2第一章 11 13 現(xiàn)代設計方法教材梅順齊

1、湖北民族學院湖北民族學院 回顧回顧 緒論重點緒論重點 ?設計的概念（P1） 廣義：設計就是將人類的理想變?yōu)楝F(xiàn)實的實踐活動。 狹義：設計是指完成滿足一定客觀需求的技術系統(tǒng)的活動 ，該 技術系統(tǒng)包括圖紙、軟件程序、其他技術文檔等。 ?現(xiàn)代設計方法的基本特點(P4) 程式性、創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、最優(yōu)化、綜合性、計算機化 ?學習現(xiàn)代設計方法的任務（P12） 了解基本原理和主要內(nèi)容，掌握設計思想、設計步驟及相關軟 件應用要領，提高自身的設計素質(zhì)，增強設計創(chuàng)新能力。 充分掌握現(xiàn)代設計方法，在未來能夠應用和不斷地發(fā)展現(xiàn)代設 計理論與方法，甚至發(fā)明和創(chuàng)造出新的設計方法和手段。 目目 錄錄 ?緒論 ?第1章 現(xiàn)代設

2、計方法學 ?第2章 計算機輔助設計（CAD） ?第3章 優(yōu)化設計 ?第4章 有限元法 ?第5章 機械可靠性設計 ?第6章 現(xiàn)代設計方法前沿 第一章 1.1設計方法學概述 1.1.1設計方法學含義設計方法學含義 方法是人類思維的寶貴財富，是打開科學真理 寶庫的鑰匙。設計方法學是現(xiàn)代設計方法的重要組 成部分。 培根：“沒有正確的方法，猶如在黑暗中摸索 行走”。 巴甫洛夫：“ 好的方法將為人們展開更廣闊的 前景，使人們認識更深層次的規(guī)律，從而更有效地 改造世界”。 第一章 1.1設計方法學概述 1.1.1設計方法學含義設計方法學含義 設計方法學是一門新興學科，目前對其定義、研究對象 和范疇等還沒有統(tǒng)

3、一認識。但在產(chǎn)品的設計中，科學的 設計方法十分重要。 設計方法學的研究有 共同特點 ，即注重總結設計規(guī) 律、啟發(fā)創(chuàng)造性， 采用現(xiàn)代化的先進理論和方法使 設計過程自動化、合理化 ，其目的都是為了 提高設 計水平和質(zhì)量 ，設計出更多 功能全、性能好、成本 低、外形美的產(chǎn)品 ，以滿足社會的需求和適應日趨 尖銳的市場競爭。 我國20世界80年代前后開展了設計方法學的理論和 應用研究。 第一章 1.1設計方法學概述 ?總體來講：設計方法學是以 系統(tǒng)的觀點研 究產(chǎn)品設計規(guī)律、設計程序及設計中的思 維和工作方法的一門綜合性學科綜合性學科。 ?設計方法學以系統(tǒng)工程的觀點分析設計的 戰(zhàn)略進程和設計方法。在總結設

4、計規(guī)律、 啟發(fā)創(chuàng)造性的基礎上，綜合運用現(xiàn)代設計 理論、科學方法、先進手段和工具。 對開 發(fā)新產(chǎn)品, 改造舊產(chǎn)品和提高產(chǎn)品的市場競 爭能力有積極的作用。 1.1.2設計方法學的研究內(nèi)容設計方法學的研究內(nèi)容 （1）設計對象。設計對象是一個能實現(xiàn)一定技術過 程的技術系統(tǒng)。（技術過程、技術系統(tǒng)不唯一） （2）設計過程及程序 。設計方法學從系統(tǒng)的觀點出 發(fā)來研究產(chǎn)品的設計過程。（輸入、轉(zhuǎn)換、輸出） （3）設計思維。設計是一種創(chuàng)造性活動，設計思維 應該是創(chuàng)造性思維。 （技術系統(tǒng)包括圖紙、軟件程序、其他技術文檔等。 一般來講，技術系統(tǒng)是指完成某個特定功能或職能的各個事 物的集合，產(chǎn)品就是人造技術系統(tǒng)。產(chǎn)品設

5、計屬于狹義的設 計范疇。） 第一章 1.1設計方法學概述 （4）設計評價。設計方案的優(yōu)劣評價，其核心取決 于設計評價指標體系。 （5）設計信息管理。設計方法學研究設計信息庫的 建立和應用。（各學科知識建立數(shù)據(jù)庫） （6）現(xiàn)代設計理論與方法的應用 。研究如何把不斷 涌現(xiàn)出的各種現(xiàn)代設計理論和方法應用到設計過程 中。 第一章 1.1設計方法學概述 第一章 1.2 產(chǎn)品設計過程與設計原則 1.2.1產(chǎn)品設計的一般過程產(chǎn)品設計的一般過程 從新產(chǎn)品研究開發(fā) 的角度出發(fā)，產(chǎn)品 開發(fā)的過程可 以分為市場需求獲取 、概念設計 、詳細設計 、工藝 制定、生產(chǎn)制造及上市等幾個階段。 從某一具體產(chǎn)品設計 的角度出發(fā)

