現(xiàn)代設計方法

現(xiàn)代設計方法第1頁/共149頁第一章作業(yè)（P12）1-11-2簡述設計的類型1-3第2頁/共149頁課程考核“N+2”考核方式：N指平時考核，含考勤5（5次，10分）、小論文（1篇，14分）、作業(yè)（8次，16分）2—1指讀書筆記或心得體會（20分，第14周前交），內(nèi)容含：教材重點內(nèi)容摘抄、疑難問題記錄及課后復習總結。2—2指期末考試（40分）。期末考試成績≦40分時，只記卷面成績。期末考試成績﹥40分時，按“N+2”比例折算。第3頁/共149頁一、概述1.主要研究內(nèi)容

設計方法學是用系統(tǒng)觀點研究產(chǎn)品的一般設計進程、設計規(guī)律、設計思維、工作方法、設計工具的綜合性學科。

對具體的產(chǎn)品設計而言，具有方法論的性質。目的是指導設計師應用先進的設計方法開發(fā)、創(chuàng)新，設計出高性價比的產(chǎn)品。2.主要研究對象設計對象：能夠實現(xiàn)一定技術過程的技術系統(tǒng)。設計進程：設定技術過程、劃定技術系統(tǒng)邊界、功能分解及求解。設計評價：多目標優(yōu)化規(guī)劃——最佳設計方案的確定。設計思維：激發(fā)、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的能力和方法。設計工具：信息集約——Database，調(diào)用、參考?，F(xiàn)代設計理論和方法應用：完善方法論，推廣、應用。第4頁/共149頁二、技術系統(tǒng)及其確定1.一般性定義技術系統(tǒng)：針對作業(yè)對象,完成某種技術過程的支持系統(tǒng)。作業(yè)對象：物料(Materiel)、能量(Energy)、信息(Information)。舉例：坯料是作業(yè)對象；加工中心是技術系統(tǒng)；加工是技術過程。2.技術過程的確定；5Steps分析作業(yè)對象及其轉換要求；確定實現(xiàn)轉換的工作原理；明確實現(xiàn)技術過程的環(huán)境和約束條件；確定主要技術過程和其他輔助過程；劃定技術系統(tǒng)的邊界（工作范圍）。第5頁/共149頁二、技術系統(tǒng)及其確定3.技術系統(tǒng)的功能單元技術系統(tǒng)所具有的功能，是完成技術過程的根本特性。作業(yè)單元：轉換的實現(xiàn)；控制單元：采集、處理并輸出控制信息；動力單元：能量的轉換、傳遞、分配；檢測單元：反饋信息；結構單元：系統(tǒng)各部分的聯(lián)接、支承。4.其他環(huán)節(jié)信息集約：產(chǎn)品生命周期相關環(huán)節(jié)所需信息的集成、分配、共享；調(diào)研預測：市場、技術、社會環(huán)境、企業(yè)內(nèi)部；設計可行的依據(jù)；可行性報告：系統(tǒng)化產(chǎn)品設計的初步開發(fā)依據(jù)。第6頁/共149頁技術系統(tǒng)物料能量信息物料’能量’信息’伴生輸出伴生輸入輸入輸出加工中心的功能構成第7頁/共149頁三、系統(tǒng)化設計：以機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設計為例功能原理設計根據(jù)需要制定機械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術手段，確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作運動規(guī)律設計通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，決定采用何種運動規(guī)律來實現(xiàn)工作原理執(zhí)行機構型式設計決定選擇何種機構實現(xiàn)給定的運動規(guī)律執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設計執(zhí)行機構型式設計根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機構應當如何協(xié)調(diào)配合，設計出機械運動循環(huán)圖確定各執(zhí)行機構的運動尺寸，繪制出各執(zhí)行機構的運動簡圖運動和動力分析檢驗執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運動要求和動力性能方面的要求方案評價與決策對方案進行定性評價和定量評價并從中選出最佳設計方案第8頁/共149頁三、系統(tǒng)化設計1.執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計功能原理的選擇與構思

