现代机械产品设计规划与可视优化设计方法

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1、现代机械产品设计规划及可视优化设计方法研究,作者：孙 伟 导师：闻邦椿 教授 2007 年9 月5日,博 士 论 文 答 辩,0 绪论,产品的质量至关重要 国家高度关注产品的质量工程建设 国务院总理温家宝指出，产品质量关系人民群众切身利益，关系企业的生存和发展，关系国家的形象。 明确今后一个时期质量工作的任务，就是要采取有力措施，努力提高我国产品质量总体水平，促进国民经济又好又快的发展。（2007年7月27日全国质量工作会议） 产品设计对产品质量有着本质的和重要的影响 产品总体性能及总成本的70%都由设计所决定，因此，有的专家说“产品设计是产品质量的灵魂”。 闻邦椿教授所带领的课题组，经过长期

2、努力，在国际国内首先提出面向产品广义质量的综合设计理论与方法新体系。,1 选题背景,0 绪论,1选题背景,综合设计理论方法正是以全面提升产品的设计质量为最根本的目标。,综合设计理论方法对产品质量的分析,0 绪论,目前，对综合设计法总体框架的研究已经较为完善。 出版专著 闻邦椿, 张国忠, 柳洪义. 面向产品广义质量的综合设计理论与方法M. 北京：科学出版社， 2007 为了便于更好的应用综合设计法，使相关企业或部门取得实际的经济效益和社会效益，在其理论框架下，一些具体的设计理念、技术和方法还有待进一步深入研究。 本文主要进行综合设计法理论框架的产品设计规划及可视优化设计方法的研究，本文的研究是

3、对综合设计法的进一步丰富和发展。,2综合设计理论方法的研究现状,0 绪论,产品设计的规划是指用于指导设计的各种文件、方案和报表。设计规划可以确保设计工作能够高效、高质量地被完成。目前，国内外关于产品设计规划的研究较少，尚未成为研究体系，且设计决策者及其他参与人员对此重视程度还远远不够。因此，有必要系统地研究产品设计规划。 可视优化设计法是一种数字化设计方法，能在设计阶段实现预测、检验产品各种性能和优化设计方案、设计参数的功能。但是，目前学者们对可视优化设计的认识还不是很清楚，往往与虚拟设计相混淆，且对可视优化设计的研究不够全面。因此，研究可视优化设计法也是有着重要的意义。,3 研究产品设计规划

4、和可视优化设计法的意义,1 综合设计法体系结构及应用策略研究 2 进行了产品设计规划具体方法研究，提出了3L/8D设计规划法 3 计算机辅助产品设计规划研究 4 可视优化设计法理论框架研究 5 可视优化设计平台构建策略与技术研究 6 可视优化设计法在并联机床设计中的应用,0 绪论,本文主要研究内容,1 综合设计法体系结构及应用策略研究,综合设计理论方法囊括了产品开发的各个环节，可以概括为：设计规划、功能优化设计、技术设计（动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计）和设计质量检验四个部分。,1.1 综合设计法的理论体系,明确综合设计理论法的理论体系 是有效应用的前提,1 综合设计法体系结构及应用

5、策略研究,由产品设计规划，可以形成用于指导和管理产品设计的技术文档； 通过功能优化设计，可以获得满足功能要求的、优化的初步设计方案； 通过技术设计，可以获得具有结构性能、工作性能和工艺性能全面优化的产品； 通过设计质量检验，进一步保证了产品的设计质量，且可以对产品设计做一个全面地总结，对产品设计做出了科学的评价。,1 综合设计法体系结构及应用策略研究,设计平台是一个支持复杂信息环境下工程设计、应用开发、应用集成和系统运行的软件平台。 设计平台对有效、快速实施相应的设计理念，提高产品的设计质量起到了重要的支撑作用。 因此，按综合设计法的相关理论，创建综合设计法的设计集成平台应该是应用该方法的一个

6、重要手段。,1.2 综合设计法的应用策略,如何将综合设计理论法应用到实际的产品设计中去 是一个非常值得研究的问题！,1 综合设计法体系结构及应用策略研究,从四个层次创建综合设计法集成设计平台,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.1 设计规划的内涵,字典上的含义:,设计规划（Design Planning）就是要结合研发部门的内部、外部环境，在进行产品设计之前，围绕该产品规划其设计环境、设计思想、设计目标、设计内容、设计方法、设计过程、设计的潜在问题分析和设计质量评价等要素，形成机械产品设计规划报告，用于指导实际设计工作。 可以把设计规划看成是对整个设计过程的一个预演(头脑预演）。设计规

7、划是一个系统工程.,“规划”一词的意思是确定任务的发展方向 以及具体的执行过程。,设计规划内涵:,大到整个人类、一个国家，小到一个家庭、一个人都在不断进行着规划工作，可以说“规划决定着做事情的成败”。十一五规划，企业的发展规划等 。,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.2 设计规划的重要性,设计目标不明确或定位不合理 ； 设计过程缺乏有效的管理与质量监控机制，导致设计质量低下 ； 设计理论方法选用不得当，导致产品预期的功能与性能无法保证或产品缺乏创新 。,设计规划并不是一项可有可无的工作，而是一项非常重要的工作。 设计规划可以使设计工作在高效、有序、高质的状态下被完成。确保 设计出高质

8、量的产品 。,可以避免:,可以实现:,从全局把握机械产品设计的本质； 有效管理项目； 确保设计可行性； 提前预知并解决开发过程中有可能产生的矛盾和冲突； 确保设计出高质量的产品。,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.3 设计规划的研究现状,日本学者Mizuno和Akao QFD设计法，从顾客需求对设计进行规划 ； 美国的Kevin N. Otto和Kristin L. Wood在产品设计一书中，他们把设计规划工作称之为“模糊前段”，即在确定被开发的产品进入实施计划之前所做的工作； 日本学者Hideki Kobayashi从环保角度，在设计的早期阶段要进行产品的全生命周期进行规划 ； 美

