现代机械设计理论与方法共23页
机械现代化设计理论与方法
机械现代化设计理论与方法21世纪机械制造业竞争的是国际化的、动态化的和多元化的，它面临着新的机遇，同时又存在着极大的危机。
随着社会的不断发展，市场对机械产品的质量、结构、功能、性价比以及外形的多样化和个性化提出了更高的要求，同时由于环境资源的制约，要求市场上有更多资源节约型、可持续发展的机械产品不断涌现。
因此，制造业的竞争焦点，实际上就是设计的竞争，目前进行机械现代化设计理论与方法的研究比以往任何时期都更加显得十分重要。
1 机械现代化设计理论与方法的发展进程机械设计理论与方法的发展经历了二个历史阶段。
一是17 世纪前的“直觉设计阶段”和17 世纪后的“经验设计阶段”、“传统设计阶段”，通常人们把它们统称为“传统设计阶段”。
传统的机械设计是以经验为基础，运用设计手册、数学和力学公式进行设计，这种设计方法的特点是：设计水平低、成功率低、花费大、信息反馈周期长，它已远远不能满足产品的功能需求和市场需求，必将逐渐淡出历史的舞台。
二是目前的现代设计阶段。
随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进。
同时科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。
而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。
目前国内外设计科学形成了不同的流派，主要有以下几个主要流派：一是英、美、日的创造性设计学派。
他们认为设计包含创造、分析和决策三要素。
强调创新性方法研究，系统工程、价值分析、安全技术、人机工程，市场分析及CAD 技术等。
二是德国、北欧机械设计方法学学派。
他们强调系统总体设计，层次细、规范详细。
三是俄罗斯、东欧的新设计法学派。
他们强调基础，提倡发散、变性、收验三步设计程式。
四是中国的设计学。
他们强调综合、系统和适用性相统一。
机械现代化设计方法是基于现代机械设计理论形成，而现代机械设计理论是对现代机械产品原理的科学总结，是判断产品能否满足设计要求的依据。
现代机械设计方法介绍PPT(16张)
《现代机械设计方法》是其中的重要组成部分！学 习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一 些新的设计理论和方法。
《现代机械设计方法》大纲
一．总体要求
1. 了解创新设计、有限元分析、优化设计、可靠性设计 等方法的原理、功能、特点与工程应用。
有系统的理论 方法，但往往 只能近似满足 运动学要求
方案设计 创造性
运动学分 动力学分 析与设计 析与设计
零件工作 能力设计
结构设计
受到计算手段 的制约，分析 较简单。
常将复杂问题简化，得出近 似公式或经验公式。一般按 静载荷计算，引入动载系数
常采用类比 的方法
机械零件设计的一般步骤
机械零件设计的一般步骤
现代设计方法
特征和发展动向：
• 以动态取代静态 • 以定量取代定性 • 以变量取代常量 • 以优化取代可行性设计 • 以并行取代串行设计 • 以微观取代宏观 • 以系统工程取代分部处理 • 以自动化取代人工设计
具体方法：
• 计算机辅助设计 • 优化设计 • 可靠性设计 • 虚拟产品设计 • 参数化设计 • 智能设计 • 分形设计 • 网上设计 • 创新设计 • 反求工程
设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争 激烈、产品更新速度加快的新形势。
2.机械现代设计方法 机械现代设计方法简介1 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应
用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下 列转换：
以动态的取代静态的─如机器结构动力学计算。 以定量的取代定性的─如有限元计算。 以随机量取代确定量─如可靠性设计。 以优化设计取代可行性设计─如优化设计。 并行设计取代串行设计─如并行设计。 微观的取代宏观的─如微－纳米摩擦学设计。 系统工程法取代分部处理法─如系统工程。 自动化设计取代人工设计的转化─如计算机辅助设计。
现代机械设计方法介绍PPT(16张)
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10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
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11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
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12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。
