目標函數設計變量約束條件優化算法的基本思想搜索、迭代、逼近采用數值算法常用優化方法優化設計基本步驟舉例52按目標函數數量：單目標優化和多目標優化按設計變量數量(n)：

n=2-10小型優化

n=10-50中型優化

n>50大型優化按約束條件：無約束優化和有約束優化；求解方法：準則法、數學規劃法線性規劃、非線性規劃和動態規劃。

優化問題的分類53

優化設計數學模型目標函數：

minF（X）設計變量：

X=[x1,x2,…,xn]T

設計約束：

gu(x)≤0u=1,2,…,mhv(x)=0v=1,2,…,p<n

g（X）=0g（X）>0g（X）<0非可行域可行域x1x2054常用優化求解方法遺傳算法神經網絡法常用優化求解方法

一維搜索法黃金分割法多項式逼近法無約束非線性規劃算法間接法梯度法（最速下降法）牛頓法（二階梯度法）DFP變尺度法直接法Powell法（方向加速）單純形法有約束非線性規劃算法直接法網格法隨機方向法復合形法間接法拉格郎日乘子法罰函數法可變容差法

56優化設計步驟設計對象的分析設計變量和設計約束條件的確定目標函數的建立合適的優化計算方法的選擇優化結果分析57優化設計步驟

58方案設計是根據產品總的功能要求，創造出相應的原理方案來。方法功能分析法通過將總功能分解為相互獨立的功能元，對于每一個功能元列出所有可能的可行方案，再按一定的規則將這些元方案組合起來形成總方案，然后對這些總方案進行篩選和評估，最后確定實現總功能的最佳總體方案可由計算機輔助完成創造性思維法59圓柱面的加工方案總體方案車削，磨削，拉削，套料鉆，拉拔，滾壓車削方案設計母線：主軸回轉導線：刀架直線運動齒輪、齒條，絲杠、螺母，四連桿，曲柄滑塊，凸輪，帶輪，鏈輪，液壓、氣動等60如圖對稱兩桿桁架：

2P＝300KN，2L＝1500mm，H＝900mm，

E＝2.1×105N/mm，ρ

＝7.85×103Kg/m3，

σs＝350N/mm2，D＝25-60mm、B＝3-8mm。求解：滿足強度前提下桁架重量最輕時的管徑D及壁厚B。優化設計舉例61設計變量：確定目標函數：62①強度約束條件—壓應力不大于屈服極限σs：

②穩定性約束條件—壓應力不大于壓桿穩定的臨界應力σk：

③邊界約束條件——限制尺寸取值的約束條件：

確定約束條件求解結果：B=4mm,D=44.4mmW=10.26Kg63創新設計技術快速響應設計技術智能設計技術仿真與虛擬設計技術工業設計技術競爭優勢創建技術64創新設計技術概述無重要新技術，但在形式上翻新含有（開發了）新技術創新與設計思維創造性思維形式直覺思維（靈感）邏輯思維根據所提出的創造目標，進行邏輯推理式的思維，把目標展開、分解和綜合，尋求各層分目標的解，然后找出最終整體解，用主動的可按部就班的工作方式向目標逼近。創新思維法則外部因素激發創造激情增強信息獲取方式促進知識融合思維形式創新工作方法人的創造力65快速響應設計技術快速響應設計技術提出背景據估計，近30年來出現的新技術、新產品，己遠遠超過了過去兩千年的總和。一種新產品從構思、設計、試制到商業性投產，在19世紀大約要經歷70年的時間，在20世紀兩次世界大戰之間則縮短為40年，戰后至60年代更縮短為20年，到了70年代以后又進一步縮短為5—10年，而到現在許多新產品的更新周期只需2—3年甚至更短的時間。66快速響應工程的含義建立快速捕捉市場動態需求信息的決策機制實現產品的快速設計追求新產品的快速試制定型推行快速響應制造的生產體系從組織形式到技術路線進行變革在企業內部，應改變傳統的以注重規模和成本為基礎建立起來的生產管理系統和組織形式，按照快速響應制造的戰略思想，探索一套全新的組織生產方式。例如將生產部門從以功能為基礎的工序組合改變為以產品為對象的加工單元，并且盡量采用各種先進制造技術手段等等。從面向全局的視野出發，以產品為紐帶，以效益為中心，不分企業內外、地域差異，實行動態聯盟，有效地組織產品的設計、制造和營銷。企業在確定產品目標后，可以只先進行總體設計，即功能設計、方案設計和經濟分析，然后通過公共信息網絡，尋找最佳的零部件供應商和制造商，進行跨地區、跨行業的合作，實行生產資源的優化組合。67快速響應設計關鍵技術重用產品信息資源在新產品的設計、研制和制造過程中，盡量重用已有的信息資源(尤其是機電產品中的成熟零部件)，對于那些確實必須新作的產品信息(如新技術、新結構、新零部件)，也盡量通過先期的開發活動加以創建，實現快速設計。虛擬制造將有關產品制造過程的信息從實際制造過程中抽取出來，依靠計算機的高速大規模信息處理能力，實行由計算機試驗(仿真)、虛擬制造和智能優化組成的一個相對獨立的軟過程，以代替傳統的樣機(模型)制作、實物試驗、反復修正的硬過程，達到在產品正式投產之前，就能通過在計算機上的試驗、改進和優化，迅速完成對產品的性能預測和設計定型。68用變型設計實現快速響應設計的策略

