某大学设计概论-期末总课件

设计概论本课程：产品设计中的理论及方法。----概念设计、形体设计到制造过程.主要内容：

1．功能分析及产品构思设计

——产品的机构设计方法学；

2．机构的组合方法；

3．设计评价；

4．柔性制造系统的建模设计

——柔性系统中的求解算法。包括资源规划、机床规划、精良生产及并行工程

5.

模糊理论与模糊规划

设计概论1第一章绪论

1.1设计概念

人类的社会活动：围绕物质财富的创造和分配展开

1．狭义的设计概念：设计：将客观需求转化为满足需求的技术系统活动。技术系统活动：产品创新设计或产品开发设计中的一切活动。

2．广义设计概念：例1，设计是一种针对目标问题的求解活动；例2，设计是一种创造性的活动，创造前所未有的，新颖而有益的东西。第一章绪论2设计是“一种构思与计划，以及把这种构思与计划通过一定的手段转为视觉化的活动过程”。涵盖面更广的概念：对发展过程的安排对发展过程进行的活动发展过程：发展方向、程序、细节、要达到的目标。3．创新是设计的灵魂设计目标——产品——赢得市场产品的竞争力：

——性能使用户满意；

——开发周期最短；

——成本最低；

——无污染或污染被降低到最低的限度。“创新”的含义：A.原创新：建立新理论、新方法，发明新机构、新运动原理。B.新产品创新：非圆齿轮：凸轮与齿轮的组合；手机：新型手机=手机+电子记事本+……+网络。设计是“一种构思与计划，以及把这种构思与计划31.2设计过程及产品的开发过程1.设计的四个过程阶段：

——需求分析

——构思设计

——结构与精度设计

——制造过程设计2.现代产品制造的特点：

A.创造设计过程长，制造过程缩短；

B.由原来的满足精度，经久耐用的特点→现代的个性化、流行化的特征发展。3.现代产品设计的模式：反馈的闭环模式

1.2设计过程及产品的开发过程42.1功能概念及分析方法

2.2功能原理与运动规律之间的关系2.3运动规律与机构组合的关系2.4制定运动规律的原则和步骤

2.5创新技法2.6机构组合时的基本原则及影响因素

2.7按功能－结构矩阵设计运动简图

2.8.按机构的结构特性作机构组合

第二章功能分析与机构设计2.1功能概念及分析方法第二章功能分析与机构设计52.1功能概念及分析方法

产品设计的首要环节，将市场需求转化为产品的抽象化性能1．功能概念：

体现在产品实体上的效用性能，包括：—效能、—用途、—作用、—目的2．功能定义的方法：

动词+名词：千斤顶—顶起+重物，电池—储存+电能

定义功能需提取最本质的性能，有助于引导新的构思与产品3．功能分析法

（1）总功能确定：通过比较输入与输出之间的差别定义总功能（2）功能树作功能分解：将功能分解为多个简单功能元，通过对功能元的求解，得到机构，最后得到总功能的求解方案功能分解获取→机构运动简图→机构控制简图（3）功能分解的方法—（目的—手段）

将产品性能的网络结构按树型结构展开进行功能分析2.1功能概念及分析方法（3）功能分解的方法—（目的—手62.2功能原理与运动规律之间的关系

板材送料机构都有三个操作：供料，取料与送料。但不同的机构，原理不同，结构也不同；原理相同，结构也不同；功能原理：推力摩擦吸力2.2功能原理与运动规律之间的关系7某大学设计概论-期末总课件8归纳：功能与运动规律之间的对应关系

A．功能与运动规律之间有对应关系，这个映射关系实现机构构思中由功能设计向运动规律设计的转化。B．功能与运动规律之间为1∶n的关系，即：单对多的关系。归纳：功能与运动规律之间的对应关系9（2）直线往复运动的机构（水平）图2-7往复运动的机构

（2）直线往复运动的机构（水平）图2-7往复运动的机构10归纳：运动规律与机构之间的对应关系A．运动规律与机构之间存在对应关系，这种关系能实现由运动规律到机构设计的转化。这种转化实现了由设计构思到实体产品之间的联接。B．运动规律与机构之间为1∶n的关系，即：单对多关系。归纳：运动规律与机构之间的对应关系112．功能原理、运动规律与机构综合之间的关系（1）功能与运动规律之间存在着对应关系，运动规律与机构之间存在着对应关系；设计活动：从功能分析→运动规律分析→机构设计过程转化的有序性、逻辑性（2）两个1∶n（单对多）关系

