现代机械设计理论与方法ppt课件

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1、现代机械设计理论与方法,陈时锦： 机械制造及其自动化系,第一章 概 述,课程教学的目的 培养学生运用现代先进的设计理论和方法解决工程问题的能力。 教学内容 现代设计理论：重点内容为系统分析法及创造性思维。 现代设计方法：重点内容为有限元分析、优化设计和反求工程设计。,1.1 传统设计与现代设计及其范畴,一 传统设计与现代设计 1 设计的起源和设计技术的传递 手工艺人的设计及技术传递 师傅徒弟（实用的） 传统设计技术的传递 图纸、经验、类比（实验为基础的） 现代设计理论体系的建立与发展 仿真、理论分析（分析实验结合的）,1.1 传统设计与现代设计及其范畴,一 传统设计与现代设计 2 产品属性变化

2、对设计的要求（传统产品与现代产品） 产品的使用属性 产品的社会属性 产品的服务属性 海尔是如何赚钱的？ 你把保险公司的产品放到哪里去了？ 3 现代设计与传统设计的根本区别 手工的、静态的、经验的设计，被动地分析产品的性能 计算机化的、动态的、科学的设计，主动地设计产品的性能,1.1 传统设计与现代设计及其范畴,二 现代设计的范畴 1 信息论方法 , 如信息分析法、技术预测法等。它是现代设计方法的前提。 2 系统论方法 , 如系统分析法、人机工程以及面向产品生命周期的设计。 3 控制论方法 , 如动态分析法等。 4 优化论方法 , 它是现代设计方法的目标。 5 对应论方法 , 如相似设计、反求工

3、程设计等。 6 智能论方法 , 如 CAE 、并行工程、人工智能等。是现代设计方法的核心。 7 寿命论方法 , 如可靠性设计、价值工程和稳健性设计等。 8 离散论方法 , 如有限元和边界元方法。 9 模糊论方法 , 如模糊评价和决策等。 10 突变论方法 , 如创造性设计等。它是现代设计方法的基础。 11 艺术论方法 , 如艺术造型等。,1.2 设计过程和设计技术简述,设计方法的研究内容 设计素质的培养 做合格的设计人员 设计步骤和程式 组织和执行设计 解决具体问题的方法和手段 科学而娴熟的方法,1.2 设计过程和设计技术简述,一 机械设计过程简述 1 基本设计步骤 调查研究 方案设计 工作图

4、设计 样机试制与鉴定 2 系统分析设计模式 3 创造性设计模式,1.2 设计过程和设计技术简述,二 设计技术 知识维 逻辑维 时间维 三 机械结构设计,第二章 系统分析设计方法,传统设计方法的缺陷 孤立、静止地分析问题 得到的结论具有片面性和局部性 增加系统的实现难度和成本 失败的案例分析：某大型企业的技术引进XX压力机设计 现代设计方法 注重产品设计的全过程 注重分析系统内部单元的相对关系 从功能分析入手解决产品方案设计,2.1 技术系统的组成和处理对象,系统的组成 系统单元 系统结构 边界条件 输入和输出的要素,2.2 系统分析设计方法,系统分析设计的内容 系统设计 系统制造 系统运行 系

5、统分析设计涉及到产品开发和运行的所有环节，甚至包括产品的售后服务和产品失效（报废）后处理，所以系统分析设计不是单纯的产品设计。,2.2 系统分析设计方法,一 设计过程剖析 1 产品规划 重要度：极高。极少数人行为确定，受控度低，无补救措施。 2 方案设计 重要度：高。少数人行为确定，受控范围小，补救困难。 3 技术设计 重要度：中。较多人行为确定，受控范围大，较易补救。 4 施工设计 重要度：低。受控度高，一般能及时发现，易补救。工程设计中，大多数人理解施工设计十分重要，其原因是施工设计是十分费时而细致的工作，而且多数人只能看到施工设计或只有看见施工设计的能力。,2.2 系统分析设计方法,二

