第1章 現(xiàn)設(shè)緒論

第1章緒論(現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法概論)ⅠIntroduction

*大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心1第1章緒論內(nèi)容簡介

本章的主要內(nèi)容：

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而誕生的?，F(xiàn)已在國內(nèi)外的各個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)涵

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的主要內(nèi)容和特點(diǎn)

現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型及進(jìn)程

學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程的意義和任務(wù)*2大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心1.1現(xiàn)代設(shè)計(jì)1.1.1

設(shè)計(jì)及其內(nèi)涵

設(shè)計(jì)是人類改造自然的基本活動之一。它與人類的生產(chǎn)活動及生活密切相關(guān)。人類在改造自然的歷史長河中，一直從事設(shè)汁活動。從某種意義上講，人類文明的歷史，就是不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)活動的歷史。

設(shè)計(jì)一詞有廣義和狹義兩種概念：●

廣義概念●

狹義概念是指對發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)及達(dá)到的目標(biāo)。

廣義概念：狹義概念：是指將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)(或技術(shù)過程)的活動。目前，各種產(chǎn)品包括機(jī)、電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)即屬此種。*3大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)科學(xué)也在不斷向深度和廣度發(fā)展，其內(nèi)容、要求、理論和手段等都在不斷更新。目前科技界對設(shè)計(jì)尚無統(tǒng)一的定義，但對設(shè)計(jì)的基本內(nèi)涵都有共同的認(rèn)識。

綜合來理解設(shè)計(jì)的含義，即為了滿足人類與社會的功能要求，將預(yù)定的目標(biāo)通過人們創(chuàng)造性思維，經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生載有相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的技術(shù)文件，以取得最滿意的社會與經(jīng)濟(jì)效益，這就是設(shè)計(jì)。

然后或通過實(shí)踐轉(zhuǎn)化為某項(xiàng)工程，或通過制造，成為產(chǎn)品，而造福于人類。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程從本質(zhì)上說就是創(chuàng)造性的思維與活動過程，是將創(chuàng)新構(gòu)思轉(zhuǎn)化為有競爭力的產(chǎn)品的過程。*4大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心從對設(shè)計(jì)含義的理解出發(fā)，

工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有以下特征：●

需求特征●

創(chuàng)造性特征●

程序特征●

時(shí)代特征*5大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（1）需求特征

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的是滿足人類社會的需求，即設(shè)計(jì)始于需求，沒有需求就沒有設(shè)計(jì)。

（2）創(chuàng)造性特征時(shí)代的發(fā)展，使人們的需求、自然環(huán)境、社會環(huán)境都處于變化之中，從而要求設(shè)計(jì)者適應(yīng)條件變化，不斷更新老產(chǎn)品，創(chuàng)造新產(chǎn)品。

人們從機(jī)車的發(fā)展歷史，即由蒸汽機(jī)車→內(nèi)燃機(jī)車→電力機(jī)車→到今天的磁懸浮機(jī)車，可見設(shè)計(jì)活動的不斷創(chuàng)造發(fā)明的特征。

*6大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（4）時(shí)代特征

設(shè)計(jì)活動受時(shí)代的物質(zhì)條件、技術(shù)水平的限制，如設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)手段、材料、制造工藝等。所以，各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)都具有時(shí)代的烙印。

認(rèn)識了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特征，才能全面地、深刻地理解設(shè)計(jì)活動的本質(zhì)，進(jìn)而研究與設(shè)汁活動有關(guān)的各種問題，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

（3）程序特征

任何一種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都有一定的設(shè)計(jì)過程，它是指從明確設(shè)計(jì)任務(wù)到編制技術(shù)文件所進(jìn)行的整個(gè)設(shè)計(jì)工作的流程。

設(shè)計(jì)過程一般可分為四個(gè)主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃、原理方案設(shè)汁、技術(shù)設(shè)汁和施工設(shè)計(jì)。這種過程叫做設(shè)計(jì)程序。按設(shè)計(jì)程序進(jìn)行工作，才能提高效率，保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

