机械制造装备设计方法.ppt

1.1机械制造装备设计的类型1.2机械制造装备设计的方法1.3机械制造装备设计的评价1机械制造装备设计方法1.1机械制造装备设计的类型1.1.1创新设计1.1.2变型设计1.1.3组合设计1.1.1创新设计创新设计通常应从市场调研和预测开始，明确产品设计任务，经过产品规划、方案设计、技术设计和施工设计等四个阶段；还应通过产品试制和产品试验来验证新产品的技术可行性；通过小批试生产来验证新产品的制造工艺和工艺装备的可行性；一般需要较长的设计开发周期，投入较大的研制开发工作量。原创性的，从无到有的设计1.1.2变型设计适应型设计和变参数型设计统称“变型设计”。都是在原有产品基础上，基本工作原理和总体结构保持不变.变型设计应在原有产品的基础上，按照一定的规律演变出各种不同的规格参数、布局和附件的产品，扩大原有产品的性能和功能，形成一个产品系列。开展变型设计的依据是原有产品，它应属于技术成熟的“基形”产品。作为变型设计依据的原有产品，通常是采用创新设计方法完成的。在创新设计的基础上进行改进，使产品系列化。1.1.3组合设计组合设计又称模块化设计，是按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的“组合产品”。组合产品是系列产品的进一步细化，组合产品中的模块也应按系列化设计的原理进行。组合设计通常是MRP(物料需求计划)驱动的，可由销售部门承担，或在销售部门中成立一个专门从事组合设计的设计组承担，有关设计资料可直接交付生产计划部门，对组成产品的各个模块安排投产，并将这些模块拼装成所需的产品。电脑→不同配置的电脑→电脑的各个配件车床→不同型号的车床→车床的各个部件据不完全统计，机械制造装备产品中有一大半属于变型产品和组合产品，创新产品只占一小部分。尽管如此，创新设计的重要意义不容低估。这是因为：采用创新设计方法不断推出崭新的产品，是企业在市场竞争中取胜的必要条件；变型设计和组合设计是在基型和模块系统的基础上进行的，而基型和模块系统也是采用创新设计方法完成的。1.2机械制造装备设计的方法2.2.1机械制造装备设计的典型步骤2.2.2系列化设计2.2.3模块化设计2.2.4合理化工程1.2.1机械制造装备设计的典型步骤(一)产品规划阶段(二)方案设计阶段(三)技术设计阶段(四)施工(工艺)设计阶段(一)产品规划阶段产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制订设计技术任务书。在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。到底要做一个什么样的产品市场需求分析调查研究市场预测可行性分析编制设计任务书市场调研技术调研社会调研技术分析经济分析社会分析可行性报告设计要求表(一)产品规划阶段1．需求分析需求分析的任务是将需求具体化和恰到好处，明确设计任务的要求。是设计工作的开始，指导设计工作的进行。识别需求是一个创造性的过程，设计人员必须重视需求分析，及时找到和预测市场的需求，并在市场大量需求到来之前完成新产品的研制工作，抢先投放市场，以取得丰厚的回报。需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析.需求分析的内容1)新产品开发面向的社会消费群体，他们对产品功能、技术性能、质量、数量、价格等方面的要求；2)现有类似产品的功能、技术性能、价格、市场占有情况和发展趋势；3)竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向；4)主要原材料、配件、半成品等的供应情况、价格及变化趋势等。(一)产品规划阶段2.调查研究(1)市场调研一般从以下几方面进行调研：用户需求——有关产品功能、性能、质量、使用、保养、维修外观、颜色、风格、需求量和价格等方面的要求。产品情况——产品在其生命周期曲线中的位置，新老产品交替的动向分析等。同行情况——同行产品经营销售情况和发展趋势．主要竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向。供应情况——主要原材料、配件、半成品等的质量、品种、价格、供应等方面的情况及变化趋势等。(2)技术调研一般包括产品技术的现状及发展趋势；行业技术和专业技术的发展趋势；新型元器件、新材料、新工艺的应用和发展动态；竞争产品的技术特点分析；竞争企业的新产品开发动向；环境对研制的产品提出的要求，如使用环境的空气、湿度、有害物质和粉尘等对产品的要求；为保证产品的正常运转，研制的产品对环境提出的要求等。(3)社会调研一般包括企业目标市场所处的社会环境和有关的经济技术政策，如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全等方面的法律、规定和标准；社会的风俗习惯；社会人员的构成状况、消费水平、消费心理和购买能力；本企业实际情况、发展动向、优势和不足、发展潜力等。(一)产品规划阶段3.预测(1)定性预测在数据和信息缺乏时，依靠经验和综合分析对未来的发展状况作出推测和估计。采用的方法有走访调查、查资料、抽样调查、类比调查、专家调查等。(2)定量预测对影响预测结果的各种因素进行相关分析和筛选，根据主要影响因素和预测对象的数量关系建立数学模型，对市场发展情况作出定量预测。采用的方法有时间序列回归法、因果关系回归法、产品寿命周期法等。(一)产品规划阶段4.可行性分析所谓产品设计的可行性分析是指通过调查研究与预测后，对产品开发中的重大问题应进行充分的技术经济论证，判断是否可行。一般包括技术分析、经济分析和社会分析三个方面。最后应提出产品开发的可行性报告。可行性报告一般包括如下内容：1)产品开发的必要性，市场调查及预测情况，包括用户对产品功能、用途、质量、使用维护、外观、价格等方面的要求；2)同类产品国内外技术水平，发展趋势；3)从技术上预期产品开发能达到的技术水平；4)从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题；5)投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计；6)现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。5．编制设计任务书产品设计任务书是指导产品设计的基础性文件，其主要任务是对产品进行选型，确定最佳设计方针。(二)方案设计阶段1．