工程設(shè)計學(xué) -緒論

1、工程設(shè)計學(xué)工程設(shè)計學(xué) 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 陳興陳興 副教授副教授 660473 (短號短號) 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 主要教材及參考書主要教材及參考書v王安麟,姜濤,等. 現(xiàn)代設(shè)計方法M. 武漢：華中科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 2010.v孟憲頤. 現(xiàn)代設(shè)計方法基礎(chǔ)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.v張鄂. 現(xiàn)代設(shè)計理論與方法M. 北京：科學(xué)出版社, 2007.v（德）G.帕爾, W.拜茨, 張直明等(譯). 工程設(shè)計學(xué)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1992.寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工

2、程設(shè)計理論概述機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展歷史機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展歷史v遠(yuǎn)古機(jī)械時期 簡單工具的出現(xiàn) v古代機(jī)械時期 功能、結(jié)構(gòu)的多樣化v近現(xiàn)代機(jī)械時期 大型、復(fù)雜產(chǎn)品，覆蓋到 人類生活的方方面面寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論的發(fā)展歷史工程設(shè)計理論的發(fā)展歷史v工業(yè)化之前無設(shè)計理論 產(chǎn)品的設(shè)計主要依靠技術(shù)的傳承 和經(jīng)驗的積累 杰出的代表：達(dá)芬奇達(dá)芬奇寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論的發(fā)展歷史工程設(shè)計理論的發(fā)展歷史v工業(yè)化時期設(shè)計理論的原始積累階段 萊登巴林及其學(xué)生萊登巴林及其學(xué)生：提出了

3、若干重要的特征標(biāo)志和基本原理； 巴赫及里特勒巴赫及里特勒：提出了材料和制造工藝與強(qiáng)度之間的關(guān)系； 勞定勞定：提出了機(jī)器零件中的力流的提示。寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論的發(fā)展歷史工程設(shè)計理論的發(fā)展歷史v上世紀(jì)20年代至今設(shè)計理論的形成及繁榮時期 埃更斯埃更斯：提出了首個現(xiàn)代意義上的設(shè)計方法學(xué)觀點：一種分步的設(shè)計進(jìn)程，各步驟之間力求達(dá)到相互聯(lián)系，以不斷檢查和權(quán)衡優(yōu)劣作為設(shè)計特征。 韋格鮑爾韋格鮑爾：設(shè)計方法學(xué)的理論起點，提出將總?cè)蝿?wù)分解為若干分任務(wù)(驅(qū)動任務(wù)和執(zhí)行任務(wù))，并對設(shè)計中的多種影響因素之間的相互關(guān)系作了描述。寧波大學(xué)機(jī)

4、械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述設(shè)計學(xué)理論形成中的重要貢獻(xiàn)者 凱塞林凱塞林：提出了五個優(yōu)先結(jié)構(gòu)設(shè)計原理； 曲赫納曲赫納：提出了四個設(shè)計基本要素； 馬托賽克馬托賽克：提出了設(shè)計中的四個重要影響因素； 萊葉萊葉：建立了結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本設(shè)計原理和設(shè)計準(zhǔn)則。 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 什么是現(xiàn)代設(shè)計什么是現(xiàn)代設(shè)計? ? 以市場需求為驅(qū)動、以知識獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計以市場需求為驅(qū)動、以知識獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個生命周思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個生命周期和人、機(jī)、環(huán)境相容

5、性等因素的設(shè)計。期和人、機(jī)、環(huán)境相容性等因素的設(shè)計。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法就是研究設(shè)計過程中能夠更加高效、高質(zhì)量、快速地完成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的方法。（以計算機(jī)為輔助工具）寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 什么是現(xiàn)代設(shè)計什么是現(xiàn)代設(shè)計? ? 以市場需求為驅(qū)動、以知識獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計以市場需求為驅(qū)動、以知識獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個生命周思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個生命周期和人、機(jī)、環(huán)境相容性等因素的設(shè)計。期和人、機(jī)、環(huán)境相容性等因素的設(shè)計。設(shè)計系統(tǒng)的概念及三維設(shè)計系統(tǒng)？設(shè)計

