现代机械设计理论与方法(1)
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。
机械工程系机械制造及其自动化专业(代码080201)
现代工业工程
V
计算流体力学
V
智能传感器及测试仪器
V
信号分析与数字信号处理
V
机械优化设计
V
软件结构与程序设计
V
计算机图形学
V
模式识别
V
机械系统动力学
V
摩擦学原理
V
现代设计方法
V
虚拟制造原理与方法
V
液压伺服控制
V
微机电系统（MEMS）
V
补 修 课
现代制造系统
V
由导师指 定同等学 力、跨学 科专业学 生补修课 程。不计 学分
单片机原理及应用
V
材料成型技术
V
课程考核要求：学位课考试；非学位课考试或考查
教 学 实 践 环 节
社会实践
V
1
学术活动
V
1
注：1、选修课根据研究方向由指导教师指定5-6门;
2、考核方式的总体要求：学位课一律采用笔试的方式，非学位课可根据课程内容和要 求采用灵活多样的方式，如笔试、口试、写读书报告、课程论文或考核实验技能等。
（3）中期检查 硕士研究生学位论文的中期检查一般应于研究生入学后的第四学期末完成。
中期检查的主要内容为： 论文工作是否按开题报告预定的内容及进度进行； 已完 成的研究内容及结果； 目前存在的或预期可能会出现的问题； 论文按时完成的可 能性等。通过者，准予继续进行论文工作；否则，按有关规定处理。中期检查结 束后，填写《硕士生论文中期检查表》 ，原件交研究处培养科备案，复印件留学 分院（系），以备评估检查。
V
40/2
弹塑性力学及有限元法
V
40/2
现代制造技术导论
V
40/2
(完整版)机械设计课后习题答案
第一章绪论（1）1-2 现代机械系统由哪些子系统组成, 各子系统具有什么功能？（2）答: 组成子系统及其功能如下:（3）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。
（4）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。
第二章执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置, 或对作业对象进行检测、度量等, 按预定规律运动, 进行生产或达到其他预定要求。
第三章控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作, 并准确可靠地完成整个机械系统功能。
第四章机械设计基础知识2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时, 由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂, 如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。
（2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限, 零件产生塑性变形。
（3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。
2-4 解释名词: 静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。
答: 静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。
变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。
名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。
计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。
静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。
变应力随时间变化的应力, 可以由变载荷产生, 也可由静载荷产生。
（1）2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？（2）答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题, 其基本原则如下：①材料的使用性能应满足工作要求。
使用性能包含以下几个方面:②力学性能③物理性能④化学性能①材料的工艺性能应满足加工要求。
具体考虑以下几点:②铸造性③可锻性④焊接性⑤热处理性⑥切削加工性①力求零件生产的总成本最低。