6、，產(chǎn)品 設計的過程 一般可分為 產(chǎn)品規(guī)劃（決策） 、原理方案設計 、技 術設計和施工設計四個階段。 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與設計原則 1 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與設計原則 可行項報告、 合理的設計要求、 設計參數(shù)項目表 產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段 產(chǎn)品規(guī)劃就是 確定開發(fā)新產(chǎn)品的 設計任務 ，為新產(chǎn) 品技術系統(tǒng) 設定技術過程和邊界 ，是一項創(chuàng)造性的 工作。 調(diào)研、預測 （市場、技術和社會三方面） 集約信息 （所有業(yè)務部門共同完成） 辨識社會需求， 進行可行性分析 2 原理方案設計階段原理方案設計階段 原理方案設計就是新產(chǎn)品的功能原理設計新產(chǎn)品的功能原理設計 。 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與

7、設計原則 原理實驗 評價決策 形態(tài)矩陣組合 新產(chǎn)品最優(yōu)原理方案 技術系統(tǒng)的多個 功能元 分解分解 新產(chǎn)品最優(yōu)原理 方案 功能原理解 形態(tài)矩陣組合 新產(chǎn)品總功能 功能元 新產(chǎn)品總功能 3 技術設計階段技術設計階段 技術設計是把新產(chǎn)品的 最優(yōu)原理方案具體化。 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與設計原則 總體設計 若干結構 方案 最優(yōu) 結構方案 實用化設計路線 若干外觀 方案 商品化設計路線 最優(yōu) 造型方案 結構設計技術文件 總體布置草圖 結構裝配草圖 造型設計技術文件 總體效果草圖 外觀構思模型 通過實驗 和評價 4 施工設計階段 施工設計是把 技術設計的結果 變成變成施工的技術 文件。 一般來說，要完

8、成 零件加工圖 、部件裝配圖 、造型 效果圖、設計和使用說明書、設計和工藝文件等。 以上產(chǎn)品設計進程的四個階段，盡可能實現(xiàn) CAD/CAM 一體化 ，從而提高設計效率，加快設計 進度。 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與設計原則 1.2.2產(chǎn)品設計的類型和一般原則產(chǎn)品設計的類型和一般原則 1.產(chǎn)品設計的類型 1）開發(fā)性設計。 在設計原理、設計方案 全部未知的 情況下，根據(jù)產(chǎn)品總功能和約束條件，進行 全新的 創(chuàng)造。這種設計是在國內(nèi)外無類似產(chǎn)品情況的創(chuàng)新，如專 利產(chǎn)品、發(fā)明性產(chǎn)品都屬于開發(fā)性設計。 2）適應型設計。在總的方案和原理不變 的條件下， 根據(jù)生產(chǎn)技術的發(fā)展和使用部門的要求，對產(chǎn)品結 構和性能進

9、行 更新改造更新改造 ，使它適應某種附加要求， 如電冰箱從單開門變雙開門，洗衣機由單缸變雙缸再到全自如電冰箱從單開門變雙開門，洗衣機由單缸變雙缸再到全自 動等。 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與設計原則 3）變參數(shù)設計。在功能、原理、方案不變 的情況下， 只是對結構設置和尺寸加以改變對結構設置和尺寸加以改變 ，使之滿足功率、 速比等不同要求，如不同中心距的減速器系列設計，中 心高不同的車床設計、排量不同的發(fā)動機設計等。 4）測繪和仿制。 按照國內(nèi)外產(chǎn)品實物進行測繪，變 成圖紙文件，其 結構性能不改變結構性能不改變 ，只進行統(tǒng)一標準 和工藝性改動。仿制是按照外單位圖紙生產(chǎn)，一般只做工 藝性變更，以符

10、合工廠的生產(chǎn)特點與技術裝備要求。 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與設計原則 2.產(chǎn)品設計的一般原則產(chǎn)品設計的一般原則 一般來說，產(chǎn)品設計必須遵循四個基本原則： 1）創(chuàng)新原則。 繼承的基礎上創(chuàng)新 2）可靠原則。 無故障運行時間的長短，是評價產(chǎn)品質(zhì)量 優(yōu)劣的一個重要指標。 3）效益原則。 （物美價廉 較高的技術經(jīng)濟效益和社會效 益）滿足用戶提出的功能要求前提下，有效地節(jié)約能源，降 低成本。 4）審核原則。 適時而嚴謹?shù)膶徍藭r確保設計質(zhì)量的一項 重要原則。 第一章 1.2產(chǎn)品設計過程與設計原則 第一章 1.3 技術系統(tǒng)及其確定 1.3.1技術系統(tǒng) 設計的目的是為滿足一定的功能需求。設計的目的是為滿足一定