6、系統(tǒng)的概念及三維設(shè)計系統(tǒng)？ 什么叫設(shè)計系統(tǒng)？什么叫設(shè)計系統(tǒng)？ 設(shè)計系統(tǒng)具有三維空間，是由時間維、邏輯維和方法維設(shè)計系統(tǒng)具有三維空間，是由時間維、邏輯維和方法維組成的三維系統(tǒng)。組成的三維系統(tǒng)。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，有哪些特點？現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，有哪些特點？ 產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化、產(chǎn)品質(zhì)產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化、產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化、產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化、產(chǎn)品設(shè)計過程量分析的可靠性化、產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化、產(chǎn)品設(shè)計過程的高效化和自動化的高效化和自動

7、化 現(xiàn)代設(shè)計體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系由現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)體系由基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)主體技術(shù)、支撐技術(shù)支撐技術(shù)和和應(yīng)應(yīng)用技術(shù)用技術(shù)四個層次組成。四個層次組成。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程步驟系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程步驟寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程模型系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程模型寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述主流工程設(shè)計理論主流工程設(shè)計理論vPahl和Beitz的工程設(shè)計

8、學(xué)理論(德國)vNam P. Suh的公理化設(shè)計理論(Axiomatic Design) (美國)vAltshuler的發(fā)明問題解決理論(TRIZ) (蘇聯(lián))vYoshikawa的通用設(shè)計理論(GDT) (日本) 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述 Pahl和和Beitz的的 工程設(shè)計學(xué)理論工程設(shè)計學(xué)理論寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述Suh的公理化設(shè)計理論的公理化設(shè)計理論(Axiomatic Design) 美國MIT的Suh提出的公理化設(shè)計理論，該理論認(rèn)為設(shè)計過程是用戶域功能域物理域過

9、程域的映射。在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，從功能需求到設(shè)計參數(shù)的轉(zhuǎn)變過程中，功能與設(shè)計參數(shù)應(yīng)滿足獨立性和最小信息兩條公理。若這兩條公理滿足，原理解才是優(yōu)化的解。 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述Altshuler的發(fā)明問題解決理論的發(fā)明問題解決理論(TRIZ) 前蘇聯(lián)學(xué)者Altshuler及其領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在分析世界各國250萬件專利的基礎(chǔ)上，提出了發(fā)明問題解決理論(TRIZ)。TRIZ理論以解決技術(shù)系統(tǒng)的沖突為目標(biāo)，認(rèn)為發(fā)明問題求解的過程是對問題不斷描述、不斷程式化的過程。TRIZ將技術(shù)系統(tǒng)沖突主要分為物理沖突和技術(shù)沖突。寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院

10、寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述Yoshikawa的通用設(shè)計理論的通用設(shè)計理論(GDT) 日本學(xué)者Yoshikawa提出了通用設(shè)計理論（GDT），認(rèn)為設(shè)計的本質(zhì)是功能空間到屬性空間的映射，并且指出這一映射過程是一項知識密集工程（Knowledge Intensive Engineering）?；谶@一過程，實現(xiàn)復(fù)雜知識表達(dá)和推理的智能CAD（Intelligent CAD）成為當(dāng)今CAD發(fā)展的重要方向。 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 現(xiàn)代設(shè)計方法的基本內(nèi)容現(xiàn)代設(shè)計方法的基本內(nèi)容 計算機(jī)輔助設(shè)計計算機(jī)輔助設(shè)計 工業(yè)造型設(shè)計工業(yè)造型設(shè)計 有限元法

11、有限元法 虛擬設(shè)計虛擬設(shè)計 價值工程價值工程 模塊化設(shè)計模塊化設(shè)計 反求工程反求工程 健壯設(shè)計健壯設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計 可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計 綠色設(shè)計綠色設(shè)計掌握基本概念掌握基本概念工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計設(shè)計設(shè)計-評定評定-再設(shè)計再設(shè)計從多種方案中從多種方案中選取較好方案選取較好方案優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計重視系統(tǒng)綜合，在重視系統(tǒng)綜合，在各種約束條件下用各種約束條件下用計算機(jī)求解計算機(jī)求解在最短時間內(nèi)尋求在最短時間內(nèi)尋求最佳設(shè)計方案最佳設(shè)計方案 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧

12、波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 正方形鐵板xaxmax V 最優(yōu)化問題的舉例最優(yōu)化問題的舉例工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 關(guān)于最優(yōu)化問題的解法，軟件開發(fā)者開發(fā)出了各種最優(yōu)關(guān)于最優(yōu)化問題的解法，軟件開發(fā)者開發(fā)出了各種最優(yōu)化計算軟件，供工程設(shè)計人員使用?；嬎丬浖?，供工程設(shè)計人員使用。但是，作為使用者必須了解各種最優(yōu)化方法的特點，才但是，作為使用者必須了解各種最優(yōu)化方法的特點，才能針對實際問題選擇出合適的最優(yōu)化方法解決問題。能針對實際問題選擇出合適的最優(yōu)化方法解決問題。一項設(shè)計常常在一項設(shè)計常常在一定的技術(shù)條件一定的技術(shù)條件下，要求取得一個技術(shù)下，

13、要求取得一個技術(shù)指標(biāo)的指標(biāo)的最佳的設(shè)計方案最佳的設(shè)計方案，以期達(dá)到最佳的，以期達(dá)到最佳的設(shè)計目標(biāo)設(shè)計目標(biāo)，如，如重量、成本、性能、承載能力等。重量、成本、性能、承載能力等。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 數(shù)學(xué)模型是實際設(shè)計問題的抽象數(shù)學(xué)模型是實際設(shè)計問題的抽象,一個完整的數(shù)學(xué)模型一個完整的數(shù)學(xué)模型包括包括:一個設(shè)計方案有一個設(shè)計方案有n個設(shè)計變量個設(shè)計變量）（nTnRXxxxX,21在滿足在滿足), 2 , 1(0),()(21muxxxgXgnuu), 2 , 1(0),()(21npvxxxhXhnvv求目標(biāo)函數(shù)求目標(biāo)函數(shù)),()(21

14、nxxxFXF)(minXFnRX工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 例例 行星輪系的優(yōu)化設(shè)計行星輪系的優(yōu)化設(shè)計行星輪系機(jī)構(gòu)簡圖行星輪系機(jī)構(gòu)簡圖 1）目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計變量）目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計變量32212mm)2(419635. 0)(CibZmXFCmbzxxxxX14321影響目標(biāo)函數(shù)的獨立參數(shù)均可作為設(shè)計影響目標(biāo)函數(shù)的獨立參數(shù)均可作為設(shè)計變量，即變量，即目標(biāo)函數(shù)可改寫為目標(biāo)函數(shù)可改寫為) 2(419635. 0)(222123CixxxXF工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 017)(1小zXg

15、010)(22xXg2）約束條件的建立）約束條件的建立 保證小齒輪不根切保證小齒輪不根切 限制齒寬最小值，得限制齒寬最小值，得 限制模數(shù)最小值，得限制模數(shù)最小值，得02)(33xXg 模數(shù)和齒寬之間要求模數(shù)和齒寬之間要求mbm175017)(05)(235324xxXgxxXg工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 保證各行星輪之間齒頂不相碰撞，應(yīng)滿足保證各行星輪之間齒頂不相碰撞，應(yīng)滿足0)sin1)(2(21sin)(116CixCxXg0/1 ()(22327）大小小小zzTAxxzXgH0)(2238FFYTAxzxXg小小 滿足接觸強(qiáng)度要求

16、，應(yīng)有滿足接觸強(qiáng)度要求，應(yīng)有 滿足輪齒彎曲強(qiáng)度要求，應(yīng)有滿足輪齒彎曲強(qiáng)度要求，應(yīng)有3）選用合適的優(yōu)化方法求解，得）選用合適的優(yōu)化方法求解，得5 . 453221mbzX工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 選用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方選用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法和計算機(jī)程序法和計算機(jī)程序?qū)⒃O(shè)計問題的將設(shè)計問題的物理模型轉(zhuǎn)化物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型為數(shù)學(xué)模型通過計算機(jī)通過計算機(jī)求解得到最求解得到最佳設(shè)計方案佳設(shè)計方案優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 CAD能夠幫助我們完成機(jī)械設(shè)計中的圖形設(shè)計（制圖）能夠幫

17、助我們完成機(jī)械設(shè)計中的圖形設(shè)計（制圖）及部分分析計算。（以計算機(jī)為工具）及部分分析計算。（以計算機(jī)為工具）傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計人工計算、繪圖人工計算、繪圖設(shè)計精度、穩(wěn)定性設(shè)計精度、穩(wěn)定性和效率有限，修改和效率有限，修改不方便不方便 計算機(jī)輔助設(shè)計計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)計算機(jī)輔助設(shè)計計算機(jī)輔助設(shè)計用計算機(jī)設(shè)計、用計算機(jī)設(shè)計、計算、繪圖。計算、繪圖。提高了設(shè)計精度、提高了設(shè)計精度、穩(wěn)定性和效率，修穩(wěn)定性和效率，修改方便改方便工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 常用的計算輔助設(shè)計軟件有常用的計算輔助設(shè)計軟件有:AUTOCAD、PROE、UG和和CATI