6、产品规划 明确所设计系统的目的、任务和要求 撰写设计任务书 目的：提供设计、评价和决策的依据,2.2 系统分析设计方法,二 产品规划 1 市场需求分析 1) 消费者对产品功能、性能、质量和数量等的具体要求 2) 现有类似产品的销售情况和销售趋势 3) 竞争对手在技术、经济方面的优缺点及发展趋向 4) 主要原料、配件和半成品的现状、价格及变化趋势等,2.2 系统分析设计方法,二 产品规划 2 可行性分析 1) 技术分析系统实现的难点和创新点 2) 经济分析成本、性能价格比分析 3) 社会分析产品开发的经济效益和社会效益,2.2 系统分析设计方法,二 产品规划 3 可行性分析报告的内容 1) 产品

7、开发的必要性 、市场调查和预测情况 2) 有关产品的国内外水平及发展趋势 3) 从技术上预期能达到的水平 4) 需要解决的关键技术问题 5) 经济效益、社会效益的分析 6) 投资费用及时间进度计划 7) 现有条件下开发的可能性及准备采取的措施,2.2 系统分析设计方法,二 产品规划 4 设计要求的拟定 1) 产品功能和性能 2) 设计参数和相关的指标 3) 制造及使用等方面的限制条件,2.2 系统分析设计方法,三 方案设计 1 功能分析和原理方案拟定 1) 功能分析 2) 创造性设计 3) 分析综合评价,2.2 系统分析设计方法,三 方案设计 2 功能分析的目的 1) 启发创造性 2) 全面掌

8、握对产品各方面的要求 3) 避免设计的盲目性 4) 全面考虑功能和成本的关系功能分析,2.2 系统分析设计方法,三 方案设计 3 功能的分类 1) 基本功能和辅助功能 手机的功能分析 2) 必要功能和不必要功能短命的产品金长城家用电脑的功能分析 3) 使用功能和外观功能二十年来服装的变化趋势或潮流,2.2 系统分析设计方法,三 方案设计 4 依据功能的设计 1) 参考有关资料、专利或产品求解 2) 利用各种创造性方法以开阔思想来探寻解法 3) 采用形态综合法或相关表和相关网法进行组合,2.2 系统分析设计方法,三 方案设计 5 功能分析设计法举例 1) 挖掘机的原理方案设计,2.2 系统分析设

9、计方法,三 方案设计 5 功能分析设计法举例 2) 电子皮带秤的原理方案设计,2.2 系统分析设计方法,四 方案设计举例 瓶盖整列装置的原理方案设计,2.2 系统分析设计方法,四 方案设计举例 原理方案设计,2.2 系统分析设计方法,四 方案设计举例 原理方案设计,第三章 创造性设计方法,什么是创造 建立新系统的过程 狭义创造 广义创造 个体创造力 创造性设计 竞争力与创造性的关系 典型企业特征 Wintel用新产品进行“抢劫” 麦当劳和肯德基为什么会亏损？,3.1 创造力和创造过程,一 培养创造力的条件 创造力的培养 1) 丰富的知识和经验知识和经验是创造的基础 , 是智慧的源泉。创造就是用

10、已有的知识为前提去开拓新的知识。 浅谈水变油没有知识的创新只能是滑稽的创新 浅谈海水变油1升海水所蕴含的能量相当于300升汽油,3.1 创造力和创造过程,一 培养创造力的条件 创造力的培养 2) 高度的创造精神创造性思维能力并不是与知识量简单地成比例的 , 还需要有强烈的参与创造的意识和动力。 少年牛顿 莱特兄弟 孙圣和教授与博士生培养,3.1 创造力和创造过程,一 培养创造力的条件 创造力的培养 3) 健康的心理品质要有不怕困难、刻意求新、百折不挠的坚强意志。 爱迪生与诺贝尔 墙头漫步的精神病人,3.1 创造力和创造过程,一 培养创造力的条件 创造力的培养 4) 科学而娴熟的方法必须掌握各种

11、创造技法和其他的工程技术研究方法。 冯康教授与有限元法,3.1 创造力和创造过程,一 培养创造力的条件 创造力的培养 5) 严谨而科学的管理创造需要引发和参与 ,也需要对其每个阶段或步骤进行严谨而科学的管理, 这也是促进创造发明的实现的因素之一。 浅谈神州飞船,3.1 创造力和创造过程,一 培养创造力的条件 创造力的培养 1) 要克服思想僵化和片面性 , 树立辩证观点。 2) 要摆脱传统思想的束缚 , 不盲目相信权威等。 3) 要消除不健康的心理 , 如胆怯和自卑。 4) 要克服妄自尊大的排他意识 , 注意发挥群体的创造意识等。 从过高空悬索看我们自身的心理弱点。 从同学到上司。 我看文化革命

