某大學(xué)設(shè)計概論期末總課件

1、設(shè) 計 概 論本課程：產(chǎn)品設(shè)計中的理論及方法。 -概念設(shè)計、 形體設(shè)計到制造過程.主要內(nèi)容：1功能分析及產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計 產(chǎn)品的機構(gòu)設(shè)計方法學(xué)；2機構(gòu)的組合方法；3設(shè)計評價； 4柔性制造系統(tǒng)的建模設(shè)計 柔性系統(tǒng)中的求解算法。包括資源規(guī)劃、機床 規(guī)劃、精良生產(chǎn)及并行工程5. 模糊理論與模糊規(guī)劃第一章 緒 論 1.1設(shè)計概念 人類的社會活動：圍繞物質(zhì)財富的創(chuàng)造和分配展開 1狹義的設(shè)計概念： 設(shè)計：將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足需求的技術(shù)系統(tǒng)活動。 技術(shù)系統(tǒng)活動 ：產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計或產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計中的一切活 動。 2廣義設(shè)計概念： 例1，設(shè)計是一種針對目標(biāo)問題的求解活動； 例2，設(shè)計是一種創(chuàng)造性的活動，創(chuàng)造前所未有的，

2、新穎而有益的東西。 設(shè)計是“一種構(gòu)思與計劃，以及把這種構(gòu)思與計劃通過一定的手段轉(zhuǎn)為視覺化的活動過程”。 涵蓋面更廣的概念：對發(fā)展過程的安排 對發(fā)展過程進(jìn)行的活動 發(fā)展過程：發(fā)展方向、程序、細(xì)節(jié)、要達(dá)到的目標(biāo)。 3創(chuàng)新是設(shè)計的靈魂設(shè)計目標(biāo)產(chǎn)品贏得市場產(chǎn)品的競爭力 ： 性能使用戶滿意； 開發(fā)周期最短； 成本最低； 無污染或污染被降低到最低的限度。“創(chuàng)新” 的含義： A.原創(chuàng)新：建立新理論、新方法，發(fā)明新機構(gòu)、新運動原理。 B.新產(chǎn)品創(chuàng)新 ：非圓齒輪：凸輪與齒輪的組合； 手機： 新型手機= 手機+電子記事本+網(wǎng)絡(luò)。 1.2設(shè)計過程及產(chǎn)品的開發(fā)過程1.設(shè)計的四個過程階段： 需求分析 構(gòu)思設(shè)計 結(jié)構(gòu)與精

3、度設(shè)計 制造過程設(shè)計2. 現(xiàn)代產(chǎn)品制造的特點： A. 創(chuàng)造設(shè)計過程長，制造過程縮短； B.由原來的滿足精度，經(jīng)久耐用的特點現(xiàn)代 的個性化、流行化的特征發(fā)展。3. 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的模式：反饋的閉環(huán)模式 2.1 功能概念及分析方法 2.2 功能原理與運動規(guī)律之間的關(guān)系2.3 運動規(guī)律與機構(gòu)組合的關(guān)系2.4 制定運動規(guī)律的原則和步驟 2.5 創(chuàng)新技法2.6 機構(gòu)組合時的基本原則及影響因素 2.7 按功能結(jié)構(gòu)矩陣設(shè)計運動簡圖 2.8.按機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性作機構(gòu)組合 第二章 功能分析與機構(gòu)設(shè)計2.1 功能概念及分析方法 產(chǎn)品設(shè)計的首要環(huán)節(jié)，將市場需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的抽象化性能1功能概念： 體現(xiàn)在產(chǎn)品實體上的效用性

4、能，包括： 效能、用途、作用、目的2功能定義的方法： 動詞+名詞 ：千斤頂頂起+重物，電池儲存+電能 定義功能需提取最本質(zhì)的性能，有助于引導(dǎo)新的構(gòu)思與產(chǎn)品3功能分析法 （1）總功能確定：通過比較輸入與輸出之間的差別定義總功能 （2）功能樹作功能分解：將功能分解為多個簡單功能元，通過對功能元的求解，得到機構(gòu)，最后得到總功能的求解方案 功能分解獲取機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)控制簡圖（3）功能分解的方法（目的手段） 將產(chǎn)品性能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按樹型結(jié)構(gòu)展開進(jìn)行功能分析2.2 功能原理與運動規(guī)律之間的關(guān)系 板材送料機構(gòu)都有三個操作：供料，取料與送料。但不同的機構(gòu)，原理不同，結(jié)構(gòu)也不同；原理相同，結(jié)構(gòu)也不同；功能原理：

