機(jī)械設(shè)計(jì)方法

1、陳玉侖QQ：350602351課程介紹專業(yè)選修課32課時(shí)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法概述、設(shè)計(jì)方法學(xué)，幾種主要的現(xiàn)代設(shè)計(jì)應(yīng)用理論教學(xué)目標(biāo)：掌握上述幾種方法的主要概念、主要模型和基本方法，理解其在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用考核方式：平時(shí)成績+考試參考書23456直覺設(shè)計(jì)階段憑直觀感覺進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案存在于頭腦之中7 犁經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用、新的設(shè)計(jì)方法和理論（近30、40年）8 編鐘 箭鏃傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是以滿足市場產(chǎn)品的質(zhì)量、性

2、能、成本和價(jià)格等綜合效益為最優(yōu)目的，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體，研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品活動(dòng)過程中所用到的科學(xué)方法、理論和技術(shù)手段科學(xué)方法、理論和技術(shù)手段現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的概念9101112手工的、靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品性能分析較困難數(shù)字化的、動(dòng)態(tài)的、科學(xué)的設(shè)計(jì)，便于分析產(chǎn)品性能現(xiàn)代設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)13現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要范疇141. 信息論法信息論法：如信息分析法、技術(shù)預(yù)測法等， 它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的前提；2. 系統(tǒng)論法系統(tǒng)論法：如系統(tǒng)分析法、人機(jī)工程以及 面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)；3. 控制論法控制論法：如動(dòng)態(tài)分析法等；4. 優(yōu)化論法優(yōu)化論法：它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的目標(biāo)。5. 對(duì)應(yīng)論法對(duì)應(yīng)論法：如相

3、似設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)等；6. 智能論法智能論法：如CAE、并行工程、人工智能等， 是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法核心；11.藝術(shù)論法藝術(shù)論法：如藝術(shù)造型等。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要范疇157. 壽命論法壽命論法：如可靠性設(shè)計(jì)、價(jià)值工程和穩(wěn)健性設(shè)計(jì)等；8. 離散論法離散論法：如有限元和邊界元方法；9. 模糊論法模糊論法：如模糊評(píng)價(jià)和決策等；10.突變論法突變論法：如創(chuàng)造性設(shè)計(jì)等，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法主要內(nèi)容 概述 創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法 系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法學(xué) 概述 CAD系統(tǒng)的構(gòu)成 常用CAD軟件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 彈性力學(xué)基礎(chǔ) 平面問題的有限元法 軸對(duì)稱問題的有限元法有限元分析 一維優(yōu)化設(shè)計(jì) 無約束優(yōu)化問

4、題 有約束優(yōu)化問題優(yōu)化設(shè)計(jì) 基本理論 機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)161、程序性現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)172、創(chuàng)造性創(chuàng)造性是區(qū)別現(xiàn)代設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要標(biāo)志？科學(xué)理論、方法和手段的運(yùn)用3、系統(tǒng)性4、優(yōu)化性5、綜合性6、社會(huì)性現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)187、宜人性8、動(dòng)態(tài)性9、智能化10、CA化11、設(shè)計(jì)與制造一體化（CAD/CAPP/CAM集成）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)1920現(xiàn)代設(shè)計(jì)的目標(biāo)1）實(shí)用性 2）可靠性3）穩(wěn)定性 4）安全性5）環(huán)境無害性 6）宜人性7）結(jié)構(gòu)工藝性 8）經(jīng)濟(jì)性9）造型藝術(shù)性 10）設(shè)計(jì)規(guī)范性2122232425產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)

5、品（企業(yè)與客戶的關(guān)系紐帶）的三大特點(diǎn)：層次性；階段性；系統(tǒng)性。產(chǎn)品規(guī)劃（企業(yè)制造資源系統(tǒng)與市場的橋梁）：在掌握技術(shù)發(fā)展、市場需求和政策環(huán)境的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)尋找和選擇有前途的產(chǎn)品作為開發(fā)對(duì)象，進(jìn)而明確開發(fā)目標(biāo)和要求，并制定企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的近期和遠(yuǎn)期計(jì)劃。產(chǎn)品規(guī)劃的三個(gè)階段：目標(biāo)產(chǎn)品確定；產(chǎn)品規(guī)劃跟蹤；產(chǎn)品監(jiān)控與市場反饋。設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)創(chuàng)造也就是創(chuàng)新，人們?cè)诳茖W(xué)、藝術(shù)和各種實(shí)踐活動(dòng)領(lǐng)域中，產(chǎn)生具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值的新思想、新理論、新方法和新產(chǎn)品的各種活動(dòng)26觀察力記憶力自控能力想象力思考能力表達(dá)能力創(chuàng)造力保證創(chuàng)造性得以實(shí)現(xiàn)的能力設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)27影響解決問題的心理因素問題表征問