*7大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

從人類生產(chǎn)的進(jìn)步過程來看，

設(shè)計(jì)進(jìn)程經(jīng)歷了如下四個(gè)階段：1.1.2

設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段

直覺設(shè)計(jì)階段

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段

半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)價(jià)段

現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段*8大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（1）直覺設(shè)計(jì)階段

17世紀(jì)以前，人們從事的設(shè)計(jì)活動完全是靠人的直覺來進(jìn)行的，這種設(shè)計(jì)為直覺設(shè)計(jì)，或稱自發(fā)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)者多為具有豐富經(jīng)驗(yàn)的手工藝人，他們之間沒有信息交流。這種全憑人的直觀感覺來設(shè)計(jì)制作工具的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案存在于手工藝人頭腦中，無法記錄表達(dá)，產(chǎn)品也比較簡單。通常一項(xiàng)簡單產(chǎn)品的問世，周期很長，且一般無經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，是一種自發(fā)設(shè)計(jì)。

（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段

到了17世紀(jì)，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)品逐漸復(fù)雜起來，社會對產(chǎn)品的需求量也開始增大，單個(gè)手工藝人的經(jīng)驗(yàn)或其頭腦中的構(gòu)思已難滿足這些要求，因而促使手工藝人必須聯(lián)合起來，互相協(xié)作，便逐漸出現(xiàn)了圖紙并開始利用圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)。另在17世紀(jì)初，數(shù)學(xué)和力學(xué)得到了很大的發(fā)展并建立了密切聯(lián)系，使工程設(shè)計(jì)有了一定的理論指導(dǎo)。

*9大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

該階段如1670年就已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)大海船的圖紙，圖紙的出現(xiàn)既可使具有豐富經(jīng)驗(yàn)的手工藝人通過圖紙將其經(jīng)驗(yàn)或構(gòu)思記錄下來，傳于他人，便于用圖紙對產(chǎn)品進(jìn)行分析、改進(jìn)和提高，推動設(shè)計(jì)工作向前發(fā)展；還可滿足更多的人同時(shí)參加同一產(chǎn)品的生產(chǎn)活動，滿足社會對產(chǎn)品的需求及生產(chǎn)率的要求。

利用圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，使人類設(shè)計(jì)活動由直覺設(shè)計(jì)階段進(jìn)步到經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，但是其設(shè)計(jì)過程仍是建立在經(jīng)驗(yàn)與技巧能力的積累之上。它雖然較直覺設(shè)計(jì)前進(jìn)了一步，但周期冗長，質(zhì)量也不易保證。

（3）半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段

20世紀(jì)初以來，隨著測試技術(shù)的發(fā)展，使取得系統(tǒng)或機(jī)器工作過程內(nèi)在規(guī)律的數(shù)據(jù)有了可能，于是開始采用局部試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)等作為設(shè)計(jì)過程的輔助手段。通過中間試驗(yàn)取得較為可靠的數(shù)據(jù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)，從而縮短了試制周期，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。這個(gè)階段成為半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。*10大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

在該階段中，隨著科技的進(jìn)步、實(shí)驗(yàn)手段的加強(qiáng)，使設(shè)計(jì)水平得到進(jìn)一步提高，共取得了如下進(jìn)展：

（1）加強(qiáng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論和各種專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)理的研究，從而為設(shè)計(jì)提供了大量信息，如包含大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的圖表、圖冊和設(shè)計(jì)手冊等；

（2）加強(qiáng)關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)研究，大大提高了設(shè)計(jì)速度和成功率。

（3）加強(qiáng)了“三化”研究，即零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化的研究，后來又提出設(shè)計(jì)組合化，進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)的速度、質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的成本。

本階段由于加強(qiáng)了設(shè)計(jì)理論和方法的研究，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比，大大減少了設(shè)計(jì)的盲目性，有效地提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，并降低了設(shè)計(jì)成本。