產(chǎn)品的功能產(chǎn)品的用途、性能、使用價值等，根據(jù)生產(chǎn)或生活需要提出。

確定功能指標的考慮因素先進性可行性經(jīng)濟性

功能原理設計的重要性決定產(chǎn)品的技術水平、工作質量、傳動方案、結構型式、制造成本等。第9頁/共149頁三、系統(tǒng)化設計1.執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計功能原理設計的多方案性工作原理不同，運動方案也不同齒輪加工剃齒范成原理仿形原理工作原理相同，運動方案不同齒輪加工插齒滾齒第10頁/共149頁三、系統(tǒng)化設計1.執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計確定方案確定方案時應注意兩點：⑴用最簡單的方法實現(xiàn)同一功能。⑵注意光、機、電、流體等知識的綜合運用。設計一臺彩色電視機陰極盤用的金屬片的沖裁機器，圓片直徑10mm，厚度0.8mm。100.8功能分解

送料沖制退回第11頁/共149頁1.執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計確定方案

光、機、電、流體等知識的綜合運用舉例指針瑪瑙支撐K向刀口活動游標

圖示分析天平，要求精度達到0.01g，但靠目力讀指針的微小偏角已不可能?；顒佑螛斯庠赐哥R讀數(shù)窗

增加了一級光學放大鏡，將讀數(shù)放大。第12頁/共149頁1.執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計功能分析和功能元求解總功能功能元解功能原理方案最佳功能原理方案明確任務黑箱法功能樹創(chuàng)造技法形態(tài)學矩陣評價法功能元

功能分析法將機械產(chǎn)品的總功能分解成若干功能元，求解功能元，將其組合，得到滿足總功能要求的多種解決方案供評價選擇。第13頁/共149頁2.執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計

工藝動作分解和運動方案選擇刀具作復合運動刀具與工作臺分別運動

運動規(guī)律設計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。立式鉆床工藝動作分解第14頁/共149頁直線運動曲線運動復合運動往復擺動執(zhí)行構件運動形式回轉運動每分鐘轉數(shù)rpm由兩個以上單一運動合成間歇轉動停歇往復直線運動停歇單向直線運動沿可變曲線運動連續(xù)轉動沿固定曲線運動往復直線運動每分鐘轉位次數(shù)、轉角大小、運動系數(shù)每分鐘擺動次數(shù)、轉角大小、行程速度變化系數(shù)每分鐘行程數(shù)、大小、行程速度變化系數(shù)每次進給量的大小每循環(huán)停歇次數(shù)、位置、時間、行程大小和工作速度2.執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計

工藝動作分解和運動方案選擇第15頁/共149頁3.執(zhí)行機構的型式設計

設計原則

滿足執(zhí)行構件的工藝動作和運動要求盡量簡化和縮短運動鏈盡量減小機構尺寸選擇合適的運動副形式

考慮動力源的形式使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動力特性使機械具有調(diào)節(jié)某些運動參數(shù)的能力保證機械的安全運轉第16頁/共149頁3.執(zhí)行機構的型式設計

機構選型目的：選擇或創(chuàng)造出滿足執(zhí)行構件運動和動力要求的機構。舉例：傳遞連續(xù)轉動的機構嚙合傳動機構

連桿機構傳遞連續(xù)轉動機構摩擦傳動機構

摩擦輪傳動

蝸桿傳動鏈傳動齒輪傳動平行四邊形機構雙曲柄機構帶傳動第17頁/共149頁4.執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設計

設計原則

滿足各執(zhí)行機構動作先后的順序性要求滿足各執(zhí)行機構動作在時間上的同步性要求滿足各執(zhí)行機構在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求滿足各執(zhí)行機構在操作上的協(xié)同性要求各執(zhí)行機構的動作安排要有利于提高勞動生產(chǎn)率各執(zhí)行機構的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)各執(zhí)行機構的布置要有利于系統(tǒng)效率的提高第18頁/共149頁4.執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設計

協(xié)調(diào)配合示例執(zhí)行構件動作的協(xié)調(diào)配合

送料機構將原料送入模孔上方后，沖頭進入模孔進行沖壓沖頭上移一段距離后，進行下次送料動作折疊包裝機構的兩個執(zhí)行構件

兩個構件不能同時位于區(qū)域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構件餅干32包裝紙4右折邊構件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構件左折邊構件MBA第19頁/共149頁5.方案評價與決策

