传统机械与现代机械设计技术课件.ppt

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,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,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,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,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,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,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,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,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,5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩棘才换来的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你会觉得解脱。但舌头总会不由自主地往那个空空的牙洞里舔，一天数次。不痛了不代表你能完全无视，留下的那个空缺永远都在，偶尔甚至会异常挂念。适应是需要时间的，但牙总是要拔，因为太痛，所以终归还是要放手，随它去。11、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。12、逆境给人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。13、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。14、给自己一份坚强，擦干眼泪；给自己一份自信，不卑不亢；给自己一份洒脱，悠然前行。轻轻品，静静藏。为了看阳光，我来到这世上；为了与阳光同行，我笑对忧伤。15、总不能流血就喊痛，怕黑就开灯，想念就联系，疲惫就放空，被孤立就讨好，脆弱就想家，不要被现在而蒙蔽双眼，终究是要长大，最漆黑的那段路终要自己走完。5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。9、照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途。10、没人能让我输，除非我不想赢！11、花开不是为了花落，而是为了开的更加灿烂。12、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。13、不管从什么时候开始，重要的是开始以后不要停止；不管在什么时候结束，重要的是结束以后不要后悔。14、当你决定坚持一件事情，全世界都会为你让路。15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。,