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13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。
现代机械设计方法
南京农业大学 机械设计教研室
张海军
21.05.2019
1
21.05.2019
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I 绪论 1.1 概述
现代设计方法概念
设计方法的发展过程 直觉——经验——半理论半经验——现代设计
1.2 现代设计方法的主要内容及特点
一、机械设计类课程简介
在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组 机械设计类课程。
3. 优化设计
3.1 基本概念
3.2 优化设计数学模型
3.3 优化设计数学基础 3.4 无约束优化方法
3.5 有约束优化方法 3.6 机械优化设计应用
4. 可靠性设计 4.1 可靠性度量指标 4.2 常用概率分布
4.3 零件可靠性设计 4.4 机械系统的可靠性
教材：《现代机械设计方法》倪洪启主编，化工出版社
设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争 激烈、产品更新速度加快的新形势。
2.机械现代设计方法 机械现代设计方法简介1 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应
用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下 列转换：
以动态的取代静态的─如机器结构动力学计算。 以定量的取代定性的─如有限元计算。 以随机量取代确定量─如可靠性设计。 以优化设计取代可行性设计─如优化设计。 并行设计取代串行设计─如并行设计。 微观的取代宏观的─如微－纳米摩擦学设计。 系统工程法取代分部处理法─如系统工程。 自动化设计取代人工设计的转化─如计算机辅助设计。
现代机械设计的方法及
智能化设计
智能化设计技术可以利用人 工智能、机器学习等技术对 设计进行自动化和优化，提 高设计的性能和效率。
绿色设计
绿色设计理念强调环境保护 和资源利用，采用环保材料 和节能技术，降低对环境的 影响。
人性化设计
人性化设计理念强调以人为 本，注重产品的舒适性和易 用性，提高产品的用户体验 。
02
现代机械设计的主要方法
物理模拟
利用物理模型对机械系统进行实验研究，获得实 际运行数据，为设计提供参考。
智能设计技术
01
02
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知识工程
利用知识工程技术，将设 计经验和知识进行整理和 表达，为设计提供智能支 持。
专家系统
利用专家系统进行智能设 计，通过推理和判断，为 设计提供决策支持。
人工智能技术
利用人工智能技术，如机 器学习、深度学习等，对 设计过程进行自动化和智 能化处理。
其他领域的应用
01
医疗器械设计
医疗器械对精度和可靠性要求极高，现代机械设计方法可应用于提高医
疗器械的性能和安全性。源自02精密仪器设计精密仪器需要高精度和高稳定性，现代机械设计方法可应用于提高精密
仪器的测量精度和稳定性。
03
机器人设计
机器人是现代制造业的重要领域，需要应用现代机械设计方法对机器人
进行优化设计和制造，提高机器人的运动性能和作业效率。
可持续性原则
创新原则
现代机械设计应考虑环境保护和资源利用 ，采用环保材料和节能技术，降低对环境 的影响。
现代机械设计应注重创新，采用新技术、 新材料、新工艺等，提高产品的竞争力和 附加值。
现代机械设计的发展趋势
数字化设计
数字化设计技术使得设计师 可以在计算机上进行模拟和 优化设计，提高了设计的效 率和准确性。
现代机械设计理论及方法
《现代机械设计理论及方法》实验指导书机械装备及控制工程系编前 言通过典型装置的设计、实验等，使学生了解典型现代设计方法，如相似理论、优化设计、有限单元法等方法的理论和应用。
从中掌握它们具有的共性及差异性，开发学生的创新思维能力，实际动手及解决问题的能力；加深对课程内容的理解,达到学以致用，具有初步设计、研究新型机械（结构）产品的能力。
实 验 须 知1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。
2．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。
3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。
4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。
5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。
