基于系統(tǒng)工程的綜合設(shè)計(jì)法在產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

綜合設(shè)計(jì)理論與方法

在產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院聞邦椿==綜合設(shè)計(jì)理論與方法在產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用==4/20/20231第一頁(yè)，共三十六頁(yè)?；谙到y(tǒng)工程的綜合設(shè)計(jì)理論與方法在產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

0、引言1、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量及功能與性能的含義2、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論與方法的分類(lèi)3、產(chǎn)品設(shè)計(jì)三個(gè)階段及7D總體設(shè)計(jì)規(guī)劃模型4、面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量的1+3+X綜合設(shè)計(jì)法

5、以非線(xiàn)性理論為基礎(chǔ)的深層次綜合設(shè)計(jì)法6、理論與方法的具體應(yīng)用00、結(jié)語(yǔ)4/20/20232第二頁(yè)，共三十六頁(yè)。0.引言0.1裝備制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位

裝備制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)主體，是富民強(qiáng)國(guó)之本，是推進(jìn)信息化的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),是科學(xué)技術(shù)的基本載體，是實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的主要舞臺(tái),是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)，是國(guó)防建設(shè)的“裝備部”，它決定著我國(guó)在國(guó)際分工中的地位。

我國(guó)是制造大國(guó),是世界工廠,但還不是制造強(qiáng)國(guó)。4/20/20233第三頁(yè)，共三十六頁(yè)。表1我國(guó)GDP與制造業(yè)工業(yè)增加值(表2)年份當(dāng)年價(jià)（億元）GDP制造業(yè)工業(yè)增加值制造業(yè)的比重（%）19526798913.0719783624127935.2919858964284031.681995584782057835.202000894423225536.0620021023983615135.304/20/20234第四頁(yè)，共三十六頁(yè)。圖1中德日美四國(guó)制造業(yè)增加值變化情況

4/20/20235第五頁(yè)，共三十六頁(yè)。0.2我國(guó)制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、機(jī)遇、威脅分析優(yōu)勢(shì)●較低的勞動(dòng)力成本●廣闊的潛在消費(fèi)市場(chǎng)●比較完善的制造業(yè)體系●經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康協(xié)調(diào)快速增長(zhǎng)●以改革開(kāi)放為核心的政府政策支持劣勢(shì)●技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱●市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)育不完善●國(guó)有企業(yè)總體活力不足●缺少具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型企業(yè)包括具有總承包能力的工程公司機(jī)遇●發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移步伐加快●以信息技術(shù)為代表的高技術(shù)與制造業(yè)的融合提供了制造業(yè)水平提升的機(jī)遇●城市化建設(shè)加快，人民生活水平和消費(fèi)能力持續(xù)提高威脅●資源短缺、水資源危機(jī)、生態(tài)環(huán)境惡化●國(guó)際貿(mào)易保護(hù)主義加劇，技術(shù)壁壘加重●龐大的人口帶來(lái)巨大的就業(yè)壓力●國(guó)內(nèi)市場(chǎng)與國(guó)際市場(chǎng)接軌，競(jìng)爭(zhēng)加劇4/20/20236第六頁(yè)，共三十六頁(yè)。0.3我國(guó)裝備制造業(yè)存在的不足

新中國(guó)成立50多年來(lái),我國(guó)制造業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,已取得了重大成就,目前我國(guó)已成為制造業(yè)的大國(guó)、世界制造工廠。但我國(guó)與制造強(qiáng)國(guó)相比還有較大差距。原因是多方面的，以下幾點(diǎn)應(yīng)引起重視：

(1)目前我國(guó)許多重大裝備還大量依賴(lài)進(jìn)口;(2)許多難度較大產(chǎn)品的質(zhì)量與性能與國(guó)外的相比,還有較大差距;(3)自主開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品還較少,有的還不能制造;(4)總的來(lái)看,產(chǎn)品的技術(shù)含量有待提高。

本世紀(jì)初我國(guó)正在依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，開(kāi)拓出一條發(fā)展制造業(yè)及通向制造強(qiáng)國(guó)之路。4/20/20237第七頁(yè)，共三十六頁(yè)。0.4應(yīng)該采取的措施

（1）掌握國(guó)內(nèi)外需求情況和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的切入點(diǎn)