主要考虑以下因素:②材料的相对价格③国家的资源状况④零件的总成本2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？答: 衡量润滑油的主要指标有: 粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。
机械设计方法论
机械设计方法论一、引言随着科技的飞速发展，机械设计在工程领域中的应用越来越广泛。
机械设计方法论作为一门系统性的学科，不仅涵盖了丰富的理论体系，还涉及实际应用中的各种技术方法。
本文将从机械设计的重要性、基本原则、过程与方法、现代技术发展、创新思维与实践、可持续发展等方面展开论述，以期为机械设计领域的从业人员提供有益的参考。
二、机械设计的基本原则1.功能原则：在设计过程中，首先要明确机械设备的功能需求，确保设计的产品能够满足使用目的。
2.结构原则：合理布局零部件，使之形成稳定的结构，保证机械设备的可靠性和安全性。
3.材料原则：根据机械设备的使用环境和性能要求，选择合适的材料，实现轻量化和高强度。
4.工艺原则：充分考虑加工工艺和装配工艺，确保设计的可行性。
三、机械设计的过程与方法1.设计前期工作：包括市场调研、技术论证、制定设计任务书等，为后续设计提供依据。
2.方案设计：根据设计任务书，提出多种设计方案，进行比较分析，选取最优方案。
3.详细设计：对选定的方案进行详细设计，包括结构、尺寸、材料、工艺等方面的设计。
4.设计评价与优化：对设计成果进行评价，发现问题并进行优化，提高设计质量。
四、现代机械设计技术的发展1.计算机辅助设计（CAD）：利用计算机软件进行几何建模、分析和优化设计，提高设计效率。
2.有限元分析：对复杂结构进行数值模拟分析，评估机械性能和安全性。
3.快速原型技术：缩短设计周期，降低研发成本，提高新产品上市速度。
4.智能化设计：利用人工智能技术进行设计，实现自动化、智能化设计流程。
五、机械设计中的创新思维与实践1.创新思维的培养：注重跨学科知识的学习，培养敏锐的洞察力、丰富的想象力和独特的创造力。
2.设计实践中的创新策略：善于运用设计心理学、人机工程学等知识，挖掘用户需求，实现产品差异化。
3.团队协作与知识共享：建立高效的设计团队，实现知识共享，激发团队创新潜能。
六、机械设计的可持续发展1.绿色设计理念：在设计过程中，充分考虑环境保护、资源节约和人体健康等因素。
现代机械设计论文(5篇)
现代机械设计论文(5篇)现代机械设计论文(5篇)现代机械设计论文范文第1篇分析现代化机械设计的合理性,首先要对现代化的机械生产模式进行分析,再对机械设计的合理性进行实际性的解读。
由于现代化技术的进展,机械生产与制造已经突破了传统的车间与车床生产模式,从而实现了现代化的生产方式。
那么,现代化机械生产模式详细是怎样的呢?在对机械设计方面又有着哪些影响呢?1.1现代化机械生产模式更加符合市场的需求,符合批量生产的规模现代化生产模式由于受到诸多的市场刚需影响,机械产品的需求量不断增大,而生产周期不断缩减。
这在很大程度上刺激了机械生产模式,对于传统的机械生产更是一种挑战。
因此,在外界的压力之下,机械生产方式以及机械的设计理念都进行了较大程度的修改,以满意日益增加的市场需求。
那么,在生产方式方面,机械生产采纳了自动化远程掌握生产技术,并结合计算机数据处理技术,来实现一种现代化的机械生产模式。
1.2现代化机械生产模式引入新技术,从而实现全新的机械制造业单一的技术进展完全无法满意市场需求,各个领域的技术进行结合进展,才能够实现对一个产业的变革与市场顺应度。
机械制造业领域,要想实现肯定的市场竞争力,就必需实现产业的整合与技术的结合应用。
从传统的机械生产模式,就可以发觉传统机械模式存在的问题。
其详细表现在:大量的人工操作,不仅效率低,而且简单消失错误,产品质量不合格的现象时有发生。
车间是传统的机械产品的主要生产基地,生产车间的人工操作太多。
一般的工件都需要进行反复打磨,才能够符合产品需求。
由于避开不了人工的主观误差,在生产的过程中常常会消失工件报废的现象。
不仅造成了原料的铺张,又增加了生产成本与时间成本。
车间的平安问题特别重要,常常性平安问题无法避开。
传统的生产车间都是人工对着一台机床进行操作,一旦操作不当,就会消失一些危急问题,从而影响其生产质量。
在进行工件加工的过程中,人员受伤的现象始终无法真正避开,对于人身平安是一种损害,而对于生产流程,也经常会消失脱节和拖工的现象,造成整体的产品质量下降。
现代设计理论与方法(最终版)
第一章设计方法学1. 现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。
T--缩短产品设计周期Q--提高产品质量C--降低其成本2. 传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计算）现代设计法特点：动态的、科学的、计算机化的、（精确计算）3.现代设计理论与方法的发展分为：（1)直觉设计阶段（2)经验设计阶段（3)半理论半经验设计阶段（4)现代设计阶段4.系统－执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。
