现代设计方法教材梅顺齐

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1、湖北民族学院回顾 绪论重点设计的概念（P1） 广义：设计就是将人类的理想变为现实的实践活动。 狭义：设计是指完成满足一定客观需求的技术系统的活动，该 技术系统包括图纸、软件程序、其他技术文档等。 现代设计方法的基本特点(P4)程式性、创造性、系统性、最优化、综合性、计算机化 学习现代设计方法的任务（P12）了解基本原理和主要内容，掌握设计思想、设计步骤及相关软 件应用要领，提高自身的设计素质，增强设计创新能力。 充分掌握现代设计方法，在未来能够应用和不断地发展现代设 计理论与方法，甚至发明和创造出新的设计方法和手段。目 录绪论 第1章 现代设计方法学 第2章 计算机辅助设计（CAD） 第3章

2、优化设计 第4章 有限元法 第5章 机械可靠性设计 第6章 现代设计方法前沿第一章 1.1设计方法学概述1.1.1设计方法学含义方法是人类思维的宝贵财富，是打开科学真理 宝库的钥匙。设计方法学是现代设计方法的重要组 成部分。培根：“没有正确的方法，犹如在黑暗中摸索 行走”。巴甫洛夫：“好的方法将为人们展开更广阔的 前景，使人们认识更深层次的规律，从而更有效地 改造世界”。第一章 1.1设计方法学概述1.1.1设计方法学含义设计方法学是一门新兴学科，目前对其定义、研究对象 和范畴等还没有统一认识。但在产品的设计中，科学的 设计方法十分重要。设计方法学的研究有共同特点，即注重总结设计规 律、启发创

3、造性，采用现代化的先进理论和方法使 设计过程自动化、合理化，其目的都是为了提高设 计水平和质量，设计出更多功能全、性能好、成本 低、外形美的产品，以满足社会的需求和适应日趋 尖锐的市场竞争。 我国20世界80年代前后开展了设计方法学的理论和 应用研究。第一章 1.1设计方法学概述总体来讲：设计方法学是以系统的观点研 究产品设计规律、设计程序及设计中的思 维和工作方法的一门综合性学科。 设计方法学以系统工程的观点分析设计的 战略进程和设计方法。在总结设计规律、 启发创造性的基础上，综合运用现代设计 理论、科学方法、先进手段和工具。对开 发新产品, 改造旧产品和提高产品的市场竞 争能力有积极的作用

4、。 1.1.2设计方法学的研究内容 （1）设计对象。设计对象是一个能实现一定技术过 程的技术系统。（技术过程、技术系统不唯一） （2）设计过程及程序。设计方法学从系统的观点出 发来研究产品的设计过程。（输入、转换、输出） （3）设计思维。设计是一种创造性活动，设计思维 应该是创造性思维。（技术系统包括图纸、软件程序、其他技术文档等。 一般来讲，技术系统是指完成某个特定功能或职能的各个事 物的集合，产品就是人造技术系统。产品设计属于狭义的设 计范畴。）第一章 1.1设计方法学概述（4）设计评价。设计方案的优劣评价，其核心取决 于设计评价指标体系。 （5）设计信息管理。设计方法学研究设计信息库的

5、建立和应用。（各学科知识建立数据库） （6）现代设计理论与方法的应用。研究如何把不断 涌现出的各种现代设计理论和方法应用到设计过程 中。第一章 1.1设计方法学概述第一章 1.2 产品设计过程与设计原则1.2.1产品设计的一般过程从新产品研究开发的角度出发，产品开发的过程可 以分为市场需求获取、概念设计、详细设计、工艺 制定、生产制造及上市等几个阶段。 从某一具体产品设计的角度出发，产品设计的过程 一般可分为产品规划（决策）、原理方案设计、技 术设计和施工设计四个阶段。第一章 1.2产品设计过程与设计原则1 产品规划阶段产品规划就是确定开发新产品的设计任务，为新产 品技术系统设定技术过程和边界