5、 推力 摩擦 吸力 歸納：功能與運動規(guī)律之間的對應(yīng)關(guān)系 A功能與運動規(guī)律之間有對應(yīng)關(guān)系，這個映射關(guān)系實現(xiàn)機構(gòu)構(gòu)思中由功能設(shè)計向運動規(guī)律設(shè)計的轉(zhuǎn)化。B功能與運動規(guī)律之間為1 n的關(guān)系，即：單對多的關(guān)系。 （2）直線往復(fù)運動的機構(gòu)（水平） 圖2-7往復(fù)運動的機構(gòu) 歸納：運動規(guī)律與機構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系A(chǔ) 運動規(guī)律與機構(gòu)之間存在對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系能實現(xiàn)由運動規(guī)律到機構(gòu)設(shè)計的轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化實現(xiàn)了由設(shè)計構(gòu)思到實體產(chǎn)品之間的聯(lián)接。B運動規(guī)律與機構(gòu)之間為1n 的關(guān)系，即：單對多關(guān)系。 2功能原理、運動規(guī)律與機構(gòu)綜合之間的關(guān)系（1）功能與運動規(guī)律之間存在著對應(yīng)關(guān)系，運動規(guī)律與機構(gòu)之間存在著對應(yīng)關(guān)系；設(shè)計活動：從功

6、能分析運動規(guī)律分析機構(gòu)設(shè)計 過程轉(zhuǎn)化的有序性、邏輯性（2）兩個 1 n（單對多）關(guān)系 對于機構(gòu)設(shè)計，優(yōu)點：靈活性、多樣性、豐富多彩性，實現(xiàn)用戶對產(chǎn)品的個性化與求異的心里需求。缺點：不同的功能組合構(gòu)成不同的機構(gòu)和不同的運動規(guī)律構(gòu)成不同的機構(gòu)這兩層1：N的關(guān)系，構(gòu)成設(shè)計的復(fù)雜性和分析評價的困難，各種因素難以把握，利弊難以平衡。 機構(gòu)綜合中的結(jié)構(gòu)類型選擇與機構(gòu)組合是機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵點和難點。2.4 制定運動規(guī)律的原則和步驟1步驟 （1）功能分析 將用戶使用要求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的一系列的有序操作動作 （2）運動規(guī)律分析 將復(fù)雜運動按某一性能指標(biāo)分解成若干個基本運行 （3）型選擇 a. 原理類型： b. 結(jié)構(gòu)類

7、型： （4）運動協(xié)調(diào)分析及協(xié)調(diào)設(shè)計 能完成要求的操作動作，滿足使用性能； 動作協(xié)調(diào)，無碰撞、干涉、過程平穩(wěn)。 2制定運動規(guī)律的原則 運動最簡原則及規(guī)律集最小原則 減少冗余環(huán)節(jié) 規(guī)律集最小 運動規(guī)律為簡單運動II結(jié)構(gòu)最簡原則 采用新機構(gòu)、新技術(shù) 采用簡單輪廓結(jié)構(gòu) 2.5 創(chuàng)新技法 1分析綜合法（1）分析成熟產(chǎn)品： 取簽 上膠 壓簽及貼簽 貼簽瓶的輸入與輸出（2）提取特征機構(gòu)，組合成設(shè)計機構(gòu) 2思維擴展性在已有成熟產(chǎn)品的機構(gòu)上作擴展設(shè)計，獲取新機構(gòu) 思維擴展法有兩個特點： （1）將多種技術(shù)綜合應(yīng)用； （2）在原有的機構(gòu)上，根據(jù)產(chǎn)品的新要求，延續(xù)構(gòu)思，創(chuàng)造出新機構(gòu)。2.6 機構(gòu)組合時的基本原則及影響

8、因素 1) 結(jié)構(gòu)最簡原則 選取的基本機構(gòu)，減小加工誤差與加工累積誤差對產(chǎn)品性能的影響。 2）機械效益最大原則 3）機構(gòu)效率最大的原則 4）獲得較大的傳動角 原則 5）機構(gòu)動力源因素動力源有多種形式：電能、電磁能、氣能、液壓、 波能 量能轉(zhuǎn)換形式電動機、氣、液壓機構(gòu) 6）動載荷最小原則 高速機構(gòu)，力爭: 平衡慣性力,平衡慣性力矩 重載機構(gòu)也要有平衡慣性力,平衡慣性力矩 措施是： 機構(gòu)取對稱結(jié)構(gòu)，重力矩自行平衡 機構(gòu)最有利于重力平衡2.7 按功能結(jié)構(gòu)矩陣設(shè)計運動簡圖 一、設(shè)計原理與過程 1.原理 功能運動規(guī)律機構(gòu)之間存在的映射關(guān)系 分解與組合完成 矩陣的手段 2功能結(jié)構(gòu)矩陣設(shè)計過程 1）功能分類，

