现代机械设计理论及方法概括
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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
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。
关Байду номын сангаас现代机械设计理论与方法
现代的机械设计
反映现代机械设计的哲理、准则和方法
➢ 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
设计理论与方法论相关领域
文化
基 自础 然工 科程 学科
学
政治学 社会学 心理学 经济学
设计理论 工 生
与 方法
业 技 术
产 技 术
工业造型 艺术造型
艺术
技术
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
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
设计方法学、智能设计、创新设计
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
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 • 80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成
现代机械与传统机械
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
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）。
关于现代机械设计理论与方法
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
也具有动态性，所以要求设计的过程中设计数据集成 和设计系统必须无缝连接。
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
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）
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
涉及在机械系统的部件 设计、提高其功能和性 能时的具体准则和技术
设计中的哲学和共性问题 ➢ 系统论 ➢ 最优化 ➢ 创新设计 ➢ 方法论 ➢ ……
设计中的专门技术和方法 ➢ 可靠性 ➢ 摩擦学 ➢ 动力学 ➢ CAD ➢ ……
关于现代机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
关于设计及其重要性
设计与产品开发时间
设计
制造
0
20
40
60
80
100
时间 百分比（ %)
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
关于设计及其重要性
设计与修改工作
60
发生错误
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
具有很大的局限性
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
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
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）
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。
本课程的内容
现代机械设计中的理论和方法
其它学科知识和技术的融合 原则 设计概念和知识的体系化 设计准则的规范化
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
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
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。
关Байду номын сангаас现代机械设计理论与方法
现代的机械设计
反映现代机械设计的哲理、准则和方法
➢ 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
设计理论与方法论相关领域
文化
基 自础 然工 科程 学科
学
政治学 社会学 心理学 经济学
设计理论 工 生
与 方法
业 技 术
产 技 术
工业造型 艺术造型
艺术
技术
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
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
设计方法学、智能设计、创新设计
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
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 • 80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成
现代机械与传统机械
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
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）。
关于现代机械设计理论与方法
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
也具有动态性，所以要求设计的过程中设计数据集成 和设计系统必须无缝连接。
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
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）
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
涉及在机械系统的部件 设计、提高其功能和性 能时的具体准则和技术
设计中的哲学和共性问题 ➢ 系统论 ➢ 最优化 ➢ 创新设计 ➢ 方法论 ➢ ……
设计中的专门技术和方法 ➢ 可靠性 ➢ 摩擦学 ➢ 动力学 ➢ CAD ➢ ……
关于现代机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
关于设计及其重要性
设计与产品开发时间
设计
制造
0
20
40
60
80
100
时间 百分比（ %)
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
关于设计及其重要性
设计与修改工作
60
发生错误
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
具有很大的局限性
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
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
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）
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。
本课程的内容
现代机械设计中的理论和方法
其它学科知识和技术的融合 原则 设计概念和知识的体系化 设计准则的规范化
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