評價指標系統(tǒng)功能

實現(xiàn)運動規(guī)律或運動軌跡、工藝動作的準確性運動性能

運轉速度、行程可調(diào)性、運動精度等動力性能

承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音等工作性能

效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性、適用范圍等經(jīng)濟性

加工難易、能耗大小、制造成本等緊湊性

尺寸、重量、結構復雜性等第20頁/共149頁5.方案評價與決策

評價方法

針對評價目標中各個項目，選擇一定的評分標準和總分計分法對方案的優(yōu)劣進行評價。建立評價體系選擇評分方法選擇評分標準對各個項目進行評分選擇總分計分法，計算總分選取高分者為優(yōu)選方案第21頁/共149頁5.方案評價與決策

總分計分法

方法公式特點分值相加法

將n個評價目標評分值簡單相加，計算簡單、直觀分值連乘法將n個評價目標評分值相乘，使各方案總分差拉開，便于比較均值法將相加所得結果除以評價目標系數(shù)，結果直觀相對值法將均值法所得結果除以理想值，使Qi1，可看出與理想值的差距加權計分法(有效值法)

將各項評分值乘以加權系數(shù)后相加，考慮了各評價目標的重要程度第22頁/共149頁5.方案評價與決策

評價結果的處理入選方案數(shù)設計階段評價準則結果處理1最后階段合理已得到最佳方案，設計結束可改進重新決定評價準則，再作評價中間階段合理評價結束，轉入下一階段多于1最后階段合理增加評價項目或提高評價要求再作評價中間階段需改進若入選數(shù)太多，按上述方案改進準則再作評價合理將入選方案排序，轉入下一設計階段0任何階段可改進放寬評價要求，再作評價合理待評設計方案質量不高需再設計第23頁/共149頁三、系統(tǒng)化設計6.典型系統(tǒng)化設計的綜合過程并行設計組技術、經(jīng)濟社會目標評價最優(yōu)方案信息集約調(diào)研預測可行性報告功能分析功能元求解方案綜合組合方案第24頁/共149頁四

、評價決策概述評價目標評價方法評分法技術——經(jīng)濟評價法模糊評價法設計中的決策第25頁/共149頁一、概述1.工程設計的三個特點：約束性、多解性、相對性設計結果的多方案性對設計方案進行評價根據(jù)評價結果進行決策第26頁/共149頁2、評價的類型評價方案的完善程度評價解答方案與所提問題的相符程度評定最優(yōu)解答方案評定某項特性的最優(yōu)值第27頁/共149頁3.評價過程中的幾項主要工作選定評價準則。如：成本低、壽命長、結構簡單、可靠性高等等為評價準則選定度量尺度。即評價好壞的標準確定評價對象有關各項準則的價值。即按預定度量尺度對評價對象進行評定對各單獨評價值進行合成，以便對評價對象做出總的比較第28頁/共149頁4、評價的意義評價是決策的基礎和依據(jù)方案評價是提高產(chǎn)品質量的首要前提方案評價有利于提高設計人員的素質，形成合理的知識結構第29頁/共149頁5、評價的內(nèi)容技術評價：性能指標、可靠性、有效性、安全性、操作性、保養(yǎng)性、能源消耗等經(jīng)濟評價：成本、利潤、實施費用、經(jīng)營周期（方案的適用周期）、資金回收期等社會評價：政策、環(huán)保、資源利用等等第30頁/共149頁二、評價目標評價標準或評價指標1、評價的指標體系投資費用指標使用費用指標勞動生產(chǎn)率提高指標產(chǎn)品成本降低指標時間因素指標質量、品種改善指標勞動條件改善指標特定效益指標耗費性指標效益性指標指標體系定量指標定性指標經(jīng)營費用指標投資額指標效果系數(shù)指標第31頁/共149頁2、評價目標樹ZZ1Z2Z11Z12Z21Z22Z111Z112Z121Z121Z211Z212Z213總目標一級子目標二級子目標三級子目標第32頁/共149頁目標樹與加權系數(shù)第33頁/共149頁3、目標重要性系數(shù)（加權系數(shù)）加權系數(shù)是反映評價目標重要程度的量化系數(shù)，加權系數(shù)越大，重要程度越高；加權系數(shù)通常進行歸一化處理。即：加權系數(shù)的確定方法：經(jīng)驗法判別表計算法根據(jù)經(jīng)驗人為地確定各評價目標的加權系數(shù)第34頁/共149頁比較目標1比較目標2比較目標3……評價目標1—評價目標2—評價目標3—……—比較目標評價目標判別計算表第35頁/共149頁常用評價法評分法技術—經(jīng)濟評價法模糊評價法第36頁/共149頁（一）、評分法具體方法：用分值作為衡量方案優(yōu)劣的尺度，對多個評價目標，則先分別對各目標進行評分，經(jīng)過處理后再求得方案的總分。分制：5分制，10分制，