具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
5.系统化设计的特征：由上而下、由总到细。
基本方法：系统的分析和综合。
6.黑箱法定义：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开黑箱的前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系,了解其功能的一种方法。
根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
7.系统化设计的步骤：8、评价的目标内容：（1) 技术评价目标——可行性，创造性，可靠性（2) 经济评价目标——成本，利润，市场潜力（3）社会评价目标——社会效益和影响9.技术-经济评价法（a)技术价Wt : Wt=(Piqi)/Pmax（Pi-各技术评分值；qi-加权系数；Pmax-最高分值5分或10分）（b)经济价Ww：Ww=Hi/H=0.7Hz/H （Hi-理想成本；H-实际成本）（c)技术-经济综合评价：均值法：W=（Wt+Ww)/2双曲线法：W= (Wt.Ww )10.产品价值V=F/C ( F-功能C-成本)11.寿命周期成本（要会画出它的曲线图，并做分析）C=C1+C2 C1-生产成本C2-使用成本12、提高V途径（分5种情况讨论）F ↑/C →=V ↑功能F →/C ↓=V ↑成本F ↑/C ↓=V ↑功能、成本F ↑↑/C ↑=V ↑功能F ↓/C ↓↓=V ↑成本第二章机械优化设计1.优化设计的数学模型统一形式描述：min f(x) x=[x1,x2,………xn]Ts.t. gi(x)<=0 i=1,2,3…mhj(x)=o j=1,2,……n(p<n)2. 迭代过程X（k+1）=x（k）+α（k）s（k）x（k）——第K步迭代点α（k）——第K步迭步长s（k）——第K步迭代方向3. 终止准则：（1）点距准则：(1)1 k k k ksαε+-=≤X X(2)下降准则：(3）梯度准则：4.一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单变量）目标函数f(x)寻求其最优解x*的过得程称为一维优化，所使用的方法称为一维优化方法。
现代设计理论与方法
§2机械设计的流程和特点（续）
机械设计的本质：
图
0-6
是功能到结构
机 械
的映射过程，是技
设 计
术人员根据需求进
作 业
行构思、计划并把流源自程设想变为现实可行
图
的机械系统的过程。
武汉理工大学智能制造与控制研究所
§2机械设计的流程和特点（续）
❖机械设计具有个性化、抽象性、多解性的 基本特征，如图0-7所示：
§3.2成型期
❖欧洲
1962年，在伦敦举行了第一届设计方法会议，主要围绕系统设计方法研 究，探讨设计过程的全面管理的系统方法和用于设计过程的系统技术。
1968年，在英国，The Design Council成立。
❖美国
1968年，在美国波士顿的MIT举行了“环境设计与规划中的新方法”会议， 着重探讨设计的复杂性问题，理解设计者如何用传统的设计方法解决设 计问题。
所引起，而80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段陆续 完成。
图0-4 设计与修改成本的比例
武汉理工大学智能制造与控制研究所
§1.1 设计在产品开发中的重要地位(续)
因此，可以得到这样的启示： 在设计越来越显示其重要性的今天，
掌握新的设计思想，应用新的设计方法和 技术，采用新的设计工具，对于提高企业 产品竞争力，具有非常重要的意义。
❖ 日本
1971年，由北乡薰等人编著的“设计工学系列丛书”出版发行，比较全面地论述了设 计方法和技术。
1979年，日本东京大学吉川弘之教授在日本精密机械杂志上发表“一般设计学序说” 一文，提出了一般设计学理论。
§1.1 设计在产品开发中的重要地位(续)
产品设计仅 需整个产品开 发过程中大约 8%的工时成本
现代机械设计理论与方法(PPT212页)
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
1) 师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
1) 图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
现代设计方法