对于机构设计，优点：灵活性、多样性、丰富多彩性，实现用户对产品的个性化与求异的心里需求。缺点：不同的功能组合构成不同的机构和不同的运动规律构成不同的机构这两层1：N的关系，构成设计的复杂性和分析评价的困难，各种因素难以把握，利弊难以平衡。

机构综合中的结构类型选择与机构组合是机构设计的关键点和难点。2．功能原理、运动规律与机构综合之间的关系122.4制定运动规律的原则和步骤1．步骤

（1）功能分析

将用户使用要求转化为产品的一系列的有序操作动作（2）运动规律分析

将复杂运动按某一性能指标分解成若干个基本运行

（3）型选择

a.原理类型：b.结构类型：（4）运动协调分析及协调设计能完成要求的操作动作，满足使用性能；

动作协调，无碰撞、干涉、过程平稳。2.4制定运动规律的原则和步骤132．制定运动规律的原则І．运动最简原则及规律集最小原则

减少冗余环节规律集最小

运动规律为简单运动II．结构最简原则采用新机构、新技术采用简单轮廓结构2．制定运动规律的原则142.5创新技法

1．分析综合法（1）分析成熟产品：取签上胶压签及贴签贴签瓶的输入与输出（2）提取特征机构，组合成设计机构2.5创新技法（1）分析成熟产品：152．思维扩展性在已有成熟产品的机构上作扩展设计，获取新机构

思维扩展法有两个特点：（1）将多种技术综合应用；（2）在原有的机构上，根据产品的新要求，延续构思，创造出新机构。2.6机构组合时的基本原则及影响因素

1)结构最简原则选取的基本机构，减小加工误差与加工累积误差对产品性能的影响。2）机械效益最大原则

2．思维扩展性思维扩展法有两个特点：2）机械效益最大原则163）机构效率最大的原则

4）获得较大的传动角µ

原则

5）机构动力源因素动力源有多种形式：电能、电磁能、气能、液压、波能……

量能转换形式———电动机、气、液压机构6）动载荷最小原则高速机构，力争:平衡惯性力,平衡惯性力矩重载机构也要有平衡惯性力,平衡惯性力矩

措施是：①机构取对称结构，重力矩自行平衡②机构最有利于重力平衡3）机构效率最大的原则4）获得较大的传动角µ原则5）172.7按功能－结构矩阵设计运动简图

一、设计原理与过程

1.原理功能—运动规律—机构之间存在的映射关系分解与组合完成矩阵的手段

2．功能－结构矩阵设计过程

1）功能分类，用图形符号表示

2）作功能分解按关联树组成功能－结构矩阵；

3）作原型选择，即：基本机构选择；

4）组合成机构，并构造多个方案；

5）分析比较，选出最佳方案2.7按功能－结构矩阵设计运动简图18图2-20关联数图图2-20关联数图19二、示例设计一个锻压设备，它采用电动机作为动力源，要求锻压部件（锻头）作上下往复运动，锻造出高精度的毛坯。（1）功能分解分析：电机旋转，锻压头上、下往复运动，机构应有：A.运动形式变换功能，将旋转运动变为直线运动；B.驱动力放大功能

C.锻压头作上、下往复运动方向变换的功能二、示例C.锻压头作上、下往复运动20（2）建立功能－机构矩阵(343)（2）建立功能－机构矩阵(343)21（3）构造机构方案构造机构注意三项原则：

a.组合的可能性原则，相关点的运动要一致；

b.组合的有效性原则组合后运动不干涉，保证运动范围，满足运动精度要求；c.构件的轮廓应有可加工性。

（4）分析比较，确定最佳方案结论：依据设计要求，选出方案A（3）构造机构方案22图2-21运动简图筛选方案图2-21运动简图筛选方案232.8.按机构的结构特性作机构组合1.单自由度机构中构件数与运动副的配置1）不同运动符的构件类型及构件数代号二极杆：一个构件上有两个铰接点；三极杆：一个构件上有三个铰接点；四级杆：一个构件上有四个铰接点；若：：二极杆的构件数：三极杆的构件数：四极杆的构件数

……

：n极杆的构件数

N：机构的总件数2.8.按机构的结构特性作机构组合242）单自由度机构中不同运动副的构件的配置（2-5）四杆机构：只有一种配置方案；；六杆机构：有两种配置方案:

有效配置案一种，构成两种运动链即为：瓦特链

斯蒂芬链2）单自由度机构中不同运动副的构件的配置（2-5）四杆机25八杆机构：具有三种配置方案构成16种运动链图

图2-22六杆机构的运动链图八杆机构：具有三种配置方案图2-22六杆机构的运动链图26图2-23八杆机构的运动链图图2-23八杆机构的运动链图272．运动链图及机构的生成法运动链图：去掉机构中构件的工程（功能）含义，只保留构件之间的联接关系，所构成的连接结构图称为运动链图。例4.按步行机构的轨迹，用6杆机构设计步行机构