实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。
6．实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。
7．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据；8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。
不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。
9．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。
10．实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。
目 录实验一相似模型的设计和检测实验 (4)实验二结构优化设计实验 (4)实验三结构的有限元分析 (4)《现代机械设计理论及方法》实验指导书实验一 相似模型的设计和检测实验一、 实验目的1． 了解相似原理；2． 掌握相似模型设计基本方法； 3． 了解用电阻应变片测量应变的原理；4． 测定不同工况下二个等强度梁上特征点处（已粘贴应变片处的应变），验证相似模型应力相似理论；5． 掌握相似模型检测结果的整理和推广。
二、 实验仪器和设备1． YJ-4501A/SZ 静态数字电阻应变仪； 2． 全相似等强度梁实验装置二台； 3． 温度补偿块一块。
第3章机械设计及现代设计方法(上课课件)
3.2.3 现代设计方法简介
CAD系统的组成
硬件组成：
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
机械工程导论
第3章 机械设计及现代设计方法
机械设计制造及其自动化 张彩丽 2015.03
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
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
4、转向创新法
——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。
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
第3章机械设计及现代设计方法(上课课件)
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
➢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和
具体形象的反映活动。
抽象思维：凭借概念、判断、推理而进行的反映
客观现实的思维活动。
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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。
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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。
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
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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。
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。
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。
5
3.1.2 设计的类型
现代机械设计创新设计理论与方法
现代机械设计创新设计理论与方法1机械设计理论与方法的发展进程站在世界角度，可以将机械设计行业的发展分为两个阶段，第一阶段为机械设计初期，时间为十七世纪到二十世纪中段。
当时的设计理论较传统，设计方法单一，人类仅依靠死板的计算公式，根据规定进行定向设计，因而设计出的机械产品水平一般，设计方法无法得到实质进步，新产品研发速度缓慢。
并且由于技术条件的限制，机械设计投入成本较高，工作效率低下，无法满足市场需求。
直到二十世纪中期，机械产品的缺点日益突显，人类为了解决此问题，对传统的机械设计理念加以改进，标志着机械设计开始进入第二阶段，即现代设计时期。
在此阶段内，人类融入新型技术，解决传统设计方式存在的缺点，有效推动机械设计发展，提升了整个机械制造业的水平。
