第3章机械设计及现代设计方法

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(3)要求多功能设计小组更加接近和了解 用户,更加灵活和注重实际。
5、并行设计(Concurrent Design)
并行设计过程有两种模型:
(1)产品设计与相关过程设计实现并行
以影响产品质量为代价
(2)以联系方式对产品设计和与其相关过 程设计进行并行组织
有利于提高产品质量,但可能增加设计时间
3.2.3 现代设计方法简介
传统设计的每一个环节都是依靠设计者用手 工方式来完成的:
方案设计
3.2 现代设计方法
分析计算 信息处理、经验或知识的存储和重复使用没有一 个理想有效的方法 传统设计是以静态分析、近似计算、经验设计、 手工劳动为特征的设计方法。
现代设计
实质上是新理论、新方法、新技术在设计中的应 用, 服从传统设计流程,克服传统设计的不足
3.2.3 现代设计方法简介
5、并行设计(Concurrent Design)
——在产品开发的初始阶段,就以并行的方式综
合考虑其寿命周期中所有后续阶段,降低产 品成本,提高产品质量。
并行设计过程:
(1)串行设计过程
5、并行设计(Concurrent Design)
(2)并行设计过程
•关键技术:
由设计阶段决定,而设计本身的成本仅为产品总 成本10%,如考虑产品设计不当造成的对生态环 境的破坏程度,该比例还会加大。
——指在产品及其生命周期全过程的设计中 ,充分考虑对资源和环境的影响,在考虑 产品功能、质量、开发周期和成本的同时 ,优化各有关设计因素,使产品及其制造 过程对环境的总体影响减少到最小。
1、产品
指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、器 件、设备和系统。
4、可靠性设计
2、规定时间
产品的可靠性只能在一定的时间范围内达到目标 可靠度,故讨论产品的可靠性需要在一定的规定 时间内进行。
3、规定条件
指产品的使用条件、维护条件、环境条件和操作 技术。
4、可靠性设计
4、规定功能
一个产品往往具有若干项功能。完成规定的功能 是指完成这若干项功能的全体,而不是指其中一 部分。
•例:钢筋混凝土 •例:各种合金,如不锈钢、轴承钢、低熔点锡、 • 铅合金等
3.3 机械创新设计
•3.3.4 发明问题解决理论TRIZ
•根里奇.阿奇舒勒的奇特经历(1926-1998) : 9年级获得前苏联的内部专利证书;
•10年级制作了装有喷气发动机的船;
•17岁获得第一发明证书;
•1946年开始对不同领域的发明专利进 行研究,发现技术系统创新是有规律的 。
3.2 现代设计方法
3.2.3 现代设计方法简介
1、计算机辅助设计(CAD)
——把计算机技术引入设计活动中,利用计 算机完成计算、选型、绘图及其它作业 的一种现代设计方法。
CAD的基本流程:
构思、判断、决策—计算机处理—人机修改—确认,输出
3.2.3 现代设计方法简介
CAD系统的组成
硬件组成:
3.3.2 创新思维
➢动态思维和有序思维:
动态思维:一种运动的、不断调整的、不断优 化
的思维活动。
有序思维:一种按一定规则和秩序进行的有目 的
的思维方式,它是众多创造方法的

3.3.2 创新思维
➢直觉思维和创造性思维:
•直觉思维:是一种非逻辑抽象思维,是人脑对

百度文库

事物、新现象、新问题进行的一种

6、三次设计法
(1)系统设计(第一次设计)
对系统结构和功能进行设计,提出初始设计方案。
(2)参数设计(第二次设计)
在初始设计方案基础上,对各零部件参数进行优化组合。
(3)容差设计(第三次设计)
在最佳设计方案基础上,分析导致产品输出特性变动的原 因,找出关键零部件,确定合适的容差
3.2.3 现代设计方法简介
•设计参数: •设计目标:
•约束条件:
3.2.3 现代设计方法简介
4、可靠性设计( reliability design ) 什么是可靠性? 产品可靠性的影响
可靠性差: 可靠性好:
4、可靠性设计
可靠性定义:
——是产品的一种属性,是指产品在规定条件下 、规定时间内完成规定功能的能力。
包含5个要素:
直接、迅速、敏锐的洞察和跳跃式