注重产品设计的全过程 注重分析系统内部单元的相对关系 从功能分析入手解决产品方案设计
2.1 技术系统的组成和处理对象
系统的组成
系统单元 系统结构 边界条件 输入和输出的要素
2.2 系统分析设计方法
系统分析设计的内容
系统设计 系统制造 系统运行
系统分析设计涉及到产品开发和运行的所有环节，甚至包 括产品的售后服务和产品失效（报废）后处理，所以系统 分析设计不是单纯的产品设计。
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
4 设计要求的拟定
1) 产品功能和性能 2) 设计参数和相关的指标 3) 制造及使用等方面的限制条件
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
1 功能分析和原理方案拟定
1) 功能分析 2) 创造性设计 3) 分析——综合——评价
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
二十年来服装的变化趋势或潮流
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
4 依据功能的设计
1) 参考有关资料、专利或产品求解 2) 利用各种创造性方法以开阔思想来探寻解法 3) 采用形态综合 方案设计
5 功能分析设计法举例
1) 挖掘机的原理方案设计
2.2 系统分析设计方法
反向探求法
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。
39
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。
10
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
11
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
现代机械设计方法(答案)
一、绪论1.设计活动的特征有哪些？时空性、物质性、需求性、创造性、过程性2.试比较传统设计和现代设计的区别？传统设计师静态的、经验的、手工的方法，在设计过程中被动地分析产品的性能；而传统设计师动态的、科学的、计算机化的方法，在设计过程中可以做到主动地设计产品参数。
3.简述现代设计方法的主要内容和基本特点。
主要内容：设计理论是对产品设计原理和机理的科学总结。
设计方法是使产品满足设计要求以及判断产品是否满足设计原则的依据。
现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、可靠性设计基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性二、设计方法学1.设计过程包括哪几个阶段？计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段2.常用的创造性技法有哪些？智力激励法、提问追溯法、联想类推法、组合创新法、反向探求法及系统搜索法6类三、相似理论及相似设计方法1.相似三定理的内容和用途各是什么？相似定理是用来判断两个现象相似的充分必要条件及其所应遵循的法则内容：第一定律：对于彼此相似的现象，其相似指标为1，相似判据为一个不变量；第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即f(π1，π2，，，，，，πn−k)=0第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。
用途：第一定理：介绍相似现象的属性；第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π；第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。
2.相似准则的导出方法及基本依据是什么？导出方法：方程分析法、量纲分析法基本依据：表示各物理量之间关系的方程式，其各项量纲必须是相同的3.相似准则有哪些特点和性质？如果两个现象相似，则这两者的无量纲形式的方程组和单值条件应该相同，具有相同的无量纲形式解。
现代机械设计理论与方法
东北大学继续教育学院现代机械设计理论与方法试卷（作业考核线上2） A 卷（共 5 页）总分题号一二三四五六七八九十得分一．选择题（可多选，每題2分，共20分）1. 在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计，属于（A）。
A) 开发性设计B) 适应性设计C) 变型性设计2. 机械设计的一般程序，应该是（C）。
