1、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù),設(shè)計工程研究所季林紅2004.9,現(xiàn)代設(shè)計技術(shù),現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù),第一章傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計,關(guān)于設(shè)計關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計關(guān)于現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)關(guān)于機械產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)本課程的內(nèi)容課程安排與考核要求課程要求,設(shè)計？,1.1關(guān)于設(shè)計,對發(fā)展過程的安排,包括：發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)及到達的目標(biāo),廣義：,狹義：,（一種思維活動）,將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動,（定向的技術(shù)實施過程）,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,1.1關(guān)于設(shè)計,擬定目標(biāo)的出發(fā)

2、點、環(huán)境？對問題把握程度如何？如何判斷預(yù)定的目標(biāo)正確？,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,1.1關(guān)于設(shè)計,方式、方法？依據(jù)？手段？,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,1.1關(guān)于設(shè)計,分析什么？如何分析？分析的工具？,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,1.1關(guān)于設(shè)計,決定什么？何種策略？依據(jù)？優(yōu)劣的評價？,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,1.1關(guān)于設(shè)計,有效、準(zhǔn)確、快捷方式、方法？

3、途徑、工具？,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,1.1關(guān)于設(shè)計,多、快、好、省,把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的過程和活動。,1.1關(guān)于設(shè)計,是一門學(xué)問（學(xué)科）涉及方法論、社會學(xué)、科學(xué)和技術(shù)等眾多理論和方法問題需要積累、演繹、歸納和綜合是一個行業(yè)，強調(diào)綜合的科學(xué)技術(shù)關(guān)系到實踐和產(chǎn)品，具有價值比較與時代和發(fā)展密切相關(guān)、需要不斷發(fā)展其發(fā)展的基礎(chǔ)是各領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,文化,技術(shù),自然科學(xué),基礎(chǔ)工程科學(xué),工業(yè)技術(shù),生產(chǎn)技術(shù),藝術(shù),藝術(shù)造型,工業(yè)造型,經(jīng)濟學(xué),心理學(xué),社會學(xué),政治學(xué),設(shè)計理論與方法,1.2關(guān)

4、于現(xiàn)代設(shè)計,1.2關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,1、系統(tǒng)性,設(shè)計方法學(xué)：一種從抽象到具體的發(fā)散思維方法,以“功能原理結(jié)構(gòu)”框架為模型的橫向變異和縱向綜合，用計算機構(gòu)造多種方案，評價選出最優(yōu)方法,創(chuàng)造性設(shè)計學(xué)：,在知識、手段和方法不充分的條件下，運用創(chuàng)造性技法，充分發(fā)揮想象，進行辯證思維，形成新的構(gòu)思和設(shè)計,傳統(tǒng)設(shè)計：,經(jīng)驗、類比的設(shè)計方法，用收斂性的思維方法，過早地進入具體方案設(shè)計，功能原理分析不充分、不系統(tǒng)，不容易創(chuàng)新，難于得到最優(yōu)方案,1.2關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,2、社會性,以面向社會、面向市場為指導(dǎo)思想,功能分析原理方案結(jié)構(gòu)方案造型方案,市場經(jīng)濟規(guī)律盡可能定量,市場分析經(jīng)濟分

5、析價值分析,傳統(tǒng)設(shè)計：,專業(yè)技術(shù)主管指導(dǎo)設(shè)計設(shè)計過程注意技術(shù)性設(shè)計試制后進行經(jīng)濟分析、成本核算,并行工程方法指導(dǎo)設(shè)計、生產(chǎn)和管理,1.2關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,3、創(chuàng)造性,強調(diào)激勵創(chuàng)造沖動突出創(chuàng)新意識力主抽象的設(shè)計構(gòu)思擴展發(fā)散的設(shè)計思維實施深入的評價決策,傳統(tǒng)設(shè)計：,較封閉收斂的設(shè)計思維過早進入定型實體結(jié)構(gòu)強調(diào)經(jīng)驗類比、直接主觀的決策,探索創(chuàng)新工藝實驗不斷尋求最優(yōu)方案,1.2關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,4、最優(yōu)化,重視綜合集成,各種約束條件性能、技術(shù)、經(jīng)濟、制造工藝、使用、環(huán)境,各學(xué)科研究技術(shù)成果,最優(yōu)方案最優(yōu)參數(shù),傳統(tǒng)設(shè)計：,自然優(yōu)化設(shè)計評審再設(shè)計循環(huán)中，憑知識、經(jīng)驗和判斷力選取