2现代机械设计理论与方法需具备的特点现阶段，人类需树立创新理念进行系统革新，深入研究机械设计理论及其方法，并融合先进的科学技术，发挥各个学科优势，创新机械设计理论，使其向现代化、智能化、科技化方向发展，从而满足现代设计需求。
因此现代机械设计理论及方法需具备以下几方面特点。
2.1创新性与系统性。
创新是各行各业发展的源泉，如果企业不积极创新改革，产品会逐渐被市场所淘汰。
因此现代机械设计理论需具有创新性，研究人员可以在传统设计理念的基础上，取其精华，并针对存在的问题进行完善，发散思维，发挥想象力，将现代先进技术及理念融合进去，可以在机械产品质量和结构上进行创新，争取降低成本，提高设计水平，从而使现代机械理论满足市场需求，为优秀机械产品的制造提供有力的基础[1]。
另外，设计人员还需体现现代机械设计的系统化特点，利用众多组合方式，挖掘内在奥秘，进行机械产品细化设计，在各个环节中进行创新。
2.2前瞻性与融合性。
人类之所以要进行现代机械设计，是为了满足市场需求，为生活和生产提供便利。
因此在设计过程中，需要体现前瞻性特点，结合不同机械的生产及使用环境进行全方位考虑，避免设计出的产品脱离现实，因外界各种因素无法顺利运行。
现代机械设计理论与方法
现代机械设计理论与方法河北科技大学硕士研究生2014-2015学年第一学期考试科目：现代机械设计理论与方法专业：机械工程姓名：范红丽学号：2201407005一、机械优化设计有多少种优化方法，如何分类，每种方法适合解决哪类机械优化问题？答:机械优化设计包括一维搜索方法、无约束多维优化方法、有约束多维优化方法，其中分类及使用条件和原则如下：（1）一维搜索方法1.1 黄金分割法特点：简单，有效，成熟的一维直接搜索方法，应用广泛。
可以把区间缩小的任意长度。
使用条件：适用于[a,b]区间上使用原则：黄金分割点的内分点选取必须遵循每次区间缩短都取相等区间缩短率的原则。
1.2二次插值法特点：收敛速度较黄金分割法快，可靠性不如黄金分割法，初始点的选择影响收敛效果。
不可能一次就达到函数的最优解，必须重复多次，向最优值逐渐逼近。
原则：首先要选择一个初始步长，用外推法确定极值点存在的区间，然后用二次差值法求极值点的近似值。
（2）无约束多维优化方法2.1最速下降法特点：1）最速下降法是求解无约束多元函数极值问题的古老算法之一；2）最速下降法理论明确，方法简单，概念清楚，每迭代一次除需进行一维搜索外，只需计算函数的一阶偏导数，计算量小；3）对初始点的要求较低，初始迭代效果较好，前后两步迭代的搜索方向相互正交，在极值点附近收敛很慢。
选用原则及条件：一般与其他算法配合，在迭代开始时使用。
2.2共轭梯度法特点：1）仅需计算函数的一阶偏导数，编程容易，准备工作量比牛顿法小，收敛速度远超过梯度法，但有效性比DFP(变尺度)法差；2）使用一阶倒数的算法，所用公式结构简单，并且所需的储存量少。
3）收敛速度很快，有超线性的手链速度。
使用条件：适用于维数较高(50维以上)、一阶偏导数易求的优化问题。
使用原则：共轭梯度法在第一个搜索方向取负梯度方向，而其余各步的搜索方向将负梯度偏转一个角度，即对负梯度进行修正，实质上是对最速下降法的改进。
现代机械设计理论及方法概述(ppt 23页)PPT学习课件
设计工程研究所
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
绪论
关于设计及其重要性 现代机械与传统机械 现代机械设计所研究的内容 我国机械工程的发展与机械设计
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
对机械设计与理论的学位要求
在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、 材料科学、控制理论以及设计理论方面有坚实基 础；在传热学、电子技术、计算机及网络技术方 面有较强基础；在人工智能科学、管理科学（特 别是市场分析和成本分析）、环境科学及人机科 学方面有一定的基础。
现代机械设计理械设计中的性能设计
工程设计学 工程建模学
各种系统或行业机械设 计中的共性问题， 设计的原则、理论基础
从模型入手解决产品 设计，设计方法
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
使设计理论具体化和实用化的条件：
能反映设计对象有关本质方面并能定量描述 有完整的设计准则、设计步骤和各种系数在实践或实
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大型复杂机械的设计必须完成“分析－分解－综合”的过程，其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。
设计理论与方法论相关领域
关于现代机械设计理论与方法 产品创新设计、稳健性设计理论、广义优化设计、优势设计、摩擦学设计 也能将机械能转换成其他类型的能量
时间 百分比（
%)
现代机械设计理论与方法
机械电子学、测控理 论与技术、信息科学
人机工程、生物机械学、工业设计等
绿色设计、人工物设计理论