（理想狀態(tài)最高分，不能用0分）評分函數(shù)曲線：三點定曲線法10分制012345678910不能用缺陷多較差勉強可用可用基本滿意良好很好超目標理想5分制012345不能用勉強可用可用良好很好理想第37頁/共149頁（一）、評分法4.多評價目標方案評價方法分值相加法分值相乘法加權記分法電池評分表評價目標成本電壓壽命總分加權系數(shù)0.20.30.5分值相加分值相乘加權分值相加方案評分A34.5411.5543.95B3.514.5915.753.25C54211403.2第38頁/共149頁評分值矩陣：加權總分值：第39頁/共149頁第40頁/共149頁課堂作業(yè)：用加權計分法對某種手表三種設計方案進行評價目標評價樹如下圖所示評價目標Z＝[計時防水防磁防震夜光外觀成本]三、各評價目標加權系數(shù)GG＝[0.30.10.050.10.050.20.2]第41頁/共149頁第42頁/共149頁計分方法和評價標準012345…10不能用缺陷較差勉強可用基本滿意…理想方案評價目標計時防水防磁防震夜光外觀成本1988909928788777377870910手表評分結果第43頁/共149頁第44頁/共149頁對方案進行技術評價——求方案的技術分值1、技術評價確定評價目標確定評價指標技術分值總評確定各目標的技術分值理想方案技術分值=1可選方案技術分值>=0.65（二）技術—經(jīng)濟評價法第45頁/共149頁2、經(jīng)濟評價對方案進行經(jīng)濟評價——求方案的經(jīng)濟價H——實際制造成本，包括材料費、工資費、管理費等（估算值）H2——允許制造成本（<市場最低價格）H1——理想制造成本（=0.7H2

）理想方案經(jīng)濟價=1可行方案經(jīng)濟價>=0.7第46頁/共149頁1)求總價值3、技術——經(jīng)濟綜合評價直線法：拋物線法：第47頁/共149頁2)作優(yōu)度圖可選方案11開發(fā)線0.70.65wewt第48頁/共149頁例2－2高速專用磨床主軸軸承技術經(jīng)濟評價第49頁/共149頁技術評價第50頁/共149頁經(jīng)濟法評價第51頁/共149頁技術經(jīng)濟總價（相對價）W1=(Wt1Ww1)0.5 =0.676W2=(Wt2Ww2)0.5 =0.632W3=(Wt3Ww3)0.5 =0.605第52頁/共149頁3作價值剖面圖(一般只對兩個較優(yōu)方案)方案1方案2第53頁/共149頁4、技術——經(jīng)濟綜合評價步驟初選方案建立目標樹，確定評價目標

確定重要性系數(shù)，評分

技術價

經(jīng)濟價

總價值

將，填入優(yōu)度圖初步剔除

剔除

剔除分析數(shù)據(jù)，提出改進措施，消除薄弱環(huán)節(jié)

決策第54頁/共149頁1、模糊、模糊集合、模糊隸屬度、隸屬函數(shù)天氣冷熱雨的大小風的強弱人的胖瘦年齡大小個子高低模糊的概念(三)模糊評價法第55頁/共149頁模糊集合、隸屬函數(shù)、隸屬度模糊集合：如果是對象x的集合，則的模糊集合：精確集合（非此即彼）：A={X|X>6}精確集合的隸屬函數(shù)：第56頁/共149頁隸屬度：某個對象隸屬于或從屬于某個集合的程度。即隸屬函數(shù)對于某個對象的具體取值。求隸屬度的方法抽樣調(diào)查統(tǒng)計通過隸屬函數(shù)求隸屬度第57頁/共149頁常用形式的隸屬函數(shù)偏大型隸屬函數(shù)（S函數(shù)）常用于表示像年老、熱、高、濃等表示偏向大的一方的模糊現(xiàn)象。如：“年老”的隸屬函數(shù)可定義為：第58頁/共149頁偏小型隸屬函數(shù)（Z函數(shù)）常用于表示像年輕、冷、矮、淡等表示偏向小的一方的模糊現(xiàn)象。第59頁/共149頁中間型隸屬函數(shù)（函數(shù)）常用于表示像中年、適中、平均等趨于中間的模糊現(xiàn)象。第60頁/共149頁(三)模糊評價法2.步驟確定評價目標集：Y＝{y1,y2,…,yn}確定評價標準集：X={x1,x2,…,xm}確定加權系數(shù)集合：A＝{a1,a2,…,an}確定評模糊評價矩陣：RRij:第i個指標對評價集中第j個元素的隸屬度第61頁/共149頁(三)模糊評價法2.步驟確定綜合模糊評價集：比較決策：最大隸屬度原則：按每個方案的綜合評價集中的最高隸屬度確定方案的優(yōu)劣順序；排序原則：在評價矩陣中，同級（列）中按隸屬度高低排序。在幾個級中，按各級隸屬度之和的大小排序。第62頁/共149頁例2-3計算機管理系統(tǒng)的模糊評價計算機管理系統(tǒng)的目標情況

