现代设计方法-6.现代设计方法前沿

现代设计方法前沿第六讲现代设计方法前沿现代设计方法前沿主要内容概述创新设计快速响应设计智能设计全寿命周期设计并行设计面向制造的设计绿色产品设计现代设计技术特点现代设计方法前沿•现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。——概述现代设计方法前沿创新与创新方法一、创新的概念1、发现：是指原本早已存在的事物，经过人们不断努力和探索后被人们认知的具体结果。4、创新：是指提出或完成具有独特性、新颖性和实用性的理论或产品的过程。2、发明：是指人们提出或完成原本不存在的、经过人们不断努力和探索后提出的或完成的具体结果。3、创造：也是一种完成新成果的过程，但可能具有一定的参照物，而不强调原本不存在的事物。——创新设计技术现代设计方法前沿5、创新与创造关系：无本质差别，创新是创造的具体实现。但创新更强调创造成果的新颖性、独特性和实用性6、创新分类：7、创新方式：其一是由无到有的创新，其二是由有到新的创新知识创新技术创新应用创新人们认识世界、改造世界的基本理论的总结针对具体的事物，提出并完成具有新颖性、独特性和实用性的新产品的过程把已存在的事物应用到某个新领域，并发生很大的社会与经济效益的具体实现过程——创新设计技术现代设计方法前沿二、创新设计的概念1、设计的概念：是指根据社会或市场的需要，利用已有的知识和经验，依靠人们思维和劳动，借助各种平台（数学方法、实验设备、计算机等）进行反复判断、决策、量化，最终实现把人、物、信息资源转化为产品的过程。——创新设计技术现代设计方法前沿2、创新设计：是指在设计领域中，提出的新的设计理念、新的设计理论或设计方法，从而得到具有独特性和新颖性的产品。——创新设计技术现代设计方法前沿1、创造性思维与潜创造能力逻辑思维灵感思维知识三、创造性思维与创造能力的培养——创新设计技术现代设计方法前沿2、创新的涌动力存在于人类自身的潜创造能力，只有在一定压力和一定条件下才会释放出能量。——创新设计技术现代设计方法前沿四、创新方法简介1、群智集中法：群智集中法又称头脑风暴法2、仿生创新法3、功能设计创新法4、移置技术创新设计法5、类比求优创新设计法6、反求创新法——创新设计技术现代设计方法前沿常规设计、现代设计与创新设计机械设计方法反向设计正向设计创新设计现代设计常规设计（反求设计）——创新设计技术现代设计方法前沿1、常规机械设计常规机械设计方法是依据力学和数学建立的理论公式和经验公式为先导，以实践经验为基础，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明书的过程。——创新设计技术现代设计方法前沿该方法强调以成熟的技术为基础，目前常规机械设计方法仍然是机械工程中的主要设计方法。各高等工科学校的机械设计教科书主要讲授这种方法。——创新设计技术现代设计方法前沿轴的结构设计过程•按功率计算出轴的最小直径•根据轴上零件的周向固定和轴向固定•查阅设计手册•结构设计——创新设计技术现代设计方法前沿2、现代设计方法现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念进行的机械设计。可靠性设计、优化设计、有限元设计、计算机辅助设计、虚拟设计等都是常用的现代设计方法。——创新设计技术现代设计方法前沿现代设计方法在强调运用计算机、工程设计与分析软件和现代设计理念的同时，其基本的设计内容是建立在常规设计的基础上。在强调现代设计方法的时候，不可忽视常规设计方法的重要性。——创新设计技术现代设计方法前沿3、创新设计方法机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术知识，进行创新构思、设计出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活动。