产品创新设计、稳健性设计理论、广 义优化设计、优势设计、摩擦学设计 并行设计、虚拟设计、快速设计、 机电一体化设计等
现代机械设计理论与方法
现代机械设计方法PPT课件
2020/2/20
6
现代设计方法概念：现今为工程项目或产品制造完成到实体化的全过程而 制订的技术方案、图样与程序。英文为“modern design method”。它运用 创新的设计手段，交叉地应用多种理论、方法和技术，使产品设计过程成 为一种富于电脑化，自动化、虚拟化、智能化和最优化的创造活动，在决 策、综合、迭代与寻优中高效率的、低成本的、高质量的完成产品设计。
各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而 难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、压缩机设 计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。
2020/2/20
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2020/2/20
现代设计是以产品为总目标的一 系列种类繁多的现代 设计法和技术的综合运用，生产技术 的需要和先进设计手 段的出现，必须促进设计领域的改革 和发展，对于机械设 计来说几乎是更新换代，传统的常规 设计方法受到很大冲 击，用科的设计方法代替经验的，类 比的设计方法是势 在必行。缩短设计周期，提高设计质 量，发展设计理论， 改进设计技术及方法已成为当前机械 设计的必然趋势。
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现代机械设计理论和方法是对传统设计方法的继承、创新和发展，它是将机械 技术、信息技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和管理科学等有机地加以综 合，形成的一门多学科、多专业相互交融的系统设计科学。如果从系统的观点分析， 现代机械设计理论和方法又是一个由时间维、逻辑维、方法维组成的三维系统。时 间维反映了产品规划、方案设计、技术设计和加工设计流程的时间顺序；逻辑维是 指解决问题的逻辑步骤，现代机械设计采取先分析、再综合、然后评价、最后决策 的步骤；方法维是指机械设计设计过程中的各种思维方法和工作方法。现代机械设 计采用各种先进的设计理论方法，使机械设计进入优质、高效和创新的新时代。现 代机械设计具有的范畴如下：（1）信息论方法。如信息分析法，技术预测等。（2） 系统论法。如系统分析法，人机工程等。（3）控制论法。如动态分析法等。（4） 优化论法。它是现代设计法的目标。（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CAD，计算机辅助分析等，它是现代设计方法的核心。 （7）寿命论方法，如可靠性和价值工程等。（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。
23 - 现代机械设计方法简介-宋宝玉版
现代机械设计方法简介
六、有限元设计
2、基本步骤
3）确定状态变量及控制方法： 一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示 4）单元推导：形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵） 单元之间由节点相联结,通过节点传递力、温度、位移及其 他参量,单元内部的未知场函数(如位移、应力、温度、磁场 、电场等)可以通过一定阶数的单元节点参量的插值函数来 逼近,然后,在整个求解域内利用边界给定条件确定所有节点 的参量值(如节点位移、节点力、 节点温度等…),再反过来 利用节点参量(此时为已知)的逼近函数去代替单元内部的未 知场函数,求得单元内部任意点的未知量的近似值
4 高 5
≥0.9999 型建筑物、桥梁等
≥ 0.99999
失效后会造成灾难性后果，如核设施、
大型水电工程
现代机械设计方法简介
3、保证高可靠度的措施
1）故障预分析，找薄弱环节，首先保障； 2）提高基础数据的准确性（破坏性实验，基础数据库）
3）重要处，备用系统
UPS,副油箱等； 4）核设施等异常后果的处理
圆杆受拉力 N(up,σp)=N(30000,450)N
圆杆截面尺寸 N(ud,σd)=d ± 0.015d
材料屈服强度 N(ur,σr)=N(1076,42.2)MPa
圆杆受拉的强度可靠性模型
现代机械设计方法简介 按可靠性求解，当R= 0.999 时：
ZR
ur us
2 r
2 s
(3)当ur-us<0时, ZR<0, R<0.5,且σr、σs增大,R将朝着减小 的方向变化，此时Sn<1,这种情况在用安全系数法设计时 是不允许的. 由此可见,安全系数设计法存在不合理现象,没有考虑强度 及应力的离差σr、σs的影响.
