02第2章機械設(shè)計概論

1、第2章機械設(shè)計概論機械工業(yè)是國家經(jīng)濟發(fā)展的主要基礎(chǔ)之一，幾乎涉及所有的領(lǐng)域和部門?，F(xiàn)代機械設(shè) 計與生命科學(xué)、信息技術(shù)、材料科學(xué)等一樣，是21世紀(jì)的主要研究和發(fā)展方向。現(xiàn)代機械設(shè)備包括宇宙飛船、智能機械人、全（半）自動工作機械設(shè)備、全（半）自動加工機械設(shè) 備以及全（半）自動控制動力機械設(shè)備等等，它們雖然是多學(xué)科綜合發(fā)展的結(jié)果，但機械 的創(chuàng)新設(shè)計是功不可歿的。機械設(shè)計創(chuàng)新思維方法是所有機械設(shè)備完善、發(fā)展的第一步， 現(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用使創(chuàng)新思維得以實現(xiàn)。2.1機械設(shè)計的基本要求和一般過程機械設(shè)計的基本要求機械設(shè)計是指創(chuàng)造性地實現(xiàn)具有預(yù)期功能的新產(chǎn)品（設(shè)備和機械）或改進現(xiàn)有產(chǎn)品， 使其具有新性能的過程

2、。機械產(chǎn)品的功能、成本，在很大程度上取決于設(shè)計工作的質(zhì)量。因此，不論是設(shè)計新 產(chǎn)品，還是對現(xiàn)有設(shè)備進行技術(shù)改造，設(shè)計人員都必須以嚴(yán)肅認真、高度負責(zé)的態(tài)度對待 設(shè)計過程的每一個細節(jié)，科學(xué)縝密的思考，周全細致的校核。物美價廉是產(chǎn)品獲得市場競爭力、創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益的先決條件，低性價比是 產(chǎn)品的生命力所在，也是設(shè)計機械產(chǎn)品的基本要求。1. 盡管機械的類型很多，形狀千差萬別，功能各不相同，但設(shè)計的基本要求大致相 同，主要有以下幾方面：2. 功能性要求所謂功能，是被設(shè)計機械的功用和性能指標(biāo)，是機械設(shè)計的根本出發(fā)點。設(shè)計的機械 必須能實現(xiàn)預(yù)定的使用功能、滿足運動和動力性能的要求，并在規(guī)定的工作條件下、

3、規(guī)定 的工作周期內(nèi)正常運行。為此，要正確選擇機械的工作原理，科學(xué)設(shè)計或選用原動機、傳 動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)，合理配置機械的輔助系統(tǒng)。3. 一般機器的預(yù)定功能要求包括：運動性能、動力性能、基本技術(shù)指標(biāo)及外形結(jié)構(gòu)、 尺寸等萬面。4. 可靠性要求機械在預(yù)定工作期限內(nèi)必須具有一定的可靠性，機器的可靠性用可靠度R衡量。機械的可靠度是指機械在規(guī)定期限內(nèi)和規(guī)定工作條件下，無故障地完成規(guī)定功能的概率。而機 械在規(guī)定期限內(nèi)和條件下不能完成規(guī)定功能的概率則稱為不可靠度，或稱破壞概率，用F表示。顯然，可靠度與破壞概率間應(yīng)滿足R =1 - F5. 提高機械可靠度的關(guān)鍵是提高其組成零、部件的可靠度。從機械設(shè)計的角度，可 通