11、的功能需求。完成某個特 定功能或職能的各個事物的集合，簡稱為 技術系統(tǒng)技術系統(tǒng)。 技術系統(tǒng)可以由子系統(tǒng)組成，也可以由超系統(tǒng)組成。 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 一輛汽車 一本書 一個公司 一個建筑物 子系統(tǒng) （系統(tǒng)） 系統(tǒng) 超系統(tǒng) （系統(tǒng)） 方向盤 發(fā)動機 輪胎等 一輛汽車 交通系統(tǒng) 設計是對作業(yè)對象完成某種技術過程， 產(chǎn)品就是 人造技術系統(tǒng)。 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 加工過程是技術過程加工過程是技術過程 坯料 加工中心 （編程） 金屬零件 作業(yè)對象 技術系統(tǒng) 人造技術系統(tǒng) 滿足一定需求的技術過程不是唯一的，因而相 對應的技術系統(tǒng)也是不同的（例）。（例）。 確定技術過程的一般步驟：

12、1.根據(jù)根據(jù)信息集約和調(diào)研預測 的資料， 分析確定分析確定 作業(yè) 對象及其主要轉(zhuǎn)換要求；（信息集約等第一次出現(xiàn)） 2.分析比較 傳統(tǒng)理論、現(xiàn)代理論和實踐 ，確定實現(xiàn) 主要轉(zhuǎn)換的工作原理； 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 3.明確實現(xiàn)技術過程的 環(huán)境和約束條件 ，環(huán)境是與 技術系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的外界的總和，約束條件包括經(jīng) 濟條件、生產(chǎn)條件、技術條件、社會條件等。 4.確定主要技術過程和其他輔助過程。 5.根據(jù)高效、經(jīng)濟、可靠、美觀、使用方便等原則， 初步劃定技術系統(tǒng)的邊界即工作范圍。 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 技術過程是在 人-技術系統(tǒng) -環(huán)境這一大系統(tǒng)中完 成的。劃定技術系統(tǒng)與人的邊界，技術

13、系統(tǒng)與環(huán)境 的邊界，就確定確定了技術系統(tǒng)應實現(xiàn)的功能 。 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 從功能角度分析， 技術系統(tǒng)技術系統(tǒng) 應具有下列能完成不同 分功能的單元的單元： 1.作業(yè)單元，完成轉(zhuǎn)換工作； 2.動力單元，完成能量的轉(zhuǎn)換、傳遞與分配； 3.控制單元，接受、處理和輸出控制信息； 4.檢測單元 ，檢測技術系統(tǒng)各功能的完成情況并反 饋給控制單元； 5.結構單元，實現(xiàn)系統(tǒng)各部分的鏈接與支承。 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 技術系統(tǒng)的框圖（技術系統(tǒng)與環(huán)境） 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 伴生輸出 物料M 技術系統(tǒng) （黑箱） 物料M 伴生輸入 能量E 信號S 能量E 信號S 邊界 主要傳遞信號

14、流的技術系統(tǒng)稱為儀器，主要傳遞能量流能量流 與物料流的技術系統(tǒng)稱為機器。機器又分為機械和器械， 其中機械以能量流和能量變換為主，如電機、汽輪機； 器械以物料流和物料變換為主，如加工中心、管道運輸 系統(tǒng)等。 確定技術系統(tǒng)的主要方法 包括信息集約、調(diào)研 預測、可行性分析等。 1.3.2信息集約 信息集約旨在對 產(chǎn)品相關信息 進行搜集整理、分析 加工，一般應由企業(yè)各部門共同完成。 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 情報部門負責產(chǎn)品的技術資料及發(fā)展趨勢，專利情報，行業(yè)技術經(jīng)濟 情報等； 開發(fā)部門負責產(chǎn)品性能試驗，新材料、新工藝、新技術，產(chǎn)品性能、 規(guī)格、造型，各種標準法規(guī)、設計方法等； 制造部門負責提供

15、生產(chǎn)能力，制造工藝設備、工時及其他相關技術數(shù) 據(jù)等信息； 營銷部門負責國家產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)品壽命周期分析，市場調(diào)查，需求預 測，經(jīng)營銷售分析，材料和外購件價格與供應情況，質(zhì)量與供貨能力， 老產(chǎn)品用戶意見分析，事故與維修情況分析等； 公關部門負責產(chǎn)品和企業(yè)的社會形象，與同行的競爭與聯(lián)合情況分析 等； 社會部門負責產(chǎn)品與環(huán)境污染、節(jié)能、資源、動力供應等的關系，產(chǎn) 品進入社會和退出社會、報廢、升級換代等的效應分析等。 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 1.3.3調(diào)研預測調(diào)研預測 調(diào)研預測一般從市場、技術、社會環(huán)境及企業(yè)環(huán)境 四個 方面進行。 （字小，可看書20頁） 第一章 1.3技術系統(tǒng)及其確定 市場調(diào)研內(nèi)容 技術調(diào)研內(nèi)容 用戶對象 用戶需求 產(chǎn)品的市場位置 同行狀況 外購件供應 社會環(huán)境調(diào)研內(nèi)容 現(xiàn)有產(chǎn)品的水平、特點、系列、結構、造型、使用情況、存在問題和解決方案等 有關的新材料、新工藝、新技術的發(fā)展水平、動態(tài)與趨勢 使用的相關科技成果 標準、法規(guī)、專利、情報 企業(yè)環(huán)境調(diào)研內(nèi)容 國家的計劃與政策 產(chǎn)品使用環(huán)境