现代机械设计创新设计理论及方法
现代机械设计创新设计理论及方法摘要：当前我国的经济发展已经进入了全新的时期，传统的经济发展模式需要进行改革创新以实现更好的发展，而在现代时期，创新创造是经济发展的核心理念。
实现创新创造需要有一定的技术支撑以及经济环境作为发展的基础，更加需要现金的创新设计理论以及创造方法，现代前沿科学技术的应用于拓展需要在经济发展中重视。
基于此，本文将对现代机械设计进行基本的研究，包括创新设计理论与方法研究等，以更好的创造新的设计科技，培养出更加完善的创新型思考方式，以供相关专业人士参考，逐步提升我国现代机械设计水平。
关键词：现代机械设计；创新设计理论；创造方法1机械设计理论与方法的发展概述机械设计行业最初发展是在欧美国家，第一次工业革命的出现使得社会开始研究机械这一先进的事物，在十七世纪到二十世纪中期都可以称之为机械设计发展的第一阶段，这一时期采用的机械设计方法以及研究所用的机械设计理论都是十分传统的方法，采用较为单一的机械设计方法，人们更多的拘泥于传统的计算公式，根据经验以及传统的规定进行定向化设计，这使得机械设计的产品模式化且质量难以得到保证，发展初期的机械设计理论以及设计方法取得的显著进步并不多，研发出的产品效率以及质量都无法得到保证，而且当时全世界范围内技术条件水平十分有限，这使得研发效率以及工作条件都无法得到满足，难以实现可靠的成本控制以及高效的工作质量，生产处的机械设计产品也难以满足市场需求。
行业内人员意识到传统机械设计方法的局限性，人们开始使用更加先进的机械设计理论以及设计方法来改善传统机械产品的缺陷，现代机械设计阶段从二十世纪初期开始流行，随着计算机信息技术的不断推广应用，人们在机械设计时融入更多先进的技术来提升机械设计水平，大规模提升机械设计的效率，改善了传统机械设计中存在的缺点，世界机械水平得到了很大提升，机械制造业朝着自动化、智能化、科学化的方向稳步发展。
2现代机械设计理论的基本特点随着我国经济步入全新的时期，深化改革需要更加创新的理论与方法，因此在机械设计理论，同样需要研究创新型设计理论与方法来提升机械设计的智能化水平，现代计算机信息技术以及先进的机械设备都需要在机械设计中加以融合，实现多学科交叉，使得机械设计理论实现创新与发展，而为了满足现代机械设计的需要，在设计理论以及设计方法方面需要注意以下几个特点。
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现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
已有知识和新知识获取在设计中的作用
任务空间
方案集合
联想
市场信息
已有知识
最终设计
测试 评估 优化 再设计
新知识获取资源
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
我国机械工程的发展与机械设计
提高企业生产能力与水平（完成产业现代化）
现代机械与传统机械
现代机械的特征
1、机械应是一种有“头脑”的手足延长，即使其中的 “头脑”并不理想（具有主动控制功能）；
2、不仅仅只处理物质和能量，而且更关注处理信息； 3、满足人们的综合需求，所有的机器都将是机器人：机
械将具有更强的智能。
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
关于现代机械设计理论与方法
绪论
关于设计及其重要性 现代机械与传统机械 现代机械设计所研究的内容 我国机械工程的发展与机械设计
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
对机械设计与理论的学位要求
在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、 材料科学、控制理论以及设计理论方面有坚实基 础；在传热学、电子技术、计算机及网络技术方 面有较强基础；在人工智能科学、管理科学（特 别是市场分析和成本分析）、环境科学及人机科 学方面有一定的基础。
具有很大的局限性
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
现代机械与传统机械
现代机械
定义：由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括 机械力、运动和能量等动力学任务的机械或机电部 件相互联系的系统
组成：机械本体、动力部分、检测传感装置、控制及 信息处理装置、以及执行机构
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
现代的机械设计
反映现代机械设计的哲理、准则和方法
现代机械
现代机械的组成、结构和设计
现代各个领域科学技术的发展，都是现代机械 设计理论与方法发展的基础
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
设计理论与方法论相关领域
文化