（2）把握產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外的發(fā)展水平及國(guó)際前沿（3）建立強(qiáng)有力的產(chǎn)品研究和開(kāi)發(fā)的隊(duì)伍（4）在產(chǎn)品研發(fā)中開(kāi)展自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（5）創(chuàng)建試驗(yàn)研究的良好條件和環(huán)境

（6）重視產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中的五大要素（7）把提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量放到首要的地位

（8）采用先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論與方法4/20/20238第八頁(yè)，共三十六頁(yè)。

近幾年,我對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論與方法進(jìn)行了研究,提出了一種基于系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論與方法，該方法的特點(diǎn)是：以用戶(hù)需求為前提，以多科學(xué)的理論與技術(shù)的交叉融合為基礎(chǔ)，以科學(xué)發(fā)展觀的思想和產(chǎn)品自主創(chuàng)新思想做指導(dǎo)，以提高產(chǎn)品廣義質(zhì)量（五大要素）為目標(biāo)，以功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)、使用和制造性能設(shè)計(jì)的內(nèi)容，以功能優(yōu)化動(dòng)態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu)化和可視優(yōu)化及數(shù)字化為方法，提出了一種基于系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論與方法。

在我寫(xiě)的多部著作中已做了敘述:

(1)面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量的綜合設(shè)計(jì)理論與方法，科學(xué)出版社,2006(2)產(chǎn)品的全功能和全性能的綜合設(shè)計(jì)，共６本，機(jī)械工業(yè)出版社,2008,（已出版３本）4/20/20239第九頁(yè)，共三十六頁(yè)。

1、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量及功能與性能的含義

主功能轉(zhuǎn)變加工對(duì)象（被加工物件、物體或物質(zhì)）的幾何形態(tài)、物理狀態(tài)、化學(xué)組成、生理機(jī)能和進(jìn)行信息的傳輸與處理等工作。

輔助功能為實(shí)現(xiàn)基本功能需完成的輔助工作，例如，加工對(duì)象（物件、物體或物質(zhì)）的轉(zhuǎn)運(yùn)、裝卸和固定等；工作機(jī)構(gòu)需獲得所需的運(yùn)動(dòng)形式；系統(tǒng)需獲得所需的動(dòng)力；操縱指令信號(hào)的發(fā)出及執(zhí)行；工況信息的采集、測(cè)試與系統(tǒng)的控制等。運(yùn)動(dòng)傳輸信息傳輸能量傳輸物質(zhì)輸出指令傳遞能量輸入信息采集物質(zhì)輸入運(yùn)動(dòng)輸入指令輸入圖1產(chǎn)品的主功能與輔助功能1.1產(chǎn)品的主功能與輔助功能4/20/202310第十頁(yè)，共三十六頁(yè)。

1.1產(chǎn)品功能的內(nèi)涵及主要特性

圖2.2功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和對(duì)功能的要求及其主要特性圖2產(chǎn)品功能要求及主要特性1、結(jié)構(gòu)布置實(shí)現(xiàn)主、輔功能所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)2、機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)、2動(dòng)、工作機(jī)構(gòu)3、參數(shù)

幾何參數(shù)、工藝參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)4.系統(tǒng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、能量傳輸系統(tǒng)、指令輸入系統(tǒng)、狀態(tài)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)四項(xiàng)內(nèi)容用1、2、3、4加以概括4/20/202311第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。1.2產(chǎn)品的三大性能圖3現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的三大性能系統(tǒng)可靠性

工作可靠性人機(jī)安全性材質(zhì)造應(yīng)性工作耐久性結(jié)構(gòu)緊湊性環(huán)境無(wú)害性造型藝術(shù)性設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性結(jié)構(gòu)性能Q狹義質(zhì)量C價(jià)格T生產(chǎn)周期E環(huán)境S售后服務(wù)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量工效實(shí)用性工作穩(wěn)定性指標(biāo)優(yōu)越性設(shè)備動(dòng)力性狀態(tài)測(cè)控性故障可診性操作宜人性使用經(jīng)濟(jì)性制造工藝性零件規(guī)范性容差合理性生產(chǎn)時(shí)間性設(shè)備維修性裝運(yùn)可行性廢品回收性制造經(jīng)濟(jì)性