的判断。
•创造性思维:既是一种思维的类型,又是最高

层次的思维活动。
3.3 机械创新设计
•3.3.3 创新的技法
1、智力激励法(头脑风暴法或智暴法):
• 智力激励会的准备:人、主题、参与人选、通知 • 热身活动: • 明确问题: • 自由畅谈: • 加工整理:
3.3.3 创新的技法
限制条件。 (4)数学模型
3、优化设计
已知:制造一体积为100m3,长度不小于
5m,不带上盖的箱盒,试确定箱盒的长x1 ,宽x2,高x3,使箱盒用料最省。
分析: (1)箱盒的表面积的表达式; (2)设计参数确定:长x1,宽x2,高x3 ; (3)设计约束条件:
(a)体积要求; (b)长度要求;
3、优化设计
基本设计过程:
•功
•机
•结
•能
•构
•构
3.1.3 机械设计的基本过程
具体设计过程:
•初步设计阶段 •技术设计阶段 •工作图设计阶段 •安装调试阶段
3.1.4 设计过程中的方法和理论
3.2 现代设计方法
3.2.1 设计发展的基本阶段
3.2 现代设计方法
3.2.2 传统设计与现代设计
传统设计
以生产经验为基础,运用经验、公式、图表、设 计手册等,着眼于产品的功能和技术规范,通过 经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
7、绿色设计(GD:Green Design)
在传统产品设计过程中,设计人员主要根据 产品性能、质量和成本等指标进行设计,设 计指导原则是能经济方便地制造满足使用要 求的、市场需求的产品。
例:废旧电池 计算机 洋垃圾
7、绿色设计(GD:Green Design)
有关统计资料研究表明:产品性能70% -80%
2、设问类技法
包括:检核表法、5W2H法、逆向追 问法
➢ 检核表法
——根据需要解决的问题或者进行创造发明 的对象列出有关问题(能否改进、引申、改变、 扩大、简化、替代、变换、颠倒、组合),逐个对 他们进行分析,从中获得解决问题的方法和 创造发明的设想。
2、设问类技法
➢ 5W2H法
“为什么”(why) • 问“是什么”、“做什么”(what) 问“谁”(who) 问有关“时间”的问题(when) 问在“什么地方”(where) 问“怎样”(how) • 问“数量”指标(how much)
4、转向创新法
——某些计划、方法在实践中行不通 ,这时应根据实践过程提供的信息, 及时修正计划、修改方法,继续有效 地探索
例:金属易受腐蚀(缺点)
机械结构中的振动(缺点)
3.3.3 创新的技法
5、组合创新法
——按照一定的技术原理,通过将两个或 多个功能元素合并,从而形成一种具有新功 能的新产品、新工艺、新材料的创新方法。
3.3 机械创新设计
•3.3.2 创新思维
➢形象思维与抽象思维:
形象思维:人脑对客观事物或现象的外在特点

具体形象的反映活动。
抽象思维:凭借概念、判断、推理而进行的反

客观现实的思维活动。
3.3.2 创新思维
➢发散思维和收敛思维:
发散思维:一种求出多种答案的思维形式。 •收敛思维:一种寻求某种正确答案的思维形式。 •在创造活动中,光有发散思维的活动并不能使问 题获得有效的解决,所以发散思维之后尚需进行 收敛思维。 •这两种思维的有效结合组成了创造活动的一个循 环过程。
•1956年发表《发明创造心理学》提出 人•他类的历一史句上至十理分名重言要“的你发可现以,等即待发10明0年是获得顿悟,也可以利 从用对这问些题原的理分15析分中钟指解出决矛问盾题而。产” 生的。
3.3.4 发明问题解决理论TRIZ
3.3 机械创新设计
•自主创新是科技发展的灵 魂,是一个民族发展的不竭 动力,是支撑国家崛起的筋 骨。没有自主创新,我们就 难以在国际上争取平等地位 ,就难以获得应有的国家尊 严,甚至难以自立于世界民 族之林。