4、過確定適當(dāng)?shù)目煽啃运?，簡化結(jié)構(gòu)，減少零件數(shù)目，選擇標(biāo)準(zhǔn)件及選擇等可 靠度零件，合理設(shè)計機器中的組件和部件，以及選取較大安全系數(shù)等措施，提高 機器的可靠度。6. 經(jīng)濟性要求機器的經(jīng)濟性體現(xiàn)在設(shè)計、制造和使用的全過程中，包括設(shè)計制造經(jīng)濟性和使用經(jīng)濟 性，即制造成本和運行成本。設(shè)計制造經(jīng)濟性表現(xiàn)為機械的成本低；使用經(jīng)濟性表現(xiàn)為高 生產(chǎn)率、高效率、較低的能源與材料消耗，以及較低的管理和維護費用等。設(shè)計機械時應(yīng) 最大限度的考慮其經(jīng)濟性。7. 考慮經(jīng)濟性的要求有：合理選擇零件的材料；合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)，使之具有良好 的工藝性和適當(dāng)?shù)木?；加工時，裝夾設(shè)備簡單；機械在使用過程中便于維護和 保養(yǎng)等。在機械設(shè)計

5、中盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，既可以簡化設(shè)計、保證互換性、便于安 裝和修配，又有利于保證零件的質(zhì)量及降低成本。8. 安全性和社會性要求在設(shè)計機械產(chǎn)品時，必須注意操作者的人身安全，加強勞動保護，改善使用條件和減 輕勞動強度，使操作者在安全舒適的環(huán)境工作。具體措施有：1）對外露的運動零件加設(shè)防護罩。設(shè)置保險、報警裝置以消除和避免不正確操作引 起的危害；操縱應(yīng)簡便省力，簡單而重復(fù)的勞動要利用機械本身的機構(gòu)完成。2）降低機械工作時的振動與噪音。防止有毒、有害物質(zhì)的滲漏；治理廢水、廢氣、 廢液，美化機械的外表，使設(shè)計的機械符合勞動法規(guī)的要求。9. 新設(shè)計的機械應(yīng)具有前瞻性、符合新時代的社會要求。在滿足前幾項要求的基

6、礎(chǔ) 上，應(yīng)力求其造型美觀大方、精巧流暢、色彩明快、雅致，賞心悅目，尤其應(yīng)滿 足環(huán)保的“綠色”要求，盡量降低噪音、振動，減少廢氣、廢液和粉塵排放，避 免對環(huán)境的污染，各項環(huán)保指標(biāo)應(yīng)符合國家的相關(guān)規(guī)定。同時盡量預(yù)測到機器報 廢后的處理，各個部件都有合理的處理方法，為實現(xiàn)環(huán)保的長遠目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。10. 其他特殊要求有些機械還有特殊的要求。如食品機械必須保持清潔、不能污染產(chǎn)品；機床必須能長 期保持精度；飛機必須質(zhì)量小、飛行阻力小等。設(shè)計時不僅要滿足前述共同的基本要求， 還應(yīng)滿足其特殊要求。應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，力求選擇各項指標(biāo)綜合評定最優(yōu)者。機械設(shè)計的一般過程機械產(chǎn)品設(shè)計是一個通過分析、綜合與創(chuàng)新獲得滿足某些特

7、定要求和功能的機械系統(tǒng) 的過程。設(shè)計一種新的機械產(chǎn)品是一項科學(xué)、復(fù)雜、細致的工作。其科學(xué)性在于它必須符 合現(xiàn)已證實的各學(xué)科的公理、定理及實踐證實的一些常識，同時，又必須有前瞻性，使新 設(shè)計的機械在一段時間內(nèi)有其用武之地，能發(fā)揮作用，具有社會價值和經(jīng)濟效益。通常機械設(shè)計過程可以分為五個階段，見表2-1。表2.1機械設(shè)計的一般過程階段程序要求I .規(guī)劃1.根據(jù)市場調(diào)研，提出設(shè)計任務(wù)；2.進行可行性研究；3.編制設(shè)計任務(wù)書；提出可行性報告和設(shè)計任務(wù)書n.方案設(shè)計1.機器功能的綜合分析；2.提出原理性的設(shè)計方案；3.進行技術(shù)經(jīng)濟的綜合評定；4.擇優(yōu)選取，確定決策。提出最佳的原料型設(shè)計方案一原理圖和機構(gòu)