18、A等。等。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 CAD提供了產(chǎn)品設(shè)計所需的各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、工藝參數(shù)提供了產(chǎn)品設(shè)計所需的各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、工藝參數(shù)等工程數(shù)據(jù)。等工程數(shù)據(jù)。 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 實際零件實際零件 加工過程模擬加工過程模擬CAD還具有設(shè)備工作過程模擬和零件加工過程模擬的功能。還具有設(shè)備工作過程模擬和零件加工過程模擬的功能。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 模塊化設(shè)計模塊化設(shè)計以模塊化設(shè)計理論為指導(dǎo)思想，以快速、提高可靠性和

19、降以模塊化設(shè)計理論為指導(dǎo)思想，以快速、提高可靠性和降低成本為主要目的，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計。低成本為主要目的，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計。 主要目標(biāo)是用盡可能少的種類和數(shù)量的模塊組成盡可能多主要目標(biāo)是用盡可能少的種類和數(shù)量的模塊組成盡可能多的種類和規(guī)格的產(chǎn)品。的種類和規(guī)格的產(chǎn)品。專用部件專用部件若干若干標(biāo)準(zhǔn)的、系列標(biāo)準(zhǔn)的、系列的模塊化部件的模塊化部件各類模塊化超精各類模塊化超精密加工機(jī)床密加工機(jī)床根據(jù)武器研制和生產(chǎn)的需要根據(jù)武器研制和生產(chǎn)的需要解決解決幾個幾個關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)十幾種十幾種多臺多臺超精密機(jī)床模塊化設(shè)計舉例超精密機(jī)床模塊化設(shè)計舉例工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)

20、學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 超精密機(jī)床系列和型號的擬定；超精密機(jī)床系列和型號的擬定； 模塊的劃分；模塊的劃分；模塊的組配模塊的組配 ；單元模塊有限元力學(xué)分析；單元模塊有限元力學(xué)分析；靜剛度與動剛度；靜剛度與動剛度；結(jié)構(gòu)、運動學(xué)及功能模型。結(jié)構(gòu)、運動學(xué)及功能模型。通用和專用模塊的組合與集成；通用和專用模塊的組合與集成；虛擬裝配；虛擬裝配；關(guān)鍵部件工程化制造。關(guān)鍵部件工程化制造。系統(tǒng)測試；系統(tǒng)測試；實驗技術(shù)。實驗技術(shù)。 整體技術(shù)方案整體技術(shù)方案模塊化超精密機(jī)床導(dǎo)軌及工作臺系統(tǒng)主軸系統(tǒng)環(huán)境控制系統(tǒng)導(dǎo)軌驅(qū)動系統(tǒng)微量進(jìn)給系統(tǒng)床身系統(tǒng)位置檢測系統(tǒng)控制系統(tǒng)其他系統(tǒng)工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)

21、機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 超精密機(jī)床模塊化設(shè)計超精密機(jī)床模塊化設(shè)計低成本、快速、高可靠性超精密機(jī)床模塊化設(shè)計主軸模塊導(dǎo)軌模塊導(dǎo)軌驅(qū)動機(jī)構(gòu)微量進(jìn)給模塊環(huán)境控制模塊位置檢測模塊床身模塊數(shù)控模塊其他模塊空氣靜壓主軸液體靜壓主軸單坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)雙坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)超精高速主軸空氣靜壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌滾珠絲杠直線電機(jī)驅(qū)動摩擦驅(qū)動機(jī)構(gòu)壓電陶瓷進(jìn)給磁致伸縮進(jìn)給振動控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)雙頻激光干涉系統(tǒng)光柵測量系統(tǒng)臥式床身結(jié)構(gòu)龍門立式結(jié)構(gòu)電機(jī)刀架吸盤工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 超精密車床和銑床結(jié)構(gòu)示意圖超精密車床和銑床結(jié)構(gòu)示意圖車床模

