现代设计方法

NANCHANG UNIVERSITY

2015-2016第一学期

课程名称：现代设计方法

教师：毛志伟副教授

学院：机电工程学院

班级：材料加工工程2015级姓名：徐涛

学号：405906315025

现代设计方法与工程设计

摘要：工程设计是人类有目的的智力劳动之一,为具体的生产实践服务。理论与实现方法的先进程度直接决定了设计方法的应用与发展。在对工程设计发展历程进行必要阐述的基础上，系统论述了快速响应设计与并行设计的特点及关健技术;特别是该类方法所体现的先进性,代表了现代设计方法的发展趁势。

关键词：现代设计方法；发展趋势，特点

Modern design method and engineering design Abstract:Engineering design is one of the purpose of human intelligence, for the specific production practice service. The theory and realization method of the advanced level directly determines the design method's application and development. In the course of development of engineering design describes the necessary foundation, this paper discusses the design and concurrent design characteristics and key techniques of quick response, especially embodied in this method is advanced, which represents the trend of modern design method.

Keyword:Modern design method;development trend;characteristic

从目前的发展趋势看,21世纪的市场竞争将会愈来愈激烈,而且市场竞争将是国际化的、动态化的和多元化的。当前，我国正在进行宏伟的社会主义现代化建设.国民经济各部门迫切需要质量好、效率高、消耗低、价格便宜的先进的机电产品.而产品设计是决定产品性能、质量、水平和经济效益的重要环节.传统的设计方法是以经验总结为基础,运用学和数学而形成的经验、公式图表、设计手册等作为设计的依据,通过经验公式、进似系数或类比等方法进行设计.现代设计方法是以电子计算机为手段,运用工程设计的新理论和新方法,使计算结果达到最优化,使设计过程实现高效化和自动化。因此。运用现代设计方法可以适应市场剧烈竞争的需要,提高设计质量和缩短设计周期[1,2]。

1现代设计方法的两类设计方法

1.1快速响应设计

随着社会的发展和科技的进步,质量（Quality）、成本（Cost）、交货期（Time）与环保（Environment）已成为市场竞争的主题。为了提高快速响应能力,现代企业首先应迅速捕捉复杂多变的市场动态信息,并及时做出正确的预侧和决策，以决定新产品的功能特性与上市时间。期间,如何缩短设计周期、降低成本、确保产品质量是直接决定企业兴衰与否的关键所在。因此，采用快速响应设计技术,有效实施快速响应工程。及时满足用户需求、适应市场环境的变化，是增强企业市场竞争能力的有效途径。综合而言,快速响应工程应包含以下内容：

①建立快速捕捉市场动态信息的决策机制；

②实现产品的快速设计；

③追求新产品的快速试制定型；

④推行快速响应制造的生产体系。

其中,各种信息资源的有效利用是快速响应设计得以实现的关键。作为主宰现代生活和生产实践的决定性因素,信息及其载体具有存储方便、传播迅速、易于加工以及共享性极佳的点。依据这些特点,在现代计算机与通讯技术的支持下,一般可采取重用产品信息资源和虚拟制造(iVrtUalM朗证阮加花r)等手段来达到快速响应市场的目的。这是因为企业在长期的生产践中积累并组藏了大t宝贵的产品信息,如图样、文件、数据、经验、标准等,通过充分挖掘和科学重组,可使之成为便于重复利用的产品信息资源,并存储于庞大的仓库中,加上先期开发过程中所积累的信息资源,足以有效支持对市场的快速响应。其次,依靠计算机的高速、大规模信息处理能力,以仿真、虚拟制造和智能优化所组成的、相对独立的软过程,替代传统的样机制造、反复修正等硬过程,在产品正式投产之前便迅速完成性能预测和设计定型,达到快响应的目的。

1.2并行设计

并行工程(Concurrent Engineering)是社会生产发展到一定阶段的必然产物,

要求企业具有较高的管理、设计和制造水平。而并行设计(Concurrent design)则是指在产品规划与设计阶段,以并行方式综合考虑产品寿命周期中的所有相关过程,如工艺规划、制造、装配、检验以及营销、维护等环节,并依此进行集成设计的系统化工作模式。作为现代设计制造科学的研究热点,并行设计强调在产品开发初期就全面考虑产品寿命周期的后续活动对品综合性能的影响,并建立各阶段性能属性的继承与约束关系,以期产品在寿命周期的全过程中综合性能达到最优。具体而言,并行设计进程的组织与实施一般可分为两种模式:一是产品设计与其相关过程设计并行,可简化产品寿命周期中各环节间关系的并行,但对产品质量有一定的负面影响;二是以联系方式对产品设计及其相关过程设计进行并行组织,可有效提高产品质量,但可能会延长设计周期。因此,如何建立各阶段任务间的藕合关系模型,增强协调性,将直接决定并行设计的有效性。

2现代设计方法的主要内容

1) 优化设计( Optimal Design) 是把最优化数学原理应用与工程设计问题, 在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法. 进行工程设计时, 首先需将工程问题按优化设计所规定的格式建立数学模型,然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进行寻优求解,得到工程设计问题的最优设计方案 . 近些年来,优化设计还和可靠性设计、模糊设计等其他一些设计方法结合起来,形成了可靠性优化设计、模糊优化设计等一些新的优化设计方法.

2) 计算机辅助设计( Computer Aided Design) 简称CAD. 它是利用计算机运算快速准确、存储量大、逻辑判断功能强等特点进行设计信息处理, 并通过人机交互作用完成设计工作的一种设计方法.

3)可靠性设计( Reliability Design) 是以概率论和数理统计为理论基础, 以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据,以保证产品的可靠性为目标的现代设计方法.

4) 有限元法( Finite Element Mothed) 是以电子计算机为工具的一种现代数值计算方法. 它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解, 而且还可用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析,并能准确地计算形状复杂零件的应力分布和变形,成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具.

5) 模块化设计是对在一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块, 然后通过模块的选择和组合构