图2-24步行机构轨迹图2．运动链图及机构的生成法图2-24步行机构轨迹图28图2-25瓦特链的倒置机构图2-26斯蒂芬链链的倒置机构4图2-25瓦特链的倒置机构图2-26斯蒂芬链链的倒置机构29图2-27选出的步行机构

图2-28机构变异3．基本结构变异

（1）转动副变异成移动副

演化原理：构件杆长变为时，构件：转动副——移动副。

图2-27选出的步行机构图2-28机构变异3．基30（2）低副变异为高副变异原理：变异前、后各构件之间的拓扑关系保持不变。二极杆——高副配合面图2-29机构变异（4杆机构的低副变高副）（2）低副变异为高副图2-29机构变异（4杆机构的低副变高314.瓦特链的代换过程

图2-30瓦特链的低副变高副4.瓦特链的代换过程图2-30瓦特链的低副变高副325.斯蒂芬链的代换过程

图2-31斯蒂芬链的低副变高副5.斯蒂芬链的代换过程图2-31斯蒂芬链的低副变高副33第三章机构的组合方式

3.1机构的组合方法分类

1.机构的组合类别

2.以连接特征的分类类别

3.2机构的组合模式

1．串联组合模式

2．并联组合模式

3．反馈组合模式

4．运载机构

5．时序组合机构第三章机构的组合方式343.1机构的组合方法机构的组合类别与分类的特征有关有两种分类方法：

A.以几何特征分类

B.以连接特征分类

1.以几何特征分类：

多杆机构、凸轮机构、齿轮机构…….图3-1组合机构3.1机构的组合方法图3-1组合机构35图3-2串联组合机构2．以连接特征为主的分类主要以两个或多个基本机构组合时的连接方式为特征：

串联、并联、反馈、运载、时序组合（顺序控制）图3-2串联组合机构2．以连接特征为主的分类363.2机构的组合模式

1．串联组合模式

2．并联组合模式

3．反馈组合模式

4．运载机构

5．时序组合机构1．串联组合模式1）固结式串联：前一机构输出杆与后一机构的输入杆为公共杆。3.2机构的组合模式372）轨迹点串联：前一输出机构通过连杆上的一点将运动传给后一输入机构。图3-3轨迹点串联2）轨迹点串联：图3-3轨迹点串联382．并联组合模式1）以差动轮系为基础机构的并联机构图3-4差动轮系的并联机构2．并联组合模式图3-4差动轮系的并联机构39图3-5差动齿轮并联组合机构2）以差动齿轮为基础机构并联组合机构图3-5差动齿轮并联组合机构2）以差动齿轮为基础机构并联组合403）摩擦轮为基础机构的并联组合机构图3-6摩擦轮的并联组合机构4）十字滑架为基础机构的并联组合机构图3-7十字滑架的并联组合3）摩擦轮为基础机构的并联组合机构图3-6摩擦轮的并联组合413．反馈组合模式反馈组合：输出通过一个机构又返回给输入，联接输出与输入的机构是反馈构件。1）齿轮副与摇杆机构为反馈构件的机构3．反馈组合模式42图3-8齿轮副与摇杆机构为反馈构件的机构图3-8齿轮副与摇杆机构为反馈构件的机构432）凸轮副为反馈构件的机构图3-9凸轮副为反馈构件机构

2）凸轮副为反馈构件的机构图3-9凸轮副为反馈构件机构443）齿轮副与摩擦轮为反馈构件的反馈机构图3-10齿轮副与摩擦轮为反馈件的机构3）齿轮副与摩擦轮为反馈构件的反馈机构图3-10齿轮副与摩擦454．运载机构运载机构：后一个机构的运动是在前一个机构运动的基础上叠加而成。组合结构按层次叠加。图3-11电动飞马运载机构4．运载机构图3-11电动飞马运载机构46图3-12机器手运载机构4．运载机构图3-13电扇运载机构图3-12机器手运载机构4．运载机构图3-13电扇运载机构475．时序组合机构按各个构件的操作运动的时间顺序依次连接各个组成元件，因此，前一机构的运动总是被累加到后一构件的运动上去。同时，后一构件的启动由前一机构的运动决定。实质上它是一种实现顺序控制的机构。连接：操作时间顺序运动：前者运动累加到后者运动之上后者的启动由前者的运动来决定5．时序组合机构48图3-14时序组合机构

