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1、本科生毕业设计（论文）开题报告论文题目： 机械类产品快速设计方案选择与优化 学 院： 机械工程学院 专业班级： 工业工程0901 学生姓名： 隋双武 指导教师： 刘巍巍 开题时间： 2009 年 3 月 日机械类产品快速设计方案选择和优化快速设计(Rapid Design;RD）也称快速响应设计(Rapid Response Design; RRD)、敏捷设计(Agile Design)。快速设计技术是当前市场在对产品多样化、瞬变性等需求的形势下提出并发展起来的。当前国际市场需求快速变化的特点和21世界更加个性化的市场趋势，是产品投放市场的时间日益成为决定产品竞争力的重要因素，促进了快速设计技
2、术的发展。1992年6月，在CIRP国际会议上正式提出并行工程技术1，在此基础上发展成旨在缩短设计周期的快速设计技术2(Rapid Design Technology;RDT)。美国AUTOFACT96以“快速设计与制造”为主题进行了专题讨论3，同时，各国纷纷掀起了“快速设计”理论、方法和研究的热潮。1998年，我国机械工程科学基金会开始对“快速设计”进行立项，一些大学与研究机构开始了对“快速设计”理论的研究。产品快速设计是一种新的哲理，与计算机集成制造(CIM)，精良工程(LP)，并行工程(CE)和敏捷制造(AM)相比，产品快速设计与制造的主要目的是缩短产品的设计周期，提高产品设计质量，以及
3、提高企业对市场的快速响应能力。与CIM、LP等不同，产品快速设计与制造并没有将其问题的范围扩大到企业的整个生产领域，而只是将重点放在缩短产品的设计开发周期上，尤其是总体结构和工艺设计方案阶段，以提高产品一次开发成功和快速响应市场的能力。1课题研究的目的和意义1.1课题研究的意义快速设计是当今企业迫切需要解决的关键技术。系统研究机械产品快速设计的理论、方法和技术及其相应的软件开发平台，使企业建立产品创新和快速设计/制造的影响机制，是我国制造业迫切需要解决的首要关键技术问题。对增强企业市场竞争力、提升产品设计的科技含量具有重要意义。快速设计方法和工具平台可以广泛应用于机械产品的快速设计方案设计，显
4、著提高设计速度和设计效率，增强制造企业对市场的快速响应能力，具有重大的经济和社会效益。提高机械产品信息描述模型的完备性和连续性，使产品开发的关键环节都建立在通用的产品信息模型基础上，对于现代制造企业具有重要的意义。1.2课题研究的背景随着全球经济的一体化进程的加快以及中国加入WTO多年这一现实，我国的制造企业不仅要承受国内市场的激烈竞争，而且还要面临国外同类产品的猛烈冲击。制造企业为提高自身竞争力扩展企业生存空间，必须不断增强创新能力、缩短交货周期、提高用户化程度，同时又要降低成本，保证质量级提高良好的售后服务。产品需求的多样化、复杂化，产品生命周期的缩短以及产品市场的全球化，迫切要求产品设计
5、和制造以最快的速度、最高的质量、最低的成本和最好的服务来适应多变的市场需求，所以制造业的竞争也是围绕时间、质量、成本和服务的竞争4。2课题研究的现状和未来发展趋势2.1国内外研究的现状产品快速设计是先进制造技术发展的产物，是计算机辅助设计与制造技术的发展和延伸，它涉及到并行工程、产品数据管理PDM技术，专家系统、集成建模、优化设计、网络技术以及价值工程和生产工程技术等。快速设计的理论和方法主要有数字化设计、网络化协同设计、模块化设计、智能化设计等。目前，国际上针对快速设计的并行设计技术、快速原型技术、系列化模块化技术和虚拟制造技术等发展较为迅速。(1) 模块化设计技术模块化设计的概念5在20世
6、界50年代有欧美一些国家正式提出，随后得到了越来越广泛的关注和研究6-8。模块化设计方法目前已经在机械、电子、建筑等行业得到了广泛的应用9。Erixon G.10-11等提出了子功能执行模块成为独立模块的11个条件，作为模块化设计中模块划分的通用原则，并建立模块识别矩阵(MIM)，据此对各功能载体进行聚类。P.GU12等提出了一种面向产品生命周期工程多目标（易于回收性、可升级、可重复使用、重构等）的模块划分方法，在进行功能结构分析时使用模糊数学中权重的概念，为模块划分从定性转向定量提供了依据。(2) KBE技术KBE方法通过重复性过程的自动化吃力来压缩产品开发周期，它特别有利于客户化或变形设计
7、的自动化处理。从而使设计人员从重复繁琐的工作中解放出来，集中精力去处理更有创造性和富有成效的工作。(3) 基于多智能体系统的协同设计加拿大Calgary大学研究的MeteMorph13-17将智能制造系统以中介器(Mediator)为中心构造成联邦是的多智能体系统结构。其中Agent用于表示制造设备、产品或加工的工件，Agent通过与Mediator的连接加入整个制造环境，Mediator则用于Agent之间的交互和协调。文献1819提出了一种为了满足分布式协同制造网络运营过程中动态特性的要求，采用MAS技术和数据仓库技术的协同制造网络体系。研究了协同制造网络环境MAS的组织结构，建立协同制造