評價目標集B＝{投資，性能，周期性}第63頁/共149頁例2-3計算機管理系統(tǒng)的模糊評價計算機管理系統(tǒng)評價目標樹加權系數(shù)Q={0.2,0.55,0.25}第64頁/共149頁例2-3計算機管理系統(tǒng)的模糊評價對投資的隸屬度

評價集P＝{優(yōu)，中，差}第65頁/共149頁例2-3計算機管理系統(tǒng)的模糊評價綜合模糊評價矩陣五、綜合模糊評價（取大取小法）Z1=QR1=(0.55, 0.13, 0.2)Z2=QR2=(0.2, 0.55, 0.2)Z3=QR3=(0.2, 0.3, 0.55)第66頁/共149頁例2-3計算機管理系統(tǒng)的模糊評價五、綜合模糊評價（乘加運算法P23）Z1=QR1=(0.788, 0.066, 0.146)Z2=QR2=(0.1375, 0.73, 0.1325)Z3=QR3=(0.26, 0.235, 0.505)第67頁/共149頁模糊評價法作業(yè)題2-7試用模糊評價法對家用洗衣機進行評價選優(yōu)。三種被評為價的洗衣機分別為滾筒式洗衣機（T），波輪式洗衣機（L），攪拌式洗衣機（J）.(1)評價目標加權系數(shù)矩陣：A=[0.2,0.1,0.3,0.1,0.1,0.1,0.1]第68頁/共149頁模糊評價法(2)對三種洗衣機進行模糊評價評價目標集：Y＝{y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7}={洗凈度，損衣度，價格，耗水量，耗電量，外觀，噪聲}加權系數(shù)矩陣：A=[0.2,0.1,0.3,0.1,0.1,0.1,0.1]評價標準集：X＝{x1,x2,x3,x4}={優(yōu)，良，中，差}三種洗衣機的模糊評價矩陣：第69頁/共149頁模糊評價法例第70頁/共149頁模糊評價法(2)對三種洗衣機進行模糊評價評價目標集：Y＝{y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7}={洗凈度，損衣度，價格，耗水量，耗電量，外觀，噪聲}評價標準集：X＝{x1,x2,x3,x4}={優(yōu)，良，中，差}三種洗衣機的模糊評價矩陣：RT,RL,RJ加權系數(shù)矩陣：A=[0.2,0.1,0.3,0.1,0.1,0.1,0.1]用乘法進行矩陣合成：BT=A·RT=[0.21,0.3,0.41,0.08]BL=A·RL=[0.27,0.55,0.16,0.02]BJ=A·RJ=[0.21,0.48,0.31,0](三)決策方案J、L總評為良，方案T總評為中，三者排序為L、J、T第71頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法

為什么要創(chuàng)新？

激烈的市場競爭；

對新市場機遇的快速反映；

產(chǎn)品質量和性能的提高；

設計信息的復用。

創(chuàng)新三要素有效的創(chuàng)新方法希望打破“常規(guī)”的人廣博的技術知識實現(xiàn)創(chuàng)新!第72頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法第73頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法

創(chuàng)造性人才必備的條件創(chuàng)造性人才創(chuàng)造者個性品質創(chuàng)造學知識及發(fā)明原理創(chuàng)造思維能力基礎領域知識創(chuàng)造技能學習精神合作精神結構特性奉獻精神獨立精神知識能力綜合創(chuàng)造能力創(chuàng)造技法第74頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法1.機械現(xiàn)代設計與創(chuàng)造性思維的特點機械現(xiàn)代設計的特點