8、運動簡圖（即傳動系統(tǒng)圖）皿.技術(shù)設(shè)計1.設(shè)計并繪制總體機構(gòu)草圖2.進行技術(shù)經(jīng)濟分析；3.繪制總機裝配圖和部件裝配圖，繪制電路系統(tǒng)圖和潤滑1.提出總裝配圖部件裝配圖和電路圖潤滑等系統(tǒng)圖；系統(tǒng)圖等相關(guān)圖；4.設(shè)計并繪制零件圖；5.編制技術(shù)文件。2.提出零件圖、計算說明書使用說明書外 購零件明細表工藝文件等。IV .樣機試制1.樣機試制及試驗，進行綜合性能的測試；2.報批投產(chǎn)。1. 提出樣機試制和試驗報告；2. 提岀申報投產(chǎn)報告、經(jīng)濟評價報告。V.跟蹤反饋1. 收集市場及用戶反饋信息；2. 提出完善設(shè)計建議和新一代產(chǎn)品的設(shè)計方案。對現(xiàn)有產(chǎn)品完善改進，同時提出產(chǎn)品性能造 型、的新要求，為下一代新產(chǎn)品做

9、好準(zhǔn)備。表2-1中介紹的只是一個直線鏈的設(shè)計流程。實際上，在論證、校核、評價及選擇的 過程中，都有改進原設(shè)計方案甚至推翻原方案進行再設(shè)計的可能。因此。在每個設(shè)計 階段中或在各設(shè)計階段之間，都有反復(fù)再設(shè)計的循環(huán)鏈?zhǔn)降脑O(shè)計流程。設(shè)計永遠是一 個創(chuàng)新、變革的過程，是一個各階段緊密相連、缺一不可的過程。1. 規(guī)劃階段設(shè)計任務(wù)是一種市場經(jīng)濟需求。在設(shè)計新機器前，必須進行科學(xué)的市場調(diào)研，從實踐 中找到設(shè)計任務(wù)，也可由用戶或生產(chǎn)制造商直接提出，應(yīng)盡可能具有前瞻性。切實可行地 提出設(shè)計任務(wù)。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書進行項目可行性研究，提出評價報告。詳見表 2-2。表2.2可行性研究內(nèi)容和要求步驟研究內(nèi)容目標(biāo)機會研究論證

10、產(chǎn)品原理是否先進可行，與科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟發(fā)展的 關(guān)系，確定是否值得投資。論證投資方向，確定是否投資。初步研究較全面地研究產(chǎn)品的技術(shù)先進性、社會實用性和經(jīng)濟性，較 精細地進行成本和投資計算，做出經(jīng)濟效益評價。作經(jīng)濟效益初步評價。詳細研究對產(chǎn)品的技術(shù)（包括技術(shù)水平、技術(shù)趨勢、生產(chǎn)工藝與技術(shù)現(xiàn)狀 的適應(yīng)性、產(chǎn)品的生命期等）、經(jīng)濟（成本、投資金額、資金籌措、 利潤、償還期等）、社會問題（是否存在污染、是否符合技術(shù)政策 等）、工程條件（原材料來源、燃料來源、配套件和協(xié)作件的供應(yīng) 等）、市場條件（目前市場需要量、預(yù)測市場需要量、市場競爭能力、銷售比例等）進行詳細研究，進行多方案比較。對產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟社會因