利用成熟產品的設計，利用企業的產品信息資源，最大限度的控制新零件的種類和數量，并在加快整個生產周期的同時，有效地控制成本和保證質量。業務過程重組信息資源重組產品結構重組逆向工程快速響應設計關鍵技術69智能設計技術智能設計提高人機系統中計算機的智能水平，使計算機更好地承擔設計中各種復雜任務，成為設計工程師得力的助手和同事。傳統設計現代設計：部分使用專家系統先進設計設計分類及其與智能設計的聯系常規設計創新設計：迫切需要智能設計的實現智能CAD系統的關鍵技術設計過程的再認識設計知識的表示多方案的并行設計多專家系統協同合作以及信息處理再設計與自學習機制多種推理機制的綜合運用智能化的人機接口和設計過程中人的參與設計信息的集成化70人工智能應用——打造機器人科學家不管按照何種標準，確定大約12個基因在1個酵母細胞中扮演的角色都只能是一項較為“初級”的發現，但如果上演這一發現的并不是人類科學家而是一個機器人，這一發現便是一項重大突破了。2009年4月，威爾士阿貝里斯特威茲大學設計的機器人“亞當”成為第一個能夠在不借助人類智慧情況下上演科學發現的全自動系統。長久以來，機器人便被用于進行各種實驗，它們強大的計算能力曾經幫助科學家完成人類基因組排序工作。與其它同類不同的是，亞當是第一個能夠在沒有人類干預情況下完成從假設到實驗再到重新形成假設這一過程的機器人。亞當的實驗刊登在《科學》雜志上。發明人羅斯·金表示人工智能幾乎擁有無限的科研潛力。在將來的某一天，一臺計算機便可以上演能夠與愛因斯坦狹義相對論相提并論的發現。他說：“我們找不到這種事情為何無法發生的任何內在理由。計算機能夠成為一名出色的象棋選手，也能夠做一些特殊的事情。在我看來，這就是將在科學界發生的事情。”71仿真與虛擬設計技術

