現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法緒論課件

1、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)電學(xué)院 傘紅軍電話mail：第一章 緒論什么是設(shè)計(jì)？什么是現(xiàn)代設(shè)計(jì)？1.1.1 設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 設(shè)計(jì)：在正式做某項(xiàng)工作之前，根據(jù)一定的目的和要求，預(yù)先制定方法、圖樣等。- 現(xiàn)代漢語詞典1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì) 早期人類有關(guān)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)，如中國古代的考工記和古羅馬老普林尼的博物志，都可視作設(shè)計(jì)學(xué)作為一門理論的最初萌芽和起點(diǎn)。 而設(shè)計(jì)學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科，并且被學(xué)者們作出思辨的歸納和理論的闡述，則是20世紀(jì)以來的產(chǎn)物。 設(shè)計(jì)作為人類生物性與社會性的生存方式，其淵源是伴隨“制造工具的人”的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。 1.1.1 設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 廣義概念：對發(fā)展過程的安排，包括發(fā)

2、展的方向、程序、細(xì)節(jié)以及達(dá)到的目標(biāo)。 狹義概念：將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動。 1.1.1 設(shè)計(jì)的內(nèi)涵1、需求特征。2、創(chuàng)造性特征。3、程序特征。 設(shè)計(jì)程序：產(chǎn)品規(guī)劃、原理方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)。4、時(shí)代特征。1.1.2 工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特征1、直覺設(shè)計(jì)階段 憑直觀感覺來設(shè)計(jì)制作工具和機(jī)械，往往帶有一定的盲目性。 2、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 依靠個(gè)人的才能和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用一些基本設(shè)計(jì)計(jì)算理論，借助類比、模擬和試湊等設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。3、半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 加強(qiáng)了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論、各種專業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)理以及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)研究，使設(shè)計(jì)者能夠充分利用數(shù)據(jù)、圖表和手冊等進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少了設(shè)計(jì)的盲目

3、性，增加合理性。1.1.3 設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段1、傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 20世紀(jì)以來，由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究得到了加強(qiáng)，隨著設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，以及設(shè)計(jì)與工藝的結(jié)合，已經(jīng)形成了一套半經(jīng)驗(yàn)半理論的設(shè)計(jì)方法。依據(jù)這種方法進(jìn)行的設(shè)計(jì)，稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)、數(shù)學(xué)等公式，圖表等作為設(shè)計(jì)依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式或類比的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.1.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)2、現(xiàn)代設(shè)計(jì) 繼承了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的精華，吸取了當(dāng)代科技成果和計(jì)算機(jī)技術(shù)。 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，主要完成了一下轉(zhuǎn)變： 1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化； 2）產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化； 3）產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化； 4）產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化；

4、5）產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的高效化和自動化。1.1.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 現(xiàn)代設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)、類比 邏輯 、推理 、系統(tǒng) 靜態(tài)、少參數(shù) 動態(tài)、多變量 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、力學(xué)、數(shù)學(xué)公式 靜態(tài)現(xiàn)代設(shè)計(jì)：摩擦學(xué)、模態(tài)、可靠性、疲勞 動態(tài) 當(dāng)然,現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法還不能完全取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，一些行之有效的經(jīng)驗(yàn)方法目前仍在廣泛使用，它們?nèi)允乾F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的重要組成。1.2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法 設(shè)計(jì)理論是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理與機(jī)理的科學(xué)總結(jié)。 設(shè)計(jì)方法是使產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求以及判斷其是否滿足要求的依據(jù)。 1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的主要內(nèi)容和特點(diǎn) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 有

5、限元法 工業(yè)造型設(shè)計(jì) 反求工程設(shè)計(jì) 綠色設(shè)計(jì) 動態(tài)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)化設(shè)計(jì) 創(chuàng)造性設(shè)計(jì) 摩擦學(xué)設(shè)計(jì) 模塊化設(shè)計(jì) 虛擬設(shè)計(jì) 價(jià)值工程 人機(jī)工程1.2.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主要理論和方法可靠性設(shè)計(jì) 保證機(jī)械及其零部件滿足給定的可靠性指標(biāo)的一種機(jī)械設(shè)計(jì)方法。包括對產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)、分配、技術(shù)設(shè)計(jì)、評定等工作。所謂可靠性，則是指產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和給定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。它不但直接反映產(chǎn)品各組成部件的質(zhì)量，而且還影響到整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量性能的優(yōu)劣。17計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。簡稱CAD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲和制圖等項(xiàng)工作。18