11、素工程條件市場條件等進行詳細研究并作比較。評價研究對產(chǎn)品的技術(shù)、經(jīng)濟、社會問題、工程條件、市場問題進行全面評價，做出最后結(jié)論提出一個認為最佳的方案，或提出幾個方案 陳述利弊供決策者決定，或結(jié)論為“不可行”如可行性研究報告的結(jié)論是可行的，則將其完善并提出具體的、詳盡的設(shè)計任務(wù)書。詳見表2-3。表2.3設(shè)計任務(wù)書內(nèi)容參考表運動參數(shù)：運動形式、方向、轉(zhuǎn)速、變速要求、加速度等；動力特性：能源種類、功率、轉(zhuǎn)矩、效率、產(chǎn)品功能載荷方向及性質(zhì)等；材料：主要零部件的材料特性及材料供應(yīng)等；信號：壓力、溫度、電流、電壓等測量方法，控制要求、精度要求等。經(jīng)濟體積尺寸（長、寬、高）重量要；生產(chǎn)率；最高允許成本、生產(chǎn)批

12、量。制造加工：公差、表面粗糙度、特殊加工條件、專用加工設(shè)備等；檢驗：測量和檢驗的儀器和檢驗方法等；裝配：裝配要求，地基要求和安裝現(xiàn)場要求等。使用使用對象、年限、環(huán)境、可靠度要求；安全、過載保護裝置等；環(huán)境要求：噪音標(biāo)準(zhǔn)，廢氣、廢液等排 放要求，特殊環(huán)境等；人機學(xué)要求：操縱、控制、照明、維護等；工藝美學(xué)要求：外觀、色彩、造型等。期限設(shè)計完成日期、研制完成日期、供貨日期等。2. 方案設(shè)計階段在機械設(shè)計程序中，方案設(shè)計是具有戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵階段，又稱為功能原理設(shè)計階段。產(chǎn)品的功能是指產(chǎn)品的用途和功用。設(shè)計新產(chǎn)品時首先分析其功能。通常，一臺機器總是 由若干個部件組成，它的功能可以分解為各個部件的分功能，

13、而分功能還可以分解為若干 個更小的功能單位，稱之為功能元。每個功能元通?？捎啥喾N原理予以實現(xiàn)，也有多種解 決方案。機械系統(tǒng)主要由原動機、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和信息處理控制系統(tǒng)所組成。每個系統(tǒng) 都由若干子系統(tǒng)組成，完成相應(yīng)的功能。實現(xiàn)這些功能都有許多原理可應(yīng)用，在諸多方案 中擇優(yōu)選擇。具體步驟詳見表 2-4。表2.4方案設(shè)計內(nèi)容步驟設(shè)計內(nèi)容階段成果目標(biāo)分析根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的設(shè)計任務(wù)進行功能分析，做出工藝動作的分解，明確各個工藝動作的工作原理?？傮w方案示意圖創(chuàng)新構(gòu)思根據(jù)各工藝動作的工作原理， 構(gòu)思執(zhí)行系統(tǒng)的運動方案， 包括對執(zhí)行系統(tǒng)進行運動規(guī)律 設(shè)計、機構(gòu)形式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計。機構(gòu)運動簡圖（草圖）

14、方案擬定擬定總體方案，進行執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和原動機的選擇及其基本參數(shù)設(shè)計。運動循環(huán)圖方案評價對各可行方案進行運動分析、力分析及有關(guān)計算，作模擬設(shè)計試驗，以進行功能、性能 評價和技術(shù)、經(jīng)濟評價。評價報告方案決策在方案評價的基礎(chǔ)上，從可行方案中擇優(yōu)，從而確定其總體設(shè)計方案，編寫總體方案設(shè) 計計算說明書。方案設(shè)計簡圖和計算說明書3. 技術(shù)設(shè)計階段方案設(shè)計簡圖類似機器的骨架，必須使其具體化，設(shè)計出具有實際意義的總體結(jié)構(gòu)圖，即裝配圖。進一步拆分出各個運動單元（部件）和制造單元（零件）。具體設(shè)計步驟見表2-5。表2.5技術(shù)設(shè)計一般步驟步驟名稱設(shè)計內(nèi)容階段成果確定原動機根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，兼顧經(jīng)濟性、可靠性、