A) 设计规划、技术设计、方案设计、施工设计B) 技术设计、设计规划、方案设计、施工设计C) 设计规划、方案设计、技术设计、施工设计D）设计规划、方案设计、施工设计、技术设计3. 机械设计学强调（D）来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。
A) 从机构学的观点B) 从结构学的观点C) 从专业的角度D) 从功能的观点4. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为（A）。
A) 黑箱法B) 列举法C) 移植法D) 筛选法5. 布置传动系统时，一般把链传动安排在传动链的（B）。
A) 低速端B) 高速端6. 以下的结构设计中，哪些结构比较合理？（B）。
A) B)7. 考虑到加工和装配工艺性时，（A）图的设计比较合理。
A) (a) B) (b) C) (c)8. 薄板单元相当于平面单元和薄板弯曲单元的总和，每个节点有（C）个自由度。
A) 2 B) 3 C) 59. 下图中的x1点为（C），x2点为（B ），x3点为（A）。
A) 极限设计点B) 非可行设计点C) 可行设计点10. 吸取、借用某一领域的科学技术成果，引用或渗透到其他领域，用以变革或改进已有事物或开发新产品，这是应用了（C）。
A) 综合创造原理B) 分离创造原理C) 移植创造原理D) 物场分析原理E) 还原创造原理F) 价值优化原理二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）1. 机械系统方案设计中的关键内容是原理方案设计。
机械设计工程师资格认证考试内容
一、《现代机械设计方法》内容：创新设计、机械动态设计、有限元分析、稳健设计、优化设计和可靠性设计。
二、《机电一体化系统设计》内容：机电一体化系统设计的基本原理与方法、机械一体化系统数学模型、机械传动及其驱动系统设计、传感器与检测系统、工业控制计算机及其接口设计、典型机电一体化系统。
三、《计算机辅助设计与制造》笔试内容：计算机辅助设计技术、三维几何造型技术、CAPP技术、CAM技术、产品数据管理PDM技术。
机试内容：计算机辅助设计与制造相关软件的应用。
由机械设计学会指定的考试点根据自身的计算机软硬件条件在下列软件范围内任选两种（ANSYS、MSC、Software、Relex、ProFES、RelF MECA、CBT/NOVA、新洲软件、开目软件、CATIA、Sdidwork、Cimatron）。
考试复习大纲《现代机械设计方法》第1章绪论了解设计的定义及其分类、现代机械设计理论与方法学科的研究领域。
第2章产品生命周期设计（1）产品生命周期设计的基本概念。
了解产品生命周期和产品生命周期设计的内涵及其组成。
熟悉产品生命周期设计的基本特点。
（2）面向材料选择的设计技术。
了解绿色材料的基本概念。
了解绿色材料的评价方法和选用方法。
（3）面向产品质量的设计技术。
了解产品质量设计的基本概念、质量设计模型以及其主要设计方法及评价方法。
（4）面向环境的设计技术。
了解面向环境设计的基本概念。
熟悉拆卸设计、回收设计和维修设计的定义、分类及设计基本原则。
（5）产品生命周期设计的评估。
了解产品生命周期设计的基本概念和评估方法。
第3章创新设计（1）创新设计的概念。
了解设计理论的分层、创新设计的特点和创新设计的过程。
（2）产品设计中的冲突。
了解工程设计中的冲突。
掌握T RIZ的冲突分类。
熟悉技术冲突的通用化和标准化的方法描述。
（3）冲突解决原理。
熟悉发明原理。
掌握冲突矩阵和技术冲突问题的解决过程。
（4）物理冲突解决原理。
了解物理冲突的类型。
现代设计方法与传统设计方法区别
现代设计方法与传统设计方法区别（1）直觉设计阶段古代的设计是一种直觉设计。
当时人们或是从自然现象中直接得到启示，或是全凭人的直观感觉来设计制作工具。
设计方案存在于手工艺人头脑之中，无法记录表达，产品也是比较简单的。
直觉设计阶段在人类历史中经历了一个很长的时期，17世纪以前基本都属于这一阶段。
（2）经验设计阶段随着生产的发展，单个手工艺人的经验或其头脑中的构思已很难满足这些要求。
于是，手工艺人联合起来，互相协作。
一部分经验丰富的手工艺人将自己的经验或构思用图纸表达出来，然后根据图纸组织生产。
图纸的出现，即可使具有丰富经验的手工艺人通过图纸将其经验或构思记录下来，传与他人，便于用图纸对产品进行分析、改进和提高，推动设计工作向前发展；还可满足更多的人同时参加同一产品的生产活动，满足社会对产品的需求及提高生产率的要求。
因此，利用图纸进行设计，使人类设计活动由直觉设计阶段进入到经验设计阶段。
（3）半理论半经验设计阶段 20世纪以来，由于科学和技术的发展与进步，设计的基础理论研究和实验研究得到加强，随着理论研究的深入、实验数据及设计经验的积累，已形成了一套半经验半理论的设计方法。
