传统机械与现代机械设计技术

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,现代设计技术,设计工程研究所 季林红,2004. 9,现代设计技术,现代机械设计技术,第一章 传统设计与现代设计,关于设计,关于现代设计,关于现代机械设计技术,关于机械产品的设计技术,本课程的内容,课程安排与考核要求,课程要求,设计？,1.1 关于设计,对发展过程的安排,包括：发展的方向、程序、细节及到达的目标,广义：,狭义：,（一种思维活动）,将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动,（定向的技术实施过程）,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，,产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,1.1 关于设计,拟定目标的出发点、环境？,对问题把握程度如何？,如何判断预定的目标正确？,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，,产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,1.1 关于设计,方式、方法？,依据？,手段？,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，,产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,1.1 关于设计,分析什么？,如何分析？,分析的工具？,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，,产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,1.1 关于设计,决定什么？,何种策略？,依据？,优劣的评价？,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，,产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,1.1 关于设计,有效、准确、快捷,方式、方法？,途径、工具？,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，,产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,1.1 关于设计,多、快、好、省,把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，,产生相应的文字、数据、图形等信息的过程和活动。,1.1 关于设计,是一门学问（学科）,涉及方法论、社会学、科学和技术等众多理论和方法问题,需要积累、演绎、归纳和综合,是一个行业，强调综合的科学技术,关系到实践和产品，具有价值比较,与时代和发展密切相关、需要不断发展,其发展的基础是各领域科学技术的发展,文化,技术,自然科学,基础工程科学,工业技术,生产技术,艺术,艺术造型,工业造型,经济学,心理学,社会学,政治学,设计理论,与,方法,1.2 关于现代设计,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,1、系统性,设计方法学：,一种从抽象到具体的发散思维方法,以“功能原理结构”框架为模型的横向变异和纵向综合，用计算机构造多种方案，评价选出最优方法,创造性设计学：,在知识、手段和方法不充分的条件下，运用创造性技法，充分发挥想象，进行辩证思维，形成新的构思和设计,传统设计：,经验、类比的设计方法，用收敛性的思维方法，过早地进入具体方案设计，功能原理分析不充分、不系统，不容易创新，难于得到最优方案,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,2、社会性,以面向社会、面向市场为指导思想,功能分析,原理方案,结构方案,造型方案,市场经济规律,尽可能定量,市场分析,经济分析,价值分析,传统设计：,专业技术主管指导设计,设计过程注意技术性,设计试制后进行经济分析、成本核算,并行工程方法指导设计、生产和管理,随 时,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,3、创造性,强调,激励创造冲动,突出,创新意识,力主,抽象的设计构思,扩展,发散的设计思维,实施,深入的评价决策,传统设计：,较封闭收敛的设计思维,过早进入定型实体结构,强调经验类比、直接主观的决策,探索创新工艺实验,不断寻求最优方案,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,4、最优化,重视综合集成,各种约束条件,性能、技术、,经济、制造工艺、,使用、环境,各学科研究技术成果,最优方案,最优参数,传统设计：,自然优化,设计评审再设计循环中，凭知识、经验和判断力选取较好方案,难于对多变量系统在多因素下进行定量优化,计算和分析,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,5、动态性,静态分析,载荷的随机变化,动态、多变量,优化,概率论,统计学,载荷、应力等,离散性,可靠性设计,传统设计：,以静态分析和少变量为主,将载荷、应力作集中处理，考虑安全系数，与实际工况有较大差距,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,6、宜人性,传统设计：,强调产品的物资功能，不能全面考虑精神功能,凭经验或自发考虑人机环境间的关系，强调训练用户适应机器的要求,强调,内在质量的实用性、外观美观、艺术、时代,保证,物资功能，更要求使用时的精神功能,从心理和生理等角度,功能分析、界面安排和系统综合,考虑,人机环境的协调关系,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,7、智能化,传统设计：,在局部上自发地运用了某些仿生规律。