工作性能

工藝性能4/20/202312第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。

1.3產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)計(jì)質(zhì)量的定義

早期把產(chǎn)品質(zhì)量理解為產(chǎn)品技術(shù)特征符合規(guī)定要求的程度(質(zhì)量的“符合性”定義).20世紀(jì)60年代，美國(guó)質(zhì)量管理專(zhuān)家朱蘭提出了“質(zhì)量是滿(mǎn)足顧客需求的程度”的觀點(diǎn)，被稱(chēng)為質(zhì)量的“適用性”定義。ISO于1986將質(zhì)量定義為“產(chǎn)品或服務(wù)滿(mǎn)足規(guī)定或潛在需要的特征和特性的總和”。ISO于1994質(zhì)量定義:反映實(shí)體滿(mǎn)足明確和隱含需求的能力的特性總和。ISO于2000質(zhì)量定義:一組固有特性滿(mǎn)足要求的程度。作者認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量的定義因不同的前提條件而有所區(qū)別，產(chǎn)品質(zhì)量分為產(chǎn)品的使用質(zhì)量、設(shè)計(jì)質(zhì)量、制造質(zhì)量和包裝質(zhì)量等。產(chǎn)品使用質(zhì)量，或產(chǎn)品的質(zhì)量Q的定義應(yīng)是:執(zhí)行或完成使用的工作要求所能表現(xiàn)的能力(或所能達(dá)到的水平)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的定義應(yīng)是:執(zhí)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作要求所能表現(xiàn)的能力(或所能達(dá)到的水平),產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量=功能+性能.4/20/202313第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。2產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論與方法及其分類(lèi)

2.1產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法（多數(shù)采用分析思維模式）

(1)比較著名的設(shè)計(jì)理論與方法:

1)前蘇聯(lián)的TRIZ理論

2)德國(guó)普適理論(物質(zhì)流、能量流、信息流)

3)美國(guó)的四個(gè)映射域公理設(shè)計(jì)理論(需求域、功能域、

物理域、過(guò)程域)

4)日本的QFD設(shè)計(jì)法和三次設(shè)計(jì)法等

我國(guó)也進(jìn)行了大量研究，取得了許多重要成果。

(2)最近發(fā)展的主要設(shè)計(jì)理論與方法:

1)創(chuàng)新設(shè)計(jì),概念設(shè)計(jì)

2)數(shù)字化設(shè)計(jì),虛擬設(shè)計(jì)

3)全生命周期和全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

4)材料與結(jié)構(gòu)等一體化設(shè)計(jì),多學(xué)科交叉綜合設(shè)計(jì)4/20/202314第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。

3、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法及其分類(lèi)

2.2產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法的分類(lèi)（分析思維模式與綜合思維模式的結(jié)合）圖4現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的分類(lèi)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)幾何參數(shù)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)造型設(shè)計(jì)傳動(dòng)設(shè)計(jì)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)容差設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)三化綜合設(shè)計(jì)1+3+X設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品工作性能的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品工藝性能的可視優(yōu)化設(shè)計(jì)三次設(shè)計(jì)全生命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品總體質(zhì)量的廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)ＴＲＩＺ發(fā)明解決問(wèn)題穩(wěn)健設(shè)計(jì)改型設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)反求設(shè)計(jì)并行設(shè)計(jì)可視化設(shè)計(jì)協(xié)同設(shè)計(jì)相似性設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)快速反應(yīng)設(shè)計(jì)集成設(shè)計(jì)柔性化設(shè)計(jì)融合設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)模糊設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)CAＥＱＦＤ設(shè)計(jì)公理化設(shè)計(jì)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)過(guò)程常規(guī)設(shè)計(jì)過(guò)程和諧設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)計(jì)基于價(jià)值工程的設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)全性能設(shè)計(jì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法匯總表設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)思想組合型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)內(nèi)容4/20/202315第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。

3產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段與7D總體設(shè)計(jì)規(guī)劃設(shè)計(jì)思想域DI設(shè)計(jì)環(huán)境域DE設(shè)計(jì)目標(biāo)域DO

設(shè)計(jì)過(guò)程域DＰ

設(shè)計(jì)內(nèi)容域DC設(shè)計(jì)方法域DM質(zhì)量檢驗(yàn)域DA主觀能動(dòng)效應(yīng)客觀環(huán)境要求用戶(hù)信息獲取功能需求實(shí)現(xiàn)

功能與性能的需求實(shí)現(xiàn)功能性能評(píng)價(jià)全局性態(tài)規(guī)劃一規(guī)劃階段二

實(shí)施階段三

檢驗(yàn)階段圖5產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段3.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段：規(guī)劃、實(shí)施與檢驗(yàn)階段4/20/202316第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。