22、塊車床模塊銑床模塊銑床模塊寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 通用模塊與專用模塊的有效集成技術(shù)通用模塊與專用模塊的有效集成技術(shù) 超精密車床超精密車床空氣靜壓主軸（空氣靜壓主軸（ZZZZ） 空氣靜壓導(dǎo)軌（空氣靜壓導(dǎo)軌（DGDG）臥式床身臥式床身(CS) (CS) 直線電機(jī)（直線電機(jī)（QDQD）隔振系統(tǒng)隔振系統(tǒng)(HJ) (HJ) 溫度控制系統(tǒng)（溫度控制系統(tǒng)（HJHJ）雙坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)（雙坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)（SKSK） 雙頻激光干涉儀雙頻激光干涉儀(WZ)(WZ)主軸驅(qū)動電機(jī)（主軸驅(qū)動電機(jī)（QTQT） 空氣靜壓尾座空氣靜壓尾座壓電陶瓷機(jī)構(gòu)（壓電陶瓷機(jī)構(gòu)（WJWJ） 刀架（刀架（QT

23、QT） 超精密銑床超精密銑床 液體靜壓主軸（液體靜壓主軸（ZZZZ） 液體靜壓導(dǎo)軌（液體靜壓導(dǎo)軌（DGDG） 臥式床身臥式床身(CS) (CS) 滾珠絲杠（滾珠絲杠（QDQD） 隔振系統(tǒng)隔振系統(tǒng)(HJ) (HJ) 溫度控制系統(tǒng)（溫度控制系統(tǒng)（HJHJ） 主軸驅(qū)動電機(jī)（主軸驅(qū)動電機(jī)（QT） 導(dǎo)軌驅(qū)動電機(jī)（導(dǎo)軌驅(qū)動電機(jī)（QT） 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 v超精密車床；v小型非球曲面磨床；v超精密內(nèi)表面磨床v光學(xué)零件超精密復(fù)合加工機(jī)床；v立式超精密鏜床 ；v臥式超精密鏜床 ；v超精密銑床

24、 ；v .可以組合的設(shè)備可以組合的設(shè)備工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 綜上所述模塊化設(shè)計具有如下特點：綜上所述模塊化設(shè)計具有如下特點： 設(shè)計和制造時間短；設(shè)計和制造時間短； 有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā)；有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā)； 有利于降低成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，便于產(chǎn)品的維修。有利于降低成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，便于產(chǎn)品的維修。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 有限元法有限元法有限元法是以計算機(jī)為工具的一種現(xiàn)代數(shù)值計算方法。有限元法是以計算機(jī)為工具的一種現(xiàn)代數(shù)值計算方法。單元

25、特性分析單元特性分析與計算與計算結(jié)構(gòu)離散化結(jié)構(gòu)離散化單元組集求單元組集求解方程解方程有限元法的計算過程有限元法的計算過程工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于以下方面以下方面進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)分析進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)分析計算復(fù)雜零件的應(yīng)力分布和變形計算復(fù)雜零件的應(yīng)力分布和變形零件強(qiáng)度和剛度計算零件強(qiáng)度和剛度計算求解工程中復(fù)雜的非線性問題、非穩(wěn)求解工程中復(fù)雜的非線性問題、非穩(wěn)態(tài)問題態(tài)問題常用的有限元分析計算軟件有常用的有限元分析計算軟件有IDEAS、ANSYS、MARC、ABAQUS等。等。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論

26、概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 可以分析應(yīng)力、變形、溫度場、磁場、振動、沖擊、隨機(jī)可以分析應(yīng)力、變形、溫度場、磁場、振動、沖擊、隨機(jī)響應(yīng)等。響應(yīng)等。轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的有限元分析轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的有限元分析工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 可以進(jìn)行動態(tài)特性分析，識別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，從而為轉(zhuǎn)臺可以進(jìn)行動態(tài)特性分析，識別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，從而為轉(zhuǎn)臺的設(shè)計提供理論依據(jù)。的設(shè)計提供理論依據(jù)。轉(zhuǎn)臺主軸軸系及臺面有限元分析轉(zhuǎn)臺主軸軸系及臺面有限元分析轉(zhuǎn)臺軸系的動態(tài)特性直接影響轉(zhuǎn)臺的運動精度、運動平穩(wěn)轉(zhuǎn)臺軸系的動態(tài)特性直接影響轉(zhuǎn)臺的運動精度、運動平穩(wěn)

27、性和承載能力。性和承載能力。 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1XYZ NOV 2 200818:01:29AREASTYPE NUM600MW定子機(jī)座幾何模型工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1XYZ NOV 2 200817:39:06ELEMENTS600MW定子機(jī)座有限元網(wǎng)格工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1MNMXXYZ .233291.8736461.5142.1542.7953.4354.0754.7165.3565.99