6、較好方案難于對多變量系統(tǒng)在多因素下進行定量優(yōu)化,1.2關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,5、動態(tài)性,靜態(tài)分析,載荷的隨機變化,動態(tài)、多變量優(yōu)化,概率論統(tǒng)計學(xué),載荷、應(yīng)力等離散性,可靠性設(shè)計,傳統(tǒng)設(shè)計：,以靜態(tài)分析和少變量為主將載荷、應(yīng)力作集中處理，考慮安全系數(shù)，與實際工況有較大差距,1.2關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,6、宜人性,傳統(tǒng)設(shè)計：,強調(diào)產(chǎn)品的物資功能，不能全面考慮精神功能憑經(jīng)驗或自發(fā)考慮人機環(huán)境間的關(guān)系，強調(diào)訓(xùn)練用戶適應(yīng)機器的要求,強調(diào)內(nèi)在質(zhì)量的實用性、外觀美觀、藝術(shù)、時代保證物資功能，更要求使用時的精神功能從心理和生理等角度功能分析、界面安排和系統(tǒng)綜合考慮人機環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系,1.2

7、關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,7、智能化,傳統(tǒng)設(shè)計：,在局部上自發(fā)地運用了某些仿生規(guī)律。,在已認(rèn)識的人的思維規(guī)律基礎(chǔ)上，以計算機為主模仿人的智能活動，能夠設(shè)計出高度智能化的產(chǎn)品。,1.2關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計,現(xiàn)代設(shè)計的特點：,8、CA化,繪圖、修改一體化，高效設(shè)計工具不斷完善、包容的設(shè)計因素日益增多，精度、穩(wěn)定性提高虛擬產(chǎn)品產(chǎn)生的全過程,各類機器的總稱人工組合物可實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換；能把熱能、電能、化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機械能也能將機械能轉(zhuǎn)換成其他類型的能量各部分之間具有確定的相對運動關(guān)系能夠改變或者傳遞力并產(chǎn)生運動，完成某些工作,現(xiàn)代機械,傳統(tǒng)機械,機械,組成：動力機、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和操縱控制裝置,定義：由

8、計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機械力、運動和能量等動力學(xué)任務(wù)的機械或機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng),組成：機械本體、動力部分、檢測傳感裝置、控制及信息處理裝置、以及執(zhí)行機構(gòu),1.3關(guān)于現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù),由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機械力、運動、物資流和能量流在內(nèi)的動力學(xué)任務(wù)的、機械與電子部件相互聯(lián)系的伺服系統(tǒng),現(xiàn)代機械,1.3關(guān)于現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù),機械發(fā)展階段,簡單機械,蒸汽機械,電氣機械,機電一體化,人力、畜力,蒸汽,普通電機,控制電機,簡單工具,機械構(gòu)件,機械構(gòu)件,機械構(gòu)件,自然材料,鋼、鐵,鋼、鐵,鋼鐵、塑料,（人類五官）,電子器件,（人類五官）,（人類五官）,（人腦）,

9、計算機,（人腦）,邏輯電路,各個發(fā)展階段的機械產(chǎn)品的典型組成,反映現(xiàn)代機械設(shè)計的哲理、準(zhǔn)則和方法,現(xiàn)代的機械設(shè)計,更多地經(jīng)驗和借鑒關(guān)注機械系統(tǒng)對象,更多地運用最新技術(shù)大系統(tǒng)論,經(jīng)典力學(xué)強度準(zhǔn)則,廣義力學(xué)可靠性準(zhǔn)則,經(jīng)驗、類比、局部計算與分析、校核,設(shè)計思想,設(shè)計手段,設(shè)計準(zhǔn)則,定量計算、系統(tǒng)分析，各種仿真工具,任務(wù)方案樣機試驗修改(重復(fù)),虛擬樣機評價優(yōu)化參數(shù)設(shè)計與制作,設(shè)計過程,1.3關(guān)于現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù),哲學(xué)、思維科學(xué)、心理學(xué)、智能科學(xué),設(shè)計方法學(xué)、智能設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計,解剖學(xué)、生理學(xué)、人體科學(xué),人機工程、生物機械學(xué)、工業(yè)設(shè)計等,社會學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué),綠色設(shè)計、人工物設(shè)計理論,現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)

10、學(xué)、物理學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、材料學(xué),產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、穩(wěn)健性設(shè)計理論、廣義優(yōu)化設(shè)計、優(yōu)勢設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計,機械電子學(xué)、測控理論與技術(shù)、信息科學(xué),并行設(shè)計、虛擬設(shè)計、快速設(shè)計、機電一體化設(shè)計等,1.3關(guān)于現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù),現(xiàn)代機械設(shè)計在技術(shù)上的特點：,智能化,經(jīng)濟性,大型復(fù)雜機械的設(shè)計必須完成“分析分解綜合”的過程，其中包含了大量創(chuàng)造性思維過程和智能活動。,并行性,集成化,精確性,動態(tài)性,市場的競爭、用戶的選擇使對產(chǎn)品的經(jīng)濟性要求越來越高。,必須超前考慮后續(xù)的過程，實現(xiàn)DFM、DFA，以壓縮廢品、庫存的消耗，確保經(jīng)濟性。,樹立人機一體化、機電一體化、硬軟件一體化的觀念，綜合多方面測試分析數(shù)據(jù)指導(dǎo)