15、穩(wěn)定性、運輸安裝、管理維修等因素，確定原 動機類型、型號、運動參數(shù)和動力參數(shù)。原動機型號造型設(shè)計從人機工程、民族風(fēng)格、用戶心理感受、易操作性及美學(xué)觀念出發(fā)，進行產(chǎn)品造型、色 彩和表面處理的設(shè)計。全套圖紙設(shè)計計算說明書結(jié)構(gòu)設(shè)計從加工工藝、裝配工藝、潤滑、振動噪音、腐蝕、傳熱等因素出發(fā)，設(shè)計零部件的結(jié)構(gòu)， 確定各零部件的相對位置、結(jié)構(gòu)形式及聯(lián)結(jié)方法。根據(jù)運動和動力計算、強度和剛度計算，選擇零件材料，熱處理方法和要求，確定零件零件設(shè)計各部分的形狀、尺寸、公差、精度及制造安裝的技術(shù)條件。確定外購件的標(biāo)準(zhǔn)、元器件規(guī)格和技術(shù)要求；編制加工工藝文件。繪制設(shè)計圖繪制裝配圖、各類系統(tǒng)圖(包括執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、

16、控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣/液壓系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等)、部件裝配圖和零件圖，編制設(shè)計計算說明書。4. 樣機試制這是設(shè)計工作的最后一個階段。根據(jù)技術(shù)設(shè)計完成的圖紙，試制樣機并試驗，測試各 項技術(shù)指標(biāo)是否達到設(shè)計要求。在改進原設(shè)計達到設(shè)計任務(wù)書要求后，可組織鑒定， 進行全面的技術(shù)經(jīng)濟評價，一切達到預(yù)定的要求才報批投產(chǎn)。5. 跟蹤反饋、完善產(chǎn)品投入市場后，要跟蹤收集用戶的反饋信息。切實做到以人為本，用戶至上，誠實 守信。在廣泛聽取各方意見的同時，根據(jù)市場的新要求，完善產(chǎn)品的功能，推出符合時代 氣息的新一代產(chǎn)品，使設(shè)計工作邁向新臺階。2.2現(xiàn)代設(shè)計法應(yīng)用概述機械設(shè)計的目的是將預(yù)定的目標(biāo)，經(jīng)過一系列的規(guī)劃、分析

17、、決策，形成一定的信息， 即文字、數(shù)據(jù)、圖形等工程語言，并通過制造，使其成為產(chǎn)品。因為科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)能力的不斷進步，設(shè)計方法學(xué)和創(chuàng)造方法學(xué)的開發(fā)運用，計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一系列現(xiàn)代設(shè)計方法得以實現(xiàn)，使機械設(shè)計的步伐加快，設(shè)計質(zhì)量提高。目前廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代設(shè)計方法有：計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、價值工程、工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計、模塊化設(shè)計、有限元法設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計等。計算機輔助設(shè)計簡介常規(guī)的機械設(shè)計方法，是以實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，依據(jù)力學(xué)、數(shù)學(xué)和專業(yè)知識建立的理論公式和經(jīng)驗公式，運用數(shù)表、圖形和手冊等技術(shù)資料，進行方案擬定、設(shè)計計算、繪圖和 編寫設(shè)計說明書。而現(xiàn)代設(shè)計方法是以產(chǎn)品為總目標(biāo)的一系列種類

18、繁多的現(xiàn)代設(shè)計法和技 術(shù)的綜合運用。因為計算機具有運算速度快、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確、存儲量大和具有邏輯判斷功 能等特點，因此，它已經(jīng)成為現(xiàn)代工程設(shè)計中分析、計算、綜合、決策、數(shù)據(jù)處理、圖形 處理與各種現(xiàn)代設(shè)計法相結(jié)合的不可替代的重要工具。這種人機交互的設(shè)計方法，就是計 算機輔助設(shè)計，即 CAD ( computeraideddesign )。在設(shè)計階段CAD的運用，包括初始設(shè)計、詳細設(shè)計和工藝設(shè)計，是針對設(shè)計方案的：“信息流”過程。形成設(shè)計方案后，制造階段采用計算機輔助制造，即CAM (computeraidedma nufacture )的運用，包括材料準(zhǔn)備、加工、裝配、檢測等許多環(huán)節(jié)。聯(lián)接C A