12、。,3.1 创造力和创造过程,二 创造发明过程分析 准备阶段提出问题、搜集材料、定向科学分析等。 创造阶段构思、顿悟和发现等。 整理结果阶段验证、评价和公布等。 尺有所短，寸有所长谈创造发明中的人才任用,3.1 创造力和创造过程,二 创造发明过程分析 1 意念 什么是意念及意念的获取方法 值得研究？ 值得改进？ 也许能实现？ 顾客需要的不是这个？ 顾客需要的也许是这个？ 下属对我的做法不满意？ 上级对我的工作不满意？ 同级觉得和我沟通困难？ 客户对我不满意？ 客户流失？,3.1 创造力和创造过程,二 创造发明过程分析 2 概念报告（广义的履历表、计划表） 概念报告的内容 概念报告的修正 概念报

13、告的作用,3.1 创造力和创造过程,二 创造发明过程分析 3 可行模型 4 工程模型 5 可见模型 从可视化到虚拟制造 6 样品原型 7 小批生产,3.2 创造性思维,创造性思维和创造技法是创造的核心 常规思维的主要特点 常规性即习惯性、通常性 单向性即只向常规的习惯方向思考 单一性即只考虑一种方案、一种思路 逻辑性即通常的逻辑思维范畴等 创造性思维的主要特点 独特性即与众不同 多向发散性即立体性思维、多答案 非逻辑性即出人意料 连动性即由此及彼性 综合性创造是多种思维方式的综合 , 在综合中创新,3.2 创造性思维,一 发散思维与收敛思维 发散思维是一种让思路向多方向、多数量全面展开的立体型

14、、辐射型的思维方式。 收敛思维是指针对由发散思维所提出的各种方案 , 分别逐一地进行讨论 , 做出比较、评价 和选择 , 将问题集中到使它获得解决的某一种或某几种方案上 , 并最终使问题获得解决的思维 过程。 发散思维和收敛思维都具有它们各自的特点 , 缺一不可。,3.2 创造性思维,二 想像 想像是人脑在过去的感知的基础上对所感知的形象进行加工、改造，创建出新形象的过 程。是对没有关联的事物经过重新组合、搭配 , 构成新的有联系的事物的思维过程。 消极想像和积极想像 再造想像、创造想像和憧憬,3.2 创造性思维,三 灵感 人们在创造活动中 , 有时长期冥思苦想 , 找不出好的办法去解决问题

15、, 但在某种情况下却恍然大悟 , 问题迎刃而解。这种现象称为灵感。灵感具有突发性、目标性、独创性、随机性和瞬时性的特点 , 是创造性思维中作用巨大的一种思维形式 , 是创造活动中达到最高阶段出现的一种最富有创造性的心理状态。,3.2 创造性思维,三 灵感 在长期积累的前提下偶然得之； 在有意追求的过程中元意得之； 在循常思维的基础上反常得之 ； 在良好的精神状态下怡然得之； 在和谐的环境中欣然得之。,3.3 创造技法,一 列举法 希望列举法 电冰箱的冷藏冷冻区域划分 缺点列举法 单放机的发明故事 特性列举法 专卖店与超市,3.3 创造技法,二 智爆法（集体联想方式 ） 会议要求 人员、计划解决

16、的问题确定 会议原则 创新、聆听、赞赏 实施程序 气氛、主持人技巧,3.3 创造技法,三 提问追溯法 5W1H When? Where? Who? What? Why? How? 二维微位移工作台的工程图设计问题举例,3.3 创造技法,三 提问追溯法 奥斯本检核表法 1) 可否将产品的形状、制造方法等加以改变 ? 2) 可否另作他用 ? 3) 有无其他更佳设想 ? 4) 改变一下如何 ? 5) 放大如何 ? 6) 缩小如何 ? 7) 用别的替代如何 ? 8) 反之如何 ? 9) 组合起来如何 ?,3.3 创造技法,四 反向探求和向前推演法 反向探求法 对现有的解决方案系统地加以否定或寻找其他的甚至相反的一面 , 找出新的解法或启发新的想法。 向前推演法 从一个最初的设想按一定方向逐步向前探索 , 寻找新的想法。,