9、国学者 L. Cheng等针对不确定的设计环境（包括市场和技术），提出公式化的规划方法，利用该方法可使决策者面对几个冲突的目标，制定出合理的规划。,国内外关于产品设计规划方面的研究还是集中于一个方面，尚未成为研究体系,国外:,国内:,周勇建立了决策情势分析模型对围绕是否开发新产品进行了产品规划研究 杨劲用模糊设计结构矩阵对设计过程进行规划； 马力伟等从设计时间估计、开发计划制定和设计人员组织等方面进行了产品设计过程规划研究 ； 刘天湖提出了面向设计任务的设计过程管理方法，对研发项目的任务进行了规划研究。,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.4 3L/8D机械产品设计规划,规划设计战略层

10、 Design Stratagem Layer 包括： 设计环境（Design Environment ） 设计思想（Design Ideas ） 设计目标（Design Objective ）,做什么？,怎么做？,怎么检验？,规划设计业务层 Design Operation Layer 包括： 设计内容（Design Contents ） 设计方法（Design Methods ） 设计过程（Design Process ）,规划设计检验层 Design Inspection Layer 包括： 设计的潜在问题分析 （Design Problem Analysis ） 设计质量评价(Desi

11、gn Quality Assessment),2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.5 设计环境规划,产品的设计活动必然要与所处的环境相联系。对设计环境的规划研究主要体现在两个工作内容，一是对产品设计的环境影响要素进行归纳和总结，二是提出合理的产品设计环境规划方法。,环境要素,正因为设计环境的存 在，使产品的设计面临 两个可能，即环境威胁 和环境机遇。设计者应 努力避开环境威胁，而 积极掌握环境机遇，从 而使设计出的产品给企 业带来经济效益，给社 会带来社会效益。,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.5 设计环境规划,（1）研发产品定位 这里的定位包含两层含义，一是具体开发什么产

12、品，二是要开发的产品在该类产品中档次定位（即高端、中端和低端的划分）。,设计环境规划方法,（2）设计环境分析 以待研发的产品为核心，对照社会环境、自然环境、技术环境各要素进行分析，明确哪些环境要素是有利的（环境机遇），哪些环境要素是有害的（环境威胁）,（3）配置合理的设计环境回避环境威胁策略研究和掌握环境机遇策略研究,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.6 设计思想规划,（1）为具体的设计方法指引方向 （2）推动产品创新,想法决定生活，理念决定设计,（1）绿色设计思想 （2）协同设计思想 （3）模块设计思想 （4）创新设计思想 （5）综合化与集成化设计思想,决策者可以制定出自己所处团队

13、的设计指导思想，这些思想是设计工作人员进行设计工作的行动指南。 要注意随着时代的发展，逐步修正设计思想。,设计思想的重要性,几种有影响力的设计思想,设计思想规划,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.7 设计目标规划,设计目标（Design Objective）是设计人员通过实际的设计工作最终要达到状态或水平的功能性描述。具有战略性、明确性和可度量性的特点。,其中前两个因素对产品设计目标的制定有最直接的影响，称之为硬因素，而后两个是从宏观上影响着设计目标的制定，称之为软因素。,影响制定设计目标的因素,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.7 设计目标规划,分三步进行设计目标规划,2

14、 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.8 设计内容规划,一般机械产品的设计内容,设计内容规划要对照设计目标，确定将要进行的具体设计工作是什么，进而形成产品设计任务书。,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.8 设计内容规划,设计内容规划流程,设计任务规划决策模型,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.9 设计方法规划,设计方法（Design Methods）是支持工程设计人员高效完成设计工作的具体工具和手段。据不完全统计大约有60多种方法，闻邦椿教授对这些方法进行了科学的分类。,设计目标、设计内容和设计方法三者存在紧密地联系，可以将设计方法理解为连接设计目标和设计内容的桥梁或纽

15、带，因此在进行设计方法规划时，要结合设计目标和设计方法规划的内容来进行。,其中向量O为设计目标向量,M为设计方法矩阵，C为设计内容向量，n为目标数量,设计方法规划方程,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.10 设计过程规划,综合设计法的设计过程,设计过程（Design Process）是指围绕设计目标的一系列求解活动。,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.10 设计过程规划,设计过程规划的基本任务是：结合设计任务、设计方法以及现有的各种资源进行合理地规划设计步骤、划分设计任务、确定各设计任务所需时间段、具体组织设计人员和提出更好管理设计过程的方法等。可分为四步： （1）确定合理

16、的设计步骤；（2）科学地划分设计任务；（3）制定具体的设计计划；（4）提出合理的设计过程管理策略。,设计过程规划步骤,设计任务划分,要注意设计任务的 独立性 并行性 集成性,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.10 设计过程规划,设计计划是对设计过程分阶段完成情况的描述，该计划可以向项目管理者提供设计活动在某一时间段所处的状态或某一时间点设计应有的进展情况。,制定设计计划,设计过程的管理策略涵盖了相关文件法规的制定、设计过程的质量管理与动态管理等多项内容，是项目管理者或决策者应该深入思索的问题,设计过程管理策略,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.11 设计潜在问题分析,设计潜在问题分析的目标就是要通过对设计过程中可能发生的问题进行寻找、归类，进而制定相应的预防措施。,采用风险分析的四步法 来对可能发生的问题进行分析。,2 现代机械产品3L/8D设计规划方法,2.11 设计质量检验规划,