6、，是一项创造性的 工作。第一章 1.2产品设计过程与设计原则可行项报告、 合理的设计要求 、设计参数项目 表1 产品规划阶段产品规划就是确定开发新产品的设计任务，为新产 品技术系统设定技术过程和边界，是一项创造性的 工作。调研、预测 （市场、技术和社会三方面 ）集约信息 （所有业务部门共同完成）辨识社会需求， 进行可行性分析2 原理方案设计阶段原理方案设计就是新产品的功能原理设计。第一章 1.2产品设计过程与设计原则新产品总功能功能元原理实验 评价决策新产品最优原理方案分解技术系统的多个 功能原理解形态矩阵组合新产品总功能分解新产品总功能分解 功能元新产品总功能分解 功能元新产品总功能分解形态

7、矩阵组合功能元新产品总功能分解技术系统的多个 功能原理解形态矩阵组合功能元新产品总功能分解技术系统的多个 功能原理解形态矩阵组合功能元新产品总功能分解技术系统的多个 功能原理解形态矩阵组合功能元新产品总功能分解新产品最优原理方案技术系统的多个 功能原理解形态矩阵组合功能元新产品总功能分解新产品最优原理方案技术系统的多个 功能原理解形态矩阵组合功能元新产品总功能分解新产品最优原理 方案技术系统的多个 功能原理解形态矩阵组合功能元新产品总功能功能元新产品总功能技术系统的多个 功能原理解功能元新产品总功能3 技术设计阶段技术设计是把新产品的最优原理方案具体化。第一章 1.2产品设计过程与设计原则总体

8、设计若干结构 方案最优 结构方案实用化设计路线若干外观 方案商品化设计路线最优 造型方案结构设计技术文件 总体布置草图 结构装配草图 造型设计技术文件 总体效果草图 外观构思模型通过实验 和评价4 施工设计阶段施工设计是把技术设计的结果变成施工的技术 文件。 一般来说，要完成零件加工图、部件装配图、造型 效果图、设计和使用说明书、设计和工艺文件等。以上产品设计进程的四个阶段，尽可能实现 CAD/CAM一体化，从而提高设计效率，加快设计 进度。第一章 1.2产品设计过程与设计原则1.2.2产品设计的类型和一般原则 1.产品设计的类型 1）开发性设计。在设计原理、设计方案全部未知的 情况下，根据产

9、品总功能和约束条件，进行全新的 创造。这种设计是在国内外无类似产品情况的创新，如专这种设计是在国内外无类似产品情况的创新，如专 利产品、发明性产品都属于开发性设计。利产品、发明性产品都属于开发性设计。 2）适应型设计。在总的方案和原理不变的条件下， 根据生产技术的发展和使用部门的要求，对产品结 构和性能进行更新改造，使它适应某种附加要求， 如电冰箱从单开门变双开门，洗衣机由单缸变双缸再到全自 动等。第一章 1.2产品设计过程与设计原则3）变参数设计。在功能、原理、方案不变的情况下 ，只是对结构设置和尺寸加以改变，使之满足功率 、速比等不同要求，如不同中心距的减速器系列设计， 中心高不同的车床设

10、计、排量不同的发动机设计等。 4）测绘和仿制。按照国内外产品实物进行测绘，变 成图纸文件，其结构性能不改变，只进行统一标准 和工艺性改动。仿制是按照外单位图纸生产，一般只做工 艺性变更，以符合工厂的生产特点与技术装备要求。第一章 1.2产品设计过程与设计原则2.产品设计的一般原则一般来说，产品设计必须遵循四个基本原则： 1）创新原则。 继承的基础上创新 2）可靠原则。 无故障运行时间的长短，是评价产品质量 优劣的一个重要指标。 3）效益原则。 （物美价廉 较高的技术经济效益和社会效 益）满足用户提出的功能要求前提下，有效地节约能源，降 低成本。 4）审核原则。 适时而严谨的审核时确保设计质量的

11、一项 重要原则。 第一章 1.2产品设计过程与设计原则第一章 1.3 技术系统及其确定1.3.1技术系统设计的目的是为满足一定的功能需求。完成某个特定 功能或职能的各个事物的集合，简称为技术系统。技 术系统可以由子系统组成，也可以由超系统组成。第一章 1.3技术系统及其确定一辆汽车 一本书 一个公司 一个建筑物子系统 （系统）系统超系统 （系统）方向盘 发动机 轮胎等一辆汽车交通系统设计是对作业对象完成某种技术过程，产品就是 人造技术系统。第一章 1.3技术系统及其确定加工过程是技术过程坯料加工中心（编程）金属零件作业对象技术系统人造技术系统满足一定需求的技术过程不是唯一的，因而相 对应的技术