图3-14时序组合机构49设计评价：是一种反馈设计的方法设计构思阶段多中选优选出最佳方案形体设计过程与工艺规划同步进行，剔除设计缺陷，使设计对制造完善。评价方法按其基本原理可分为三类：简单评价法、实验评价法、数学评价法简单评价法：数据作统计—量化—比较排列—选出对首数学评价法：某种算法—不确定量量化—逻辑推理—结论技术-矩阵法、模糊评价法、层次分析评价法第四章设计评价方法设计评价：是一种反馈设计的方法第四章设计评价方法50内容：4.1评价目标及目标权值4.2简单评价法

4.3评分法4.4技术--经济评价法

4.5模糊评价法

4.1评价目标及目标权值1.评价目标：目标评价依据（评价准则）

技术目标经济目标生产率目标社会评价目标

2.目标权值目标权值重要系数gi（加权系数）gi<1Σgi=1目标权值（1）等权值法（2）老手法（3）加权系数法

内容：目标权值51（1）等权值法：各项目标的权值均相等，即有：例如1：n=4（1）等权值法：各项目标的权值均相等，即有：例如1：n=52（2）老手法又称为经验法应用统计学的数学期望值确定目标权值的方法。（3）加权系数===判别矩阵法j=1,2,…n（4-3）（4-4）（4-5）（2）老手法又称为经验法（3）加权系数===判别矩阵法j=153某大学设计概论-期末总课件543.评价目标树3.评价目标树554.2简单评价法

1.点评价法方案ABC评价目标

满足功能要求+++

成本在规定范围内--++

加工装配可行+?+

使用维护方便+--+

满足人机学要求--++

总评+?++5+

4.2简单评价法方案满足功能要求562.名次计分法（1）得分（n，n-1，……，1），计算总分；（2）排序；对首为最佳方案；（3）一致性检验（c≥0.70，c=1最好）（4-6）（4-7）2.名次计分法（4-6）（4-7）574.3评分法评分法：用分值作为衡量方案优劣的尺度，对方案进行定量评价。多评价目标单目标评分总目标的总分

评分分制概念：1）分制：10分制（10，8，……

，2）

5分制（5,4，3，……，1）2）评分曲线3）总分计算法

总分计算

分值相加法分值连乘法均值法相对值法有效值法

4.3评分法多评价目标582）评分曲线3）总分计算法2）评分曲线3）总分计算法59某大学设计概论-期末总课件602.若总分按有效值法计算，则有：（1）获取权值矩阵、评分矩阵；

（2）两矩阵相乘得到有效值矩阵；3.有效值法平分法的评价过程4.总分按排序，选出队首元素为评价结果。2.若总分按有效值法计算，则有：61某大学设计概论-期末总课件62例如3：有A、B、C三种电池，主要性能与成本如下表所示，试评价出最好的电池。例如3：有A、B、C三种电池，主要性能与成本如下表所示，试评63解：（1）提取评价目标及权值系数，用目标树表示解：（1）提取评价目标及权值系数，用目标树表示64（2）确定分制，做评分曲线（2）确定分制，做评分曲线65（3）计分，并获取评分矩阵评价目标u=[成本，电压，寿命]权值矩阵G=[0.20.30.5]（3）计分，并获取评分矩阵66评分矩阵（4）计算有效矩阵（5）结论：电池A有效值最高，电池A最好评分矩阵（4）计算有效矩阵（5）结论：电池A有效值最高674.4技术--经济评价法1.技术评价（4-12）2.经济评价（4-13）4.4技术--经济评价法（4-12）2.经济评价（4-1683.技术--经济综合评价用计算法或作图法综合技术值及经济值，实现技术—经济综合评价3.技术--经济综合评价69例2：轴承座托架的结构方案评价德国德律风根公司：对大型电机系列设计轴承座托架三种结构方案：方案I：托架直接焊接在电机机座上方案2和3：托架分别为独立的焊接构件及铸件，用螺钉联接于电机机座上。例2：轴承座托架的结构方案评价70某大学设计概论-期末总课件71轴承座托架的结构方案评价1.技术目标评价1）提取评价目标，构建评价目标树；{性能，制造，使用}2）权值分配{0.60，0.25，0.15}3）获取目标项的值a.选取评分法，取10分的分制；b.按统计评语计算分值；计算加权分值；c.总分计算4）合成技术目标的评价结果Wt={0.500.390.77}2.经济目标评价理想成本80元实际成本：方案1方案2方案3106100174经济目标评价结果Wc={0.750.800.46}3.综合评价W={0.610.560.60}轴承座托架的结构方案评价72某大学设计概论-期末总课件73某大学设计概论-期末总课件74某大学设计概论-期末总课件75某大学设计概论-期末总课件76某大学设计概论-期末总课件77某大学设计概论-期末总课件78（1）抽取评价目标，并进行加权分配

（1）抽取评价目标，并进行加权分配79（2）初评，从10种方案中筛选出4种方案

（2）初评，从10种方案中筛选出4种方案80（3）模糊决策的过程

评价目标集Y={y1,y2,y3,y4,y5}

评价集X={优，中，差}

加权系数矩阵A={0.120.080.330.220.25}b.