從經(jīng)驗積累上升至系統(tǒng)理論，更具科學性；

從應用力學體系發(fā)展至多學科系統(tǒng)工程，更具綜合性；

從指導思想、設計技法和物質手段，充分體現(xiàn)了最新的科學技術成就，更具創(chuàng)造性；“綠色機器”是機械現(xiàn)代設計追求的目標。創(chuàng)造性思維的特點

獨特性

多向發(fā)散性

非邏輯性

綜合性第75頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介數(shù)字化的表現(xiàn)形式產(chǎn)品數(shù)字化設計數(shù)字化制造數(shù)字化消費數(shù)字化服務數(shù)字化信息數(shù)字化知識數(shù)字化第76頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介數(shù)字化的優(yōu)勢（1）虛擬表示，便于模擬、再現(xiàn)、認識自然界的物與現(xiàn)象（2）處理快速，便于分析、處理、解決問題（3）信息復用，便于積累、創(chuàng)新、發(fā)展（4）資源共享，便于遠程、異地、實時共享統(tǒng)一資源（5）零距溝通，便于縮短人與人之間交流的距離第77頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介數(shù)字化的優(yōu)勢:數(shù)控技術的發(fā)展示例隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)控技術不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，使其朝著下述方向發(fā)展。運行高速化加工高精化控制智能化功能復合化交互網(wǎng)絡化第78頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介數(shù)字化的優(yōu)勢:數(shù)控技術的發(fā)展示例LinearMotor高效加工中心上達到90m/min的快移速度和1g的加速度。直線電機作為高效驅動元件正被廣為應用，尤其在激光切割和高速加工中。第79頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介數(shù)字化的優(yōu)勢:數(shù)控技術的發(fā)展示例

電主軸實際是指電主軸系統(tǒng)，由電主軸、驅動控制器、編碼器、潤滑裝置、冷卻裝置等組成。與傳統(tǒng)的機床傳動系統(tǒng)相比,其優(yōu)勢十分明顯:

主軸由內(nèi)裝式電機直接驅動，省去了皮帶、齒輪、聯(lián)軸節(jié)等中間變速和傳動裝置，具有結構簡單緊湊、效率高、噪聲低、振動小和精度高等特點。而且利用交流變頻技術，電主軸可以在額定轉速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，以適應機床工作時各種工況和負載變化的需要。SpindleMotor第80頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介數(shù)字化的優(yōu)勢:數(shù)控技術的發(fā)展示例高速加工：控制、伺服驅動、主軸、刀具、軸承、導軌、絲杠、卡盤、夾具、冷卻SpindleMotor第81頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介國外的發(fā)展英國就以國家政策和財力支持發(fā)展新技術德國提出“設計就是科學”，且設計學的發(fā)展初具規(guī)模美國也迅速成立“設計委員會”日本把設計看作是技術、經(jīng)濟、美學和人機學一體化整體自二十世紀中期

國際上每年召開一次與創(chuàng)新設計有關的年會第82頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介國內(nèi)的發(fā)展60年代90年代至今經(jīng)驗設計仿生設計實驗室研究計算機設計80年代計算機分析70年代第83頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.數(shù)字化創(chuàng)新設計簡介基于網(wǎng)絡的創(chuàng)新設計INTERNET市場分析、營銷規(guī)劃組

網(wǎng)絡決策

平

臺需求分析產(chǎn)品方案產(chǎn)品報告市場營銷產(chǎn)品生產(chǎn)售后服務功能分析、結構方案組造型分析、造型方案組質檢分析、質檢方案組技術分析、技術報告組生產(chǎn)分析、生產(chǎn)規(guī)劃組成本分析、經(jīng)濟報告組政策分析、經(jīng)濟報告組供應商銷售商用戶企業(yè)聯(lián)盟第84頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法基于實例的創(chuàng)新設計DBMS提出性能指標推理初步設計改型定型經(jīng)驗、歷史設計專家知識庫工藝標準推理規(guī)則第85頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法知識庫設計資料庫標準件庫產(chǎn)品信息庫創(chuàng)新設計系統(tǒng)基礎庫第86頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法標準件建庫工具集知識庫建庫工具流程管理工具設計資源管理工具二次開發(fā)工具集創(chuàng)新設計工具集第87頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法概念設計方案的生成功能單元的結構設計產(chǎn)品裝配設計詳細設計改良設計優(yōu)化設計創(chuàng)新設計系統(tǒng)功能第88頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法國內(nèi)外著名的數(shù)字化設計制造系統(tǒng)UGS的CAX/PDM全集成制造系統(tǒng)CATIA的集成制造系統(tǒng)Pro/E的集成制造系統(tǒng)國內(nèi)的CAX集成制造系統(tǒng)第89頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法數(shù)字化創(chuàng)新設計案例UGS的創(chuàng)新設計