,在已认识的人的思维规律基础上，以计算机为主模仿人的智能活动，能够设计出高度智能化的产品。,1.2 关于现代设计,现代设计的特点：,8、CA化,绘图、修改一体化，高效,设计工具不断完善、,包容的设计因素日益增多，精度、稳定性提高,虚拟产品产生的全过程,各类机器的总称,人工组合物,可实现能量的转换；,能把热能、电能、化学能转换为机械能,也能将机械能转换成其他类型的能量,各部分之间具有确定的相对运动关系,能够改变或者传递力并产生运动，完成某些工作,现代机械,传统机械,机械,组成：动力机、传动机构、执行机构和操纵控制装置,定义：由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量等动力学任务的机械或机电部件相互联系的系统,组成：机械本体、动力部分、检测传感装置、控制及信息处理装置、以及执行机构,1.3 关于现代机械设计技术,由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动、物资流和能量流在内的动力学任务的、机械与电子部件相互联系的伺服系统,现代机械,1.3 关于现代机械设计技术,机械发展阶段,典型组成,传 统,现代,能源、动力,作业、执行,结构、机体,传感、检测,控制、运筹,简单机械,蒸汽机械,电气机械,机电一体化,人力、畜力,蒸汽,普通电机,控制电机,简单工具,机械构件,机械构件,机械构件,自然材料,钢、铁,钢、铁,钢铁、塑料,（人类五官）,电子器件,（人类五官）,（人类五官）,（人脑）,计算机,（人脑）,逻辑电路,各个发展阶段的机械产品的典型组成,反映现代机械设计的哲理、准则和方法,现代的机械设计,更多地经验和借鉴,关注机械系统对象,更多地运用最新技术,大系统论,经典力学,强度准则,广义力学,可靠性准则,经验、类比、局部计算与分析、校核,传统机械,现代机械,设计思想,设计手段,设计准则,定量计算、系统分析，各种仿真工具,任务,方案,样机,试验,修改,(重复),虚拟样机,评价,优化参数,设计与制作,设计过程,1.3 关于现代机械设计技术,哲学、思维科学、心理学、智能科学,设计方法学、智能设计、创新设计,解剖学、生理学、,人体科学,人机工程、生物机械学、工业设计等,社会学、环境科学、生态学,绿色设计、人工物设计理论,现代应用数学、物理学、应用化学、应用力学、材料学,产品创新设计、稳健性设计理论、广义优化设计、优势设计、摩擦学设计,机械电子学、测控理论与技术、信息科学,并行设计、虚拟设计、快速设计、机电一体化设计等,1.3 关于现代机械设计技术,现代机械设计在技术上的特点：,智能化,经济性,大型复杂机械的设计必须完成“分析分解综合”的过程，其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。,并行性,集成化,精确性,动态性,市场的竞争、用户的选择使对产品的经济性要求越来越高。,必须超前考虑后续的过程，实现DFM、DFA，以压缩废品、库存的消耗，确保经济性。,树立人机一体化、机电一体化、硬软件一体化的观念，综合多方面测试分析数据指导、评价设计，融多种现代科技成果和技术，特别是CAD技术于产品设计之中。,机械产品复杂度、综合性提高的必然结果要求设计过程中要采用先进的计算技术、计算理论和计算分析工具，使设计的分析更为准确、设计参数更为精确。,设计的对象处在动态环境中，把握其动态过程对于提高产品的可靠性具有重要意义，同时设计组织的协调也具有动态性，所以要求设计的过程中设计数据集成和设计系统必须无缝连接。,1.3 关于现代机械设计技术,设计,制造,时间,百分比（%),设计与产品开发时间,1.4 关于机械产品设计技术,0,10,20,30,40,50,60,70,设计,生产准备,与加工,原材料与,外购件的采购,管理和销售,对成本的影响,所需的工时成本,设计与产品开发成本,1.4 关于机械产品设计技术,75%,的修改工作由产品设计阶段引起,80%,的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成,0,10,20,30,40,50,60,产品定义,产品设计,工艺规划,制造,检验,应用,发生错误,修改错误,75%,成本 %,80%,设计与修改工作,1.4 关于机械产品设计技术,机械产品设计的类型,1、开发性设计,2、适应性设计,3、变型设计,应用可行的新技术，创新构思，设计工作原理和功能结构创新的产品,效益高、风险大,赶超先进水平,适应政策,开发有特色产品,工作原理方案不变，变更局部或增设部件,加强辅助功能,工作原理和功能结构不变，变更现有产品结构配置和尺寸,改进材料、工艺,1.4 关于机械产品设计技术,新产品开发设计的三个主要内容,针对某一确定的功能要求，寻求一些物理效应，并借助于某些原理来求得一些该功能目标的原理解法,1、任务：,创新构思，思维发散，多解选优，简图示意,2、重点：,1）以新的物理效应代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本性变化,2）要有新概念、新构思，引入新技术、新材料、新工艺,3）机器的品质发生质的变化,3、特点：,1）明确设计的功能目标,2）调查分析已有的解法原理,3）创新构思，寻求更合理的解法,4）初步预想实用化的可能性,5）认真进行原理性的实验,4、工作要点：,一、功能原理设计,1.4 关于机械产品设计技术,新产品开发设计的三个主要内容,使原理构思转化为具有实用水平的机器。