机械数字化设计新技术

国家自然科学基金资助项目机械工业出版社高水平著作出版基金资助项目机械数字化设计新技术阎楚良杨方飞编著机械工业出版社www.golden-book.com本书以提高机械数字化设计水平，推动数字化设计技术的最新成果在机械设计中的应用为目的，介绍了数字化技术在机械设计领域的最新成果。本书通过数字化建模、面向对象的产品数字化开发技术、数字化仿真技术、基于实例推理的数字化设计技术、计算机辅助概念设计等八章内容的介绍，系统全面地讲解了机械产品从设计到制造的全过程，是对数字化产品设计的全面概括。图书在版编目（ＣＩＰ）数据机械数字化设计新技术／阎楚良，杨方飞编著．—北京：机械工业出版社，２００７１ＩＳＢＮ９７８－７－１１１－２０８０３－７Ⅰ机…Ⅱ①阎…②杨…Ⅲ数字技术－应用－机械设计ⅣＴＨ１２２中国版本图书馆ＣＩＰ数据核字（２００７）第０１０２７９号机械工业出版社（北京市百万庄大街２２号邮政编码１０００３７）策划编辑：何月秋王英杰邓振飞责任编辑：王英杰版式设计：霍永明责任校对：姚培新封面设计：王伟光责任印制：洪汉军北京京丰印刷厂印刷２００７年３月第１版第１次印刷１４８ｍｍ×２１０ｍｍ·１０６２５印张·３１２千字０００１—４０００册标准书号：ＩＳＢＮ９７８－７－１１１－２０８０３－７定价：３０００元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换销售服务热线电话：[phone]购书热线电话：（０１０）８８３７９６３９８８３７９６４１８８３７９６４３编辑热线电话：[phone]封面无防伪标均为盗版www.golden-book.com前言产品成为企业生存和发展的核心已是不争的事实。现代产品从功能上已从单一的“初级产品”向追求经济、社会和环境效益的“产品”转变，并正向追求文化内涵价值的“艺术品”发展，这就要求产品开发方法、手段不断创新，要求人们在产品开发的初期就关心产品生产、使用和报废等生命周期的全过程。传统的设计方法面临着巨大的挑战，数字化设计技术的出现，使得产品的快速、高效和绿色开发成为可能。数字化设计技术是基于产品描述的数字化平台，建立基于计算机的数字化产品模型，并在产品开发全程采用，达到减少或避免使用实物模型的一种产品开发技术。数字化设计的目的是通过建立的数字化产品模型，利用数字模拟、仿真、干涉检查、ＣＡＥ等分析技术，改进和完善设计方案，提高产品开发效率和产品可靠性，并最终为基于网络的全球制造提供数字化产品模型和制造信息。数字化设计涵盖了现代设计的最新技术，同时又是现代设计的前提，对其进行深入的研究非常必要。本书的写作目的是提高机械数字化设计水平，推动数字化设计技术的最新成果在机械设计中的应用。本书共分八章，具体安排如下第１章绪论，主要阐述对产品设计在保证产品质量过程中的重要作用以及现代设计的过程，介绍现代设计的技术体系、一般流程，概述现代设计理论、设计模型和设计方法的研究内容、分类，最后对数字化设计的基础进行了论述。第２章数字化建模技术，介绍数字化产品建模技术，详细论述了特征建模以及参数化建模，针对特征建模的不足，还介绍了一种新的产品建模技术———全息建模，并对三维数字化设计系统的几何引擎分别进行了阐述。第３章主要介绍面向数字化设计的二次开发平台。二次开发是增www.golden-book.com值开发商或最终用户在软件开发商所提供的开发环境与编程接口基础上进行定制，易用性、稳定性、兼容性等是衡量二次开发平台品质的重要标准。对四个目前流行的三维ＣＡＤ，即ＵＧ、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ、ＣＡＴＩＡ、Ｐｒｏ／Ｅ的二次开发技术进行了介绍。第４章为数字化仿真技术。运用数字化仿真技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统级性能，获得最优化和创新的设计产品。本章对有限元分析技术、优化技术及虚拟样机技术进行了详细的讨论。第５章为基于实例推理的数字化设计技术。基于实例的设计方法通过建立问题描述之间的抽象关系，应用以往特定设计环境下的独特经验，完成当前的设计任务，并且设计系统的求解能力随着实例的积累将不断提高，因此，基于实例的设计方法比基于规则的设计方法更适合于设计问题的求解。本章主要对基于实例推理的几个主要流程，即实例表示、实例检索、实例调整以及实例保存作了阐述，并介绍了一种基于实例推理的语言———ＣＡＳＬ。第６章为计算机辅助概念设计。概念设计是一个发散思维和创新设计的过程，是一个求解实现功能的、满足各种技术和经济指标的可能存在的各种方案并最终确定综合最优方案的过程。本章主要对概念设计的模型进行了研究，并对基于功能分解的机械产品概念设计进行了阐述。第７章为支持装配的数字化设计。适于装配的设计作为成功的并行工程实现技术给企业带来了可观的经济效益，近年来备受人们的重视。本章主要介绍了支持装配的设计技术现状，对支持装配的计算机支撑系统结构、分析评价、运行模式以及关键技术进行了阐述，并给出了以“顶层基本骨架”为核心的基于自顶向下的装配设计系统开发过程作为支持装配设计系统的实例。第８章为数字化设计技术应用实例。以潜水泵和联合收割机为对象，对数字化设计技术在机械产品（主要是农业机械）设计中的应用加以探讨。需要说明的是，数字化设计技术在各个研究内容之间并非完全独Ⅳwww.golden-book.com立，因此有关章节内容有所交叉。在本书编写的过程中，编者参考了大量的文献，未能一一列出，在此向有关作者深表感谢。因时间仓促，书中难免有疏漏和不足，请读者批评指正，不吝赐教。