——温家宝
3.3 机械创新设计
• 人们对创新的误解
•创新 ??? •那应该是牛顿 、爱因斯坦、爱 迪生……名人伟 人的专利! •与我无关
主机 输入设备 输出设备 信息存储设备 网络设备 多媒体设备
CAD系统的组成
软件组成:
系统软件:与计算机硬件相关联的软件。 支撑软件:运行在系统软件之上的,实现CAD各
种功能的通用软件。
应用软件:为实现某个应用领域内特定任务而开
发的软件。
3.2.3 现代设计方法简介
2、有限元法( FEM )
基本思想
5、能力
产品发生故障具有偶然性,故不能仅看一个产品 的情况,而应观察大量同类产品或一定数量的样 品试验数据,方能确定其可靠性的高低。
4、可靠性设计
可靠性设计——以概率论和数理统计为基础
,为保证产品可靠采用的一系列分析与设计技术
机械产品的可靠性设计分为:
1、方案论证阶段:可靠性指标 2、审批阶段:可靠性的评价 3、设计研制阶段:可靠性预测、分配和故障模式 4、生产及试验阶段:规范生产、进行寿命试验等 5、使用阶段:收集可靠性数据
2、统计资料表明:机械产品的质量事故约 有50%是由于设计不当造成的,产品成 本的70%-90%是由设计阶段决定的。
3.1.2 设计的类型
3.1.2 设计的类型:
1、开发性设计(完全创新设计) 2、适应性设计(再设计) 3、变参数设计(变异设计) 4、测绘和仿制(反求设计)
3.1.3 机械设计的基本过程
3.3 机械创新设计
• 脑科学理论告诉我们:
凡是健康的人,就具有创造、创新能力 ;
每个人都有潜在的创新能力; 创新能力是可以激发的; 创新能力可通过培训提高。
3.3 机械创新设计
• 3.3.1 机械创新设计(Mechanical Creative
Design)
• ——充分发挥设计者的创造力,利用人 类已有的相关科学技术成果,进行创新 构思、设计出具有新颖性、创造性及实 用性的机构或机械产品(装置)的一种 实践活动。
把要分析的连续体假想地分割成有限个单元组成 的组合体,再分析每个单元,得到一组方程,求 解方程得到连续体的解。
计算步骤
连续体的离散化——单元分析——整体分析
2、有限元法( FEM )
3.2.3 现代设计方法简介
3、优化设计( Optimal Design )
——在给定载荷或环境条件下,在机械产品 的形态、几何尺寸关系或其它因素的限 制范围内,以机械系统的功能、强度和 经济性等为优化对象,选取设计变量、 建立目标函数和约束条件,并使目标函 数获得最优值的一种设计方法。
2、设问类技法
➢ 逆向追问法
• ——指创新活动的个体或群体顺着 与已有事物的原理或结构相反的方 向进行追问,试图从中发现新的事 物过程。
3.3.3 创新的技法
3、联想类技法
——是指人们通过一件事情的触发而迁 移 或想到另一些事情上。
如:看到鸟想到了……
看到电灯想到……
3.3.3 创新的技法
设计:为满足社会和人们对产品功能的需要,
运用知识、经验和方法,通过创造性思 维,经过规划、计算、分析和决策,产 生载有文字、数据、图形等信息的技术 文件的过程。
机械设计:以机械作为对象开展的设计活动。
3.1.1 设计及机械设计
设计的重要性:
1、产品的质量、性能、成本等在很大程度 上取决于设计的水平与质量。
3、优化设计
优化设计的数学模型:
(1)设计变量: 设计常量:一个工程设计方案,可以用一组参数
表示。这些参数中,根据设计对象预先 选定的参数。 设计变量:需要在设计过程中优选的参数。 (2)目标函数: 用来评价方案好坏的函数。 目标函数的最佳值就是它的最大值和最小值。
3、优化设计
(3)约束条件: 边界约束:限制设计变量变化范围 性能约束:由某种设计性能或设计要求推导出的
第3章机械设计及现代设 计方法
2020年7月23日星期四
第3章 机械设计及现代设计方法
3.1 机械设计概述 3.2 现代设计方法 3.3 机械创新设计
3.1 机械设计概述
为什么要进行设计?
•为创造人类自身生存所需的条件, •不断地用自己的智慧和才能改造着自然
3.1.1 设计及机械设计
3.1.1 设计及机械设计
•并行设计的建模与仿真 •多功能团队的协同工作 •产品数据交换技术 •产品数据管理(PDM)
5、并行设计(Concurrent Design)
并行设计的特点:
(1)在产品开发的初始阶段就全面考虑产 品寿命周期的后续活动对产品综合性 能的影响因素
(2)希望产品开发的各项活动尽可能在时 间上平行地进行
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