机械工程概论 教学课件 ppt 作者 刘永贤 蔡光起 主编 第三章 机械设计及现代设计方法

3.1.4 设计的本质和过程 1.设计的本质
1)设计的本质可以从下面几方面来说明： ① 从工作性质与内容看，设计的内容广泛。在传统的工程设计中，将设计过 程划分为方案设计、技术设计和工艺设计。随着计算机和信息技术的发展， 工程设计的范畴从传统的设计内容已扩展到产品规划、制造、检测、试验、 营销、运行、维护、报废、回收等全过程的全方位设计。 ② 从设计的过程与方法看，设计是一种活动。 2)设计的本质是由如下设计的基本特征所决定的： ① 约束性。设计是在多种因素的限制和约束下进行的，其中包括科学、技术、 经济等发展状况和水平的限制，也包括生产厂家提出的特定要求和条件，同 时还涉及环境、法律、社会心理、地域文化等因素。这些限制和要求构成了 一组边界条件，形成了设计人员进行构思或谋划的“设计空间”。设计人员 要想高水平地完成设计工作，就要善于协调各种关系，灵活处置，合理取舍， 精心构思，而这只有充分发挥自己的创造力才能做到。
第3章 机械设计及现代设计方法
3.1 概论 3.2 设计理论与方法 3.3 现代设计技术 3.4 优良性能设计基础技术 3.5 竞争优势创建设计技术 3.6 全生命周期设计技术 3.7 绿色产品设计技术
3.1 概 述
3.1.1 工程设计的概念
社会的发展离不开人类的思维活动和设计 例如，人类的代步工具的发展历程：
设计文件
施
零部件购置
工
设
计
验证性能
最终产品 典型的机械设计工作流程图
产品规划：根据生产或生活的需要提出所要设
功能性、安全性、可靠性、
成本、可制造性……
计的产品，在充分的调查研究和分析的基础上，明
确提出新产品的功能、重量、强度、成本、安全和
可靠性等要求，同时要建立设计时应满足的约束条
件，最后制订出详细的设计任务书（或要求表）作
3.1.3 机械设计的主要类型
分类原则为创新与创造在设计中所占的比例
开发性设计（或称为原创设计）：开发设计前并不知道机械
的设计原理及方案，那么在设计中就要根据设计要求、使用要求、约束 条件等创造出机械的原理及结构的设计。
适应性设计（或称为再设计）：保持机械的主体原理方案及
结构不变，而对其结构和性能进行更新设计，以获得比原机械更优良的 性能和结构或一些附加功能的设计。
变参数设计：保持机械的功能、原理方案不变，只对其结构性能参
数及布局进行调整、变更设计。
测绘和仿制：选定某先进机械，通过对其实物进行测绘，获得相关
设计技术资料，再通过必要的技术处理（例如标准化、工艺适应性调整 等）后形成的设计；仿制是指按照原机械的技术文件（例如设计图纸 等），通过适当的工艺后，直接按照原图纸进行生产。
机械设计：
以机械作为对象所开展的设计活动，规划和设计实现预期功能的新机械或改 进原有机械的功能。
机械设计是推动人类社会和文明发展的重要助推器
图3-1 技术系统
图3-2 压力机用于冲压时的技术系统
3-3
3.1.2 机械设计的地位和意义 • 设计的目的是保证系统的功能，建立性能 优良、成本低廉、价值最佳的技术系统。它对 产品的技术和经济效果起着决定性作用，其重 要性是不言而喻的。在产品质量事故中，约 50%是由不良设计造成的。设计中的失误会造 成严重的损失，哪怕是设计中某些考虑不周的 地方也可能产生明显的负面效应。
意义
•在产品质量事故中，约50%是由不良设计造成的。设计中的失 误会造成严重的损失，哪怕是设计中某些考虑不周的地方也可能 产生明显的负面效应。埃及20世纪70年代初竣工的阿斯旺水坝 就是一例，它有效地控制了尼罗河流域的水旱灾害，并能供应电 力，对国民经济的发展起了一定的作用，但由于设计时对环境因 素分析不够，没有考虑对自然生态平衡的影响并采取相应的措施， 从而引起一系列严重的问题，如大量泥沙和有机质沉于水库底部， 致使尼罗河下游缺乏肥源，土壤变得贫瘠；尼罗河入海口处沙丁 鱼食物不足，数量急剧减少；河口三角洲的洼地退缩，影响沿河 的军事及工业建筑的安全。水库建成后，下游一些地方的河水变 为死水，血吸虫及疟蚊大量繁殖，对居民健康造成很大威胁。由 此可见避免设计失误的必要性。
牛马等动物→ 手推车、自行车→ 火车、汽车及电动车→飞机、航天器等
设计：
为了满足社会和人们对产品功能的需要，运用基础知识、专业 知识、实践 经验和系统工程等方法，将预定的目标通过人们创造性思维，经过一系列规划、 计算、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件，以取 得最满意的社会与经济效益的全过程工作。
为设计、评价和决策的依据。
方案设计：方案设计也称概念设计,实质上是
迭 代
产品功能原理设计。
技术设计：根据原理方案进行机器及零部件的
具体结构化设计，选择材料、拟定零件的形状和尺
寸、确定具体参数等，并进行各种必要的性能计算，
校核强度、安全性、成本和可靠性，最后画出部件
2. 设计的过程
机械设计是一个创造性的工作过程，必须 有科学的设计步骤和程序
从宏观的角度看，机械设计过程可分为产 品规划、方案设计、技术设计和施工设计
等四个阶段
产
来自百度文库
提出任务
品
规
划
详细需求
方
创造概念
案
设
计
概念评价和选择
探讨设计选择
满足
样机研究
理想
的性 能
测试
技
术
设
分析
计
选择最终设计
详细图纸和材料选择
② 多解性。解决同一技术问题的办法是多种多样的，满足一定目的的设计方 案通常也并不是唯一的。任何设计对象本身都是包括多种要素的功能系统， 其参数的选取、尺寸的确定、结构形式的设想等都具有很强的可选择性。因 此，设计思维的活动空间是广阔的，它为设计人员创造性的发挥提供了天地。 ③ 相对性。设计结论或结果都是相对准确的，而不是绝对完备的，这就使得 设计人员经常处于一种相互矛盾的情境之中。例如，既要降低成本，又要增 加安全性、可靠性；既要能满足近期需要，又要照顾到长远发展；既要功能 全，又要体积小，如此等等。这种相互矛盾的要求给设计工作增加了难度， 加上事先难以预料的一些不确定因素的影响，使得设计人员在对设计方案的 选择和判定时，只能做到在一定条件下的相对满意和最佳。设计的这种相对 性特征一方面要求设计人员必须学会辨证思考；另一方面也给设计人员提供 了显示和发挥自己创造才能的机会。