用统计法求得4种方案的模糊评价隶属度矩阵

（3）模糊决策的过程81C.模糊运算，获取决策矩阵

C.模糊运算，获取决策矩阵82d.归一化处理

e.最优方案：B4优劣排序：B4B3B2B1d.归一化处理e.最优方案：B4优83第五章柔性制造系统的建模设计

5.1柔性制造系统的结构及主要内容

5.2资源规划模型

5.3机床布局模型

5.4调度模型

5.5精良生产

5.6并行工程5.1柔性制造系统的结构及主要内容

1.柔性制造系统

柔性制造系统是通过计算机控制把制造设备、制造过程及其加工操作集成到一个完整的系统中，实现从毛坯到成品的全过程的自动化系统。

2.柔性制造系统的结构

柔性制造系统结构分为三层，第一层是以人为核心的组织与控制系统，第二层是计算机控制与管理系统，第三层是自动化加工、装配、输送系统。某大学设计概论-期末总课件84某大学设计概论-期末总课件853.柔性制造系统的特征

1）具有更高的自动化程度。

2）柔性制造系统所占用的机床比传统的加工系统少，柔性制造系统通过信息流与系统规划模块能合理的组织加工单元。

3）柔性制造系统的一次上料后的加工时间比传统的加工系统长，装夹次数比传统的加工系统少。

4）柔性制造系统中的机床的布局取决于物料搬运系统的类型。4.柔性制造系统设计的主要内容

1）资源需求问题：主要确定生产资源的最佳占用量与配比2）资源布局问题：主要涉及如何在有限的空间使生产设备的布局最佳3）材料流的问题：材料流的优化问题，实现效率高、成本低、可靠性好的供应4）缓冲容量问题：确定缓冲器的安放地点和容量值5.柔性制造系统的建模方法

柔性制造系统的核心是获取实时组织的过程规划系统。通过柔性系统，使产品迅速由设计变为实体物品。主要建模方法有：1）规划论建模方法2）排队论建模3）人工智能建模3.柔性制造系统的特征865.2资源规划模型概念：资源规划就是依据生产规模确定生产系统中各类设备的台、套数。简单模型：

式中：µ—实际生产率m—运行周数th—

每周工作时间

η—线效率Tc—生产节拍ts—工作总时间

ηm—平均效率tw—实际工作时间tt—辅助工作时间5.2资源规划模型式中：µ—实际生产率875.3机床布局模型

机床布局——输送链，有四种方式：直线单行、圆形单行、直线双行和直线多行5.3机床布局模型88某大学设计概论-期末总课件895.3机床布局模型机床布局的目标：以输送费用为最小确定机床的分布与布局；模型：1）单行机床排列；a.机床沿一条线排列；b.机床的朝向一致。c.参数：ncijfij5.3机床布局模型90d.单行机床布局模型：i=1,2…,nj=i+1,…,ni=1,2…,n-1d.单行机床布局模型：i=1,2…,nj=912)多行机床等面积布局

a.机床布局方式2)多行机床等面积布局922）多行机床等面积布局

b.多行等面积机床布局模型：i=1,2…,n-1i=1,2…,ni=1,2…,n2）多行机床等面积布局

b.多行等面积机床布局模型933）多行机床不等面积布局

a.机床布局3）多行机床不等面积布局943）b.多行不等面积机床布局模型：3）b.多行不等面积机床布局模型：955.4调度模型

零件在机床中的传送方式单向双向1.单机床上的多道工序的调度模型1）不附加任何条件的调度：调度规则：工序时间短的向前排，工序号123456工序时间长的向后排；加工时间471623调度结果：（3，5，6，1，4，2）