对设计任务的抽象设计师应对设计任务进行抽象，抓住主要要求，兼顾次要要求，才能避免由于知识和经验的局限性，思想上的种种框框，误导设计方案的制订。对设计任务进行抽象是对设计任务的再认识，通过功能关系和与任务相关的主要约束条件的分析，对“设计要求表”一步一步进行抽象，找出具有本质性的和主要的要求，即本质功能，以便找到能实现这些本质功能的解，再进一步找出其最优解。实质：根据设计任务要求，进行产品功能原理的设计。对设计任务的抽象建立功能结构寻求原理解和求解方法初步设计方案的形成初步设计方案的评价与筛选建模并找出本质功能功能结构图实现结构图中的各个功能原理解的结合每个功能可有多种实现方式2．建立功能结构总功能是表达输入量转变成输出量的能力。总功能可逐级往下分解，分解到子功能的要求比较明确，便于求解为止。分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构。便于了解产品中哪些子功能重复出现，为制订通用零部件规范提供依据。功能间的联系存在三种基本结构型式：串联结构如图2—2a所示，又称顺序结构。并联结构如图2—2b所示。环形结构如图2—2c所示，是输出反馈为输入的循环结构。图2—2e则是有选择性地进行反馈的循环结构。(二)方案设计阶段3．寻求原理解与求解方法所谓原理解就是能实现某种功能的工作原理，和实现该工作原理的技术手段和结构原理，即所谓功能载体。工作原理是科学原理和技术原理的统称。是设计中最关键、最富于创造性的一个环节。从技术上和结构上实现工作原理的功能载体是以它具有的某种属性来完成某一功能的。(二)方案设计阶段4．初步设计方案的形成(1)系统结合法：按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理解结合起来。具体方法是采用如图所示的图表。(2)数学方法结合法：当子功能原理解的物理和几何特征可以定量的形式表达时，有可能借助电子计算机，采用数学方法进行初步设计方案的组合。(二)方案设计阶段5.初步设计方案的评价与筛选(1)初步设计方案的初选：观察淘汰法和分数比较法。(2)初步设计方案的具体化(3)对初步设计方案进行技术经济评价任务：在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，即将初步设计方案具体化。确定结构原理方案总体技术方案设计结构设计对主要功能结构进行构思初步确定形状和材料绘制产品总装图、部件装配图确定零件表，加工、装配说明书进行技术、经济评价确定主要技术参数、布局(三)技术设计阶段(三)技术设计阶段1.确定结构原理方案(1)确定结构原理方案的主要依据其中包括决定尺寸的依据；决定布局的依据；决定材料的依据；决定和限制结构设计的空间条件等。(2)确定结构原理方案在上述依据的约束下，对主要功能结构进行构思，初步确定其材料和形状，进行粗略的结构设计。(3)评价和修改对确定的结构原理方案经过技术经济评价提供依据。(三)技术设计阶段2.总体设计(1)主要结构参数(2)总体布局包括部件组成、各部件的空间位置布局和运动方向、操作位置、各部件相对运动配合关系。(3)系统原理图包括产品总体布局图、机械传动系统图、液压系统图、电力驱动和控制系统图等。(4)经济核算包括产品成本和运行费用的估算、成本回收期、资源的再利用等。(5)其它(三)技术设计阶段3.结构设计主要任务是在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，绘制产品总装图、部件装配图；提出初步的零件表，加工和装配说明书；对结构设计进行技术经济评价。必须遵守有关国家、部门和企业颁布的标准规范，通常要经过设计、审核、修改、再审核、再修改多次反复，才可批准投产。经常采用诸如有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等现代设计方法，来解决设计中出现问题。任务：如何将产品加工出来并投放市场。零件图设计完善装配图商品化设计几何形状、全部尺寸尺寸公差、形位公差、表面粗糙度技术要求：材料、热处理编制技术文档产品设计计算书产品使用说明书产品质量检查标准和规则产品明细表(基本件、标准件、外购件)降低成本、改善外观、美化包装(四)工艺设计阶段1.2.2系列化设计(一)系列化设计的基本概念(二)系列化设计的优缺点(三)系列化设计的步骤系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型的产品为基型，以它为基础，设计出其它各种尺寸参数的产品，构成产品基型系列。在产品基型系列的基础上，派生出不同用途的变型产品，构成产品派生系列。编制反映基型系列和派生系列关系的产品系列型谱。系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化”原则，结构的典型化”即所谓的“四化”原则。系列化设计是产品设计合理化的一条途径，是提高产品质量、降低成本、开发变型产品的重要途径之一。(一)系列化设计的基本概念1)可以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。2)系列产品是依据经过严格性能试验和长期生产考验的基型产品演变和派生而成的，可以大大减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期；3)产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，可压缩工艺装备数量和种类，缩短产品的研制周期，降低生产成本；4)零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量；5)为开展变型设计提供技术基础。(二)系列化设计的优缺点系列化设计的缺点：为以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，用户只能在系列型谱内有限的一些品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的要求，另方面有些功能还可能冗余。主参数和主要性能指标的确定参数分级制定系列型谱应最大程度地反映产品的工作性能和设计要求尽可能采用优先系数P26通常是二维甚至多维的其中一维是主参数其它维是主要性能指标N10(三)系列化设计的步骤1．主参数和主要性能指标的确定主参数和主要性能指标应最大程度地反映产晶的工作性能和设计要求。例如普通车床的主参数是在床身上的最大回转直径，主要性能指标之一是最大的工件长度；主要性能指