6、題在頭腦里的表現(xiàn)，反映求解者對(duì)問題的理解設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)例：設(shè)計(jì)新型風(fēng)扇？28影響解決問題的心理因素問題表征問題在頭腦里的表現(xiàn)，反映求解者對(duì)問題的理解設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)例：點(diǎn)水為油？1升海水所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于300升汽油29影響解決問題的心理因素情緒狀態(tài)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)袁隆平，1930年9月7日生。中國雜交水稻育種專家，中國工程院院士Thomas Alva Edison，1847年1931年。著名的美國發(fā)明家、物理學(xué)家、企業(yè)家30影響解決問題的心理因素定勢(shì)作用易于用慣用的方式解決問題設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)例：一筆畫四條直線連接9點(diǎn)？31影響解決問題的心理因素功能固著-只看到某事

7、物的通常功能設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)32組別組別工具工具練習(xí)練習(xí)解決問題解決問題參加人數(shù)參加人數(shù)成績（成績（%）實(shí)驗(yàn)組鉆子鉆洞支撐繩索1471箱子盛物做墊腳臺(tái)743鉗子打開鐵絲結(jié)支撐木板944移錘稱重做釘錘用1215回形針夾紙做掛鉤用757控制組同實(shí)驗(yàn)組同實(shí)驗(yàn)組1010071001510012100786鄧克的功能固著實(shí)驗(yàn)33影響解決問題的心理因素原型啟發(fā)從其他事物或現(xiàn)象中獲得的信息對(duì)解決當(dāng)前問題的啟發(fā)設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)例：仿生學(xué)34培養(yǎng)創(chuàng)造力的條件設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)35嚴(yán)謹(jǐn)而科學(xué)的管理高度的創(chuàng)造精神豐富的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)健康的心理品質(zhì)科學(xué)而嫻熟的方法影響工程技術(shù)人員創(chuàng)造力的不利條件設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)

8、計(jì)36克服思想僵化和片面性；擺脫傳統(tǒng)思想的束縛，不盲目相信權(quán)威；消除不健康心理，如膽怯和自卑； 克服妄自尊大的排他意識(shí)，注意發(fā)揮群體的創(chuàng)造意識(shí)。 發(fā)展原理打破舊框框，建立新事物（打破“比空氣重的物體飛不起來”飛機(jī)）設(shè)計(jì)方法學(xué)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)37發(fā)散原理不限于目前的解決問題的辦法，多方面思考（打破“機(jī)械傳動(dòng)”液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)）觸發(fā)原理多觀察各種事物，獲取信息，以此觸發(fā)創(chuàng)造出新產(chǎn)品（原型啟發(fā)）創(chuàng)造性的基本原理38394041產(chǎn)品是以一定的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)社會(huì)特定需要的人造系統(tǒng)，即技術(shù)系統(tǒng)功能分析法將技術(shù)系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)功能和基本單元功能，探索技術(shù)系統(tǒng)的功能原理解，并經(jīng)過方案評(píng)價(jià)與決策，確定產(chǎn)品的工作原理和

9、總體設(shè)計(jì)方案。功能分析法又稱為系統(tǒng)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法4243功能分析法的步驟及方法設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法44例：用功能分析法求挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的功能原理解設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法45總功能分析：取物料、運(yùn)送物料功能分解：取運(yùn)物料取物料運(yùn)物料傳動(dòng)取物料傳動(dòng)移位例：用功能分析法求挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的功能原理解功能元求解形態(tài)學(xué)矩陣功能元功能元可能的解法可能的解法123456動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)蒸汽透平液動(dòng)機(jī)氣動(dòng)馬達(dá)移位傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)渦輪傳動(dòng)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)液力耦合器移位軌道及車輪輪胎履帶氣墊取物傳動(dòng)拉桿繩傳動(dòng)汽缸傳動(dòng)液壓缸傳動(dòng)取物挖斗抓斗鉗式斗設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法46例：用功能分析法求挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的功能原理解功能原

