機械設(shè)計方法

1、陳玉侖QQ：350602351課程介紹專業(yè)選修課32課時現(xiàn)代機械設(shè)計方法概述、設(shè)計方法學，幾種主要的現(xiàn)代設(shè)計應(yīng)用理論教學目標：掌握上述幾種方法的主要概念、主要模型和基本方法，理解其在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用考核方式：平時成績+考試參考書23456直覺設(shè)計階段憑直觀感覺進行設(shè)計，設(shè)計方案存在于頭腦之中7 犁經(jīng)驗設(shè)計階段設(shè)計圖紙經(jīng)驗設(shè)計、半理論半經(jīng)驗設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計階段計算機技術(shù)的應(yīng)用、新的設(shè)計方法和理論（近30、40年）8 編鐘 箭鏃傳統(tǒng)的設(shè)計方法：以經(jīng)驗總結(jié)為基礎(chǔ)，運用力學和數(shù)學而形成的經(jīng)驗、公式、圖表、設(shè)計手冊等作為設(shè)計依據(jù)，通過經(jīng)驗公式、近似系數(shù)等方法進行設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法是以滿足市場產(chǎn)品的質(zhì)量、性

2、能、成本和價格等綜合效益為最優(yōu)目的，以計算機輔助設(shè)計技術(shù)為主體，研究、改進、創(chuàng)造產(chǎn)品活動過程中所用到的科學方法、理論和技術(shù)手段科學方法、理論和技術(shù)手段現(xiàn)代設(shè)計方法的概念9101112手工的、靜態(tài)的、經(jīng)驗的設(shè)計，產(chǎn)品性能分析較困難數(shù)字化的、動態(tài)的、科學的設(shè)計，便于分析產(chǎn)品性能現(xiàn)代設(shè)計和傳統(tǒng)設(shè)計的不同點13現(xiàn)代設(shè)計方法的主要范疇141. 信息論法信息論法：如信息分析法、技術(shù)預(yù)測法等， 它是現(xiàn)代設(shè)計方法的前提；2. 系統(tǒng)論法系統(tǒng)論法：如系統(tǒng)分析法、人機工程以及 面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計；3. 控制論法控制論法：如動態(tài)分析法等；4. 優(yōu)化論法優(yōu)化論法：它是現(xiàn)代設(shè)計方法的目標。5. 對應(yīng)論法對應(yīng)論法：如相

3、似設(shè)計、反求工程設(shè)計等；6. 智能論法智能論法：如CAE、并行工程、人工智能等， 是現(xiàn)代設(shè)計方法核心；11.藝術(shù)論法藝術(shù)論法：如藝術(shù)造型等?，F(xiàn)代設(shè)計方法的主要范疇157. 壽命論法壽命論法：如可靠性設(shè)計、價值工程和穩(wěn)健性設(shè)計等；8. 離散論法離散論法：如有限元和邊界元方法；9. 模糊論法模糊論法：如模糊評價和決策等；10.突變論法突變論法：如創(chuàng)造性設(shè)計等，它是現(xiàn)代設(shè)計方法的基礎(chǔ)；現(xiàn)代設(shè)計方法主要內(nèi)容 概述 創(chuàng)造性設(shè)計方法 系統(tǒng)分析設(shè)計方法設(shè)計方法學 概述 CAD系統(tǒng)的構(gòu)成 常用CAD軟件計算機輔助設(shè)計 彈性力學基礎(chǔ) 平面問題的有限元法 軸對稱問題的有限元法有限元分析 一維優(yōu)化設(shè)計 無約束優(yōu)化問

4、題 有約束優(yōu)化問題優(yōu)化設(shè)計 基本理論 機械零件可靠性設(shè)計 機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計161、程序性現(xiàn)代設(shè)計方法的主要特點產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計172、創(chuàng)造性創(chuàng)造性是區(qū)別現(xiàn)代設(shè)計和傳統(tǒng)設(shè)計的重要標志？科學理論、方法和手段的運用3、系統(tǒng)性4、優(yōu)化性5、綜合性6、社會性現(xiàn)代設(shè)計方法的主要特點187、宜人性8、動態(tài)性9、智能化10、CA化11、設(shè)計與制造一體化（CAD/CAPP/CAM集成）現(xiàn)代設(shè)計方法的主要特點1920現(xiàn)代設(shè)計的目標1）實用性 2）可靠性3）穩(wěn)定性 4）安全性5）環(huán)境無害性 6）宜人性7）結(jié)構(gòu)工藝性 8）經(jīng)濟性9）造型藝術(shù)性 10）設(shè)計規(guī)范性2122232425產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)

