现代机械设计技术

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1、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

2、 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

3、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

4、,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

5、、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,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

6、、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,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

7、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

8、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,简单机械,蒸汽机

9、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,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,

10、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

11、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.

12、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,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,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,工作原理方案不变，变更局部或增设部件,工作原理和功能结构不变，变更现有产品结构配置和尺寸,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

13、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

14、,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

15、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

16、.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,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,功能单元 分功能,多个功能原理解,最优原理方案,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,对各部分的位置、运动、控制等合理布局,结构方案 外观方案,最优结构方案 最优造型方案,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