機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)W術(shù)報(bào)告

——現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法

目錄現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的形成和發(fā)展1設(shè)計(jì)的一般過程2機(jī)械產(chǎn)品中的方法及應(yīng)用3現(xiàn)代設(shè)計(jì)的展望與總結(jié)4設(shè)計(jì)的地位自然科學(xué)工程科學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)方案工藝學(xué)制造技術(shù)消費(fèi)社會(huì)學(xué)心理學(xué)政治經(jīng)濟(jì)藝術(shù)造型建筑右圖表明作為設(shè)計(jì)工作結(jié)果的技術(shù)設(shè)計(jì)方案，正處在現(xiàn)實(shí)世界中文化生活和技術(shù)水準(zhǔn)二者相互交叉影響的中心位置。設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段1、直覺設(shè)計(jì)階段憑直觀感覺來設(shè)計(jì)制作工具和機(jī)械，往往帶有一定的盲目性。2、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段依靠個(gè)人的才能和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用一些基本設(shè)計(jì)計(jì)算理論，借助類比、模擬和試湊等設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。3、半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段加強(qiáng)了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論、各種專業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)理以及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)研究，使設(shè)計(jì)者能夠充分利用數(shù)據(jù)、圖表和手冊(cè)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少了設(shè)計(jì)的盲目性，增加合理性。4、現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段以市場需求為驅(qū)動(dòng)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想、理論為指導(dǎo)，以知識(shí)獲取為中心，以現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的全生命周期和人、機(jī)、環(huán)境相容性等因素的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的形成和發(fā)展用戶對(duì)產(chǎn)品要求的個(gè)性化和多樣化，同時(shí)產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的復(fù)雜程度越來越大，涉及的技術(shù)和科學(xué)領(lǐng)域越來越多，這就需要在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的合理利用，提高產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率。

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論涉及到計(jì)算機(jī)、人工智能、自動(dòng)化、認(rèn)知科學(xué)、

并行工程等多個(gè)領(lǐng)域。各種機(jī)械從構(gòu)思到實(shí)現(xiàn)要經(jīng)過設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)階段，機(jī)械設(shè)計(jì)師機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的重要步驟，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)于產(chǎn)品的銷售和競爭有很大的影響，合理的設(shè)計(jì)方法是保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、加快設(shè)計(jì)速度、避免和減少設(shè)計(jì)失誤的基石。設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要同時(shí)也應(yīng)該占用產(chǎn)品生產(chǎn)費(fèi)用的很大一部分。

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現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的形成和發(fā)展

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法的特點(diǎn)范疇和內(nèi)涵分析了我國機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域與發(fā)達(dá)工業(yè)國家存在的差距及現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法的發(fā)展方向，提出了只有下功夫彌補(bǔ)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論的不足，才能使我國的機(jī)械設(shè)計(jì)水平整體提升的觀點(diǎn)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：加強(qiáng)了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論、各種專業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)理以及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)研究，并隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，以及設(shè)計(jì)與工藝的結(jié)合的設(shè)計(jì)，稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)或者常規(guī)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)、數(shù)學(xué)等公式，圖表等作為設(shè)計(jì)依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式或類比的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)

繼承了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的精華，吸取了當(dāng)代科技成果和計(jì)算機(jī)技術(shù)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，主要完成了一下轉(zhuǎn)變：

1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；

2）產(chǎn)品工況分析的動(dòng)態(tài)化；

3）產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化；

4）產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化；

5）產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的高效化和自動(dòng)化。設(shè)計(jì)的一般過程（1）確認(rèn)需求（含潛在的需求）（2）掃描技術(shù)可能（含聯(lián)想到的可能解）（3）產(chǎn)生矛盾統(tǒng)一設(shè)想（概念）（4）經(jīng)濟(jì)、技術(shù)分析（貫穿全過程）（5）設(shè)想的優(yōu)選和確認(rèn)（6）結(jié)構(gòu)的優(yōu)選和確認(rèn)（7）材料的優(yōu)選和確認(rèn)（8）加工過程的優(yōu)選和確認(rèn)（9）綜合評(píng)價(jià)（10）產(chǎn)生和表述最終解設(shè)計(jì)的一般過程產(chǎn)品規(guī)劃階段原理方案設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段施工設(shè)計(jì)階段現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及理論

優(yōu)化設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有限元法工業(yè)造型設(shè)計(jì)反求工程設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)價(jià)值工程人機(jī)工程

虛擬設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中用到的方法及理論機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中用到的方法及理論系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)法

將設(shè)計(jì)對(duì)象看成一個(gè)系統(tǒng)，用系統(tǒng)工程的概念進(jìn)行分析和綜合，并且按產(chǎn)品或系統(tǒng)開發(fā)的進(jìn)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，以求獲得最佳設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)任務(wù)→求總功能→分解為功能元→求解功能元→原理解組合→評(píng)價(jià)與決策→最佳原理方案。驗(yàn)布機(jī)機(jī)體1記碼器2放布導(dǎo)布輥3放布裝置4擋布裝置5

驗(yàn)布導(dǎo)布輥6壓布輥7驗(yàn)布臺(tái)8驗(yàn)布蓋9

卷布裝置10擋布裝置11計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是從20

世紀(jì)

60

年代發(fā)展起來的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法，其經(jīng)歷了曲面造型、實(shí)體造型、參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù)等改進(jìn)，從根本上擺脫了繁瑣、費(fèi)時(shí)且精度低的傳統(tǒng)手工繪圖，引起工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的深刻變革。CAD