基于系統(tǒng)工程的產(chǎn)品全功能和全性能的設(shè)計(jì)規(guī)劃面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量或全功能全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)思想以科學(xué)發(fā)展觀和自主創(chuàng)新思想作指導(dǎo)。貫徹綠色設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)或基于系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)目標(biāo)產(chǎn)品廣義質(zhì)量（功能+性能）Q、C、T、E、S擬選用全功能設(shè)計(jì)法、全性能設(shè)計(jì)法或QFD設(shè)計(jì)法等。設(shè)計(jì)質(zhì)量檢驗(yàn)擬選用產(chǎn)品質(zhì)量可靠性評(píng)估方法、模糊評(píng)估法、價(jià)值評(píng)估法或系統(tǒng)工程評(píng)估法等設(shè)計(jì)方法擬選用優(yōu)化設(shè)計(jì)、可視化設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)或集成設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)環(huán)境要充分考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)境對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出的要求如政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人文和法律環(huán)境的要求設(shè)計(jì)內(nèi)容擬選用功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)或控制系統(tǒng)設(shè)等設(shè)計(jì)過(guò)程由用戶(hù)需求、產(chǎn)品功能優(yōu)化、性能優(yōu)化、工藝優(yōu)化及產(chǎn)品檢驗(yàn)等組成的五個(gè)過(guò)程圖6產(chǎn)品設(shè)計(jì)的7D總體規(guī)劃模型(60多設(shè)計(jì)法都可以找到它們自己的位置)4/20/202317第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。

3.2產(chǎn)品設(shè)計(jì)的7D總體規(guī)劃

（1）明確設(shè)計(jì)思想：在科學(xué)發(fā)展觀和自主創(chuàng)新思想指導(dǎo)下完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作；

（2）考慮設(shè)計(jì)環(huán)境：如政治、經(jīng)濟(jì)、人文環(huán)境、法律環(huán)境、社會(huì)環(huán)境（指國(guó)際與人際環(huán)境）、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)環(huán)境的要求等；

（3）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)：也就是本書(shū)所指的面向產(chǎn)品的廣義質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能和性能的優(yōu)化

（4）擬訂設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)過(guò)程和步驟是用戶(hù)需求獲取、制訂設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)；4/20/202318第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。

（5）規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容就是面向產(chǎn)品功能和三大性能的功能優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化設(shè)計(jì)和可視優(yōu)化設(shè)計(jì)等；

（6）選擇設(shè)計(jì)方法：如選擇廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)法、可視優(yōu)化設(shè)計(jì)法、數(shù)字化設(shè)計(jì)法等；

（7）檢驗(yàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量：建立產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性評(píng)估體系，采用模糊評(píng)價(jià)法、價(jià)值工程評(píng)價(jià)法等對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，克服產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中的隨意性，進(jìn)而可提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量得到有效的保證。此外，還要通過(guò)試驗(yàn)及在產(chǎn)品使用過(guò)程中來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量。4/20/202319第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。3.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)是一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)總體規(guī)劃的7個(gè)映射域與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的7D總體規(guī)劃模型:(1)明確設(shè)計(jì)思想；(2)考慮設(shè)計(jì)環(huán)境；(3)確定設(shè)計(jì)目標(biāo)；(4)擬訂設(shè)計(jì)過(guò)程；(5)規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容；(6)選擇設(shè)計(jì)方法；(7)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量.。產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)是一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)：

(1)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面系統(tǒng)的規(guī)劃；(2)對(duì)具體的設(shè)計(jì)過(guò)程制出訂完整細(xì)致的計(jì)劃；(3)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)。完整的技術(shù)系統(tǒng)可以保證技術(shù)工作得到全面、系統(tǒng)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定、高速、可持續(xù)地實(shí)現(xiàn)．克服產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中常常出現(xiàn)的隨意性、片面性、主觀性、盲目性等。非完整的技術(shù)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生許多不良的結(jié)果，如設(shè)計(jì)目標(biāo)未能實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)延期，反工，誤工，造成浪費(fèi)等。4/20/202320第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)。序號(hào)1234567規(guī)劃內(nèi)容設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)質(zhì)量檢驗(yàn)正面效應(yīng)全面性、系統(tǒng)性、思想性協(xié)調(diào)性客觀性計(jì)劃性規(guī)范性目的性具體性科學(xué)性有效性結(jié)果清晰性負(fù)機(jī)