——创新设计技术现代设计方法前沿结论：无论设计方法如何，常规设计仍然是最基本的设计方法，是机械设计课程的根本内容。有关常规设计的基本理论、基本方法与基本技能不应减少。——创新设计技术现代设计方法前沿快速响应设计简介：上世纪末，在市场快速变化导致的产品快速升级趋势下，基于快速响应工程理论以缩短产品研发周期为目标而形成的设计理念和方法——快速响应设计现代设计方法前沿一、产生背景全球买方市场形成上世纪末以来，生产力高度发展总供给大于需求产品按用户需求定制生产１、社会背景用户需求驱动下产品竞争日益激烈产品不断更新升级换代加快——快速响应设计现代设计方法前沿２、技术背景科技日新月异信息技术自动化技术计算机技术广泛应用普及技术更新加快产品技术含量不断提高技术落后产品迅速淘汰新产品的研制、出现周期缩短现有产品的换代、淘汰加快——快速响应设计现代设计方法前沿时代新产品研制周期１９世纪７０年上世纪20年代４０年上世纪６０年代２０年上世纪７０年代５～１０年上世纪90年代后２～３年新产品研制周期变化趋势——快速响应设计现代设计方法前沿３、市场背景市场全球化经济全球化竞争全球化围绕T、Q、C、S、E的竞争焦点转移Ｔ时间（快速响应客户需求，缩短交货期）成为产品竞争第一要素——快速响应设计现代设计方法前沿“快速响应市场需求，缩短产品交货期”成为竞争第一要素快速响应工程加快产品研制快速响应设计全球买方市场社会总供给远大于需求量科技进步，产品更新换代不断加快市场竞争加剧，竞争焦点转移加快产品设计——快速响应设计现代设计方法前沿二、快速响应工程的内涵1.市场需求的快速捕捉和分析决策2.产品的快速设计3.产品的快速制造、试验和定型4.产品的快速响应制造机制和生产体系——快速响应设计现代设计方法前沿三、快速响应工程的本质以时间为评判标准，在从技术角度保证产品设计功能全面技术先进同时以用时少为原则和目标进行产品的设计、研制和开发。——快速响应设计现代设计方法前沿四、快速响应工程的核心问题有效利用产品信息资源市场需求变化及时准确识别快速设计快速制造定型产品客户信息特点、爱好…产品设计信息方法、方案…产品制造信息技术、过程、组织…快速响应工程获取、识别重用、重组、更新重用、交流、共享——快速响应设计现代设计方法前沿针对快速发展变化的用户需求，及时准确地设计对应产品或实现产品快速更新，满足用户的最新需求．快速响应设计就是快速响应工程在设计领域的体现．五、快速响应设计的概念和内涵——快速响应设计现代设计方法前沿六、快速响应设计的目标和特点目标：缩短产品开发周期特点：在保证产品功能、原理、结构优化同时，将时间作为设计要素实现对设计的进一步优化。——快速响应设计现代设计方法前沿七、快速响应设计的基本原则——对先前设计的重用1）通过对己有设计（原理、方法、方案、结构）的引用实现问题求解2）尽量采用标准化、成熟化的零部件来完成新产品设计——快速响应设计现代设计方法前沿１、产品设计相关信息资源有效重组产品设计信息的归类及规范化、标准化描述２、关系型的产品模型产品功能、原理、结构、材料、工艺、用户）等设计信息资源基于产品自身属性能够建立准确的逻辑关联八、快速响应设计的核心问题——快速响应设计３、产品设计相关信息资源有效管理实现产品设计相关数据信息动态记录存储和一致性维护的数据库４、快速响应设计产品数据管理平台实现产品设计相关数据信息准确查询检索以及共享重用的软件系统现代设计方法前沿一、智能设计简介：采用智能工程理论方法研究利用计算机代替人进行设计思维和决策，提高设计自动化水平而对应形成的设计技术和方法。