这种方法以理论计算和长期设计实践而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
依据这套方法进行机电产品设计，称为传统设计。
所谓“传统”是指这套设计方法已延用了很长时间，直到现在仍被广泛地采用着。
传统设计又称常规设计。
（3）现代设计阶段近30年来，由于科学和技术迅速发展，对客观世界的认识不断深入，设计工作所需的理论基础和手段有了很大进步，特别是电子计算机技术的发展及应用，对设计工作产生了革命性的突变，为设计工作提供了实现设计自动或和精密计算的条件。
例如CAD技术能得出所需要的设计计算结果资料、生产图纸和数字化模型，一体化的CAD/CAM 技术更可直接输出加工零件的数控代码程序，直接加工出所需要的零件，从而使人类设计工作步入现代设计阶段。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
⑦ 满足轮齿弯曲强度要求，应有
2 g8 ( X ) x3 z小x2 AFT小YF 0
3）选用合适的优化方法求解，得
z1 22 X b 53 m 4. 5
优化设计
将设计问题的 物理模型转化 为数学模型
选用适当的优化方 法和计算机程序
通过计算机 求解得到最 佳设计方案
② 计算机辅助设计(CAD)
CAD能够帮助我们完成机械设计中的图形设计（制图） 及部分分析计算。（以计算机为工具） 计算机辅助设计
传统设计
人工计算、绘图
用计算机设计、 计算、绘图。
设计精度、稳定性 和效率有限，修改 不方便
四、现代设计方法的特点
程式性。研究设计的全过程，要求设计者从产品 规划、方案设计、技术设计到试验、试制进行全面考 虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性。突出人的创造性，力求探寻更多新方案， 开发创新性产品。
最优化。设计的目的是得到功能全、性能好、成 本低的最优产品。 综合性。建立在系统工程和创造工程基础上，综 合运用信息论、优化论、相似论、决策论、预测论等 相关理论，提供多种途径解决产品的设计问题。 计算机化。
④ 模数和齿宽之间要求 5m b 17 m
g 4 ( X ) x2 5x3 0 g5 ( X ) 17x3 x2 0
⑤ 保证各行星轮之间齿顶不相碰撞，应满足
g 6 ( X ) x1 sin
C
1 x1 (i 2)(1 sin ) 0 2 C
⑥ 满足接触强度要求，应有
主要应用于 以下方面
进行复杂结构的静态和动态分析
计算复杂零件的应力分布和变形
零件强度和刚度计算 常用的有限元分析计算软件有IDEAS、ANSYS、MARC、
ABAQUS等。
可以分析应力、变形、温度场、磁场、振动、冲击、随机 响应等。
转台结构的有限元分析
可以进行动态特性分析，识别系统的模态参数，从而为转台 的设计提供理论依据。
⑥ 价值分析（价值工程）
价值分析最终目的是 寻求功能与成本的最 佳比例 。
价值分析是产品获得最大价值的一种现代设计方法。
价值分析
以功能分析 为核心
以开发创造性 为基础
以科学分析 为工具
寻求功能与成本的最佳比例
价值分析的一般过程
确定价值分析 的对象
成本分析和功 能价值计算
运用最新科 技成果
对现有的功 能原理和方 法进行革新
T
在满足
gu ( X ) gu ( x1, x2 , , xn ) 0 (u 1,2,, m) hv ( X ) hv ( x1, x2 , , xn ) 0 (v 1,2,, p n)
求目标函数
F ( X ) F ( x1 , x2 , , xn )
min F ( X )
提高了设计精度、 稳定性和效率，修 改方便
常用的计算辅助设计软件有:AUTOCAD、PROE、UG 和CATIA等。
CAD提供了产品设计所需的各种标准、规范、工艺参数
等工程数据。
实际零件
加工过程模拟
CAD还具有设备工作过程模拟和零件加工过程模拟的功能。
③ 模块化设计
以模块化设计理论为指导思想，以快速、提高可靠性和降 低成本为主要目的，进行机械产品模块化设计。 主要目标是用尽可能少的种类和数量的模块组成尽可能多 的种类和规格的产品。
① 优化设计 优化设计 传统设计 重视系统综合，在 各种约束条件下用 计算机求解
设计--评定-再设计
从多种方案中 选取较好方案
在最短时间内寻求 最佳设计方案
最优化问题的举例
正方形铁板
x
a
max{ V }
x
一项设计常常在一定的技术条件下，要求取得一个技术 指标的最佳的设计方案，以期达到最佳的设计目标，如 重量、成本、性能、承载能力等。
选出最佳设计 方案
达到提高产 品价值的最 终目的
⑦ 相似设计 相似设计是相似性理论在机械领域的具体应用，相 似设计是工业产品开发的重要环节。
相似设计过程
先选定某一档 型号的产品为 模型
对它进行最佳 方案的设计
定出其材料 参数和结构 尺寸
再通过相似性原理 求出系列中其他产 品的参数和尺寸
