机械优化设计.pdf
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化、多样化的消费需求使 得市场快速多变，不可捉摸，无法预 测。 ——最大限度地满足用户的要求。 小批量、快速交货：客户化、小批量、多品种、快速交货的生产要 求不 断增加。各种新技术的涌现和应用更加剧了市场的快速变化。
市场的动态多变性：迫使制造企业改变策略，时间因素被提高到首 要地位。 ——产品生命周期缩短，交货期成为主要的竞争因 素。
2
2016/6/16
现代制造业的特点
网络经济时代与传统经济时代的制造业
传统经济时代 网络经济时代
消费者的可选择性
区域性
全球性
消费需求 市场
生产需求 生产方式 技术与资源
物美价廉，经久耐用， 满足基本生活需求
个性化、多样化、时尚
相对稳定
快速多变、 无法预测
低成本、高质量 客户化、快速交货
标准化、系列 化、大批量
现代产品设计是在传统产品设计方法的基础 上，融合产品设计理论、计算智能、信息技术、 计算机技术、知识工程和管理科学等领域发展而 成。
现代设计的基本特征：以创新为灵魂、以IT 技术为基础、以竞争力评价成败、由需求驱动， 对整个生命周期负责，基于知识并以知识获取为 中心。
什么是现代设计？
基于Internet的现代设计方法
什么是现代设计？
现代设计的主要特点
全生命周期的设计
考虑从产品诞生到报废全过程的每一个环节的问题的
设计。
产品的全生命周期
销售
维 修
回 收
概 念 设 计
用户 需求
7
2016/6/16
什么是现代设计？
现代设计的一般过程
详细设计 画图不等于设计，同样，计算也不等于设计
设计需要在广泛的范围中联想（灵感）；它同时又是一个知识获取 的过程。二者都不可能仅仅按照某种程式运算或推理来获得解。图形和 图像是设计的结果，而不是它的出发点，设计的起点是对产品性能的需 求。图也不是设计的唯一结果，同时还要有一份设计说明书，描述图所 不能表达的内容。几何特征不是产品唯一特征。产品的性能特征是控制 整个设计过程的基本特征。
8
2016/6/16
现代设计的基本方法
理论、方法和实现方法的工具
首先要有理论，然后研究方法，并开发工具来实现方法。
基本方法：
创新设计 仿真与虚拟现实 异地协同设计 超级并行计算 远程资源共享
产品设计的典型理论方法
通用设计理论(GDT)和泛设计理论(UDT) Pahl和Beitz的理论(P&B) 公理设计（Axiomatic Design；简称AD）理论 TRIZ理论 分布式资源设计理论 可靠性设计理论 优化设计理论
9
产品设计的典型理论方法
通用设计理论和泛设计理论
泛设计理论
德国Karslruhe大学“计算机应用于设计和生产研究所” （RPK）的H. Grabowski教授认为德国的目标不仅在于寻求 降低产品成本，以提高产品的竞争力，更重要的是使德国 能生产别人不能生产的产品，因而创造发明新的产品。这 是德国企业的经常性的行为。他们提出了“泛设计理论” （Universal Design Theory，简称UDT）。
单件、小批 量、多品种
相对集中
全球分布
竞争要素
性价比
柔性与响应速度
机械设计在产品开发中的地位
产品设计
产品设计：从需求出发寻求设计解(产品)的过程， 包括：产品概念设计、详细设计、工艺设计、NC代码 等。
产品设计的核心问题：创新设计、设计过程自动 化、设计可持续发展的产品。
6
3
2016/6/16
机械设计在产品开发中的地位
技术经济分析
对各种方案进行技术上和经济上可行性的测试。 技术测试：用必要的方法检验设计方案是否能实现求 解的功能和质量，此时往往涉及一系列的CAE分析和试 验过程。测试的方法，有虚拟现实或数字仿真、物理 模型试验以及样机试验。 经济测试：要对产品的成本进行核算。如果所用的原 理、技术、材料、工艺成本太高，方案也是不可取的。
约束是功能和质量以外的需求
如环境、成本等，其地位和处理方法与功能、质量相似，但是性 质上有所不同。
什么是现代设计？
现代设计的主要特点 现代设计是由（主要是对功能和质量的）需求驱动的
设计； 现代设计是全生命周期的设计； 现代设计要求人、机、环境友好； 现代设计是基于知识的设计； 现代设计是由计算机和网络技术支持的设计。
9
为什么要研究现代设计？
中国设计的现状
“中国造”缺乏创新，而创新是企业立足的根本!