——智能设计现代设计方法前沿二、智能设计产生背景CAD、CAM技术普及，快速响应工程开展产品设计制造过程的高度信息化设计问题综合优化求解用户需求、设计数据、制造数据产品设计制造数据信息的集成分析决策模仿专家凭经验计算机——智能设计现代设计方法前沿三、智能设计的内涵和目标内涵：在基于计算机实现绘图、计算等设计自动化的基础上实现更高层次的设计自动化目标：设计问题的分析求解和决策自动化——智能设计现代设计方法前沿四、智能设计的本质在记录产品设计相关数据信息的基础上，基于智能工程理论通过对其中所隐含知识的挖掘整理，基于计算机自动实现产品设计中原本由人完成的分析、推理、决策工作——智能设计现代设计方法前沿五、智能设计与设计技术的对应关系——智能设计现代设计方法前沿六、智能设计的关键技术１、设计信息的集成２、设计知识的表示和挖掘３、多方案的并行设计和综合评优４、多系统的协同工作及信息处理５、再设计与自学习机制６、多种推理机制的综合运用７、智能化人机交互８、适合计算机处理的设计方法和过程模型——智能设计现代设计方法前沿一、全寿命周期设计概念在设计阶段就考虑产品生命周期后续制造、使用、回收等环节，使产品全寿命周期所有相关因素在设计阶段就能得到综合规划和优化的设计方法——全寿命周期设计二、全寿命周期设计内涵在以功能、结构为对象开展设计同时综合考虑可制造、可维修、可回收、无污染等属性实现产品设计优化现代设计方法前沿三、全寿命周期设计的本质在传统设计基础上的面向“制造、使用维护、回收利用”的设计四、全寿命周期设计的目标在产品功能、结构、技术优良同时，保证产品可在当前制造、使用环境等客观条件下设计、制造、交付使用一次成功，全面满足用户需求没有反复。——全寿命周期设计现代设计方法前沿五、全寿命周期设计的内容１：并行设计２：面向制造的设计３：面向环境设计（绿色设计）４：面向能源设计５：面向材料设计６：人机工程设计全寿命周期设计集成——全寿命周期设计现代设计方法前沿六、全寿命周期设计的特点1、集成性（并行、绿色等设计方法的综合应用）2、各部门工作人员分工协作3、分布式环境（设计工作由不同领域设计人员异地合作完成）——全寿命周期设计七、全寿命周期设计的意义和价值１、缩短产品投放市场的时间２、提高质量３、降低成本４、增强市场竞争力现代设计方法前沿•并行设计定义：是一种对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行和集成设计的系统化工作模式。•设计过程中各种活动之间的基本联系和相互作用：串行依赖、并行独立和交互耦合。•并行设计过程的基本特征：集成性，反映了产品寿命周期各环节间的耦合作用。•组织并行设计进程的两种模式：产品设计与相关过程设计实现并行。以联系方式对产品设计及其相关过程设计进行联系。——并行设计现代设计方法前沿概念设计结构设计工艺设计工装设计检验设计需求分析产品设计反馈串行工程示意图概念设计结构设计工装设计工艺设计检验设计分析评估需求分析产品设计——并行设计现代设计方法前沿并行设计的关键技术并行环境下的信息抽象与建模技术产品数据交换标准STEP：保证产品信息在各个环节的转换过程中保持完整性和一致性。质量功能配置QFD：将客户的需求分别转移到产品功能构思、结构和零件设计、工艺规划及作业控制等四个阶段。——并行设计现代设计方法前沿计算机辅助设计评价和决策—DFMA和RPMDFMA设计公理：设计中必须保持产品及零部件功能的独立性在设计中必须使产品及零部件的信息量为最少支持并行设计的分布式计算机环境CSCW（远距离医疗诊断系统）——并行设计现代设计方法前沿零件的可加工性零部件加工和装配质量的可检测性广义可制造性所含内容部件和整机的可装拆性零部件和整机性能的可试验性零部件和整机的可维修性零部件及材料的可回收性——面向制造的设计现代设计方法前沿•现行的产品开发大都是串行的，设计师的重点考虑实现产品的功能和性能指标。•对产品的可制造性和经济性评价较少考虑的原因：设计完成以前产品的可制造性和经济信息不够全面；设计师对企业的制造工艺和制造资源及产品的经济性缺乏全面的了解。•广义的DFM包括：面向装配的设计（DFA）面向加工的设计（DFF）——面向制造的设计现代设计方法前沿技术发展特点经验方法大多采用少量几个指标来定性评价零件的可制造性，而且凭经验确定权值，不能正确反映产品的可制造性。定量方法一般采用经验公式评价可制造性，只能近似估计。上述DFM