第90頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法

數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的集成

Data&System

功能集成Functions、過程集成Process、信息集成Information、企業(yè)集成EnterpriseUGS的CAX/PDM全集成制造系統(tǒng)第91頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法航空的產(chǎn)品過程設計技術第92頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法工程分析CAE與設計CAD

全相關第93頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法優(yōu)化Optimization第94頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法動態(tài)虛擬大裝配技術第95頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法數(shù)字樣機的虛擬可視環(huán)境VisProducts第96頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法創(chuàng)新設計結果第97頁/共149頁四、創(chuàng)新思維與技法2.部分創(chuàng)新技法簡介方法名稱方法的主要特點方法的主要目的特性列舉法將事物按名詞、形容詞、動詞分解為三方面特性，將每類特性加以改變或延拓化整為零，逐個研究改進組合創(chuàng)新法按一定技術原理，將兩個或多個功能元素合并，形成新產(chǎn)品、新工藝、新材料產(chǎn)生新功能缺點列舉法挑事物的毛病，提出改進設想追求完滿，追求卓越智爆法集合3~5人，根據(jù)議題自由暢談，不準批評，尋求創(chuàng)意以量求質設問探求法根據(jù)多項創(chuàng)造性的提問，進行分項檢核，尋求創(chuàng)意幫助人們廣思，思考方向和目標明確聯(lián)想類比法通過比較，借助原有知識，在異中求同，在同中求異分析兩事物的相同或相似點，由此及彼第98頁/共149頁2.部分創(chuàng)新技法簡介方法名稱方法的主要特點方法的主要目的635法6人參加，每次每人寫3個設想，5分鐘一個單元，看過別人的設想后，再修正和補充3個設想…以筆代口，相互激勵，短時間內(nèi)可產(chǎn)生較多的設想方案激智會法相互啟發(fā)，信息直接傳遞，需要方向引導發(fā)散思維，評出最優(yōu)設想付諸實施Delphi法問卷調(diào)查方式，專家獨立思考，逐步激勵交流長時間反復評價，獲取明確結果5W2H法適用于任何工作，可以突出其中任何一問試求創(chuàng)新構思分解法把事物分解或離散，使問題暴露出來，改進后重組便于抓住主要矛盾，尋求特色創(chuàng)意形態(tài)綜合法對創(chuàng)造對象進行因素分解，列出每個因素的全部形態(tài)(手段)，按組合原理形成眾多方案尋找盡可能多的解，從中選優(yōu)第99頁/共149頁五、設計實例：專門化數(shù)控磨床方案設計1.明確設計任務并行設計組調(diào)研預測5W2H法明確設計目標可行性報告2.方案設計功能識別：磨削經(jīng)過銑削并熱處理后的高硬度凸輪曲線。功能原理分析：分解至功能元，建立功能原理圖。功能元求解：列出功能載體形態(tài)矩陣，并求解。考慮最優(yōu)配置，組合為若干個原理方案。3.評價決策建立評價目標樹，運用評分法選擇最優(yōu)設計方案。第100頁/共149頁專門化數(shù)控磨床方案設計第101頁/共149頁第102頁/共149頁本章小結

設計方法學的性質、設計對象的定義

設計對象、技術系統(tǒng)、作業(yè)單元的概念

系統(tǒng)化設計的綜合過程:3個有機組成部分，并行設計組完成

機械現(xiàn)代設計的特點:科學性、創(chuàng)造性、綜合性、綠色機器

創(chuàng)造性思維的特點:5個方面

技術系統(tǒng)的組成單元第103頁/共149頁第二章作業(yè)（P35）2-12-22-32-52-6試按評分法示例另作一例及其解答2-7第104頁/共149頁突破思維定勢