创新遇到的挑战 个体知识的有限性 知识生存期的有限性 正确地描述问题 足够的时间、资源或资金
5
2016/6/16
什么是现代设计？
所谓现代设计，并不是专指某一类被人们统 称为现代设计技术的技术。现代设计首先是指一 系列符合时代发展需要的设计观念。
市场需求 市场预测
Internet
功能分析 发现问题
价值 概念 解决 评估 设计 问题
生成创 新方案
计算机辅助创新 （CAI）
基本
详细 设计
CAE
பைடு நூலகம்
分析
模拟 参数 优化 虚拟 设计 设计 样机
验证
设计 (CAD)
虚拟样机 (CAE)
物理 样机
产品
加工 (CAM)
6
2016/6/16
什么是现代设计？
现代设计的一般过程
产品设计是产品开发过程中最重要的环节之一， 占据着极为重要的地位。
降低产品的成本，是一个永恒的课题。 产品的寿命周期成本（包括制造成本和使用
成本），在产品设计过程中就已大体确定（产品 成本的80%左右在设计阶段就已基本确定）。 缩短开发周期，已成为主要的竞争因素。
采用先进的现代设计方法，可以大大缩短开 发时间。
产品设计
产品设计基本理论：产品设计过程中，系统行为的 基本规律被称为产品设计基本理论，它研究设计人 员在设计过程中的思维、行为规律。
7
机械设计在产品开发中的地位
产品设计的过程
需求调查 需求分析与描述 概念 设计 方案结构化 详细设计
8
4
2016/6/16
机械设计在产品开发中的地位
产品设计在产品开发过程中的作用
机械优化设计
2016/6/16
提纲
1、 现代设计方法概述 2、 机械优化设计
1
现代设计方法概述
现代制造业的特点 机械设计在产品开发中的地位 为什么要研究现代设计 什么是现代设计 现代设计的基本方法
2016/6/16
现代制造业的特点
全球性：现代制造业面临全球性的市场、资源、技术和人员的竞争。 个性化、多样化：开放的国际市场使得消费者更具有选择性，个性
市场的动态多变性：迫使制造企业改变策略，时间因素被提高到首 要地位。 ——产品生命周期缩短，交货期成为主要的竞争因 素。
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现代制造业的特点
网络经济时代与传统经济时代的制造业
传统经济时代 网络经济时代
消费者的可选择性
区域性
全球性
消费需求 市场
生产需求 生产方式 技术与资源
物美价廉，经久耐用， 满足基本生活需求
个性化、多样化、时尚
相对稳定
快速多变、 无法预测
低成本、高质量 客户化、快速交货
标准化、系列 化、大批量
现代产品设计是在传统产品设计方法的基础 上，融合产品设计理论、计算智能、信息技术、 计算机技术、知识工程和管理科学等领域发展而 成。
现代设计的基本特征：以创新为灵魂、以IT 技术为基础、以竞争力评价成败、由需求驱动， 对整个生命周期负责，基于知识并以知识获取为 中心。
什么是现代设计？
基于Internet的现代设计方法
什么是现代设计？
现代设计的主要特点
全生命周期的设计
考虑从产品诞生到报废全过程的每一个环节的问题的
设计。
产品的全生命周期
销售
维 修
回 收
概 念 设 计
用户 需求
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2016/6/16
什么是现代设计？
现代设计的一般过程
详细设计 画图不等于设计，同样，计算也不等于设计
设计需要在广泛的范围中联想（灵感）；它同时又是一个知识获取 的过程。二者都不可能仅仅按照某种程式运算或推理来获得解。图形和 图像是设计的结果，而不是它的出发点，设计的起点是对产品性能的需 求。图也不是设计的唯一结果，同时还要有一份设计说明书，描述图所 不能表达的内容。几何特征不是产品唯一特征。产品的性能特征是控制 整个设计过程的基本特征。
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2016/6/16
现代设计的基本方法
理论、方法和实现方法的工具
首先要有理论，然后研究方法，并开发工具来实现方法。
基本方法：
创新设计 仿真与虚拟现实 异地协同设计 超级并行计算 远程资源共享
产品设计的典型理论方法
通用设计理论(GDT)和泛设计理论(UDT) Pahl和Beitz的理论(P&B) 公理设计（Axiomatic Design；简称AD）理论 TRIZ理论 分布式资源设计理论 可靠性设计理论 优化设计理论