以計算機系統為工具，以相似原理、信息技術和控制論為基礎，根據系統實驗的目的，建立實際或聯想的系統模型，并在不同條件下，對模型進行動態運行（實驗）的一門綜合性技術。虛擬現實（VR）：飛行員駕駛系統、汽車駕駛系統仿真與虛擬設計技術發展前景與發展趨勢仿真與虛擬設計技術發展特點仿真與虛擬設計（VirtualDesign）技術逐步融合發展VD與CAD/CAM/CAE密不可分VD與RP技術結合將真正搭起設計與制造的橋梁7273芬蘭公司Senseg的E感覺技術不僅可以讓用戶觸摸屏幕上的圖片，還能感覺到摸的是什么。觸覺象素利用電場和震動，可以模擬從干燥到濕潤，從粗糙到潤滑的大量的質感。從理論上說，這樣的界面可以在小到智能手機，大到銀幕的屏幕上工作。74虛擬手套75工業設計技術概述從解決人造物和人之間的關系問題出發，從工業產品美學的角度來考慮。從人造物與人的關系出發，尤其是從人的需求、市場的需求，從人的生活和工作方式與質量的角度出發，全面提高產品的設計質量，提高產品的宜人性。而不像工程設計那樣，主要是解決人造物中“物與物”之間的關系問題(如機械、設備、交通工具)等。例：老年人用手機技術前沿影響因素：現代技術條件、現代生產條件、現代經濟和市場狀況、現代文化藝術風格、現代社會價值標準技術發展趨勢76全壽命周期設計技術概述全壽命周期設計技術并行設計技術面向制造的設計技術綠色設計再制造技術77全壽命周期設計技術概念

不僅是設計產品的功能和結構，而且要設計產品的全壽命周期，即要考慮產品的規劃、設計、制造、經銷、運行、使用、維修、保養直到回收再用處置的全過程。意味著在設計階段就要考慮到產品生命歷程的所有環節，以求產品全壽命周期設計的綜合優化。所以全壽命周期設計旨在時間、質量、成本和服務方面提高企業的競爭力。技術特點是一個系統集成過程，以并行方式設計產品及相關過程面向制造的設計是其重要組成內容分布式設計環境統一的數據模型，統一的知識表達模式。產品數據管理（PDM）是實現該技術的關鍵應用優點縮短了產品投放市場的時間提高質量降低成本增強市場競爭力78案例汽車召回(RECALL)就是投放市場的汽車，發現由于設計或制造方面的原因存在缺陷，不符合有關的法規、標準，有可能導致安全及環保問題，廠家必須及時向國家有關部門報告該產品存在問題、造成問題的原因、改善措施等，提出召回申請，經批準后對在用車輛進行改造，以消除事故隱患。目前實行汽車召回制度的國家有美國、日本、加拿大、英國、澳大利亞等我國自2004年10月1日正式實施《缺陷汽車產品召回管理規定》。據國家質檢總局缺陷產品管理中心的數據統計，2004年召回32萬余輛；2005年召回6萬余輛；2006年召回34萬余輛。截至2007年11月，國內已累計召回缺陷汽車130萬余輛，涉及45家國內外企業的107種車型，召回次數達103次。792009年，豐田在華兩家合資企業——廣汽豐田、一汽豐田宣布，由于零部件出現缺陷，自8月25日開始，召回部分凱美瑞、雅力士、威馳及卡羅拉轎車，涉及車輛總計688314輛。這是我國2004年實施汽車召回制度以來，數量最大的一項召回。此次召回的車輛分別有：2006年5月15日至2008年12月31日生產的凱美瑞384736輛、2008年5月15日至2008年12月31日生產的雅力士22767輛、2008年2月18日至2008年12月25日生產的威馳35523輛、2007年5月17日至2008年12月25日生產的卡羅拉245288輛。根據召回報告，召回的原因是同一供應商供應給兩家企業的零部件出現缺陷，因駕駛員側的電動車窗主控開關控制模塊在制造過程中潤滑脂涂抹過多，可能導致內部短路，引起開關發熱、熔損，操作時有卡滯感，車窗無法正常升降，極少部分會導致車門內飾板熔損。80并行設計技術(ConcurrentDesign/Engineering)概述

并行設計是一種對產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)進行并行和集成設計的系統化工作模式。其思想是在產品開發的初始階段，即規劃和設計階段，就以并行的方式綜合考慮壽命周期中所有后續階段，包括工藝規劃、制造、裝配、試驗、檢驗、經銷、運輸、使用、維修、保養直至回收處置等環節，降低產品成本，提高產品質量。最重要的問題是如何處理各個任務間的耦合及協調并行設計群體的活動方式，因此，有效建立并行設計模型和優先順序是并行設計技術發展的突破點。