11、、評價設(shè)計，融多種現(xiàn)代科技成果和技術(shù)，特別是CAD技術(shù)于產(chǎn)品設(shè)計之中。,機械產(chǎn)品復(fù)雜度、綜合性提高的必然結(jié)果要求設(shè)計過程中要采用先進的計算技術(shù)、計算理論和計算分析工具，使設(shè)計的分析更為準(zhǔn)確、設(shè)計參數(shù)更為精確。,設(shè)計的對象處在動態(tài)環(huán)境中，把握其動態(tài)過程對于提高產(chǎn)品的可靠性具有重要意義，同時設(shè)計組織的協(xié)調(diào)也具有動態(tài)性，所以要求設(shè)計的過程中設(shè)計數(shù)據(jù)集成和設(shè)計系統(tǒng)必須無縫連接。,1.3關(guān)于現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù),設(shè)計,制造,時間百分比（%),設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)時間,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)成本,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),75%的修改工作由產(chǎn)品設(shè)計階段引起80%的修改工作在產(chǎn)品制造階段或后續(xù)階

12、段完成,設(shè)計與修改工作,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),機械產(chǎn)品設(shè)計的類型,1、開發(fā)性設(shè)計,2、適應(yīng)性設(shè)計,3、變型設(shè)計,應(yīng)用可行的新技術(shù)，創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計工作原理和功能結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的產(chǎn)品,工作原理方案不變，變更局部或增設(shè)部件,工作原理和功能結(jié)構(gòu)不變，變更現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置和尺寸,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的三個主要內(nèi)容,針對某一確定的功能要求，尋求一些物理效應(yīng)，并借助于某些原理來求得一些該功能目標(biāo)的原理解法,1、任務(wù)：,創(chuàng)新構(gòu)思，思維發(fā)散，多解選優(yōu)，簡圖示意,2、重點：,1）以新的物理效應(yīng)代替舊的物理效應(yīng)，使機器的工作原理發(fā)生根本性變化2）要有新概念、新構(gòu)思，引入新技術(shù)、新材料、新工藝3

13、）機器的品質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化,3、特點：,1）明確設(shè)計的功能目標(biāo)2）調(diào)查分析已有的解法原理3）創(chuàng)新構(gòu)思，尋求更合理的解法4）初步預(yù)想實用化的可能性5）認(rèn)真進行原理性的實驗,4、工作要點：,一、功能原理設(shè)計,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的三個主要內(nèi)容,使原理構(gòu)思轉(zhuǎn)化為具有實用水平的機器。完成從總體設(shè)計、部件設(shè)計、零件設(shè)計到制造施工的全部資料,1、任務(wù)：,性能價格比，結(jié)構(gòu)設(shè)計（零部件形狀、裝配關(guān)系、材料、加工要求、表面處理、總體布置、安裝等）,2、重點：,工作具體精細(xì)；既先進又符合國情；經(jīng)濟合理，易造便修,3、特點：,定工藝方案，定基本參數(shù)，定傳動機構(gòu)簡圖，作工作循環(huán)圖。滿足技術(shù)、經(jīng)濟、

14、文化要求,4、工作要點：,1）總體設(shè)計,等強度原理；合理力流原理；變形協(xié)調(diào)原理；力平衡原理；自補償、自增強、自保護原理；穩(wěn)定性原理,2）結(jié)構(gòu)設(shè)計,可靠性設(shè)計；動態(tài)設(shè)計；抗磨損設(shè)計；人機學(xué)設(shè)計；熱變形設(shè)計；抗疲勞設(shè)計,3）執(zhí)行件設(shè)計,結(jié)構(gòu)方案可靠、明確、簡單,二、實用化設(shè)計,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的三個主要內(nèi)容,保證在技術(shù)上成功，使產(chǎn)品在市場競爭中成功,1、任務(wù)：,核心：產(chǎn)品功能原理的新穎性，基礎(chǔ)：技術(shù)性能的先進性，包裝是對市場要求的適應(yīng)性,2、重點：,1）銷售策略（市場調(diào)查，廣告宣傳，售后服務(wù)）2）經(jīng)營策略（提高質(zhì)量，增加技術(shù)儲備，樹立企業(yè)信譽）3）設(shè)計策略（性能的實用性變