某大学设计概论-期末总课件962）附加交货期限的调度：

调度规则：交货时间短的向前排，交货时间长的向后排。工序号

123456加工时间

112513交货日期

6381493

调度结果：（6，2，1，3，5，4）某大学设计概论-期末总课件972.双机床单向调动有若干道工序，都在两台机床（M1、M2）上加工，顺序相同，先M1后M2，调动的结果是得到最大的流通时间为最小的调度序列。调度结果：（465312）2.双机床单向调动调度结果：983.三机床单向调度1)方法：三机床单向调度转变为双机床的单向调度若满足条件：第二台机床上的加工时间不大于第一台机床或第三台机床上的加工时间；2)

步骤：1）用第一台机床与第三台机床上的加工时间分别加上第二台机床上的加工时间，构造虚拟机床；

2）按双机床单向调度。

3）校核进度是否出现明显的延误。3.三机床单向调度993）三机床单向调度示例：有n道工序，在三机床上加工，单向，M1，

M2

，M3，调度排序。3）三机床单向调度示例：有n道工序，在三机床上加工，单向，1004）进度表：

1）M1按调度序列累加M1的时间；

2）M2按调度序列累加M1+M2的时间；

3）M3按调度序列以M1+M2+M3比较与累加时间。4）进度表：1015.5精良生产1.精良生产的产生原因和原理

一战以后，大批量生产方式代替单件生产。一辆汽车耗用成本仅为单件的1/3。二战以后，日本经济萧条，用一种新的生产方式来与大批量生产抗衡，在汽车的车身制造的换模技术上，发明快速的移动式上模与撤模技术，产生精良生产

5.5精良生产一战以后，大批量生产方式代替单件生1022.精良生产对浪费的定义（1）修复次品是浪费；（2）过量生产是浪费；（3）加工过程中的浪费；（4）库存是费；（5）搬运的浪费；（6）动作的浪费；（7）窝工是浪费。3.精良生产的运行模式精良生产运行：拉取模式、准时制原则与看板反馈控制1）拉取模式精良生产的基本思想：杜绝浪费。精良生产的组织管理——实施拉取模式，定单——生产后道工序——前道工序2.精良生产对浪费的定义1032）准时生产制强调准时性，力争准时供货，库存为零。五准原则：在准确的时间、准确的地点提供准确的数量与质量的物品—给准确需要的人3）看板看板：信息传递的模板——信息流——推动生产信息载体：卡片网络与显示屏看板的作用分为5类：生产看板供应看板采购看板转包看板及辅助看板。2）准时生产制1044.看板控制系统4.看板控制系统105看板的控制类别（1）单看板系统看板的控制类别106（2）双看板控制系统（2）双看板控制系统107（3）半双看板系统（3）半双看板系统108（4）看板的接受区a.看板系统接受是前置工序（4）看板的接受区a.看板系统接受是前置工109b.看板接受是仓库b.看板接受是仓库110c.看板接受是销售商c.看板接受是销售商1116.最优的看板数6.最优的看板数1127.看板系统的柔性调动在流程中运行的看板数取等量运行：即相邻接两个工序间的看板数相等。倘若不等，就需要柔性调动：插入操作删除操作若前一过程的看板数小于当前的看板数：作插入操作，新增差额看板若前一过程的看板数大于当前的看板数，作删除操作，去掉多余的看板7.看板系统的柔性调动1135.6并工程1.并行工程的产生并行工程的概念60年代曾被Abermathy教授（美国）提出。在80年代并行工程又被重新提出来。

1986年，美国总统防务咨询委员会向美国总统报告：“武器系统的开发周期太长，生产成本过高，常常满足不了需求”。5.6并工程1142.并行工程的定义并行工程（concurrentengineering）又称之为同期工程（simuetaneousengineering），主要强调多过程，多任务同时进行。1988年10月，美国防御分析研究所在第一届并行工程研究会议中提出的定义是：并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造过程及支持过程）的系统方法，这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑整个生命周期中从概念到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。2.并行工程的定义1153.并行工程的运行模式

a.传统的串行工程3.并行工程的运行模式116b.并行运行模式b.并行运行模式117第六章模糊集合的基本概念与模糊关系6.1模糊集的若干基本概念6.2模糊集运算的基本性质6.3模糊的集的代数运算6.4模糊关系第六章模糊集合的基本概念与模糊关系6.1模糊集的若118模糊集设X为空间，空间中的点或元素以来表示，即:6.1模糊集的若干基本概念模糊集A是一个集合，是由隶属度来表示元素是否所属于模糊集A的特征。即：这样的函数，若：

