现代机械设计理论与方法

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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
技术物理解方案序号
2 钢丝绳 反铲斗 绳索 外齿轮传动 油泵 液轮 链传动 皮带传动 3 油缸 抓斗 4
G
H I
制动
变速 行走
带式制动
液压式 履带
闸瓦制动
齿轮式 轮胎
片式制动
液压—齿轮 迈步式
圆锥形制动
轨道—车轮
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
4 设计要求的拟定
1) 产品功能和性能 2) 设计参数和相关的指标 3) 制造及使用等方面的限制条件
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
1 功能分析和原理方案拟定
1) 功能分析 2) 创造性设计 3) 分析——综合——评价
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
二 现代设计的范畴
1 信息论方法 , 如信息分析法、技术预测法等。它是现代设计方法的前提。 2 系统论方法 , 如系统分析法、人机工程以及面向产品生命周期的设计。 3 控制论方法 , 如动态分析法等。 4 优化论方法 , 它是现代设计方法的目标。 5 对应论方法 , 如相似设计、反求工程设计等。 6 智能论方法 , 如 CAE 、并行工程、人工智能等。是现代设计方法的核心。 7 寿命论方法 , 如可靠性设计、价值工程和稳健性设计等。 8 离散论方法 , 如有限元和边界元方法。 9 模糊论方法 , 如模糊评价和决策等。 10 突变论方法 , 如创造性设计等。它是现代设计方法的基础。 11 艺术论方法 , 如艺术造型等。
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解（分解依据——挖掘机的技术轮廓）。
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：

系统分析设计涉及到产品开发和运行的所有环节，甚至包 括产品的售后服务和产品失效（报废）后处理，所以系统 分析设计不是单纯的产品设计。
2.2 系统分析设计方法
一 设计过程剖析
1 产品规划


重要度：极高。极少数人行为确定，受控度低，无补救措施。 重要度：高。少数人行为确定，受控范围小，补救困难。 重要度：中。较多人行为确定，受控范围大，较易补救。 重要度：低。受控度高，一般能及时发现，易补救。
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
2 功能分析的目的
1) 启发创造性 2) 全面掌握对产品各方面的要求 3) 避免设计的盲目性 4) 全面考虑功能和成本的关系功能分析
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
3 功能的分类
1) 基本功能和辅助功能
手机的功能分析
2) 必要功能和不必要功能
短命的产品——金长城家用电脑的功能分析
3) 使用功能和外观功能
1) 产品的使用属性 2) 产品的社会属性 3) 产品的服务属性
海尔是如何赚钱的？ 你把保险公司的产品放到哪里去了？
3 现代设计与传统设计的根本区别
1) 手工的、静态的、经验的设计，被动地分析产品的性能 2) 计算机化的、动态的、科学的设计，主动地设计产品的性能
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
1) 技术分析——系统实现的难点和创新点 2) 经济分析——成本、性能价格比分析 3) 社会分析——产品开发的经济效益和社会效益
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
3 可行性分析报告的内容
1) 产品开发的必要性 、市场调查和预测情况 2) 有关产品的国内外水平及发展趋势 3) 从技术上预期能达到的水平 4) 需要解决的关键技术问题 5) 经济效益、社会效益的分析 6) 投资费用及时间进度计划 7) 现有条件下开发的可能性及准备采取的措施
现代机械设计理论与方法
第一章 概 述

课程教学的目的
培养学生运用现代先进的设计理论和方法解决
工程问题的能力。

教学内容
现代设计理论：重点内容为系统分析法及创造
性思维。 现代设计方法：重点内容为有限元分析、优化 设计和反求工程设计。
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
1.2 设计过程和设计技术简述

设计方法的研究内容
设计素质的培养
做合格的设计人员
设计步骤和程式
组织和执行设计
Βιβλιοθήκη Baidu决具体问题的方法和手段
科学而娴熟的方法
1.2 设计过程和设计技术简述
一 机械设计过程简述
1 基本设计步骤
1) 2) 3) 4) 调查研究 方案设计 工作图设计 样机试制与鉴定
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第三步：建立功能结构图
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第四步：寻找原理解法和原理解组合
序 号
A B C D E F
分功能
1 推压 铲斗 提升 回转 能量转换 能量传递与分配 齿条 正铲斗 油缸 内齿轮传动 柴油机 齿轮箱
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解（分解依据——挖掘机的技术轮廓）。
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
2 产品属性变化对设计的要求（传统产品与现代产品）
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。

2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
1 市场需求分析
1) 消费者对产品功能、性能、质量和数量等的具体要求 2) 现有类似产品的销售情况和销售趋势 3) 竞争对手在技术、经济方面的优缺点及发展趋向 4) 主要原料、配件和半成品的现状、价格及变化趋势等
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
2 可行性分析
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解（分解依据——挖掘机的技术轮廓）。
2 系统分析设计模式 3 创造性设计模式
1.2 设计过程和设计技术简述
二 设计技术
知识维 逻辑维 时间维
三 机械结构设计
第二章 系统分析设计方法

传统设计方法的缺陷
孤立、静止地分析问题 得到的结论具有片面性和局部性 增加系统的实现难度和成本


失败的案例分析：某大型企业的技术引进——XX压力机设计
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解（分解依据——挖掘机的技术轮廓）。
2 方案设计 3 技术设计 4 施工设计
工程设计中，大多数人理解施工设计十分重要，其原因是施工设计是十分费时而细致 的工作，而且多数人只能看到施工设计或只有看见施工设计的能力。
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
明确所设计系统的目的、任务和要求 撰写设计任务书 目的：提供设计、评价和决策的依据
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
二十年来服装的变化趋势或潮流
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
4 依据功能的设计
1) 参考有关资料、专利或产品求解 2) 利用各种创造性方法以开阔思想来探寻解法 3) 采用形态综合法或相关表和相关网法进行组合
2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。

现代设计方法
注重产品设计的全过程 注重分析系统内部单元的相对关系 从功能分析入手解决产品方案设计

2.1 技术系统的组成和处理对象

系统的组成
系统单元 系统结构 边界条件 输入和输出的要素
2.2 系统分析设计方法

系统分析设计的内容
系统设计 系统制造 系统运行
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第三步：建立功能结构图
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：