5、品（企業(yè)與客戶的關(guān)系紐帶）的三大特點：層次性；階段性；系統(tǒng)性。產(chǎn)品規(guī)劃（企業(yè)制造資源系統(tǒng)與市場的橋梁）：在掌握技術(shù)發(fā)展、市場需求和政策環(huán)境的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)尋找和選擇有前途的產(chǎn)品作為開發(fā)對象，進而明確開發(fā)目標和要求，并制定企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的近期和遠期計劃。產(chǎn)品規(guī)劃的三個階段：目標產(chǎn)品確定；產(chǎn)品規(guī)劃跟蹤；產(chǎn)品監(jiān)控與市場反饋。設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計創(chuàng)造也就是創(chuàng)新，人們在科學、藝術(shù)和各種實踐活動領(lǐng)域中，產(chǎn)生具有經(jīng)濟價值、社會價值、生態(tài)價值的新思想、新理論、新方法和新產(chǎn)品的各種活動26觀察力記憶力自控能力想象力思考能力表達能力創(chuàng)造力保證創(chuàng)造性得以實現(xiàn)的能力設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計27影響解決問題的心理因素問題表征問

6、題在頭腦里的表現(xiàn)，反映求解者對問題的理解設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計例：設(shè)計新型風扇？28影響解決問題的心理因素問題表征問題在頭腦里的表現(xiàn)，反映求解者對問題的理解設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計例：點水為油？1升海水所蘊含的能量相當于300升汽油29影響解決問題的心理因素情緒狀態(tài)動機強度設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計袁隆平，1930年9月7日生。中國雜交水稻育種專家，中國工程院院士Thomas Alva Edison，1847年1931年。著名的美國發(fā)明家、物理學家、企業(yè)家30影響解決問題的心理因素定勢作用易于用慣用的方式解決問題設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計例：一筆畫四條直線連接9點？31影響解決問題的心理因素功能固著-只看到某事

7、物的通常功能設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計32組別組別工具工具練習練習解決問題解決問題參加人數(shù)參加人數(shù)成績（成績（%）實驗組鉆子鉆洞支撐繩索1471箱子盛物做墊腳臺743鉗子打開鐵絲結(jié)支撐木板944移錘稱重做釘錘用1215回形針夾紙做掛鉤用757控制組同實驗組同實驗組1010071001510012100786鄧克的功能固著實驗33影響解決問題的心理因素原型啟發(fā)從其他事物或現(xiàn)象中獲得的信息對解決當前問題的啟發(fā)設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計例：仿生學34培養(yǎng)創(chuàng)造力的條件設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計35嚴謹而科學的管理高度的創(chuàng)造精神豐富的知識經(jīng)驗健康的心理品質(zhì)科學而嫻熟的方法影響工程技術(shù)人員創(chuàng)造力的不利條件設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)

8、計36克服思想僵化和片面性；擺脫傳統(tǒng)思想的束縛，不盲目相信權(quán)威；消除不健康心理，如膽怯和自卑； 克服妄自尊大的排他意識，注意發(fā)揮群體的創(chuàng)造意識。 發(fā)展原理打破舊框框，建立新事物（打破“比空氣重的物體飛不起來”飛機）設(shè)計方法學創(chuàng)造性設(shè)計37發(fā)散原理不限于目前的解決問題的辦法，多方面思考（打破“機械傳動”液動、氣動、電動）觸發(fā)原理多觀察各種事物，獲取信息，以此觸發(fā)創(chuàng)造出新產(chǎn)品（原型啟發(fā)）創(chuàng)造性的基本原理38394041產(chǎn)品是以一定的技術(shù)手段來實現(xiàn)社會特定需要的人造系統(tǒng)，即技術(shù)系統(tǒng)功能分析法將技術(shù)系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)功能和基本單元功能，探索技術(shù)系統(tǒng)的功能原理解，并經(jīng)過方案評價與決策，確定產(chǎn)品的工作原理和

9、總體設(shè)計方案。功能分析法又稱為系統(tǒng)化設(shè)計設(shè)計方法學功能分析法4243功能分析法的步驟及方法設(shè)計方法學功能分析法44例：用功能分析法求挖掘機設(shè)計的功能原理解設(shè)計方法學功能分析法45總功能分析：取物料、運送物料功能分解：取運物料取物料運物料傳動取物料傳動移位例：用功能分析法求挖掘機設(shè)計的功能原理解功能元求解形態(tài)學矩陣功能元功能元可能的解法可能的解法123456動力源電動機汽油機柴油機蒸汽透平液動機氣動馬達移位傳動齒輪傳動渦輪傳動帶傳動鏈傳動液力耦合器移位軌道及車輪輪胎履帶氣墊取物傳動拉桿繩傳動汽缸傳動液壓缸傳動取物挖斗抓斗鉗式斗設(shè)計方法學功能分析法46例：用功能分析法求挖掘機設(shè)計的功能原理解功能原