15、化，藝術(shù)造型，價值分析）,3、特點：,1）性能的改變：適應(yīng)不同條件；開發(fā)新功能；增加附加功能2）性能尺寸系列化，零部件標(biāo)準(zhǔn)化，非標(biāo)零部件通用化，零部件設(shè)計模塊化。減少設(shè)計量，利于批量生產(chǎn)，降低成本3）工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型，滿足精神功能要求4）價值分析：以最低壽命周期費用可靠地實現(xiàn)必要的功能。增加附加值,4、工作要點：,三、商品化設(shè)計,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),機械產(chǎn)品設(shè)計的一般進程（分四個階段）,1、產(chǎn)品規(guī)劃階段2、原理方案設(shè)計階段3、技術(shù)設(shè)計階段4、施工設(shè)計階段,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),機械產(chǎn)品設(shè)計的一般進程（分四個階段）,1、產(chǎn)品規(guī)劃階段,產(chǎn)品規(guī)劃，明確設(shè)計任務(wù),要在集約信息、調(diào)研預(yù)測的

16、基礎(chǔ)上，識別社會的真正需求，進行可行性分析，提出可行性報告和合理的設(shè)計要求以及設(shè)計參數(shù)項目表,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),機械產(chǎn)品設(shè)計的一般進程（分四個階段）,2、原理方案設(shè)計階段,新產(chǎn)品總功能,功能單元分功能,多個功能原理解,最優(yōu)原理方案,實施功能原理設(shè)計,原理參數(shù)、功能原理方案圖,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),機械產(chǎn)品設(shè)計的一般進程（分四個階段）,3、技術(shù)設(shè)計階段,總體設(shè)計,對各部分的位置、運動、控制等合理布局,結(jié)構(gòu)方案外觀方案,最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)造型方案,把最優(yōu)原理方案具體化,結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)文件、總體布置圖、結(jié)構(gòu)裝配圖、造型設(shè)計技術(shù)文件，總體效果圖、外觀構(gòu)思模型,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),機

17、械產(chǎn)品設(shè)計的一般進程（分四個階段）,4、施工設(shè)計階段,把技術(shù)文件的結(jié)果變成施工的技術(shù)文件,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),信息集約,產(chǎn)品設(shè)計任務(wù),調(diào)研預(yù)測（技術(shù)造型）,可行性分析,明確任務(wù)要求,可行性報告、設(shè)計要求項目表,產(chǎn)品規(guī)劃,階段,設(shè)計步驟,設(shè)計方法,預(yù)測技術(shù),設(shè)計方法學(xué),技術(shù)預(yù)測理論,市場學(xué),信息學(xué),方法,主要理論與技術(shù),1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),總功能分析,功能分解,功能元求解,功能載體組合,功能原理方案（多個）,原理實驗,原理方案設(shè)計,階段,設(shè)計步驟,系統(tǒng)化設(shè)計,創(chuàng)造技法,系統(tǒng)工程學(xué),形態(tài)學(xué),創(chuàng)造學(xué),思維心理學(xué),評價決策,最優(yōu)原理方案參數(shù)表、方案原理圖,評價決策方法,決策論,模糊數(shù)學(xué)

18、,方法,主要理論與技術(shù),1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),總體設(shè)計,結(jié)構(gòu)設(shè)計,技術(shù)設(shè)計,階段,設(shè)計步驟,方法,主要理論與技術(shù),價值設(shè)計,優(yōu)化設(shè)計,價值工程學(xué)、最優(yōu)化方法、可靠性理論、人機工程學(xué)、工業(yè)美學(xué)、模塊化設(shè)計、相似理論、有限元法、動態(tài)設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、高等機構(gòu)學(xué)、控制理論、智能工程、專家系統(tǒng),總體裝配圖、文件,可靠性設(shè)計,造型設(shè)計,結(jié)構(gòu)價值分析,造型價值分析,結(jié)構(gòu)方案,外觀方案,試驗,試驗?zāi)Ｐ?決策評價,決策評價,效果圖、模型,最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案,最優(yōu)造型方案,宜人性設(shè)計,產(chǎn)品造型設(shè)計,系列化設(shè)計,機械性能設(shè)計,工藝性設(shè)計,自動化設(shè)計,1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),零件工作圖,施工設(shè)計,階段,設(shè)計步驟,方法,主要理論與技術(shù),各種工藝學(xué),外觀工藝、面飾流程,部件裝配圖,效果圖、檢驗標(biāo)準(zhǔn),技術(shù)文件,造型工藝文件,各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗方法,試制,修改,批量生產(chǎn),1.4關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),1.5關(guān)于本課程的內(nèi)容,1、產(chǎn)品規(guī)劃階段2、原理方案設(shè)計階段3、技術(shù)設(shè)計階段4、施工設(shè)計階段,設(shè)計方法學(xué)創(chuàng)新設(shè)計,機械系統(tǒng)設(shè)計實踐（工藝