6、有限元法 有限元法（finite element method）是一種高效能、常用的計(jì)算方法。這種方法將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片的表示求解域上待求的未知場函數(shù)，近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值插值函數(shù)來表達(dá)。從而使一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。19工業(yè)造型設(shè)計(jì) 工業(yè)造型設(shè)計(jì)最初產(chǎn)生于把美學(xué)應(yīng)用于技術(shù)領(lǐng)域這一實(shí)踐之中，是技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門邊緣學(xué)科。技術(shù)主要追求功能美，藝術(shù)主要追求形式美。20反求工程 反求工程(Reverse Engineering,RE),也稱逆向工程、反向工程，是指用一定的測量手段對

7、實(shí)物或模型進(jìn)行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的CAD模型的過程，是一個(gè)從樣品生成產(chǎn)品數(shù)字化信息模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)及生產(chǎn)的全過程。21綠色設(shè)計(jì) 綠色設(shè)計(jì)也稱生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、環(huán)境意識設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(可拆卸性，可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等)并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、質(zhì)量等要求。22系統(tǒng)化設(shè)計(jì) 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)是把設(shè)計(jì)對象看作一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)，然后用系統(tǒng)工程方法對系統(tǒng)各要素進(jìn)行分析與綜合，使系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)一致，并使系統(tǒng)與環(huán)境相互協(xié)調(diào)，以獲得整體最優(yōu)化設(shè)計(jì)。24摩擦學(xué)設(shè)計(jì) 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)以

8、摩擦、磨損及潤滑理論為基礎(chǔ)，從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，通過系列計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)類比分析，預(yù)測并排除可能發(fā)生的故障，使機(jī)械設(shè)備在使用過程中達(dá)到盡可能小的摩擦、損耗和經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定磨損率。25虛擬設(shè)計(jì) 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)是由多學(xué)科先進(jìn)知識形成的綜合系統(tǒng)技術(shù)，其本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)地并行地模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的可維護(hù)性和可拆卸性等，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率。27價(jià)值工程 價(jià)值工程是通過對產(chǎn)品功能的分析，正確處理功能與成本之間的關(guān)系來節(jié)約資源、降低產(chǎn)品成本的一種有效方法。不論是新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還是老產(chǎn)品改進(jìn)都離不開技術(shù)

9、和經(jīng)濟(jì)的組合，價(jià)值工程正是抓住了這一關(guān)鍵，在使產(chǎn)品的功能達(dá)到最佳狀態(tài)下，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更合理，從而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。28人機(jī)工程 人機(jī)工程學(xué)是一門多學(xué)科的交叉學(xué)科，研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機(jī)器及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)，研究方法和評價(jià)手段涉及心理學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、人體測量學(xué)、美學(xué)和工程技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域，研究的目的則是通過各學(xué)科知識的應(yīng)用，來指導(dǎo)工作器具、工作方式和工作環(huán)境的設(shè)計(jì)和改造，使得作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個(gè)方面的特性得以提高。291、程式性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程，包括一般設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和用于設(shè)計(jì)各個(gè)具體部分的戰(zhàn)術(shù)方法。要求設(shè)計(jì)者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)、試制，

10、按步驟有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2、創(chuàng)造性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設(shè)計(jì)、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品。只有創(chuàng)新才能有所發(fā)明。 1.2.3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)3、系統(tǒng)性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)把設(shè)計(jì)對象看作一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)考慮系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程概念進(jìn)行分析和綜合，通過功能分析、系統(tǒng)綜合等方法，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)，使人機(jī)之間的功能相互協(xié)調(diào)。 4、最優(yōu)性 設(shè)計(jì)的目的是得到功能全、性能好、成本低的最優(yōu)產(chǎn)品。 1.2.3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)5、綜合性現(xiàn)代設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮、分析市場需求、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、使用、銷售各方面的因素；綜合運(yùn)用優(yōu)化論、系統(tǒng)工程、可靠性理論、價(jià)值工程、技術(shù)等學(xué)科的知識，探索多種解決設(shè)計(jì)問題的科學(xué)途徑。6、數(shù)字性將計(jì)算機(jī)技術(shù)全面的引入。1.2.3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)1.3.1 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)對象由單機(jī)走向系統(tǒng)；設(shè)計(jì)要求由單目標(biāo)走向多目標(biāo)；設(shè)計(jì)領(lǐng)域由單一領(lǐng)域走向多個(gè)領(lǐng)域；設(shè)計(jì)人員從單人到小組產(chǎn)品更新速度加快、設(shè)計(jì)周期縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)由自由發(fā)展到有計(jì)劃的發(fā)展設(shè)計(jì)發(fā)展要適應(yīng)科技的發(fā)展，尤其計(jì)算機(jī)1.3.2 現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型及進(jìn)程 1、現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型 開發(fā)性設(shè)計(jì) 適應(yīng)性設(shè)計(jì) 變型設(shè)計(jì)1.3 現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型及進(jìn)程 2、現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段 功能原理設(shè)計(jì) 實(shí)用化設(shè)計(jì) 商品化設(shè)計(jì) 3、現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的進(jìn)程 產(chǎn)品規(guī)劃階