10、理解系統(tǒng)解的理論可能方案N=65 4 4 3=1440種篩選方案，供評(píng)價(jià)決策使用原則：i、相容性，各分功能必須相容，否則不能組合ii、優(yōu)先選用分功能較佳的解iii、剔除不滿足設(shè)計(jì)要求和約束條件的解或不滿意的解設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法47設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法48汽車舉升機(jī)伴生輸出伴生輸入待舉升汽車能量信號(hào)舉升后的汽車舉升速度和高度信號(hào)設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法例：用功能分析法求汽車舉升機(jī)的功能原理解總功能分析49設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法例：用功能分析法求汽車舉升機(jī)的功能原理解功能分解總功能舉升汽車驅(qū)動(dòng)功能執(zhí)行功能1控制功能執(zhí)行功能2支承和連接H能量轉(zhuǎn)換A能量傳遞與分配B舉升與回位C到位鎖定D啟動(dòng)、停止EF變速

11、G儀表顯示I照明J其他K50功能元功能元可能的解法可能的解法123456A能量轉(zhuǎn)換汽油機(jī)柴油機(jī)電動(dòng)機(jī)液壓馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)蒸汽透平B能量傳遞與分配齒輪箱油泵鏈傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)C舉升齒輪齒條絲杠螺母蝸桿齒條連桿機(jī)構(gòu)繩傳動(dòng)液壓缸D索定機(jī)構(gòu)自鎖機(jī)械鎖定電器鎖定E啟動(dòng)每根柱同時(shí)啟動(dòng)每根柱單獨(dú)啟動(dòng)可同時(shí)或單獨(dú)啟動(dòng)F制動(dòng)帶式制動(dòng)閘式制動(dòng)片式制動(dòng)圓錐形制動(dòng)G變速液壓式齒輪式電氣式H支承雙柱固定支承四柱固定支承六柱固定支承雙柱移動(dòng)支承四柱移動(dòng)支承剪式51設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析法例：用功能分析法求汽車舉升機(jī)的功能原理解功能原理解組合方案數(shù)：64 6 3 3 4 3 6=93312 種方案I：（電動(dòng)機(jī)械式）雙柱汽車舉升機(jī)方案I

12、I：四柱汽車電動(dòng)舉升機(jī)方案III：剪式液壓汽車舉升機(jī)5231213121ABCDEFGH31213122ABCDEFGH41613216ABCDEFGH535455制定評(píng)價(jià)目標(biāo)1、要綜合考慮：技術(shù)評(píng)價(jià)目標(biāo)（可行性、工作性能指標(biāo)、可靠性等）、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)目標(biāo)（成本、利潤、實(shí)施方案的措施費(fèi)用和投資回收期等）和社會(huì)評(píng)價(jià)目標(biāo)（國家發(fā)展的政策和規(guī)劃、改善環(huán)境、新能源的利用等）。2、建立目標(biāo)樹：分清主次、各目標(biāo)相互獨(dú)立不能矛盾、盡量定量表示、高級(jí)子目標(biāo)低級(jí)子目標(biāo)3、確定目標(biāo)加權(quán)系數(shù)（重要性系數(shù)）方案評(píng)價(jià)加權(quán)計(jì)分法等56設(shè)計(jì)方法學(xué)評(píng)價(jià)與決策例：用加權(quán)記分法對(duì)某款手表的三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)1、建立評(píng)價(jià)目標(biāo)樹=計(jì)時(shí)

13、準(zhǔn)確 防水 防磁 防震 夜光 外觀美 成本低57設(shè)計(jì)方法學(xué)評(píng)價(jià)與決策手表手表外觀外觀性能性能計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)防水防水防磁防磁防震防震夜光夜光成本成本1234567Zzzzzzzz58例：用加權(quán)記分法對(duì)某款手表的三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)2、確定評(píng)價(jià)目標(biāo)加權(quán)系數(shù)設(shè)計(jì)方法學(xué)評(píng)價(jià)與決策手表手表1|1外觀外觀0.2|0.2性能性能0.6|0.6計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)0.5|0.3防水防水0.17|0.1防磁防磁0.08|0.05防震防震0.17|0.1夜光夜光0.08|0.05成本成本0.2|0.212345670.30.10.050.10.050.20.2Gggggggg59例：用加權(quán)記分法對(duì)某款手表的三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)3、確定記分方法及標(biāo)準(zhǔn)如采用10分制：該款手表各方案評(píng)分表設(shè)計(jì)方法學(xué)評(píng)價(jià)與決策計(jì)時(shí)準(zhǔn)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確確防水防水防磁防磁防震防震夜光夜光外觀美外觀美成本低成本低方案19889099方案28788777方案37787091001234510不能用缺陷較差勉強(qiáng)可用基本滿意理想60例：用加權(quán)記分法對(duì)某款手表的三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)4、根據(jù)各目標(biāo)評(píng)分結(jié)果寫出評(píng)價(jià)目標(biāo)的評(píng)分矩陣設(shè)計(jì)方法學(xué)