19、D和CAM 的關(guān)鍵紐帶是計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計CAPP (computeraidedprocessplanning ),它是在成組技術(shù)的基礎(chǔ)上，用計算機編制合理的零件加工工藝過程，從而將產(chǎn)品的設(shè)計信息轉(zhuǎn)化為制造信息。數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，使機械制 造工程由產(chǎn)品設(shè)計到制造能全面自動化。能更好地滿足現(xiàn)代社會對產(chǎn)品的多品種、中小批 量和高性能的要求，并降低了產(chǎn)品的成本，提高了其質(zhì)量。1. 計算機輔助設(shè)計的常用軟件系統(tǒng)CAD的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件3個層次。（1）系統(tǒng)軟件與硬件和操作系統(tǒng)密切相關(guān)的操作系統(tǒng)（DOS ），用于對系統(tǒng)資源的管理（包括內(nèi)存分配管理、 文件管理、 外部設(shè)備管理、

20、 作業(yè)和中斷管理） ，常用的是 Windows 。（ 2）支撐軟件指各種 CAD 工具軟件和系統(tǒng)。工具不同的作用分為圖形處理軟件、集 成化 CAD /CAM /CAE 軟件、工程分析和計算軟件、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件等。1）圖形處理軟件主要用于生成和編輯基本圖形，解決零件圖詳細設(shè)計問題， 輸出符合工程要求的零件圖和裝配圖。美國 Autodesk 公司推出的 AutoCAD 是為微機開發(fā)的以二 維功能為主的交互式工程繪圖軟件，也具有三維造型和繪圖的功能。2）集成化 CAD /CAM /CAE 軟件系統(tǒng)它們提供了定義產(chǎn)品的幾何信息和各種非幾何 信息，以及控制制造過程的工具。目前流行的主要優(yōu)秀軟件有：Pr

21、 o / Engineer 是美國 PTC （ ParametricTechnologyCorporation）公司為微機的參數(shù)化設(shè)計和基于特征設(shè)計的實體造型的三維集成化軟件。該系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上， 有完整和統(tǒng)一的模型，是一種相關(guān)性的軟件，設(shè)計者在產(chǎn)品設(shè)計過程中所做的任何修改， 都會自動擴展到整個設(shè)計中，自動更新零件、裝配、工程圖等模塊中的2D和3D的尺寸與工程文件，確保了數(shù)據(jù)的正確性。它將工業(yè)設(shè)計、功能仿真與制造過程集成在一起，同時 提供了集運動、結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)于一體的大型分析模塊，能夠進行靜態(tài)、動態(tài)、疲勞沖擊等 多種分析。Uni graphic s（UG）和Solid Edge : U

22、G是美國麥道（MD ）公司推出的適用于航空 航天器、汽車、通用機械和模具等的設(shè)計、分析和制造的工程軟件，它采用基于特征的實 體造型，具有尺寸驅(qū)動編輯功能的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了 CAD 、 CAE 、 CAM 之間無數(shù) 據(jù)交換的自由切換， 具有強大的數(shù)控加工功能， 可以在 HP、 Sun、 SGI 等工作站上運行。 Solid Edge是該公司為微機開發(fā)的基于 Windows的設(shè)計與繪圖的簡便的同類型軟件。SolidWorks 美 國 SolidWorks 公 司 推 出 的 基 于 微 機 Windows 操 作 系 統(tǒng) 的 CAD/CAM/CAE/PDM 桌面集成系統(tǒng)， 它采用自頂向下的設(shè)計