效應(yīng)片面性盲目性主觀性隨意性缺乏計(jì)劃性盲目性?xún)?nèi)容空洞抽象缺乏科學(xué)性失效性模糊性可能出現(xiàn)的問(wèn)題

1、功能和性能達(dá)不到要求；2、反工，誤工，延期；3、產(chǎn)品出廠后出現(xiàn)問(wèn)題；4、產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性差，造成不必要的浪費(fèi)。完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)結(jié)果的比較(表3)4/20/202321第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。

完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)的理論分析

設(shè)一完整的技術(shù)系統(tǒng)由

個(gè)元素所組成，其中為必要元素,因此,可以寫(xiě)成：

很明顯,不必要元素對(duì)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生影響,所以在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí),應(yīng)該找出那些不必要的元素,并刪去,這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的復(fù)雜性,減少技術(shù)工作的難度。

非完整的技術(shù)系統(tǒng)(缺少

個(gè)必要元素)可表示為如果該系統(tǒng)是線(xiàn)性的話(huà)，那么，完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)的關(guān)系是

4/20/202322第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。

技術(shù)工作中的各元素在整個(gè)系統(tǒng)中所起的作用是不相同的,它們有不同的權(quán)重,因此,可以用權(quán)重影響系數(shù)乘以各元素,使各個(gè)元素在系統(tǒng)中根據(jù)其作用大小實(shí)現(xiàn)其等價(jià)性的原則。完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)的質(zhì)量可分別表示為

完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)質(zhì)量之差為

完整的技術(shù)系統(tǒng)可以使技術(shù)工作得到全面、系統(tǒng)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定、高速、可持續(xù)地開(kāi)展。

非完整的技術(shù)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生許多不良的結(jié)果，如功能和性能達(dá)不到要求、返工、誤工、延期、產(chǎn)品出廠后出現(xiàn)問(wèn)題、產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性差、造成不必要的浪費(fèi)等(表3)。4/20/202323第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。3.4設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)方法的關(guān)聯(lián)性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)方法之間的關(guān)系：F為設(shè)計(jì)目標(biāo)矩陣,；D為設(shè)計(jì)內(nèi)容矩陣；A

為方法矩陣，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)含有老3個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)的話(huà)，則設(shè)計(jì)方法矩陣為

由前式可以求得設(shè)計(jì)內(nèi)容的元素：

對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)

A，A為常數(shù)，對(duì)于非線(xiàn)性系統(tǒng)Ａ不為常數(shù).，

如果

A

是對(duì)角矩陣，那么這個(gè)求未知元素的方程是獨(dú)立的，未知元素與已知功能或性能的關(guān)系是1對(duì)1的關(guān)系。4/20/202324第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。

4.面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量的綜合設(shè)計(jì)法

綜合設(shè)計(jì)法：考慮單一設(shè)計(jì)方法的局限性，從宏觀角度或系統(tǒng)工程角度，在現(xiàn)有的一些主要的方法中找出對(duì)產(chǎn)品總體質(zhì)量有重要影響的3、4或更多種方法，在設(shè)計(jì)中加以綜合。

A、三種設(shè)計(jì)方法綜合在一起的設(shè)計(jì)法：如動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)和可視化設(shè)計(jì)等3種方法綜合在一起的設(shè)計(jì)方法，稱(chēng)為三化或三優(yōu)綜合設(shè)計(jì)法。B、四種設(shè)計(jì)方法綜合在一起的設(shè)計(jì)法：如“產(chǎn)品質(zhì)量功能化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)和可視化設(shè)計(jì)等4種方法綜合在一起的設(shè)計(jì)方法，可以稱(chēng)為四化綜合設(shè)計(jì)法或稱(chēng)為1+3綜合設(shè)計(jì)法，其中1為產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)，后面的3是三化綜合設(shè)計(jì)法。

C、更多種設(shè)計(jì)方法的綜合：如（1+3）+X

設(shè)計(jì)法，1+3和前面的相同，而X考慮一些產(chǎn)品的特殊要求而采用的設(shè)計(jì)方法。4/20/202325第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。機(jī)械產(chǎn)品深層次的（1+3）+X綜合設(shè)計(jì)法的內(nèi)容與特點(diǎn)現(xiàn)代機(jī)械動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)工作參數(shù)智能控制工作過(guò)程智能控制產(chǎn)品裝配可視化設(shè)計(jì)工作過(guò)程可視化圖7現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的1+3+X綜合設(shè)計(jì)法的內(nèi)容與特點(diǎn)