*11大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（4）現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段近40年來（即20世紀(jì)60年代以來），隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及、應(yīng)用，為進(jìn)行有關(guān)設(shè)計(jì)中的理論分析、數(shù)值計(jì)算和物理模擬等提供了極為有利的條件，使設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了革命性的突變，為設(shè)計(jì)工作提供了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動化的條件，從而使人類設(shè)計(jì)工作步入現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段。此外，步入現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段的另一個(gè)特點(diǎn)就是：

●

當(dāng)代對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已不能僅僅考慮產(chǎn)品本身，還要考慮對系統(tǒng)和環(huán)境、人機(jī)工效的影響；●

不僅要考慮技術(shù)領(lǐng)域，還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會效益；●

不僅考慮當(dāng)前，還需考慮長遠(yuǎn)發(fā)展。*12大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

20世紀(jì)以來，由于科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，對設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究得到加強(qiáng)，隨著設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，以及設(shè)計(jì)和工藝的結(jié)合，已形成了一套半經(jīng)驗(yàn)半理論的設(shè)計(jì)方法。依據(jù)這套方法進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)，稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。所謂“傳統(tǒng)”是指這套設(shè)計(jì)方法已沿用了很長時(shí)間，直到現(xiàn)在仍被廣泛地采用著。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)又稱常規(guī)設(shè)計(jì)。1.1.3

現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

限于歷史和科技發(fā)展的原因，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法基本上是一種以靜態(tài)分析、近似計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、手工勞動為特征的設(shè)計(jì)方法。顯然，隨著現(xiàn)代科技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)的需要和市場的激烈競爭，以及先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的出現(xiàn)，這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已難以滿足當(dāng)今時(shí)代的要求，從而迫使設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷研究和發(fā)展新的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。

*13大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是過去長期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動的延伸和發(fā)展，它繼承了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的精華，吸收了當(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，它則是一種以動態(tài)分析、精確計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)和CAD為特征的設(shè)計(jì)方法。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，主要完成了以下幾方面的轉(zhuǎn)變：

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；

產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化；

產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化；

產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化；

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的高效化和自動化。

目前，我國設(shè)計(jì)領(lǐng)域正面臨著由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)向現(xiàn)代設(shè)計(jì)過渡，廣大設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡快適應(yīng)這一新的變化。通過推行現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，盡快提高我國機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、可靠性和在市場的競爭能力。*14大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心1.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的主要內(nèi)容及特點(diǎn)

1.2.1

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的主要內(nèi)容是基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論形成的，因而更具科學(xué)性和邏輯性。實(shí)質(zhì)上，現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法更是科學(xué)方法論在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，也是設(shè)計(jì)領(lǐng)域中發(fā)展起來的一門新興的多元交叉學(xué)科。是使產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求以及判斷產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)原則的依據(jù)。

設(shè)計(jì)理論：是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理和機(jī)理的科學(xué)總結(jié)。設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法：*15大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

從20世紀(jì)60年代末開始，

設(shè)計(jì)領(lǐng)域中相繼出現(xiàn)一系列新興理論與方法。為區(qū)別過去常用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法，把這些新興理論與方法統(tǒng)稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)。

表1-1

列出了目前現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的主要內(nèi)容。不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，

在運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行產(chǎn)品及工程設(shè)計(jì)時(shí)，一般都以計(jì)算機(jī)作為分析、計(jì)算、綜合、決策的工具。*16大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心表1-1現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主要理論和方法1.設(shè)計(jì)方法學(xué)2.優(yōu)化設(shè)計(jì)3.可靠性設(shè)計(jì)4.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)5.動態(tài)設(shè)計(jì)6.有限元法7.反求工程設(shè)計(jì)8.工業(yè)造型設(shè)計(jì)9.綠色設(shè)計(jì)10.模塊化設(shè)計(jì)11.相似設(shè)計(jì)12.虛擬設(shè)計(jì)13.疲勞設(shè)計(jì)14.智能工程15.價(jià)值工程16.并行設(shè)計(jì)17.三次設(shè)計(jì)18.人機(jī)工程19.健壯設(shè)計(jì)20.精度設(shè)計(jì)21.工程遺傳算法22.設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)23.摩擦學(xué)設(shè)計(jì)24.人工神經(jīng)元計(jì)算方法等*17大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

綜上所述，現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的種類繁多，但并不是任何一件產(chǎn)品和一項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)都需要采用全部設(shè)計(jì)方法，也不是每個(gè)產(chǎn)品零件或電子元件的設(shè)計(jì)均能采用上述每一種方法。由于不同的產(chǎn)品都有各自的特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)常需綜合運(yùn)用上述設(shè)計(jì)方法。

1.2.2

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基本特點(diǎn)如下：(1)程式性

(2)創(chuàng)造性(3)系統(tǒng)性(4)最優(yōu)性(5)綜合性(6)數(shù)字性（計(jì)算機(jī)化）*18大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

(1)程式性

研究設(shè)計(jì)的全過程。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)到試驗(yàn)、試制進(jìn)行全面考慮，按步驟有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(2)創(chuàng)造性

突出人的創(chuàng)造性，發(fā)揮集體智慧，力求探尋更多突破性方案，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品。

(3)系統(tǒng)性

強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)工程處理技術(shù)系統(tǒng)問題。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)分析各部分的有機(jī)關(guān)系，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)。同時(shí)考慮技術(shù)系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，即人-機(jī)-環(huán)境的大系統(tǒng)關(guān)系。

(4)最優(yōu)性

設(shè)計(jì)的目的是得到功能全、性能好、成本低的價(jià)值最優(yōu)的產(chǎn)品。

設(shè)計(jì)中不僅考慮零部件參數(shù)、性能的最優(yōu)，更重要的是爭取產(chǎn)品的技術(shù)系統(tǒng)整體最優(yōu)。

*19大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

(5)綜合性

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是建立在系統(tǒng)工程、創(chuàng)造工程基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用信息論、優(yōu)化論、相似論、模糊論、可靠性理論等自然科學(xué)理論和價(jià)值工程、決策論、預(yù)測論等社會科學(xué)理論，同時(shí)采用集合、矩陣、圖論等數(shù)學(xué)工具和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，總結(jié)設(shè)計(jì)規(guī)律，提供多種解決設(shè)計(jì)問題的科學(xué)途徑。

(6)數(shù)字性（計(jì)算機(jī)化）

將計(jì)算機(jī)技術(shù)全面地引入設(shè)計(jì)過程。并運(yùn)用程序庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、信息庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)于設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程數(shù)字性。通過設(shè)計(jì)者和計(jì)算機(jī)的密切配合，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和速度。

計(jì)算機(jī)不僅用于設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖，同時(shí)在信息貯存、評價(jià)決策、動態(tài)模擬、人工智能等方面將發(fā)揮更大作用。*20大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心1.3現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型及進(jìn)程

1.3.1

現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要求

隨著科學(xué)和技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在廣泛采用現(xiàn)代新興技術(shù)，并對產(chǎn)品的功能、可靠性、效益提出更為嚴(yán)格的要求。當(dāng)前許多高技術(shù)產(chǎn)品如激光測量裝置、航天飛機(jī)、核動力設(shè)備等大量誕生，無—不是采用現(xiàn)代新興技術(shù)的結(jié)果；而常規(guī)產(chǎn)品如機(jī)床、紡織機(jī)械、工程機(jī)械、電視機(jī)等電器也都大量采用了新技術(shù)，如數(shù)字控制、氣動紡紗、液壓技術(shù)、數(shù)字信號等。這些說明先進(jìn)的科技成就正在源源不斷地通過設(shè)計(jì)改變著產(chǎn)品。

機(jī)械產(chǎn)品中日益普遍地采用微機(jī)作自動控制，發(fā)展為機(jī)械-電子-信息一體化技術(shù)及產(chǎn)品；如此等等。這些新興技術(shù)促使機(jī)械產(chǎn)品在功能上的大跨躍，成為現(xiàn)代產(chǎn)品最突出的特點(diǎn)。

*21大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使新的設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷開辟，如現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)了芯片設(shè)計(jì)、基因設(shè)計(jì)、微型機(jī)械設(shè)計(jì)等新領(lǐng)域，同時(shí)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，又促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。而這些又促使了企業(yè)間的競爭日益激烈，且這種競爭已成為世界范圍內(nèi)技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的全面競爭。

此外，加之現(xiàn)代機(jī)械日益向大型化、高速化、精密化和高效化方向發(fā)展，所有這些又對工業(yè)產(chǎn)品與工程設(shè)計(jì)提出了新的要求，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)對象由單機(jī)走向系統(tǒng)；

（2）設(shè)計(jì)要求由單目標(biāo)走向多目標(biāo)；

（3）設(shè)計(jì)所涉及的領(lǐng)域由單一領(lǐng)域走向多個(gè)領(lǐng)域；

（4）承擔(dān)設(shè)計(jì)工作的人員從單人走向小組；

（5）產(chǎn)品更新速度加快，使設(shè)計(jì)周期縮短；（6）產(chǎn)品設(shè)計(jì)由自由發(fā)展走向有計(jì)劃的發(fā)展；

（7）設(shè)計(jì)的發(fā)展要適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。*22大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心1.3.2現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型及進(jìn)程

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是形成工業(yè)產(chǎn)品的第一道工序。要設(shè)計(jì)好一個(gè)現(xiàn)代產(chǎn)品，除需掌握現(xiàn)代科技和現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法外，還應(yīng)了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的一般規(guī)律和設(shè)計(jì)程序。

為此，下面介紹如下三個(gè)問題：■

現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型■

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段■

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的進(jìn)程*23大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

1.

現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)類型

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)按其創(chuàng)新程度可分為以下三種類型：

■

開發(fā)性設(shè)計(jì)

■適應(yīng)性設(shè)計(jì)

■變形設(shè)計(jì)

（1）開發(fā)性設(shè)計(jì)

它是在全部功能或主要功能的實(shí)現(xiàn)原理和結(jié)構(gòu)未知的情況下，運(yùn)用成熟的科學(xué)技術(shù)成果所進(jìn)行的新型工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。針對新任務(wù)，應(yīng)用可行的新技術(shù)，進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，提出新的功能原理方案，完成從產(chǎn)品規(guī)劃到施工設(shè)計(jì)。這是一種完全創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。*24大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（3）變形設(shè)計(jì)

在工作原理和功能都不變的情況下，變更現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)配置和尺寸，使之滿足不同的工作要求。例如不同壓力、流量的齒輪泵系列設(shè)計(jì)，以及22，24，26，28英寸不同尺寸規(guī)格的自行車設(shè)計(jì)等。

（2）適應(yīng)性設(shè)計(jì)

在工作原理不變的情況下，只對產(chǎn)品作局部變更或增設(shè)部件，使產(chǎn)品能更廣泛的適應(yīng)使用要求。例如在臥式銑床基礎(chǔ)上加設(shè)銑頭、磨頭或插削頭，以擴(kuò)展銑床的加工范圍。*25大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

2.

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段

任何一種產(chǎn)品的開發(fā)，都要面對市場競爭的考驗(yàn)。要使產(chǎn)品受到市場的接受和歡迎，產(chǎn)品開發(fā)必須經(jīng)歷如下三個(gè)重要階段：

功能原理設(shè)計(jì)

實(shí)用化設(shè)計(jì)

商品化設(shè)計(jì)*26大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（1）功能原理設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì)就是針對產(chǎn)品的某一確定的功能要求，尋找一些實(shí)現(xiàn)該功能目標(biāo)的解法原理。其實(shí)質(zhì)就是進(jìn)行產(chǎn)品原理方案的構(gòu)思與擬定的過程。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，必須從最新的自然科學(xué)原理及其技術(shù)效應(yīng)出發(fā)，通過創(chuàng)新構(gòu)思，優(yōu)化篩選，尋求最適宜于實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能目標(biāo)的原理方案。

功能原理設(shè)計(jì)通常是以簡圖或示意圖來進(jìn)行方案構(gòu)思的，因此，是一個(gè)形象思維與邏輯推理的過程，是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和開發(fā)的關(guān)鍵階段，它的優(yōu)劣，是從本質(zhì)的方面決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的水平。

（2）實(shí)用化設(shè)計(jì)

實(shí)用化設(shè)計(jì)就是使原理方案構(gòu)思轉(zhuǎn)化為具有實(shí)用水平的裝置。完成從總體設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)到制造施工的全部技術(shù)資料。*27大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（3）商品化設(shè)計(jì)

一個(gè)產(chǎn)品要成為商品，要保證產(chǎn)品在市場競爭中成功，必須具備一定的條件。商品化設(shè)計(jì)就是從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會等各方面來提高產(chǎn)品的市場競爭能力。例如用價(jià)值優(yōu)化進(jìn)行價(jià)值分析，提高產(chǎn)品性能，降低成本。如對產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，在保證功能和便于加工的前提下，設(shè)計(jì)出美觀大方的外型和協(xié)調(diào)悅目的色彩。*28大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

3.現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的進(jìn)程

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程一般可分為如下四個(gè)階段：

產(chǎn)品規(guī)劃(決策)

原理方案設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)

施工設(shè)計(jì)*29大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

（1）產(chǎn)品規(guī)劃階段

該階段就是進(jìn)行待開發(fā)產(chǎn)品的需求分析、市場預(yù)測、可行性分析，確定設(shè)計(jì)參數(shù)及制約條件，最后提出詳細(xì)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(或設(shè)計(jì)要求表)，作為設(shè)計(jì)、評價(jià)和決策的依據(jù)。

產(chǎn)品規(guī)劃階段的最終目的是確定任務(wù)，并給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)任務(wù)書（設(shè)計(jì)要求表）。

（2）原理方案設(shè)計(jì)階段

原理方案設(shè)計(jì)就是新產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì)。它是在功能分析的基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新構(gòu)思，優(yōu)化篩選，求取較理想的功能原理方案，列表給出原理參數(shù)，并作出新產(chǎn)品的功能原理方案圖。

（3）技術(shù)設(shè)計(jì)階段

該階段是將新產(chǎn)品的最優(yōu)功能原理方案具體化為裝置及零部件的合理結(jié)構(gòu)。*30大連交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化教研中心

技術(shù)設(shè)計(jì)階段的工作內(nèi)容較廣：

●首先是總體設(shè)計(jì)；

●然后分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(材料、尺寸等)和造型設(shè)計(jì)(美感、宜人性等)，并評選出最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案和最優(yōu)造型方案。

●最后分別得出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)文件、總體裝置草圖、結(jié)構(gòu)裝配草圖和造型設(shè)計(jì)技術(shù)文件、總體效果草圖、外觀構(gòu)思模型等。

技術(shù)設(shè)計(jì)階段應(yīng)提供出新產(chǎn)品的總裝圖、結(jié)構(gòu)裝配圖和造型圖。

（４）施工設(shè)計(jì)階段

施工設(shè)計(jì)是把技術(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)果變成施工的技術(shù)文件。

該階段就是完成零件工作圖、部件裝配圖、造型效果圖、設(shè)計(jì)說明書、工藝文件、使用說明書等有關(guān)技術(shù)文件。以上產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程的四個(gè)階段，應(yīng)盡可能地實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化，從而提高設(shè)計(jì)效率，加快設(shè)計(jì)進(jìn)度。并對各階段中的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容要在各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)下，用不