政治学 社会学 心理学
经济学
基
自 础 设计理论
然工 科程 学科
与 方法
学
工业造型
艺术造型
人机工程、生物机械学、工业设计等
绿色设计、人工物设计理论
产品创新设计、稳健性设计理论、广 义优化设计、优势设计、摩擦学设计 并行设计、虚拟设计、快速设计、 机电一体化设计等
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
现代机械设计所研究的内容
现代机械设计在技术上的特点：
➢ 智能化 ➢ 经济性 ➢ 并行性 ➢ 集成化 ➢ 精确性 ➢ 动态性
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
关于设计及其重要性
设计与产品开发时间
设计
0
20
40
60
现代机械设计理论与方法
制造
80
100
时间 百分比（ %)
设计工程研究所
关于设计及其重要性
设计与产品开发成本
70
60
50
40
30
20
10
0
设计
生产准备 原材料与 管理和销售 与加工 外购件的采购
对成本的影响
所需的工时成本
现代机械与传统机械
如何研究现代机械？
1、学科耦合，产生新的理论与方法； 2、更为深入地认识各个学科在理论和方法上的发展，用
系统的观点考查其依赖与渗透； 3、用信息流的观点观察机械各部分之间的关系； 4、用动态的观点研究机械性能（全寿命周期的要求）。
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
关于现代机械设计理论与方法
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
关于设计及其重要性
设计与修改工作
60
发生错误
50
修改错误
成本 %
40
30
75%
20
10
80%
0
产品定义
产品设计
工艺规划
制造
检验
应用
• 75%的修改工作由产品设计阶段引起
现代•机80械%的设修计改理工论作与在产方品法制造阶段或后设续计阶工段程完研成究所
现代机械与传统机械
创造我国独有的产业技术和工程科学
设计的目标和任务
创新产品
（功能、性能）
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
设计理论与方法论
设计理论与方法论是关于设计 本质和设计方法的系统理论，目的 在于揭示设计过程的本质规律，探 索各种有效的设计方法，为实际的 设计工作提供指南。
大型复杂机械的设计必须完成“分析 －分解－综合”的过程，其中包含了 大市量场创的竞造争性、思用维户过的程选和择智使能对产活品动的。经 必济须性超要求前越考来虑越后高续。的过程，实现DFM、 DFA，以压缩废品、库存的消耗，确保 经树立济人性－。机一体化、机电一体化、硬－软
件一体化的观念，综合多方面测试分析数 据 和机设指技械计导术产过、，品程评特复中价别杂要设是度采计C、用A，D综先技融合进术多性的于种提计产现高算品代的技设科必 术计技然、之成结计中果果算。要理求论 和设计计的算对分象析处工在具动，态环使境设中计，的把分握析其更动为态过准程确对、于设提 计高产参品数的更可为靠精性确具。有重要意义，同时设计组织的协调
提高➢竞高争水平能、力高精的度产设业备技技术术水平和的产开品发或提升等
➢ 提高效率、效益以及独占性生产能力的技术
解决➢社现会有产和品民的更生新急换需代 的技术问题
➢ 能够打入国际市场的产品技术
跟踪➢➢➢➢➢并新面解提。发产对决高。品未社生。展的来会活。新核的各质。心 储 相 量的技 备 关 的科术 技 问 技学（ 术 题 术专 的 或和利 技 产技技 术 品术 或术） 产品
现代的机械设计
反映现代机械设计的哲理、准则和方法
设计思想
设计准则 设计过程
传统机械 现代机械
更多地经验和借鉴 关注机械系统对象
更多地运用最新技术 大系统论
经典力学 强度准则
广义力学 可靠性准则
任务→方案→样机→ 虚拟样机→评价→优化参数 试验→修改→(重复) →设计与制作
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
现代机械设计理论与方法艺术
工生 业产 技技 术术
技术
设计工程研究所
关于现代机械设计理论与方法
哲学、思维科学、 心理学、智能科学
设计方法学、智能设计、创新设计
解剖学、生理学、 人体科学
社会学、环境科学、 生态学
现代应用数学、物 理学、应用化学、 应用力学、材料学
机械电子学、测控理 论与技术、信息科学
机械
各类机构与机器的总称
人工组合物 可实现能量的转换； 能把热能、电能、化学能转换为机械能 也能将机械能转换成其他类型的能量 各部分之间具有确定的相对运动关系 能够改变或者传递力并产生运动，完成某些工作
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
现代机械与传统机械
传统机械
组成：动力机、传动机构、执行机构和操纵控制装置 机械的分类：动力机械、能量转化机械、工作机械