12、系统也是不同的（例）。 确定技术过程的一般步骤： 1.根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业 对象及其主要转换要求；（信息集约等第一次出现） 2.分析比较传统理论、现代理论和实践，确定实现 主要转换的工作原理；第一章 1.3技术系统及其确定3.明确实现技术过程的环境和约束条件，环境是与 技术系统发生联系的外界的总和，约束条件包括经 济条件、生产条件、技术条件、社会条件等。 4.确定主要技术过程和其他辅助过程。 5.根据高效、经济、可靠、美观、使用方便等原则 ，初步划定技术系统的边界即工作范围。第一章 1.3技术系统及其确定技术过程是在人-技术系统-环境这一大系统中完 成的。划定技术系统与人

13、的边界，技术系统与环境 的边界，就确定了技术系统应实现的功能。第一章 1.3技术系统及其确定从功能角度分析，技术系统应具有下列能完成不同 分功能的单元： 1.作业单元，完成转换工作； 2.动力单元，完成能量的转换、传递与分配； 3.控制单元，接受、处理和输出控制信息； 4.检测单元，检测技术系统各功能的完成情况并反 馈给控制单元； 5.结构单元，实现系统各部分的链接与支承。第一章 1.3技术系统及其确定技术系统的框图（技术系统与环境）第一章 1.3技术系统及其确定伴生输出物料M技术系统（黑箱）物料M伴生输入能量E信号S能量E信号S边界主要传递信号流的技术系统称为仪器，主要传递能量流 与物料流的

14、技术系统称为机器。机器又分为机械和器械 ，其中机械以能量流和能量变换为主，如电机、汽轮机 ；器械以物料流和物料变换为主，如加工中心、管道运 输系统等。确定技术系统的主要方法包括信息集约、调研 预测、可行性分析等。 1.3.2信息集约信息集约旨在对产品相关信息进行搜集整理、分析 加工，一般应由企业各部门共同完成。第一章 1.3技术系统及其确定情报部门负责产品的技术资料及发展趋势，专利情报，行业技术经济 情报等； 开发部门负责产品性能试验，新材料、新工艺、新技术，产品性能、 规格、造型，各种标准法规、设计方法等； 制造部门负责提供生产能力，制造工艺设备、工时及其他相关技术数 据等信息； 营销部门负

15、责国家产业政策、产品寿命周期分析，市场调查，需求预 测，经营销售分析，材料和外购件价格与供应情况，质量与供货能力， 老产品用户意见分析，事故与维修情况分析等； 公关部门负责产品和企业的社会形象，与同行的竞争与联合情况分析 等； 社会部门负责产品与环境污染、节能、资源、动力供应等的关系，产 品进入社会和退出社会、报废、升级换代等的效应分析等。第一章 1.3技术系统及其确定1.3.3调研预测调研预测一般从市场、技术、社会环境及企业环境四个 方面进行。 （字小，可看书20页）第一章 1.3技术系统及其确定市场调研内容技术调研内容用户对象 用户需求 产品的市场位置 同行状况 外购件供应社会环境调研内容

16、现有产品的水平、特点、系列、结构、造型、使用情况、存在问题和解决方案等 有关的新材料、新工艺、新技术的发展水平、动态与趋势 使用的相关科技成果 标准、法规、专利、情报企业环境调研内容国家的计划与政策 产品使用环境 用户的社会心理需求开发能力 生产能力 供应能力 营销能力1.3.4可行性报告在信息集约、调研预测的基础上，由企业内所有业 务部门参加的并行设计组和用户共同进行可行性分 析，提出可行性报告。第一章 1.3技术系统及其确定1 产品开发的必要性和可行性 2 目前国内外该产品的现状及发展水平 3 确定产品的技术规格、性能参数和约束条件 4 提出该产品的技术关键和解决途径 5 预期达到的技术、经济、社会效益 6 预算投资费用及项目进度、期限可行性报告内容