9
产品设计的典型理论方法
通用设计理论和泛设计理论
泛设计理论
德国Karslruhe大学“计算机应用于设计和生产研究所” （RPK）的H. Grabowski教授认为德国的目标不仅在于寻求 降低产品成本，以提高产品的竞争力，更重要的是使德国 能生产别人不能生产的产品，因而创造发明新的产品。这 是德国企业的经常性的行为。他们提出了“泛设计理论” （Universal Design Theory，简称UDT）。
单件、小批 量、多品种
相对集中
全球分布
竞争要素
性价比
柔性与响应速度
机械设计在产品开发中的地位
产品设计
产品设计：从需求出发寻求设计解(产品)的过程， 包括：产品概念设计、详细设计、工艺设计、NC代码 等。
产品设计的核心问题：创新设计、设计过程自动 化、设计可持续发展的产品。
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机械设计在产品开发中的地位
技术经济分析
对各种方案进行技术上和经济上可行性的测试。 技术测试：用必要的方法检验设计方案是否能实现求 解的功能和质量，此时往往涉及一系列的CAE分析和试 验过程。测试的方法，有虚拟现实或数字仿真、物理 模型试验以及样机试验。 经济测试：要对产品的成本进行核算。如果所用的原 理、技术、材料、工艺成本太高，方案也是不可取的。
约束是功能和质量以外的需求
如环境、成本等，其地位和处理方法与功能、质量相似，但是性 质上有所不同。
什么是现代设计？
现代设计的主要特点 现代设计是由（主要是对功能和质量的）需求驱动的
设计； 现代设计是全生命周期的设计； 现代设计要求人、机、环境友好； 现代设计是基于知识的设计； 现代设计是由计算机和网络技术支持的设计。
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为什么要研究现代设计？
中国设计的现状
“中国造”缺乏创新，而创新是企业立足的根本!
创新遇到的挑战 个体知识的有限性 知识生存期的有限性 正确地描述问题 足够的时间、资源或资金
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2016/6/16
什么是现代设计？
所谓现代设计，并不是专指某一类被人们统 称为现代设计技术的技术。现代设计首先是指一 系列符合时代发展需要的设计观念。
市场需求 市场预测
Internet
功能分析 发现问题
价值 概念 解决 评估 设计 问题
生成创 新方案
计算机辅助创新 （CAI）
基本
详细 设计
CAE
பைடு நூலகம்
分析
模拟 参数 优化 虚拟 设计 设计 样机
验证
设计 (CAD)
虚拟样机 (CAE)
物理 样机
产品
加工 (CAM)
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2016/6/16
什么是现代设计？
现代设计的一般过程
产品设计是产品开发过程中最重要的环节之一， 占据着极为重要的地位。
降低产品的成本，是一个永恒的课题。 产品的寿命周期成本（包括制造成本和使用
成本），在产品设计过程中就已大体确定（产品 成本的80%左右在设计阶段就已基本确定）。 缩短开发周期，已成为主要的竞争因素。
采用先进的现代设计方法，可以大大缩短开 发时间。
产品设计
产品设计基本理论：产品设计过程中，系统行为的 基本规律被称为产品设计基本理论，它研究设计人 员在设计过程中的思维、行为规律。
7
机械设计在产品开发中的地位
产品设计的过程
需求调查 需求分析与描述 概念 设计 方案结构化 详细设计
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机械设计在产品开发中的地位
产品设计在产品开发过程中的作用
机械优化设计
2016/6/16
提纲
1、 现代设计方法概述 2、 机械优化设计
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现代设计方法概述
现代制造业的特点 机械设计在产品开发中的地位 为什么要研究现代设计 什么是现代设计 现代设计的基本方法
2016/6/16
现代制造业的特点
全球性：现代制造业面临全球性的市场、资源、技术和人员的竞争。 个性化、多样化：开放的国际市场使得消费者更具有选择性，个性