28、6NOV 26 200816:23:07NODAL SOLUTIONSUB =1TIME=1USUMTOPRSYS=SOLUDMX =5.996SMN =.233291SMX =5.996600MW定子機(jī)座總體位移云圖（最大5.996mm） 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1MNMXXYZ .01251853.2106.388159.575212.763265.95319.138372.325425.513478.7NOV 26 200816:28:17NODAL SOLUTIONSUB =1TIME=1SEQV (AVG)TOPDMX =

29、5.996SMN =.012518SMX =478.7機(jī)座的等效Von.MiseS應(yīng)力云圖工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 l 大變形有限元本構(gòu)方程的建立大變形有限元本構(gòu)方程的建立例例 切削深度對超精密切削過程影響的有限元分析切削深度對超精密切削過程影響的有限元分析l 有限元模型的建立和邊界條件的確定有限元模型的建立和邊界條件的確定l 切屑分離準(zhǔn)則的選取切屑分離準(zhǔn)則的選取l 超精密切削過程有限元分析超精密切削過程有限元分析有限元模型有限元模型工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 切削力的變化切削

30、力的變化等效應(yīng)力的變化等效應(yīng)力的變化等效塑性應(yīng)變的變化等效塑性應(yīng)變的變化 切屑和工件溫度分布切屑和工件溫度分布工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工業(yè)設(shè)計工業(yè)設(shè)計工業(yè)設(shè)計是以工業(yè)產(chǎn)品為表現(xiàn)對象，在滿足工業(yè)屬性的前工業(yè)設(shè)計是以工業(yè)產(chǎn)品為表現(xiàn)對象，在滿足工業(yè)屬性的前提下，用藝術(shù)手段，創(chuàng)造出實用、美觀和經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。提下，用藝術(shù)手段，創(chuàng)造出實用、美觀和經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。工業(yè)設(shè)計的目的是工業(yè)設(shè)計的目的是保證產(chǎn)品的造型質(zhì)保證產(chǎn)品的造型質(zhì)量，設(shè)計出的產(chǎn)品量，設(shè)計出的產(chǎn)品具有批量性、創(chuàng)造具有批量性、創(chuàng)造性、實用性、藝術(shù)性、實用性、藝術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。性和經(jīng)濟(jì)性。工程設(shè)計

31、理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 不但保證產(chǎn)品的外部特征，還要考慮結(jié)構(gòu)、功能與材料不但保證產(chǎn)品的外部特征，還要考慮結(jié)構(gòu)、功能與材料的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)和整體效能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)和整體效能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 價值分析（價值工程）價值分析（價值工程）價值分析最終目的是價值分析最終目的是尋求功能與成本的最尋求功能與成本的最佳比例佳比例 。工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 價值分析是產(chǎn)品獲得最大價值的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。

32、價值分析是產(chǎn)品獲得最大價值的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。以開發(fā)創(chuàng)造性以開發(fā)創(chuàng)造性為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)以功能分析以功能分析為核心為核心以科學(xué)分析以科學(xué)分析為工具為工具價值分析價值分析尋求功能與成本的最佳比例尋求功能與成本的最佳比例工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 成本分析和功成本分析和功能價值計算能價值計算確定價值分析確定價值分析的對象的對象運用最新科運用最新科技成果技成果價值分析的一般過程價值分析的一般過程選出最佳設(shè)計選出最佳設(shè)計方案方案對現(xiàn)有的功對現(xiàn)有的功能原理和方能原理和方法進(jìn)行革新法進(jìn)行革新達(dá)到提高產(chǎn)達(dá)到提高產(chǎn)品價值的最品價值的最終目的終目的工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 相似設(shè)計相似設(shè)計相似設(shè)計是相似性理論在機(jī)械領(lǐng)域的具體應(yīng)用，相相似設(shè)計是相似性理論在機(jī)械領(lǐng)域的具體應(yīng)用，相似設(shè)計是工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。似設(shè)計是工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。 工程設(shè)計理論概述工程設(shè)計理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 對它進(jìn)行最佳對它進(jìn)行最佳方案的設(shè)計方案的設(shè)計 先選定某一檔先選定某一檔型號的產(chǎn)品為型號的產(chǎn)品為模型模型定出其材料定出其材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸尺寸 相似設(shè)計過程相似設(shè)計過程再通過相似性原理再通過相似