8、网络中MAS系统模型，规划了上层Agent联邦来执行系统功能。2.2未来发展趋势随着全球经济一体化和产品市场全球化的发展，现代产品设计制造体呈现出信息化、数字化、快速化等发展趋势。以计算机技术为核心的现代设计过程推动了产品开发生产手段从“手工”向“自动”的转变，CAx技术的出现和发展显著提高了产品设计生产效率。产品信息表示方式上则实现了从“二维”向“三维”的转变。三维产品信息模型的广泛应用，是产品模型表示的数据量越来越大，不仅包含产品的外形、尺寸的几何信息，还可以包括分析、加工、材料、特性等数据。通过国内外对产品快速设计方法的研究现状，未来产品的设计方法将从以下几个方面进行。2.2.1模块化产
9、品设计基于模板的设计思想最早应用于计算机应用软件，以办公自动化软件为典型，二将模板技术应用于工程设计领域20是近几年逐步发展起来的，目前在建筑、机械、图像处理等领域有所应用。实现模板化产品设计的关键技术是建立数字化产品信息模型21、标准化数据库建设。产品开发过程中的每一步存在的信息流需要一个信息载体，这些信息可在设计模板中定义，通过设计模板，可了解设计过程前后的各种信息。2.2.2标准化设计平台建设目前，我国产品生产企业众多，但产品标准化程度较低，带来的直接问题是零部件互换性差、维修难度大、市场开阔困难。在国外产品的标准化带来的直接效益是产品的设计时间和生产时间缩短的30%50%，产品具有显著
10、的竞争优势，同时提高了产品的安全性。在实施标准化的基础上，通过数字化产品设计信息平台，建立包括产品标准价库、常用部件库、产品实例库、功能原理库、模板库及图形符号库等信息资源库。3研究主要方法及研究重点随着全球经济一体化进程的加快，信息时代的制造企业其生产、经营和管理模式都发生了深刻的变化。针对当前激烈的市场竞争环境下，现代制造企业必须提高设计生产效率、加快产品上市时间和降低生产成本的迫切需求，对产品完整生命周期内的信息共享与应用技术进行了充分的研究。3.1研究方法一、并行设计并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员
11、一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。并行设计作为现代设计理论及方法的范畴，目前已形成的并行设计方法基本上可以分为两大类:(l)基于人员协同和集成的并行化。就是把组成与产品方面有关的，针对给定设计任务的专门的、综合性的设计团体(企业)协同起来。(2)基于信息、知识协同和集成的并行化。该方法基于计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改各零部件的设计模型，
12、直至整个机电产品完成为止。可以采用面向制造(DFM)和面向装配(DFA)的设计方法，涉及CAX技术、产品信息集成(PDM)技术以及与人员协同集成有关的信息技术。二、模块化设计结构模块化设计主要是以功能化的产品结构为基础，分解现有的产品，在分解中考虑到各个要素的可行性，从而在早期就预测到设计中可能会出现的矛盾，提高设计的可行性和可靠性，降低产品的成本。三、计算机辅助设计机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多
13、。计算机辅助设计的过程,首先进行功能设计,选择合适的科学原理或构造原理,然后进行产品总图的初步设计、产品选型和外型的初步设计;从总图派生出零件,对零件的造型、尺寸、色彩等进行设计,对零件进行有限元分析,使其结构及尺寸与应力状态相适应;对零件进行加工模拟,对其性能做出评价、分析和优化,最终完成零件的工作图;在计算机上制定零件制造工艺,在相应的设备上制造出零件。四、智能优化设计随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。
14、智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。3.2研究重点从经济的角度出发，从多方面实现成本降低与质量提高。缩短产品的研发周期，提高产品的寿命周期，减少产品研发的迭代，减少研发错误。首先要根据战略发展方向，准确了解市场需求；其次，根据市场需求完整考虑产品定位，并根据技术的成熟程度确定研发方案，一旦决定方案后，合理配置内部和外部资源，选择合适的项目负责人，调动开发人员的积极性，解决“资源拥塞”问题，各研发环节的技术人员紧密配合，提高研发的质量与速度。4论证
15、完成课题的实验条件1)利用网络和图书馆资源收集与课题相关的文献书籍，并通读掌握和课题有关的一些概念和原理。2)到企业中进行实习调研，学习相关的理论知识，了解本课题在现在市场的应用情况。3)了解与课题评价内容相关的评价体系，根据实际需求选择数学模型、评价方法。5实施计划步骤周次工作内容安排114周确定研究课题，查阅图书馆的书籍与网络的相关资料，调研，并进行英文翻译，撰写开题报告。258周准备调研所需材料，去工厂调研，草拟论文框架，修改论文框架。3915周撰写论文并修改论文。416周撰写中英文摘要。517周打印资料，准备毕业答辩。618周答辩。参考文献：1G. Sohlenius. Concurrent engineering. Annals of the CIRP. 1992, 41 (2)：645655.2陈子辰, 唐任仲, 21世纪制造业面临的挑战和对策, 机电工程, 1998, (1) : 2530.3方昀, 机械产品快速设计技术, 计算机辅助设计与制造, 1999. 5: 56.4竺长安, 机械产品快速设计与制造系统研究, 中国科技技术大学 2008. 3:
