《CADCAM技术》PPT课件

关于设计的公理系
公理一：认识公理
人们可以通过属性、功能等认识或描述实体
公理二：对应公理
实体集合与（理想）实体概念集合为1:1对应
公理三：操作公理
抽象概念集合是实体概念集合的拓扑
公理与设计概念三角形
认识公理
实体
对应公理
抽象概念
实体概念
操作公理
关于设计的定义
设计要求
用户用抽象概念所指定的设计解的性质
1875年又发表“理论机构学”一书
1877年，英国的W.C.Unwin著书 “The Elements of Machine Design”
2.2 成型期
二十世纪五十年代 二十世纪六十年代
欧洲
1962年，在伦敦举行了第一届设计方法会 议，主要围绕系统设计方法研究，探讨了 设计过程的全面管理的系统方法和用于设 计过程的系统技术，如运筹学、质量管理、 价值工程等研究成果。
T1T2=s3s1=
“肉质不随时间变化而且能吃”的肉
基本概念(二)
实体集合 所有实体的集合 属性 实体具有的各种物理和化学性质 功能 在某种环境下，实体的作用
基本概念(三)
实体概念
人们通过体验实体的存在而确立的概念
抽象概念
人们按照意义或价值对实体概念进行 分类所得到的关于各类的概念
抽象概念
抽象概念 功能概念 属性概念
第一节
Int绪rodu论ction
决定竞争力的因素和手段
品种 技艺
数量 制造
质量 设计
设计与产品开发时间
设计
制造
0
20
40
60
80
100
时间 百分比（%)
设计与产品开发成本
70 60 50 40 30 20 10
0
设计
生产准备 与加工
原材料与 管理和销售 外购件的采购
对成本的影响 所需的工时成本
运用科学知识求得技术问题 的解决方案，并在给定的材料、技 术、经济、社会、环境等约束条件 下对该解决方案进行优化
设计活动
从心理学角度看，设计是个创造活动，需要有 数学、物理学、化学、力学、热力学、流体力 学、电子学、生产技术、材料技术、和设计理 论等坚实的基础
从系统论角度看，设计是给定的目标在部分相 互矛盾的约束下的优化
0.14
ms
0.32
流程模型
设计要求 设计要求详细化
已知机械分析 比较 变更
决定
逻辑模型
总功能 分功能 分功能 分功能 分功能
子功能 子功能 子功能 子功能
认知模型
问题提出
展开
评价
提案
决定
第四节
系统设计论 Systematic Design Methodology
4.1 绪 论
设计的任务
Design methodology is a concrete course
of action for the design of technical systems that derives its knowledge from design science and cognitive psychology, and from practical experience in different
1991年，日本机械学会设立“设计工程·系 统部门”。
从1991年起，每年7月份的第2周被定为“设 计研究会议周”，其间连续举行三个关于设计 的国内国际会议。
第三节
一般设计学 General Design Theory
关于一般设计学
一般设计学是 以阐明在所有设计行为中普遍反映
的人类智能活动的机理为基本课题， 以提出对所有技术领域的设计部门
1968年，在英国，The Design Council成 立。
美国
1968年，在美国波士顿的MIT举行了“环境 设计与规划中的新方法”会议，着重探讨了 设计的复杂性问题，理解设计者如何用传统 的设计方法解决设计问题。 大量关于创造论、设计论，以及工程设计的 著作面世。
M.Asimov－“Introduction to Design”(1962) T.T.Woodson－“Introduction to Engineering Design”(1966) J.R.Dixon－“Design Engineering”(1966) D.Morrison－“Engineering Design”(1968)
共同有用的指导原理为应用课题 的领域。
研究对象
设计对象 静态构造
设计过程 动态过程
研究方法
演绎
A B A
B
归纳
A B
A B
一般设计学理论体系
静态构造 动态过程
演绎
公理论 设计学
公理论 设计过程
归纳
功能/机械 解剖
设计 实验学
3.1 公理论的设计学
以关于人类智能的普遍得到承认的性质为 假说或法则，用演绎的方法推导关于设计 中的概念构造的定理。
日本
渡边茂所著“设计论”（I，II， III）出版（1968）
2.3 成熟期
二十世纪七十年代Байду номын сангаас
欧洲
德国W.G.Rodenacker的著书“Methodisches Konstruieren”（方法论的设计）(1970)、瑞士 V.Hubka(1973)、德国K.Roth (1981)、G.Pahl and W.Beitz(1977)等学者的著作相继问世，确立 了以德国为代表的欧洲设计理论与方法论流派，
关于设计过程的定理
在理想知识环境下，对应设计要求的详细化过程， 存在实体概念的要素的序列，并且收敛于一点
T2 T1T1T2T1T2T3
s2 T1
s1 s2
s3
s3
s1
T3
设计过程模型(一)
对应型设计过程模型 全数对应模型 计算模型 产生式模型
收敛型设计过程模型 范例模型
全数对应模型
计算模型
美
国
1985年，美国国家科学基金委员会NSF正式启动设计理论与方法论研究计划。
1987年，美国机械工程师协会ASME设计分会设立设计理论与方法论委员会。
1988年6月，举行了“The 1988 NSF Grantee Workshop on Design Theory and Methodology（简称Design theory‘88）”会议。
X1=f1(Y)
X2=f2(Y)
产生式模型
功能空间
中间模型
属性空间
生成规则
生成规则
范例模型
设计要求T1
设计要求T23
N
满足要求
Y
Birfrodog
3.3 功能/机械解剖
用归纳的方法分析设计对象的功能/ 机械结构。
3.4 设计实验学
思考单位
功 未知机械 未知机械本身功能表现 Fs
能
未知机械处理对象功能表现 Fo
美国流派的设计理论与方法论，即设计原 理。
日
本
1971年，由北乡薰等人编著的“设计工学系 列丛书”出版发行，比较全面地论述了设计 方法和技术。
1979年，日本东京大学吉川弘之教授在日本 精密机械杂志上发表“一般设计学序说”一
文，提出了一般设计学理论，从而成为日
本设计理论与方法论研究的代表人物。
2.4 普及期
基本概念(一)
实体
可以科学手段认知其属性的存在 如：自然界的万物、人工物、信息实体等
概念
将实体以语言、符号、图形来表达的结 果
熏肉设计：例
假定
只有鲜肉、腐肉、风干肉三种自然物
s1
s2
s3
S={实体}={s1, s2, s3}
熏肉设计：例
人类从存在的实体认识其特性，形成概念， 进行记忆和认识。换言之，人类具有将实 体按照共同特性进行分门别类的能力。
表 现
已知机械
已知机械本身功能表现
fs
已知机械处理对象功能表现 fo
属 未知机械 未知机械本身属性表现 Ms
性
未知机械处理对象属性表现 Mo
表
现 已知机械 已知机械本身属性表现 ms
已知机械处理对象功能表现 mo
思考单位的推移
FsFs
设计要求的详细化
Fs ms 由设计要求想起已有机械的属性
Ms Ms 未知机械属性的详细化
1989年，第一届国际设计理论与方法论会议举行。随后该年会成为设计理论 与方法论研究交流的又一个重要会议
1990年，N.P.Suh著作“The Principles of Design”由Oxford University Press出版。
日本
1983年，日本精密工学会设立“设计理论与 CAD（D&C）专门委员会”。
to analyse the structure of technical systems and their relationships with the environment. The aim is to derive rules for the development of these systems from the system elements and their relationships.
即系统设计方法论。
70年代后期，欧洲成立了设计研究组织WDK （Workshop Design-Konstruktion）。
1979年，在英国出版发行了设计研究国际刊物 “Design Studies”。
美
国
1978年，美国麻省理工学院机械系的N.Suh、 A.Bell、D.Gossard等人在“Journal of Engineering for Industry”上发表论文， 提出了面向制造系统的设计公理，确立了
DTM相关领域
DTM研究方向
1、描述性设计过程模型 2、规范化设计过程模型 3、可计算设计过程模型 4、设计语言与表达 5、支持设计的分析方法 6、面向整个生命周期的设计DFX
设计理论与方法论
发H第i展s二t简o节r史y
2.1 萌芽期
十九世纪 二十世纪四十年代
1861年，德国的F.Reuleaux著书 “Konstrukteur”（机械设计者）
设计理论与方法论DTM
设计理论与方法论是关于设 计本质和设计方法的系统理论，目 的在于揭示设计过程的本质规律， 探索各种有效的设计方法，为实际 的设计工作提供指南。
Design Theory and
Methodology
Design science uses scientific methods
设计解
包含在设计要求中，并拥有所有制造所需信 息的实体概念
设计
功能空间到属性空间的映射
设计
以功能概念为拓扑的 实体概念集合
以属性概念为拓扑的 实体概念集合
关于设计的定理
设计要求可用抽象概念集合的适当的 要素的积表示
设计解是属性概念集合中适当的要素 的积
3.2 公理论的设计过程
以关于人类智能的普遍得到承认的性质 为假说或法则，用演绎的方法推导关于 设计过程的定理。
从组织角度看，设计是原材料和产品加工和处 理的重要组成部分
ms fs 已知机械的功能分析
fs Fs
已知机械与未知机械的功能比较
Ms Fs 未知机械的功能分析
设计过程模型(二)
功能属性推移模型 马尔可夫模型 流程模型 逻辑模型 认知模型
功能属性推移模型
功能
属性
马尔可夫模型
0.45 Fs
0.46
fs
0.28
0.65
Ms
0.18 0.39
0.03
设计与修改工作
成本 %
60
发生错误
50
修改错误
40
30
75%
20
10
80%
0 产品定义
产品设计
工艺规划
制造
检验
应用
• 75%的修改工作由产品设计阶段引起 • 80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成
启示
在设计越来越显示其重要性 的今天，掌握新的设计思想、应用 新的设计方法和技术、采用新的设 计工具，对于提高企业产品竞争力， 具有非常重要的意义。
二十世纪八十年代以后
欧洲
在欧洲设计研究组织WDK的组织下，1981年在意 大利罗马举行了第一届国际工程设计会议ICED (International Conference on Engineering Design) 。之后，成为隔年主要在欧洲举行的 设计研究交流盛会。
1984年，德国G.Pahl和W.Beitz的英文版著作 “Engineering Design-A Systematic Approach”由The Design Council出版，成为 系统设计方法论的代表作。
任课教师：飞行器制造工程系 课程性质：一级学科基础课 课程编号：071305 课程学时：32（1－10周） 课程学分：2
第二讲
现代设计理论与方法
Contemporary Design Theory and Methodology
主讲人 刘继红
工学博士/教授博导
北京航空航天大学
机械工程及自动化学院飞行器制造工程系
T1=s1,s2 = “随时间肉质变化” T2={s2,s3} = “不能吃”
熏肉设计：例
T1T2=s1,s2s1=s1
“随时间肉质变化而且能吃”的肉
T1T2=s1,s2s2,s3=s2
“随时间肉质变化而且不能吃”的肉
T1T2=s3s2,s3=s3
“肉质不随时间变化而且不能吃”的肉
熏肉设计：例
熏WHA肉T ！?