完成从总体设计、部件设计、零件设计到制造施工的全部资料,1、任务：,性能价格比，结构设计,（零部件形状、装配关系、材料、加工要求、表面处理、总体布置、安装等）,2、重点：,工作具体精细；既先进又符合国情；经济合理，易造便修,3、特点：,定工艺方案，定基本参数，定传动机构简图，作工作循环图。,满足技术、经济、文化要求,4、工作要点：,1）总体设计,等强度原理；合理力流原理；变形协调原理；力平衡原理；自补偿、自增强、自保护原理；稳定性原理,2）结构设计,可靠性设计；动态设计；抗磨损设计；人机学设计；热变形设计；抗疲劳设计,3）执行件设计,结构方案可靠、明确、简单,二、实用化设计,1.4 关于机械产品设计技术,新产品开发设计的三个主要内容,保证在技术上成功，使产品在市场竞争中成功,1、任务：,核心：产品功能原理的新颖性，基础：技术性能的先进性，,包装是对市场要求的适应性,2、重点：,1）销售策略（市场调查，广告宣传，售后服务）,2）经营策略（提高质量，增加技术储备，树立企业信誉）,3）设计策略（性能的实用性变化，艺术造型，价值分析）,3、特点：,1）性能的改变：适应不同条件；开发新功能；增加附加功能,2）性能尺寸系列化，零部件标准化，非标零部件通用化，零部件设计模块化。,减少设计量，利于批量生产，降低成本,3）工业产品艺术造型，满足精神功能要求,4）价值分析：以最低寿命周期费用可靠地实现必要的功能。增加附加值,4、工作要点：,三、商品化设计,1.4 关于机械产品设计技术,机械产品设计的一般进程（分四个阶段）,1、产品规划阶段,2、原理方案设计阶段,3、技术设计阶段,4、施工设计阶段,1.4 关于机械产品设计技术,机械产品设计的一般进程（分四个阶段）,1、产品规划阶段,产品规划，明确设计任务,决策开发新产品,为新技术系统设定技术过程和边界,要在集约信息、调研预测的基础上，识别社会的真正需求，进行可行性分析，提出可行性报告和合理的设计要求以及设计参数项目表,1.4 关于机械产品设计技术,机械产品设计的一般进程（分四个阶段）,2、原理方案设计阶段,新产品总功能,用系统化方法,按层次,功能单元,分功能,多个功能原理解,用不同方法,最优原理方案,原理实验,决策评价,实施功能原理设计,原理参数、功能原理方案图,1.4 关于机械产品设计技术,机械产品设计的一般进程（分四个阶段）,3、技术设计阶段,总体设计,按人机环境社会的合理要求,对各部分的位置、运动、控制等合理布局,结构方案,外观方案,实用化设计,商品化设计,最优结构方案,最优造型方案,实验,评价,把最优原理方案具体化,结构设计技术文件、总体布置图、结构装配图、造型设计技术文件，总体效果图、外观构思模型,1.4 关于机械产品设计技术,机械产品设计的一般进程（分四个阶段）,4、施工设计阶段,把技术文件的结果变成施工的技术文件,零件工作图、部件装配图、造型效果图、设计和使用说明书、设计和工艺文件,1.4 关于机械产品设计技术,信息集约,产品设计任务,调研预测（技术造型）,可行性分析,明确任务要求,可行性报告、设计要求项目表,产品规划,阶段,设计步骤,设计方法,预测技术,设计方法学,技术预测理论,市场学,信息学,方 法,主要理论与技术,1.4 关于机械产品设计技术,总功能分析,功能分解,功能元求解,功能载体组合,功能原理方案（多个）,原理实验,原理方案设计,阶段,设计步骤,系统化设计,创造技法,系统工程学,形态学,创造学,思维心理学,评价决策,最优原理方案,参数表、方案原理图,评价决策方法,决策论,模糊数学,方 法,主要理论与技术,1.4 关于机械产品设计技术,总体设计,结构设计,技术设计,阶段,设计步骤,方 法,主要理论与技术,价值设计,优化设计,价值工程学、最优化方法、可靠性理论、人机工程学、工业美学、模块化设计、相似理论、有限元法、动态设计、摩擦学设计、高等机构学、控制理论、智能工程、专家系统,总体装配图、文件,可靠性设计,造型设计,结构价值分析,造型价值分析,结构方案,外观方案,试验,试验模型,决策评价,决策评价,效果图、模型,最优结构方案,最优造型方案,宜人性设计,产品造型设计,系列化设计,机械性能设计,工艺性设计,自动化设计,1.4 关于机械产品设计技术,零件工作图,施工设计,阶段,设计步骤,方 法,主要理论与技术,各种工艺学,外观工艺、面饰流程,部件装配图,效果图、检验标准,技术文件,造型工艺文件,各种制造、装配、造型、装饰、检验方法,试制,修改,批量生产,1.4 关于机械产品设计技术,1.5 关于本课程的内容,1、产品规划阶段,2、原理方案设计阶段,3、技术设计阶段,4、施工设计阶段,设计方法学,创新设计,机械系统设计实践（工艺设计）,学习的重点,我国机械工程的发展与机械设计,提高企业生产能力与水平（完成产业现代化）,提高竞争能力的产业技术和产品,解决社会和民生急需的技术问题,跟踪并发展新的科学和技术,创造我国独有的产业技术和工程科学,高水平、高精度设备技术水平的开发或提升等,提高效率、效益以及独占性生产能力的技术,现有产品的更新换代,能够打入国际市场的产品技术,新产品的核心技术（专利技术）,面对未来的储备技术,解决社会各相关问题的技术或产品,提高生活质量的技术或产品,。,1.5 关于本课程的内容,世界一流的水平,核心技术？,1.5 关于本课程的内容,1.5 关于本课程的内容,1.5 关于本课程的内容,1.5 关于本课程的内容,1.5 关于本课程的内容,