三、现代设计与传统设计的区别
XR n
[例] 行星轮系的优化设计
1）目标函数和设计变量
F ( X ) 0.19635 2 Z12b[4 (i 2)2 C] mm3 m
影响目标函数的独立参数均可作为设计 变量，即
x1 z1 x b X 2 x3 m x4 C
其 他 模 块
空 气 静 压 主 轴
液 体 静 压 主 轴
超 精 高 速 主 轴
空 气 静 压 导 轨
液 体 静 压 导 轨
滚 珠 丝 杠
直 线 电 机 驱 动
摩 擦 驱 动 机 构
压 电 陶 瓷 进 给
磁 致 伸 缩 进 给
振 动 控 制 系 统
温 度 控 制 系 统
双 频 激 光 干 涉 系 统
光 栅 测 量 系 统
卧 式 床 身 结 构
龙 门 立 式 结 构
单 坐 标 联 动 数 控 系 统
双 坐 标 联 动 数 控 系 统
电
刀
吸
机
架
盘
超精密车床和铣床结构示意图
主轴/工件 刀具与工件相互作用 刀具
导轨 立 柱 或 横 梁 结 构
溜 板
主轴 主轴/刀具 支撑
主轴支撑
车床模块
主轴溜板
刀架溜板
MX
Y Z X
MN
.233291
.873646
1.514
2.154
2.795
3.435
4.075
4.716
5.356
5.996
600MW定子机座总体位移云图（最大5.996mm）
1
NODAL SOLUTION SUB =1 TIME=1 SEQV (AVG) TOP DMX =5.996 SMN =.012518 SMX =478.7 NOV 26 2008 16:28:17
现代设计方法简介
现代设计方法简介
一、概述
二、现代设计方法简介
优化设计 模块化设计 计算机辅助设计 有限元法 工业设计 价值工程 相似性设计 可靠性设计 动态设计 设计方法学 反求工程设计 …… ……
现代机械设计方法就是研究设计过程中能 够更加高效、高质量、快速地完成机械产 品设计的方法。（以计算机为辅助工具）
超精密机床模块化设计举例
根据武器研制和生产的需要
专用部件若干
十几种
标准的、系列 的模块化部件 解决几个关键技术
多台
各类模块化超精 密加工机床
整体技术方案
超精密机床系列和型普的拟定； 模块的划分； 模块的组配 ； 单元模块有限元力学分析； 静刚度与动刚度； 结构、运动学及功能模型。
主轴系统 导轨及工作台系统 导轨驱动系统 环境控制系统 模块化超 精密机床 微量进给系统 床身系统 位置检测系统 控制系统
铣床模块
工件 回转工作 台
导轨
导轨
床身
床身
隔振 隔振
地基
地基
回转 工作 台支 撑
刀具与工 件互相作 用
刀架
通用模块与专用模块的有效集成技术
超精密车床
空气静压主轴（ZZⅠ） 空气静压导轨（DGⅠ） 卧式床身(CSⅠ) 直线电机（QDⅡ） 隔振系统(HJⅠ) 温度控制系统（HJⅡ） 双坐标联动数控系统（SKⅡ） 双频激光干涉仪(WZⅠ) 主轴驱动电机（QTⅠ） 空气静压尾座 压电陶瓷机构（WJⅡ） 刀架（QTⅡ）
综上所述模块化设计具有如下特点： ① 设计和制造时间短； ② 有利于产品的更新换代和新产品的开发；
③ 有利于降低成本，提高产品的质量，便于产品的维修。
④ 有限元法 有限元法是以计算机为工具的一种现代数值计算方法。
有限元法的计算过程
结构离散化
单元特性分析 与计算
单元组集求 解方程
求解工程中复杂的非线性问题、非稳 态问题
关于最优化问题的解法，软件开发者开发出了各种最优 化计算软件，供工程设计人员使用。
但是，作为使用者必须了解各种最优化方法的特点，才 能针对实际问题选择出合适的最优化方法解决问题。
数学模型是实际设计问题的抽象,一个完整的数学模型 包括:
一个设计方案有n个设计变量
X x1, x2 , , xn （X Rn）
行星轮系机构简图
目标函数可改写为
F ( X ) 0.19635 3 x12 x2[4 (i 2)2 C] x2
2）约束条件的建立 ① 保证小齿轮不根切
g1 ( X ) z小 17 0
② 限制齿宽最小值，得
g 2 ( X ) x2 10 0
③ 限制模数最小值，得
g3 ( X ) x3 2 0
传统设计
凭经验，功能原理分析少，过早进入具体方 案。
现代设计
从抽象思维方法出发，用计算机获得各种方 案，优化选出最佳。
自然优化， “设计-评定-再设计” 从各种设计 重视系统综合，在各种约束条件下用计算机 ， 方案中选取较好方案，凭经验、判断力。 凭经验或自发性地考虑人、机、环境之间的 关系，很难达到三者的协调。 往往强调产品性能，忽视或不能全面考虑精 神因素。 计算机绘图、修改不方便，设计效率低。 在最短时间内寻求最优参数。 从人的生理、心理特征出发，通过功能分析、 系统综合，发挥协调潜力、提高效率。 强调产品适用性同时，考虑产品的美观性、 艺术性和时代性。 计算机绘图，提高设计效率，修改方便。