10、理解系統(tǒng)解的理論可能方案N=65 4 4 3=1440種篩選方案，供評價決策使用原則：i、相容性，各分功能必須相容，否則不能組合ii、優(yōu)先選用分功能較佳的解iii、剔除不滿足設(shè)計要求和約束條件的解或不滿意的解設(shè)計方法學功能分析法47設(shè)計方法學功能分析法48汽車舉升機伴生輸出伴生輸入待舉升汽車能量信號舉升后的汽車舉升速度和高度信號設(shè)計方法學功能分析法例：用功能分析法求汽車舉升機的功能原理解總功能分析49設(shè)計方法學功能分析法例：用功能分析法求汽車舉升機的功能原理解功能分解總功能舉升汽車驅(qū)動功能執(zhí)行功能1控制功能執(zhí)行功能2支承和連接H能量轉(zhuǎn)換A能量傳遞與分配B舉升與回位C到位鎖定D啟動、停止EF變速

11、G儀表顯示I照明J其他K50功能元功能元可能的解法可能的解法123456A能量轉(zhuǎn)換汽油機柴油機電動機液壓馬達氣動馬達蒸汽透平B能量傳遞與分配齒輪箱油泵鏈傳動皮帶傳動C舉升齒輪齒條絲杠螺母蝸桿齒條連桿機構(gòu)繩傳動液壓缸D索定機構(gòu)自鎖機械鎖定電器鎖定E啟動每根柱同時啟動每根柱單獨啟動可同時或單獨啟動F制動帶式制動閘式制動片式制動圓錐形制動G變速液壓式齒輪式電氣式H支承雙柱固定支承四柱固定支承六柱固定支承雙柱移動支承四柱移動支承剪式51設(shè)計方法學功能分析法例：用功能分析法求汽車舉升機的功能原理解功能原理解組合方案數(shù)：64 6 3 3 4 3 6=93312 種方案I：（電動機械式）雙柱汽車舉升機方案I

12、I：四柱汽車電動舉升機方案III：剪式液壓汽車舉升機5231213121ABCDEFGH31213122ABCDEFGH41613216ABCDEFGH535455制定評價目標1、要綜合考慮：技術(shù)評價目標（可行性、工作性能指標、可靠性等）、經(jīng)濟評價目標（成本、利潤、實施方案的措施費用和投資回收期等）和社會評價目標（國家發(fā)展的政策和規(guī)劃、改善環(huán)境、新能源的利用等）。2、建立目標樹：分清主次、各目標相互獨立不能矛盾、盡量定量表示、高級子目標低級子目標3、確定目標加權(quán)系數(shù)（重要性系數(shù)）方案評價加權(quán)計分法等56設(shè)計方法學評價與決策例：用加權(quán)記分法對某款手表的三種設(shè)計方案進行評價1、建立評價目標樹=計時

13、準確 防水 防磁 防震 夜光 外觀美 成本低57設(shè)計方法學評價與決策手表手表外觀外觀性能性能計時計時防水防水防磁防磁防震防震夜光夜光成本成本1234567Zzzzzzzz58例：用加權(quán)記分法對某款手表的三種設(shè)計方案進行評價2、確定評價目標加權(quán)系數(shù)設(shè)計方法學評價與決策手表手表1|1外觀外觀0.2|0.2性能性能0.6|0.6計時計時0.5|0.3防水防水0.17|0.1防磁防磁0.08|0.05防震防震0.17|0.1夜光夜光0.08|0.05成本成本0.2|0.212345670.30.10.050.10.050.20.2Gggggggg59例：用加權(quán)記分法對某款手表的三種設(shè)計方案進行評價3、確定記分方法及標準如采用10分制：該款手表各方案評分表設(shè)計方法學評價與決策計時準計時準確確防水防水防磁防磁防震防震夜光夜光外觀美外觀美成本低成本低方案19889099方案28788777方案37787091001234510不能用缺陷較差勉強可用基本滿意理想60例：用加權(quán)記分法對某款手表的三種設(shè)計方案進行評價4、根據(jù)各目標評分結(jié)果寫出評價目標的評分矩陣設(shè)計方法學