绿色设计---第章传统机械与现代机械

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、生产和管理随时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计算和分析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典型组成传统现代能源、动力作业、执行结构、机体传感、检测控制、运筹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、校核传统机械现代机械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020406080100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010203040506070设计生产准备与加工原材料与外购件的采购管理和销售对成本的影响所需的工时成本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0102030405060产品定义产品设计工艺规划制造检验应用发生错误修改错误75%成本%80%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效益高、风险大赶超先进水平适应政策开发有特色产品工作原理方案不变，变更局部或增设部件加强辅助功能工作原理和功能结构不变，变更现有产品结构配置和尺寸改进材料、工艺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，明确设计任务决策开发新产品为新技术系统设定技术过程和边界要在集约信息、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用系统化方法按层次功能单元分功能多个功能原理解用不同方法最优原理方案原理实验决策评价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按人机环境社会的合理要求对各部分的位置、运动、控制等合理布局结构方案外观方案实用化设计商品化设计最优结构方案最优造型方案实验评价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零件工作图、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