創(chuàng)意-選題第105頁/共149頁第五屆全國大學生

機械創(chuàng)新設計大賽

習比學重要做比說可靠第106頁/共149頁主題為“幸福生活——今天和明天”內(nèi)容:休閑娛樂機械家庭用機械設計和制作第107頁/共149頁休閑娛樂機械；家庭用機械根據(jù)對日常生活所觀察到的或根據(jù)對若干年以后人們的生活環(huán)境和狀態(tài)的設想，設計并制作出能夠使人們的生活更加豐富、便利的機械裝置。第108頁/共149頁休閑娛樂機械；家庭用機械家庭用機械指“家用物件的清潔、整理、儲存和維護用機械”。休閑娛樂機械指“機械玩具、在家庭或校園內(nèi)所用的健康益智類娛樂機械”。第109頁/共149頁如何選題、切題愛因斯坦說過“提出一個問題往往比解決一個問題更重要”。好的選題是成功的一半要從“問題”中篩選“課題”；人類的“好奇心”是產(chǎn)生“問題”的心理源泉。怪異的三角形好奇分析？？第110頁/共149頁突破思維定勢

思維定勢（習慣性思維）是由人們先前的活動而造成的傾向性思維，在環(huán)境不變的條件下，思維定勢使人們能夠應用已掌握的方法迅速解決問題，在情境發(fā)生變化時，它則會妨礙人們采用新的方法進行創(chuàng)造性的工作；第111頁/共149頁思維：是一種復雜的心理現(xiàn)象，是人的大腦的一種能力。思維慣性：這次這樣解決了一個問題，下次遇到類似的問題或表面看起來相同的問題，不由自主地還是沿著上次思考的方向或次序去解決。思維定勢：思考同類或相似問題的慣性軌道，來自于心理定勢。過去的思維影響當前的思維，形成了固定的思維模式。思維定勢不利于創(chuàng)新思考，不利于創(chuàng)造。思維慣性和思維定勢合起來我們就稱為思維障礙。騎自行車?第112頁/共149頁思考題方輪自行車能騎嗎？有兩人能并排騎一輛自行車嗎？有仿騎馬奔騰效果的自行車嗎有橫騎自行車嗎有無把自行車嗎半輪自行車能騎嗎？第113頁/共149頁思維障礙的原因：知識貧乏無批判的學習迷信固執(zhí)與偏見習慣性思維水上自行車第114頁/共149頁水鳥水上自行車它既像彈簧高蹺，又像噴氣式滑雪橇。騎手駕駛它時，一邊手握前面的方向桿，一邊用腳在其后面的一個小小平臺上不停地上下跳躍，以推動水鳥前進。它沒有螺旋推進器，也沒有踏板，其推力整個來自此水鳥下的水翼。其速度可達30公里/小時。其機械設計是將駕駛者的跳躍動作轉變成對后翼的拍打動作，以此推動此水鳥前進。

第115頁/共149頁習慣性思維的原因態(tài)度、價值觀心理、知識背景過去經(jīng)驗……方輪自行車能騎嗎？第116頁/共149頁改變思維定勢的誤區(qū)創(chuàng)造性思維是一種天份，有些人有，有些人沒有。有仿騎馬奔騰效果的自行車嗎只要善于發(fā)掘，人人都有創(chuàng)造性思維，兩人能并排騎一輛自行車第117頁/共149頁仿騎馬奔騰效果的自行車其特點是車輪的圓心與軸心有一定的偏心距從而使自行車行駛時形成車身周期性的上下波浪起伏，騎車人猶如騎坐在奔馳的馬背上一樣

第118頁/共149頁改變思維定勢的誤區(qū)新點子策劃太難，要思維敏捷，不是一般人的能力所為無把自行車有意識的深思熟慮的積累才能創(chuàng)意無限第119頁/共149頁雨傘收納式餐桌這款餐桌的收納方式借鑒了雨傘的結構。由于桌面由多個扇形拼接而成，需要將其收起來時，就可以像折疊雨傘一樣，將桌子聚攏成一束。非常的節(jié)約空間。

家庭用機械第120頁/共149頁改變思維定勢的誤區(qū)“只有聰明人才有好主意?！?/p>

不可以忽略每一個小小的改進，小創(chuàng)意大發(fā)明不要鏈條傳動自行車第121頁/共149頁如何突破思維定勢勇于探