產(chǎn)品的1+3+X綜合設(shè)計(jì)法X：依據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)而應(yīng)該采用的設(shè)計(jì)方法，如轎車(chē)，要考慮造型設(shè)計(jì)等現(xiàn)代機(jī)械智能優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)代機(jī)械可視優(yōu)化設(shè)計(jì)以功能優(yōu)化設(shè)計(jì)為先導(dǎo)的設(shè)計(jì)4/20/202326第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。

4.1產(chǎn)品的功能優(yōu)化設(shè)計(jì)功能優(yōu)化設(shè)計(jì)指令輸入系統(tǒng)工況控制系統(tǒng)能量輸入系統(tǒng)改變物質(zhì)幾何形態(tài)改變物質(zhì)物理狀態(tài)改變物質(zhì)化學(xué)組成轉(zhuǎn)換信息表示形式改變物質(zhì)生理機(jī)能物質(zhì)輸送功能運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)變物件裝夾功能系統(tǒng)能量輸入指令信號(hào)輸入控制信息轉(zhuǎn)換輔助功能主功能目標(biāo)內(nèi)容

圖8功能設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容與方法方法與步驟優(yōu)化設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)可視化設(shè)計(jì)機(jī)器整體結(jié)構(gòu)物質(zhì)輸送系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)工藝參數(shù)幾何參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)型式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)型式工作機(jī)構(gòu)型式運(yùn)動(dòng)輸入系統(tǒng)輔助功能部結(jié)構(gòu)主功能部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)環(huán)境4/20/202327第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。

4.2產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖9動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容與方法內(nèi)容方法與步驟目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)造型設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)可視化設(shè)計(jì)有限元設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)CAE設(shè)備創(chuàng)新性工作耐久性安全可靠性材質(zhì)適應(yīng)性結(jié)構(gòu)緊湊性環(huán)境協(xié)調(diào)性造型藝術(shù)性設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)環(huán)境

結(jié)構(gòu)性能4/20/202328第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。4.3產(chǎn)品的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖10控制系統(tǒng)及智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容與方法工效實(shí)用性指標(biāo)優(yōu)越性工作穩(wěn)定性設(shè)備動(dòng)力性狀態(tài)測(cè)控性故障可診性操作宜人性使用經(jīng)濟(jì)性設(shè)備創(chuàng)新性環(huán)境協(xié)調(diào)性方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與步驟目標(biāo)使用性能內(nèi)容控制系統(tǒng)及智能優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)CAE設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)環(huán)境4/20/202329第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。4.4產(chǎn)品的可視優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)可視化設(shè)計(jì)有限元設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)CAＥ目標(biāo)工結(jié)使藝構(gòu)用性性性能能能方法與步驟圖11可視優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容與方法可視優(yōu)化設(shè)計(jì)容差設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝配設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)工裝設(shè)計(jì)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用性能結(jié)構(gòu)工藝性容差合理性機(jī)器規(guī)范性生產(chǎn)時(shí)間性裝運(yùn)可行性設(shè)備維修性報(bào)廢回收性結(jié)構(gòu)性能制造經(jīng)濟(jì)性設(shè)備創(chuàng)新性環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)環(huán)境內(nèi)容4/20/202330第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)。圖12深層次的綜合設(shè)計(jì)法深層次綜合設(shè)計(jì)法的內(nèi)容與特點(diǎn)產(chǎn)品功能優(yōu)化設(shè)計(jì)工作參數(shù)智能控制工作過(guò)程智能控制裝配可視化設(shè)計(jì)工作過(guò)程可視化高維非線(xiàn)性不確定時(shí)變強(qiáng)耦合深層次的綜合設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)

5深層次的綜合設(shè)計(jì)法多變量動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)代機(jī)械動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)代機(jī)械智能優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)代機(jī)械可視優(yōu)化設(shè)計(jì)4/20/202331第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。６理論與方法的具體應(yīng)用

原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新,可以采用由十方面創(chuàng)新內(nèi)容組成的創(chuàng)新體系：(1)發(fā)現(xiàn)新原理(2)研究新結(jié)構(gòu)

(3)發(fā)明新機(jī)構(gòu)(4)拓展新系統(tǒng)

(5)建立新模型(6)發(fā)展新理論

(7)研發(fā)新技術(shù)(8)提出新工藝

(9)開(kāi)拓新方