23、方法， 可以動態(tài)模擬裝配過程， 采用基于特征的實體建模， 具有很強的參數(shù)化設(shè)計和編輯功能， 采用特征樹管理幾何特征。CAXA V 5 是 北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 與 全 球 PLM 技 術(shù) 領(lǐng) 先 集 團 DASSAULT SYSTEMES共同發(fā)布的新一代集成化可擴展二維和三維 PLM解決方案， 它嵌入了法國 DASSAULT SYSTEMES的CAAV5技術(shù)和構(gòu)件，包括了 5個模塊：PDM 是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心的企業(yè)級設(shè)計、工藝和制造過程的信息集成和業(yè)務(wù)協(xié)作平臺；2D 是集成化全功能企業(yè)二維繪圖設(shè)計環(huán)境； 3D 是集成化三維產(chǎn)品設(shè)計、工程分析和數(shù)控編程 環(huán)境； CAPP 是集成化工藝設(shè)

24、計和工藝管理環(huán)境； MPM 是集成化的生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)過程 管理平臺。3） 工程分析和計算軟件如數(shù)學(xué)方法庫、機械設(shè)計常規(guī)公式庫、 優(yōu)化設(shè)計、 有限元分析、 可靠性設(shè)計、動態(tài)分析等現(xiàn)代設(shè)計方法軟件。MATLAB 是美國 Math Works 公司推出的一套功能強大的工程分析和計算軟件，被 廣泛地應(yīng)用于自動控制、機械設(shè)計、工程優(yōu)化、流體力學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計等工程領(lǐng)域，它提供 了 30 多個面向不同領(lǐng)域的工具箱， 可以高效地求解復(fù)雜的工程問題， 并可以對系統(tǒng)進行動 態(tài)仿真，用強大的圖形功能對數(shù)據(jù)進行可視化處理。4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件用于工程數(shù)據(jù)的存儲、檢索、共享、比較、組合和安全管理。如 Oracle 、

25、Foxbase 、 Foxpro 和 Paradox 等關(guān)系型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件。（3）應(yīng)用軟件以支撐軟件為基礎(chǔ)的面向各種工程設(shè)計和分析的專用軟件，如動態(tài)仿真程序、數(shù)控加工編程、機械傳動設(shè)計計算程序以及數(shù)、表、線、圖的程序化處理等。一個實用、高效、可靠的集成化 CAD 系統(tǒng)，是以工程數(shù)據(jù)庫為核心，以交互圖形系 統(tǒng)為支持， 以通用設(shè)計方法為工具， 以機電工程產(chǎn)品的計算分析為主題的集成化軟件系統(tǒng)。2.2.2 創(chuàng)新設(shè)計人類社會的發(fā)展和進步的歷史就是不斷創(chuàng)新的歷史。創(chuàng)新設(shè)計（ Creative Design ） 就是指設(shè)計人員在其設(shè)計中采用新的技術(shù)手段和技術(shù)原理，發(fā)揮創(chuàng)造性思維，提出新的方 案，探索新解

26、法，提供具有社會價值的、新穎的而且成果獨特的設(shè)計。1. 創(chuàng)造性思維的特點和類型（1）創(chuàng)造性思維的特點 設(shè)計本身就具有創(chuàng)造性。設(shè)計人員依據(jù)自身的知識、經(jīng)驗、理論和方法對目標(biāo)設(shè)計的 過程就是將頭腦中的各種信息重新組合和激活的過程， 形成新的聯(lián)系或成果。 在此過程中， 突破各種自然極限，揭示事物的本質(zhì)，轉(zhuǎn)化出新的、有社會價值的成果和產(chǎn)物，以不斷滿 足人類的精神和物質(zhì)的需要，即是創(chuàng)造性思維。其特點如下：1）獨創(chuàng)性具有突破性、求異性的思維，即具有與前人、他人不同的獨特見解，能提出 新原理、構(gòu)思新模式、創(chuàng)造新方法。例如光控式開關(guān)在黃昏時使路燈自亮，天明時又自動熄滅；紅外線開關(guān)能自動準(zhǔn)確做 到人入燈亮，人走