作者Ⅴwww.golden-book.com目录前言第１章绪论１……………………………………………………………………１１现代设计１…………………………………………………………………１１１产品设计在保证产品质量过程中的地位１………………………１１２传统设计与现代设计３……………………………………………１１３现代设计的技术体系６……………………………………………１１４现代设计的一般流程９……………………………………………１２现代设计理论、设计模型和设计方法１１………………………………１２１现代设计理论１１…………………………………………………１２２现代设计模型１６…………………………………………………１２３现代设计方法１８…………………………………………………１３数字化产品开发基础２１…………………………………………………１３１面向产品创新的数字化产品开发２１……………………………１３２数字化产品开发的内容２５………………………………………１３３数字化产品开发的特点２７………………………………………第２章数字化建模技术２９……………………………………………………２１形体在计算机内的表示２９………………………………………………２２数字化产品建模技术３２…………………………………………………２２１几何建模３２………………………………………………………２２２特征造型３９………………………………………………………２３参数化设计５４……………………………………………………………２３１参数化设计和数据驱动的理论方法５５…………………………２３２支持产品全生命周期参数化设计的研究６１……………………２３３参数化设计的国际标准６２………………………………………２３４二维参数化技术和三维参数化技术６５…………………………２３５参数式系统与变数式系统７０……………………………………２４三维ＣＡＤ系统的几何核心７２……………………………………………２４１ＡＣＩＳ开发平台７２…………………………………………………www.golden-book.com２４２ＣＡＳＣＡＤＥ平台７７…………………………………………………２４３ＰＡＲＡＳＯＬＩＤ平台７９………………………………………………第３章面向对象的产品数字化开发技术８４………………………………３１二次开发的基本理论８４…………………………………………………３１１软件二次开发平台的质量标准８４………………………………３１２软件二次开发平台的体系结构８５………………………………３２三维平台的二次开发环境８６……………………………………………３２１ＵＧ８６………………………………………………………………３２２ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ９１………………………………………………………３２３ＣＡＴＩＡ９６…………………………………………………………３２４Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ１００……………………………………………………第４章数字化仿真技术１１２…………………………………………………４１数字化仿真技术概述１１２…………………………………………………４１１仿真技术概述１１２…………………………………………………４１２仿真的分类１１３……………………………………………………４１３数字化仿真的优势１１３……………………………………………４１４数字化仿真的基本步骤１１５………………………………………４１５仿真技术的发展１１７………………………………………………４２有限元分析技术１２１………………………………………………………４２１有限元法概述１２１…………………………………………………４２２有限元法的基本原理及求解步骤１２４……………………………４２３有限元分析软件１２９………………………………………………４３优化设计１４０………………………………………………………………４３１优化设计的数学模型１４１…………………………………………４３２一维搜索法１４５……………………………………………………４３３多目标优化方法１４５………………………………………………４３４机械最优化设计问题的注意事项１４６……………………………４４虚拟样机技术１５２…………………………………………………………４４１物理原型及其不足１５２……………………………………………４４２虚拟样机的定义１５５………………………………………………４４３虚拟原型方法：分类、使用范围以及局限性１５６………………４４４多刚体系统动力学方法１６６………………………………………４４５虚拟样机技术的典型应用１６８……………………………………４４６相关问题讨论１６８…………………………………………………Ⅶwww.golden-book.com第５章基于实例推理的数字化设计技术１７５……………………………５１基于实例的推理１７５………………………………………………………５１１ＣＢＲ的背景１７５……………………………………………………５１２基于实例推理的意义１７６…………………………………………５１３与其他问题求解方法的比较１７７…………………………………５１４ＣＢＲ方法应用的条件１７９…………………………………………５１５基于实例推理的流程１８０…………………………………………５２基于实例的设计１８４………………………………………………………５２１设计问题分析１８４…………………………………………………５２２设计的认知模型１８５………………………………………………５２３基于实例的设计概述１８６…………………………………………５２４现有ＣＢＤ系统的特点１８９…………………………………………５３实例的存储１９０……………………………………………………………５３１计算机存储实例常用的组织结构１９０……………………………５３２动态存储模型１９１…………………………………………………５４实例的检索２００……………………………………………………………５４１常用的检索策略２００………………………………………………５４２基于模糊优先比的相似度量２０３…………………………………５４３实例检