優點使早期生產中工程變更次數減少50％以上產品開發周期縮短40％～60％制造成本降低30％～40％產品的報廢及返工率減少75％8182市場生產準備制造資源準備裝配系統配置原材料準備外協件購買產品制造零件加工部件裝配產品裝配質檢、包裝產品定義產品規劃方案設計結構設計詳細設計生產規劃加工工藝規劃裝配工藝規劃裝配系統規劃過程仿真加工過程仿真裝配過程仿真產品性能仿真產品運行仿真CE開發過程8384858687并行工程的應用實例88并行工程的應用實例某鐵路機車制造(集團)公司原有的產品開發過程是串行的，串行的產品開發過程形成了產品設計、工藝會簽、生產準備、樣機試制、實驗、運用考驗大循環，從而導致的缺陷有：產品開發周期長；產品開發的信息流是單向的，下游的設計結果不能及時反饋給上游進行設計評價和修改，產品設計質量差；產品設計與工藝準備的好壞直接反映在最終產品上，這種大循環不易控制產品質量，造成實物修改次數和產生廢品的可能性增大，從而增加了產品的開發成本。采用并行工程方法可以有效地克服這些缺陷，帶來的諸多益處包括產品開發周期被縮短35%；產品設計修改請求偶爾來自于工藝裝備制造、樣機試制、鑒定性試驗、運用考驗階段，可以降低實物制造、修改次數以及產生廢品的可能性，進而降低產品的開發成本等。

89并行設計的關鍵技術并行環境下的信息抽象與建模技術建立能夠表達和處理有關產品生產周期各階段所有信息的統一的產品模型(STEP，QFD)STEP從多種角度對產品的綜合屬性做出了定義，這種定義遍及了產品的全部生命周期，還包括產品的每個組成部分，能夠對產品在整個生命周期內進行完整一致的描述，它就提供了產品數據在并行設計環境下共享的基礎。計算機輔助設計評價和決策——DFMA與RPM在設計中必須保持產品及零部件功能的獨立性在設計中必須使產品及零部件的信息量為最少

如：使構成產品的零件數量最少，使單個零件的功能盡量多，使裝配方向最少，發展模塊化的設計，使設計標準化，選擇易于裝配的緊固件，在裝配中盡量減少調整，使設計的零件易于定位等等。支持并行設計的分布式計算機環境（協同設計）9091面向制造的設計技術（DFM）概述面向制造的設計DFM(DesignForManufacturing)是全壽命周期設計的重要研究內容之一，也是產品設計與后繼加工制造過程并行設計的方法。在設計階段盡早考慮與制造有關的約束，全面評價和及時改進產品設計，可以得到綜合目標較優的設計方案，并可爭取產品設計和制造一次成功，以達到降低成本、提高質量、縮短產品開發周期的目的。92主要內容零件的可加工性，定性的衡量該零件是否能加工出來，并預估零件的加工成本、加工時間及加工成品率。部件和整機的可裝拆性。零部件加工和裝配質量的可檢測性。零部件和整機件能的可試驗性。零部件和整機的可維修性。零部件及材料的可回收性。

產品成本的70％以上決定于產品的設計技術發展特點經驗方法大多采用少量幾個指標（時間、費用等）來定性評價零件的可制造性，而且僅憑經驗確定權值，不能正確反映零件的可制造性。定量方法一般采用經驗公式評價可制造性，只能近似估計。對系統進行DFM對零件DFM效果更好。應綜合考慮產品的結構工藝性、加工工藝性、裝配工藝性、成本等影響因素，建立全面合理的產品可制造性評價體系。9394面向制造的設計技術（DFM）關鍵技術計算機輔助概念設計(CACD)產品可制造性模型及其評價方法的研究：可制造性相對于一定的制造資源(加工設備、刀具、夾具、量具)而言并行設計過程建模，本質是反復迭代的過程設計試驗技術技術發展突破點系統總結面向制造的機械零部件結構設計知識，建立面向制造的機械零部件結構設計專家系統建立面向制造的機械零部件結構信息特征模型建立面向制造的機械部件和整機裝配設計的專家系統建立面向制造的機械部件結構的并行設計支持系統95案例梟龍戰機的研發過程96定義綠色產品是指以環境和環境資源保護為核心概念而設計生產的可以拆卸并分解的產品。其零部件經過翻新處理后，可以重新使用。綠色產品從生產到使用乃至回收的整個過程都符合特定的環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，以及利用資源再生或回收循環再用的產品。對資源利用率最高，對能源消耗最低。內涵優良的環境友好性。產品從生產到使用乃至廢棄、回收處理的各個環節都對環境無害或危害甚小。這就要求企業在生產過程中選用清潔的原料，清潔的工藝過程，生產出清潔的產品；用戶在使用產品時不產生環境污染或只有微小污染；報廢產品在回收處理過程中產生的廢棄物很少。

最大限度地利用材料資源。綠色產品應盡量減少材料使用量，減少使用材料的種類，特別是稀有昂貴材料及有毒、有害材料。這就要求設計產品時，在滿足產品基本功能的條件下，盡量簡化產品結構，合理使用材料并使產品中零件材料能最大限度地再利用。最大限度地節約能源。綠色產品在其生命周期的各個環節所消耗的能源應最少綠色產品設計技術97可持續發展的概念及內涵

人類應享有以與自然相和諧的方式過健康而富有生產成果的生活的權利，并公平的滿足今世后代在發展與環境方面的需要。98綠色壁壘案例在美國，西歐主要國家以及日本之間，展開了建立汽車貿易壁壘的新較量，這標志著世界汽車三大市場之間的貿易摩擦又將升級。

由于日本轎車在美國和歐洲市場上長期受到顧客的歡迎，日本轎車在美歐市場的份額是美歐企業在日本市場份額的幾倍。歐盟試圖通過制訂和實施新的汽車排放標準來限制日本汽車在歐洲市場的增長。新的環境保護標準要求，到2008年。歐洲市場銷售的所有轎車的二氧化碳排放量要比1995年下降25%，這無疑是沖著日本和韓國企業而來的。對此，韓國的汽車企業認為"在技術上難以達到"而反對；日本汽車工業協會則表示"與歐洲企業共同努力"。但是不明確表示保證屆時達標。歐盟準備在各成員國一致通過新的排放標準之前，先拿日本和韓國企業開刀，即首先強制要求日韓企業先達標，否則不能向歐洲市場出口。據分析，由于在歐洲市場上，從日本進口的轎車以高級休閑車和大型轎車為主，其平均的二氧化碳排放水平比歐洲當地生產的車要高出近10%。若要達標，日本車就要平均減少31％以上的二氧化碳排放量。99綠色壁壘案例日本政府也不示弱，在1999年3月19日，日本政府與歐盟就汽車廢氣排放標準談判破裂后，日本立即采取了針鋒相對的策略：實施“歧視性”《節能修正法》新法案。在1999年4月l日實施的該法案規定，到2010年，在日本市場上銷售的不同質量和用途的汽車必須達到相應的節能標準，以減少汽車的廢氣排放。具體規定是：兩人（按110千克計）乘坐時總質量在1000千克以下的汽油轎車，到2010年要比1995年的相當車型節能17.7%；同期1000~1249克的轎車，要節能25.7%；1250~1499千克的轎車，要實現30%以上的節能；1500~1749千克以上的轎車，到2010年要1995年分別實現節能24％和9.7％。由于美國和歐洲生產的轎車在日本市場有近90%屬于1250于克以上的范圍，即幾乎所有的美歐轎車都要在日本市場上受到更加嚴格的節能要求；而日本車在國內市場由于主要是輕型和微型車，因此受此修正法案的影響就沒有外國企業那樣大。

美國政府向世貿組織提交了一份意見書，該意見書指出，日本單方面提高汽車節能標準是直接阻礙國外汽車進口的不正當行為。要求世貿組織正式調查。100綠色設計綠色產品設計的主要內容及評價標準綠色產品設計的概念及其評價標準在市場層面上的標準：產品在使用過程中用少量能源和資源且不污染環境，使用后可以易于拆卸、回收和翻新或能夠安全廢置并長期無慮。綠色產品設計的主要內容及方法材料的選擇與管理可回收性設計可回收材料及其標志可回收工藝與方法可回收性經濟評估可回收性結構設計可拆卸性設計成本分析設計數據庫綠色產品設計特點綠色產品設計關鍵技術

101綠色產品設計特點在產品整個生命周期內，優先考慮產品環境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等），并將其作為設計目標，在滿足環境目標的同時，保證產品應有的基本性能、使用壽命、質量等。102綠色產品設計關鍵技術面向環境的設計技術(DFE)在產品的整個生命周期內，以系統集成的觀點考慮產品環境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性和人身健康及安全性等）和基本屬性，并將其作為設計目標，使產品在滿足環境目標要求的同時并保證應有的基本性能、使用壽命和質量等。面向能源的設計技術用對環境影響最小和資源消耗最少的能源供給方式支持產品的整個生命周期，并以最少的代價獲得能量的可靠回收和重新利用的設計技術，從而全面指導、優化產品設計過程。面向材料的設計技術人機工程設計技術依據人的心理和生理特征設計產品，使之符合人的使用要求，改善環境，優化人機系統，使之達到最佳配合，以最小的勞動代價獲取最大的經濟成果。103歐洲最大的太陽能電站104阿爾梅利亞PsA太陽能熱發電站105全球最大太陽能辦公大樓亮相山東德州106挪威啟用世界首個漂浮式風力發電站107懸在貨輪上方的巨型高科技風箏提供輔助動力。108太陽能飛機109110面向材料的設計技術傳統設計的缺點所用材料種類繁多較少考慮材料的加工過程及其對環境的影響較少考慮材料報廢后的回收處理切屑較少考慮所用材料本身的生產過程火箭燃料以材料為對象，在產品的整個生命周期（設計、制造、使用、廢棄）中的每一階段，以材料對環境的影響和有效利用作為控制目標，在實現產品功能要求的同時，使其對環境污染最小和能源消耗最少的設計技術。111馬自達開發汽車內飾用生物塑料(2006.5)據日經BP社報導，馬自達為汽車內飾專門開發了一種外觀品質、強度、耐熱性俱高的生物塑料。這種生物塑料采用玉米和石油為原料，前者占88%，后者占12%；生成后的生物塑料主要成分為聚乳酸。與以往的生物塑料比較，新開發的生物塑料耐沖擊性高出約3倍，耐熱性提高約1/4，可以用來制造很薄的產品。可以注塑成型，因此可以量產。此外，生產這種生物塑料的過程耗能量僅為聚丙烯的30%。中國室內裝飾協會室內空氣監測中心曾對200輛車進行檢測，結果發現，若參照室內空氣質量標準，近90%的汽車都存在車內空氣甲醛或苯含量超標問題，而且大部分車輛甲醛超標都在五六倍以上。車內空氣污染主要來自于皮革、紡織品、塑料配件、膠合劑等內裝飾材料，它們散發出的苯、甲醛、二甲苯等有毒氣體，對人體肝、腎、呼吸系統、造血器官、免疫功能等會造成嚴重危害。我國于2012年3月開始正式實施《乘用車內空氣質量評價指南》，目前實施的《乘用車內空氣質量評價指南》明確規定了車內空氣中有關苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8種常見的車內揮發性有機物濃度的限值。而我們平時所說的車內空氣污染，大多是指上述這8種物質。112113波音787面向未來設計的材料主要的突破性材料技術是更多地使用復合材料，占機身總重量的50%，其中最引人注目的是復合材料機身。復合材料并不是一種新材料，但波音是第一家將復合材料制造方法運用到先進水平的大型民用噴氣運輸機制造商。114再制造工程定義以機電產品全壽命周期設計和管理為指導，以廢舊機電產品實現性能跨越式提升為目標，以優質、高效、節能、節材、環保為準則，以先進技術和產業化生產為手段，對廢舊機電產品進行修