技術(shù)以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)軟件和硬件進(jìn)行產(chǎn)品的方案決策、初步設(shè)計(jì)、工程分析和工程設(shè)計(jì)。CAD

技術(shù)除了利用圖形軟件和數(shù)據(jù)庫完成幾何和工藝定義，以及有關(guān)信息的存儲(chǔ)和利用外，還可以進(jìn)行產(chǎn)品決定、工程分析、可行性分析及多方案優(yōu)選。反求工程設(shè)計(jì)

本方法是消化吸收并改進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的一系列工作方法和技術(shù)的總和。通過實(shí)物或技術(shù)資料對(duì)已有的先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行分析、解剖、試驗(yàn)，了解其材料、組成、結(jié)構(gòu)、性能、功能，掌握其工藝原理和工作機(jī)理，以消化仿制、改進(jìn)或發(fā)展、創(chuàng)造新產(chǎn)品的一種方法和技術(shù)。反求工程設(shè)計(jì)的流程示意：產(chǎn)品樣件→數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)處理CAD/CAE/CAM系統(tǒng)→模型重構(gòu)→制造系統(tǒng)→新產(chǎn)品。優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化就是采取措施不斷改進(jìn)當(dāng)前的狀態(tài)或過程，其核心是達(dá)到改進(jìn)的目的。優(yōu)化包含很多方面，主要是根據(jù)所需要求進(jìn)行優(yōu)化，比如提升性能、降低成本、輕量化等，或者需要進(jìn)行材料或者結(jié)構(gòu)等方面的改進(jìn)優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)是綜合各方面的因素、指標(biāo)、約束等產(chǎn)生一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案?？捎糜诜桨高x擇、參數(shù)匹配及優(yōu)選、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面?？煽啃栽O(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)是采用概率統(tǒng)計(jì)法來評(píng)估零部件的安全與壽命的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。它是解決機(jī)械構(gòu)件或機(jī)械系統(tǒng)在指定環(huán)境條件下工作時(shí)，在規(guī)定期限內(nèi)完成其預(yù)定功能的概率。可靠性設(shè)計(jì)正逐步取代傳統(tǒng)的安全系數(shù)法，成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的重要組成部分?？煽啃栽O(shè)計(jì)，就是將載荷、材料強(qiáng)度性能和構(gòu)件的幾何尺寸等因素都看成屬于某種概率分布的統(tǒng)計(jì)量，應(yīng)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，推導(dǎo)出在給定條件下構(gòu)件不產(chǎn)生破壞的概率公式，從而確定在給定可靠度條件下構(gòu)件的尺寸，

或當(dāng)已知構(gòu)件尺寸時(shí)，確定其一定可靠度下的安全壽命。

模塊化設(shè)計(jì)模塊化思維的基本模式：系統(tǒng)＝模塊＋接口模塊化哲理：以不變或少變(模塊體系)應(yīng)萬變(多樣化需求)。模塊化思想：通用化(模塊)＋組合化(裝配)模塊化的方法論基礎(chǔ)：系統(tǒng)工程方法（系統(tǒng)的分解和組合）＋標(biāo)準(zhǔn)化方法（規(guī)范化、通用化、系列化）模塊化產(chǎn)品構(gòu)成模式：由（通用＋改型＋專用）模塊的組合，構(gòu)成產(chǎn)品族模塊化效益原理：創(chuàng)新(市場占有率)＋繼承性(生產(chǎn)率）模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)模式：大規(guī)模生產(chǎn)（模塊）＋個(gè)性化定制組裝（產(chǎn)品）模塊化手機(jī)模塊化手機(jī)：簡單地理解“模塊化”這個(gè)概念，其實(shí)就是把普通手機(jī)的攝像頭、揚(yáng)聲器、處理器等必備組件單獨(dú)封裝到大小不同的矩形“模塊”里。這些帶有金屬觸點(diǎn)的模塊，可以像樂高積木一樣，按照你的心愿自由在手機(jī)上插拔。

最終手機(jī)沒有上市，歸結(jié)其原因，是模塊化手機(jī)這種方案并不適合普通消費(fèi)者。當(dāng)其它廠商的手機(jī)越做越輕薄的時(shí)候，模塊化手機(jī)不得不留出足夠多的接口連接每個(gè)模塊。谷歌解釋這是在大量研究和測試之后做出的決定，畢竟它們要保證絕對(duì)穩(wěn)定。在這種背景之下，ProjectAra的可玩性就大大降低，如今剩下?lián)P聲器、附屏、攝像頭模組這些可以換了。雖然在手機(jī)行業(yè)暫時(shí)失敗了，可我們也可以嘗試用在其他產(chǎn)品設(shè)計(jì)上?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)的展望與總結(jié)目前現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法的發(fā)展趨勢是：在性能上向高精度、高效率、智能化的方向發(fā)展；在功能上向小型、輕型、多功能化方向發(fā)展；在層次上向集成化方向發(fā)展。具體來講是：設(shè)計(jì)對(duì)象由單機(jī)走向系統(tǒng)；設(shè)計(jì)要求由單目標(biāo)走向多目標(biāo)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期縮短；設(shè)計(jì)所涉及的領(lǐng)域由單一領(lǐng)域走向多個(gè)領(lǐng)域；產(chǎn)品設(shè)計(jì)由自由發(fā)展走向有計(jì)劃的發(fā)展；設(shè)計(jì)工作的人員從單人走向小組；設(shè)計(jì)的發(fā)展要適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；綠色設(shè)計(jì)思想?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：