9、用圖形符號表示 2）作功能分解 按關(guān)聯(lián)樹組成功能結(jié)構(gòu)矩陣； 3）作原型選擇，即：基本機構(gòu)選擇； 4）組合成機構(gòu)，并構(gòu)造多個方案； 5）分析比較，選出最佳方案 圖2-20 關(guān)聯(lián)數(shù)圖二、示例 設(shè)計一個鍛壓設(shè)備，它采用電動機作為動力源，要求鍛壓部件（鍛頭）作上下往復(fù)運動，鍛造出高精度的毛坯。（1）功能分解分析：電機旋轉(zhuǎn)，鍛壓頭上、下往復(fù)運動，機構(gòu)應(yīng)有：A. 運動形式變換功能，將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動；B. 驅(qū)動力放大功能 C. 鍛壓頭作上、下往復(fù)運動 方向變換的功能 （2）建立功能機構(gòu)矩陣(343 )（3）構(gòu)造機構(gòu)方案 構(gòu)造機構(gòu)注意三項原則： a. 組合的可能性原則，相關(guān)點的運動要一致； b. 組合的

10、有效性原則 組合后運動不干涉，保證運動范圍，滿足運動精度要求；c. 構(gòu)件的輪廓應(yīng)有可加工性。 （4）分析比較，確定最佳方案 結(jié)論：依據(jù)設(shè)計要求，選出方案A 圖2-21 運動簡圖篩選方案 2.8.按機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性作機構(gòu)組合1.單自由度機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)與運動副的配置1）不同運動符的構(gòu)件類型及構(gòu)件數(shù)代號二極桿：一個構(gòu)件上有兩個鉸接點； 三極桿：一個構(gòu)件上有三個鉸接點；四級桿：一個構(gòu)件上有四個鉸接點； 若： ：二極桿的構(gòu)件數(shù) ：三極桿的構(gòu)件數(shù) ：四極桿的構(gòu)件數(shù) ：n極桿的構(gòu)件數(shù) N ：機構(gòu)的總件數(shù)2） 單自由度機構(gòu)中不同運動副的構(gòu)件的配置 （2-5）四桿機構(gòu) ：只有一種配置方案； ； 六桿機構(gòu) ：有兩種配

11、置方案: 有效配置案一種，構(gòu)成兩種運動鏈 即為：瓦特鏈 斯蒂芬鏈八桿機構(gòu) ：具有三種配置方案 構(gòu)成16種運動鏈圖 圖2-22 六桿機構(gòu)的運動鏈圖 圖2-23 八桿機構(gòu)的運動鏈圖 2運動鏈圖及機構(gòu)的生成法運動鏈圖：去掉機構(gòu)中構(gòu)件的工程（功能）含義，只保留構(gòu)件之間的聯(lián)接關(guān)系，所構(gòu)成的連接結(jié)構(gòu)圖稱為運動鏈圖。例4. 按步行機構(gòu)的軌跡，用6桿機構(gòu)設(shè)計步行機構(gòu) 圖2-24 步行機構(gòu)軌跡圖 圖2-25 瓦特鏈的倒置機構(gòu)圖2-26斯蒂芬鏈鏈的倒置機構(gòu)4圖2-27 選出的步行機構(gòu) 圖2-28 機構(gòu)變異 3基本結(jié)構(gòu)變異 （1）轉(zhuǎn)動副變異成移動副 演化原理：構(gòu)件桿長變?yōu)?時， 構(gòu)件：轉(zhuǎn)動副移動副。 （2）低副變異

12、為高副 變異原理：變異前、后各構(gòu)件之間的拓?fù)潢P(guān)系保持不變。 二極桿高副配合面圖2-29機構(gòu)變異（4桿機構(gòu)的低副變高副）4.瓦特鏈的代換過程 圖2-30瓦特鏈的低副變高副5.斯蒂芬鏈的代換過程 圖2-31斯蒂芬鏈的低副變高副第三章 機構(gòu)的組合方式 3.1 機構(gòu)的組合方法分類 1.機構(gòu)的組合類別 2. 以連接特征的分類類別 3.2 機構(gòu)的組合模式 1串聯(lián)組合模式 2并聯(lián)組合模式 3反饋組合模式 4運載機構(gòu) 5時序組合機構(gòu) 3.1 機構(gòu)的組合方法機構(gòu)的組合類別與分類的特征有關(guān)有兩種分類方法： A. 以幾何特征分類 B. 以連接特征分類 1.以幾何特征分類： 多桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu).圖3-1 組

