工程概论作业一

动态设计：
随着现代机械日益向大型化、高速化、精密化和高效率化方向发展，机械系统的振动问题日益突出，良好的机械系统动态性能已经成为产品开发设计中的重要的优化目标之一。

所谓“动态设计”是指机械结构和机器系统的动态性能在其图纸的设计阶段就应得到充分考虑，整个设计过程实质上是运用动态分析技术、借助计算机分析、计算机辅助设计和仿真来实现的，达到缩短设计周期、提高设计效率和设计水平的目的。

机械系统的动态特性是指机械系统本身的固有频率、阻尼特性和对应于各阶固有频率的振型以及机械在动载荷作用下的响应。

机械系统动态设计的主要包括两个方面：
１）建立一个切合实际的机械系统动态力学模型，从而为进行机械系统动态力学特性分析提供条件；
２）选择有效的机械系统动态优化设计方法，以获得一个具有良好的机械系统动态性能的产品结构设计方案。

动态分析的主要理论基础是模态分析和模态综合理论。

采用的主要的方法有：有限元分析法、模型试验法及传递函数分析法。

模态分析法具体包括两个方面：系统固有特性分析和动态响应分析。

系统固有特性包括系统的各阶固有频率、模态振型和模态阻尼比等参数。

进行固有特性分析是为了避免系统在工作时发生共振或出现有害的振型，并且为系统进一步的响应分析作准备；
动态响应分析是计算系统在外部激振力作用下的各种响应，包括位移响应、速度响应和加速度响应，并将它控制在一定的范围内。

系统对外部激振响应会导致系统内部产生动态应力和动态位移，从而影响产品的使用寿命和工作性能，或产生较大的噪声。

机械系统的建模方法分为两大类：
●理论建模法
●实验建模法
(1) 理论建模法按机械系统不同而采用不同的技巧，因而有多种方法（一般主要采用有限元方法和传递矩阵法）；
(2) 实验建模法是指对机械系统（实物或模型）进行激振（输入），通过测量与计算获得表达机械系统动态特性的参数（输出），再利用这些动态特性参数，经过分析与处理建立系统的数学模型。

动态设计的目标是在保证机械系统满足其功能要求的条件下具有良好的动态性能，使其经济合理、运转平稳、可靠。

因此，必须把握机械结构的固有频率、振型和阻尼比，通过动态分析找出系统的薄弱环节来改进设计。

动态设计的原则是：
(1) 防止共振；
(2) 尽量减小机器振动幅度；
(3) 尽量增加结构各阶模态刚度，并且最好接近相等；
(4) 尽量提高结构各阶模态阻尼比；
(5) 避免零件疲劳破坏；
(6) 提高系统振动稳定性，避免失稳。

具体设计时，以上述为基本原则，应根据具体设备的要求，给出动态设计指标。

机械系统动态设计基本工作步骤如下：
(1) 建立动力学模型
根据机械结构或机械系统的设计图纸，建立系统动力学模型或应用试验模态分析技术（如有限元分析）建立结构的试验模型。

(2) 动态持性分析
建立出结构的动力学模型后，求解自由振动方程得到结构的振动固有特性；引入外部激励进行动力响应分析；进行振动稳定性分析。

(3) 动态设计指标的评定
根据机械系统或结构在设计时提出的动态设计原则，对机械系统或结构的动态性能进行评定。

(4) 结构修改和优化设计
如果结构的某些指标没有满足动态设计原则的要求，要进一步改善其动态性能，则根据要求改进原来的设计，转到步骤(1)重新开始动态设计，直至达到要求为止。

绿色设计：
绿色设计(Green Design)也称为生态设计(Ecological Design)，环境设计(Design for Environment)等。

虽然叫法不同，内涵却是一致的，其基本思想是：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。

对工业设计而言，绿色设计的核心是“3R”，即Reduce,Recycle,Reuse,不仅要减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。

进入20世纪90年代，后现代主义成明日黄花，解构主义曲高和寡。

绿色设计源于人们对现代技术文化所引起的环境及生态破坏的反思，体现了设计师的道德和社会责任心的回归。

绿色设计在一定程度上也有理想主义的色彩，要达到舒适生活与资源消耗的平衡以及短期经济利益与长期环保目的的平衡并非易事。

面向X的设计：
面向“X”的设计最初是以DFM(面向加工的设计)和DFA(面向装配的设计)的形式出现的而随着DFM和DFA技术面向产品寿命周期的进一步发展，便行了DFX,即面向“X”的设计。

X可以指经营、销售、加工、装配、使用、维护、质量、成本等等。

结合研究对象和现阶段的工作，对钢带缠绕预应力模具缠绕装置在设计中用到的主要的X因素进行阐述。

首先，面向成本设计，主要目标是降低产品的成本，以节省资金投入。

此时要求在设计产品时进行成本分析，以保证产品在满足功能要求的前提下，生产成本最低。

其次，面向装配的设计主要用十产品和部件结构构思和总成设计过程，在此过程中充分考虑可装配性因素。

最后，面向维修的设计要求在产品设计阶段，充分考虑产品的维护、保养和修理问题，使产品的维护和保养简单方便，故障诊断容易，修理工作容易进行。

例如如何减少拆卸和重装的工作时间和费用。

目_尽量使容易损坏的零部件处十容易拆卸的位置。

价值工程：
价值工程，也称价值分析，是研究如何以最低的寿命周期成本，可靠地实现对象（产品、作业或服务等）的必要功能，而致力于功能分析的一种有组织的技术经济思想方法和管理技术。

不论是新产品设计，还是老产品改进都离不开技术和经济的组合，价值工程正是抓住了这一关键，在使产品的功能达到最佳状态下，使产品的结构更合理，从而提高企业经济效益。

（l）分析问题要避免一般化，概念化，要作具体分析。

⑵收集一切可用的成本资料。

⑶使用最好、最可靠的情报。

⑷打破现有框框，进行创新和提高。

⑸发挥真正的独创性。

⑹找出障碍，克服障碍。

⑺充分利用有关专家，扩大专业知识面。

⑻对于重要的公差，要换算成加工费用来认真考虑。

⑼尽量采用专业化工厂的现成产品。

（l0）利用和购买专业化工厂的生产技术。

⑾采用专门生产工艺。

（l2）尽量采用标准。

（l3）以“我是否这样花自己的钱”作为判断标准。

健壮设计：
健壮设计是指赋予产品或过程健壮性、高性能和低成本的设计。

它是一种性能、质量和成本综合的功能优化设计方法，是一种着眼于经济效益，立足于工程技术的质量设计和管理技术。

这种设计方法是在传统的工程设计方法上发展而来的，其发展过程为：数学优化→工程优化(试验设计)→田口方法(Tagnchi method)→健壮设计。

健壮性设计最有代表性的方法是日本田口玄一博士创立的田口方法，即所谓的一个产品的设计应由系统设计、参数设计和容差设计的三次设计来完成，这是一种在设计过程中充分考虚影响其可靠性的内外干扰而进行的一种优化设计。