27、燈滅。與機械開關(guān)相比，它們都具有獨創(chuàng)性，并為社會創(chuàng)造了可觀的價 值。2）多向性善于從不同的角度思考問題， 這種思維依賴于發(fā)散思維 （盡量提出多種設(shè)想， 多方面、 多思路思考問題） 、換元思維（靈活變換影響事物的某些因素， 從而產(chǎn)生新的思路） 、 轉(zhuǎn)向思維（思維在一個方面受阻時立即轉(zhuǎn)向另一方面）和創(chuàng)優(yōu)（不滿足已有解答，努力尋 找最優(yōu)方案） 。3）聯(lián)動性由此及彼的聯(lián)動思維，引導(dǎo)人們從已知探索未知并開闊思路。它包括：縱向 聯(lián)動（針對問題和現(xiàn)象作縱深思考，探尋其根源從而得到新的啟示） 、橫向聯(lián)動（從某一現(xiàn) 象聯(lián)想到與其相似或相關(guān)的另一事物，進行“特征轉(zhuǎn)移” ，進入新的領(lǐng)域）和逆向聯(lián)動（從 順推到逆推，

28、從另一角度探尋新途徑） 。例如丹麥物理學(xué)家奧斯忒發(fā)現(xiàn)電流通過導(dǎo)體時，能使磁化的羅盤指針偏轉(zhuǎn)。法拉第據(jù) 此作逆向思維，認為如果磁場固定，載流導(dǎo)體就會運動，從而發(fā)明了世界上第一臺電動機。4）跨越性思維的前進跨度大， 轉(zhuǎn)換跨度也大， 能跨越事物可見度的限制， 迅速完成 “虛 體”與“實體”之間的轉(zhuǎn)化。例如牛頓受蘋果落地的啟示，最終發(fā)現(xiàn)震驚世界的“萬有引 力定律”。（2）創(chuàng)造性思維的類型 創(chuàng)造性思維是多種思維形式的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，也是智力因素和非智力因素的和諧統(tǒng)一。創(chuàng) 造性思維的類型，可從不同的角度劃分。根據(jù)思維過程是否嚴(yán)格遵守邏輯規(guī)則可分為邏輯思維和非邏輯思維。 邏輯思維又稱抽象思維，即以反映事物共同屬性

29、和本質(zhì)的抽象概念為思維元素，在該 概念的基礎(chǔ)上進行判斷、推理，使認識從感性個別到理性一般再到理性個別。而非邏輯思 維的基本形式有聯(lián)系思維、直覺思維和靈感思維。其中直覺思維和靈感思維對創(chuàng)新設(shè)計起 重要作用，因為它們具有產(chǎn)生的突然性、過程的突發(fā)性，成果的突破性，同時還具有偶然 性。在此過程中不僅意識起作用，而且潛意識也發(fā)揮重要作用。雖然其結(jié)論具有短暫性不 總是可靠的，但可以給人們深刻的啟迪。在創(chuàng)新設(shè)計中，工程技術(shù)人員的邏輯思維和非邏輯思維彼此聯(lián)動，相互融合、補充和促進，綜合發(fā)揮作用。 例如，北京航空航天大學(xué)的高歌教授在研究飛機發(fā)動機內(nèi)氣體的燃燒時，發(fā)現(xiàn)氣體燃燒湍流紊亂是燃燒不穩(wěn)定的根本原因。他聯(lián)想到沙漠中的沙丘在大風(fēng)中仍能夠保持穩(wěn)定形 狀，是因為氣流繞過沙丘時漩渦特別穩(wěn)定的啟示，終于發(fā)明飛