13、合機構(gòu)圖3-2 串聯(lián)組合機構(gòu)2以連接特征為主的分類 主要以兩個或多個基本機構(gòu)組合時的連接方式為特征： 串聯(lián)、并聯(lián)、反饋、運載、時序組合（順序控制） 3.2 機構(gòu)的組合模式 1串聯(lián)組合模式 2并聯(lián)組合模式 3反饋組合模式 4運載機構(gòu) 5時序組合機構(gòu)1串聯(lián)組合模式1）固結(jié)式串聯(lián)： 前一機構(gòu)輸出桿與后一機構(gòu)的輸入桿為公共桿。2）軌跡點串聯(lián)： 前一輸出機構(gòu)通過連桿上的一點將運動傳給后一輸入機構(gòu)。 圖3-3軌跡點串聯(lián)2并聯(lián)組合模式1）以差動輪系為基礎(chǔ)機構(gòu)的并聯(lián)機構(gòu) 圖3-4差動輪系的并聯(lián)機構(gòu)圖3-5差動齒輪并聯(lián)組合機構(gòu)2）以差動齒輪為基礎(chǔ)機構(gòu)并聯(lián)組合機構(gòu)3）摩擦輪為基礎(chǔ)機構(gòu)的并聯(lián)組合機構(gòu) 圖3-6摩擦輪

14、的并聯(lián)組合機構(gòu) 4）十字滑架為基礎(chǔ)機構(gòu)的并聯(lián)組合機構(gòu) 圖3-7十字滑架的并聯(lián)組合3反饋組合模式反饋組合：輸出通過一個機構(gòu)又返回給輸入，聯(lián)接輸出與輸入的機構(gòu)是反饋構(gòu)件。1）齒輪副與搖桿機構(gòu)為反饋構(gòu)件的機構(gòu)圖3-8 齒輪副與搖桿機構(gòu)為反饋構(gòu)件的機構(gòu)2）凸輪副為反饋構(gòu)件的機構(gòu)圖3-9凸輪副為反饋構(gòu)件機構(gòu) 3）齒輪副與摩擦輪為反饋構(gòu)件的反饋機構(gòu)圖3-10齒輪副與摩擦輪為反饋件的機構(gòu)4運載機構(gòu)運載機構(gòu)：后一個機構(gòu)的運動是在前一個機構(gòu)運動的基礎(chǔ)上疊加而成。組合結(jié)構(gòu)按層次疊加。 圖3-11電動飛馬運載機構(gòu)圖3-12機器手運載機構(gòu)4運載機構(gòu)圖3-13電扇運載機構(gòu)5時序組合機構(gòu) 按各個構(gòu)件的操作運動的時間順序依

15、次連接各個組成元件，因此，前一機構(gòu)的運動總是被累加到后一構(gòu)件的運動上去。同時，后一構(gòu)件的啟動由前一機構(gòu)的運動決定。實質(zhì)上它是一種實現(xiàn)順序控制的機構(gòu)。連接：操作時間順序運動：前者運動累加到后者運動之上 后者的啟動由前者的運動來決定圖3-14時序組合機構(gòu) 設(shè)計評價：是一種反饋設(shè)計的方法 設(shè)計構(gòu)思階段 多中選優(yōu) 選出最佳方案 形體設(shè)計過程 與工藝規(guī)劃同步進(jìn)行 ， 剔除設(shè) 計缺陷 ，使設(shè)計對制造完善。評價方法按其基本原理可分為三類 ： 簡單評價法、實驗評價法、數(shù)學(xué)評價法 簡單評價法：數(shù)據(jù)作統(tǒng)計 量化比較排列選出對首數(shù)學(xué)評價法 ：某種算法不確定量量化邏輯推理結(jié)論 技術(shù)-矩陣法、模糊評價法、層次分析評價法第四章 設(shè)計評價方法內(nèi)容：4.1 評價目標(biāo)及目標(biāo)權(quán)值4.2 簡單評價法 4.3 評分法4.4 技術(shù)-經(jīng)濟評價法 4.5 模糊評價法 4.1 評價目標(biāo)及目標(biāo)權(quán)值1.評價目標(biāo)：目標(biāo) 評價依據(jù)（評價準(zhǔn)則