总有：

M称为隶属度空间

:表示x属于模糊集A的程度或等级

M:{0，1}

A:通常意义下的集合

值靠近1，则表示x属于A的程度高，靠近0，则表示x属于A的程度低，

模糊集6.1模糊集的若干基本概念模糊集A是一个集合，是由119的示意图6.1的示意图6.1120模糊集相等有两个模糊集A、B，所有的x当

有：

与

分别是模糊集A、B的隶属度函数

记为A=B其中：对应为数学关系式表示为：模糊集相等有：与分别是模糊集A、B的隶属度函数记121空集所谓模糊集A是空集，就是指对有即有：记作模糊集的包含关系模糊集的包含关系是指在模糊集A、B中，若A是被包含于B的子集，表示对于有:记为：即有：空集有即有：记作模糊集的包含关系模糊集的包含关系是指在模糊122图6.2图6.2123模糊集的补集模糊集A的补集，定义为对于有:A的补集:记作:即有:模糊集的并集隶属度函数可表示为：模糊集A、B的并集，定义为包含模糊集A、B两者在内的最小的模糊集。记为设

即有：模糊集的补集模糊集A的补集，定义为对于有:A的补集:记作:即124模糊集的交集模糊集A、B的交集记作，

定义被A，B两者包含之内最大的模糊集设:则其隶属度函数可表示为：

模糊集的交集模糊集A、B的交集记作，定义被A，B两者125图6.4模糊集的并集、交集与代数集图6.3补集图6.4模糊集的并集、交集与代数集图6.3补集126（1）（2）

则

（3）

则（4）（5）6.2模糊集运算的基本性质（1）（2）则（3）则（4）（5）6.2模糊集运127（6）（7）（8）（6）（7）（8）128（9）（10）（11）（12）(德·莫尔甘定律)

（9）（10）（11）（12）(德·莫尔甘定律)1296.3模糊的集的代数运算代数积模糊集的代数积，记为AB，其隶属度函数可定义:代数和模糊集A，B的代数和，记为

其隶属度函数定义：代数和用代数和用补的来定义：6.3模糊的集的代数运算代数积代数和其隶属度函数定义：代数130图6.5模糊集A，B的绝对差绝对差模糊集A，B的绝对差，以表示:可定义如下：图6.5模糊集A，B的绝对差绝对差模糊集A，B的绝对差，以1316.4模糊关系

在直积空间它以隶属度函数若中的模糊关系R，就是在中的模糊关系称为X上的模糊关系.则把模糊关系来表示特征的模糊集R6.4模糊关系它以隶属度函数若中的模糊关系R，就是在中的132

中的n元模糊集R

更一般地在直积空间就是用n元隶属度函数来表示的模糊集R其中：例1设x,y为汽车，则“x比y好”这种关系就是模糊关系例2设x,y指人，则“x和y相象”这种关系也是模糊关系设:若X是指实数轴,则“x比y大得多”

隶属度函数:

中的n元模糊集R更一般地在直积空间就是用n元隶属133模糊关系的合成设

为中的模糊关系，则的合成，还是中的模糊关系，

记为:

简写:

模糊关系的合成设为中的模糊关系，则的合成，还是中的模糊关系134例4设R为

的模糊关系

:隶属度函数:合成模糊关系:

合成隶属度函数:例4设R为的模糊关系:隶属度函数:合成模糊关135模糊关系的基本性质：性质1模糊关系的合成满足结合律

性质2性质3

若有

模糊关系的基本性质：性质1模糊关系的合成满足结合律性质2136性质4性质5性质4性质5137第七章模糊矩阵7.1模糊矩阵7.2模糊矩阵的运算7.3模糊矩阵的基本公式第七章模糊矩阵7.1模糊矩阵1387.1模糊矩阵设X×Y中的模糊关系为R,能用m×n矩阵表示:图8.1模糊关系的矩阵表示

7.1模糊矩阵设X×Y中的模糊关系为R,能用m×n矩阵表示139图7.2模糊关系的矩阵图7.3布尔矩阵例1模糊矩阵的例子{苹果，球，……，四棱锥}7个对象,用模糊矩阵表示的的“相似”关系图7.2模糊关系的矩阵图7.3布尔矩阵例1模糊矩阵的例140模糊矩阵表示:

简记:

7.2模糊矩阵的运算：

（1）相等：记作:

模糊矩阵表示:简记:7.2模糊矩阵的运算：（1）相141模糊矩阵:

（2）包含：（3）模糊矩阵的和:模糊矩阵C称为A与B的和的表示:例2模糊矩阵:（2）包含：（3）模糊矩阵的和:模糊矩阵C称为142模糊矩阵A与B的直积C表示为：

（4）模糊矩阵的直积例3:模糊矩阵A与B的直积C表示为：（4）模糊矩阵的直积例3:143而直积

(5)余模糊矩阵：模糊矩阵

例4

设而直积(5)余模糊矩阵：模糊矩阵例4设144（6）模糊矩阵积：模糊矩阵则:例5

设（6）模糊矩阵积：则:例5设145同样地由此可知，一般来说称A与B可换。在特殊情况下当若A、B可换，有：(7)转置模糊矩阵

模糊矩阵例6

若设转置模糊矩阵转置模糊矩阵同样地由此可知，一般来说称A与B可换。在特殊情况下当若A、146（8）单位模糊矩阵

(9)零模糊矩阵：

（10）全称模糊矩阵：

（8）单位模糊矩阵(9)零模糊矩阵：（10）全称模糊矩阵1477.3模糊矩阵的基本公式（1）对于一切模糊矩阵A，有（2）

（自反律）（3）若（反对称律）（4）若

则（传递律）（5）（6）（7）（幂等律）7.3模糊矩阵的基本公式（1）对于一切模糊矩阵A，有（2）148（8）

（交换律）

（结合律）（9）（10）

（吸收律）（分配律）（11）（对合律）（12）（德·莫尔甘定律）（13）（8）（交换律）（结合律）（9）（10）（吸收149（14）（15）一般地（互补律不成立)设有：布尔矩阵（14）（15）一般地（互补律不成立)设有：布尔矩阵150模糊矩阵，设（16）一般地，（17）（18）（19）（20）模糊矩阵，设（16）一般地，（17）（18）（19）151（21）（22）关于转置矩阵有（23）

（24）

（25）（21）（22）关于转置矩阵有（23）（24）152第八章模糊线性规划8．1模糊环境中的线性规划8．2基本模型与方法8.3模糊资源型问题的容差法第八章模糊线性规划8．1模糊环境中的线性规划8．2基153

自1970年，Zadeh和Bellman提出模糊决策的概念之后,形成模糊优化的研究领域。该领域中较为成熟的是模糊线性规划。8．1模糊环境中的线性规划目标-资源型线性规划问题描述（清晰）：其中:A资源约束矩阵，b资源拥有量向量和c代价系数向量在现有资源条件下获取某项目标的最大值,即:在现有资源条件下以小投入换取最大的效益.自1970年，Zadeh和Bellman提出模糊决策154模糊线性规划优化模型的类型：类型Ⅰ:清晰系数型1)模糊资源型——仅仅资源约束是模糊的2)模糊目标-资源型模糊线性规划优化模型的类型：1)模糊资源型——仅仅资源约束155类型Ⅱ:模糊系数型1)右端项系数模糊型

—资源拥有量是模糊数2)目标函数系数模糊型3)资源约束模糊型

—资源约束矩阵和资源拥有量都是模糊4)系数全模糊型

—所有系数矩阵和向量都是模糊类型Ⅱ:模糊系数型1)右端项系数模糊型2)目标函数系数模糊156类型Ⅲ:非精确系数型1）右端项非精确型——为非精确的为非精确的2)目标函数系数非精确型——3）资源约束非精确型——是非精确的4）系数全部非精确型——是非精确的类型Ⅲ:非精确系数型1）右端项非精确型——为非精确的为非精1578．2基本模型与方法对称模型1970年，Bellmant和Zadeh提出：模糊环境中的决策可看作模糊约束和模糊目标函数的交集。例1

设目标函数“x尽可能大于10”目标的隶属度函数约束条件“x应在11附近”，则隶属度函数8．2基本模型与方法对称模型1970年，Bellmant158决策的隶属度函数为目标与约束两个隶属度函数的交图8.1对称模型解的区域决策的隶属度函数为目标与约束两个隶属度函数的交图8.1对1598.3模糊资源型问题的容差法模糊资源型的模糊线性规划问题描述为：例2

设某公司生产2种产品A与B;质量:产品A制造精度>产品B制造精度，外形:产品A尺寸<产品B尺寸，获利:产品A0.40元/件产品B0.30元/件制作时间:产品B需要1小时,

产品A所需要的劳动时间是产品的B的两倍，资源:材料:每天生产400件产品

劳动力:每天500个劳动小时假设:该公司生产的所有产品都可以销售出去，管理者希望制订一个能获得最大利润的生产计划。8.3模糊资源型问题的容差法模糊资源型的模糊线性规划问题描述160线性规划模型:线性规划的图解法图8.2生产计划的图解法线性规划模型:线性规划的图解法图8.2生产计划的图解法161某大学设计概论-期末总课件162设计概论本课程：产品设计中的理论及方法。----概念设计、形体设计到制造过程.主要内容：

1．功能分析及产品构思设计

——产品的机构设计方法学；

2．机构的组合方法；

3．设计评价；

4．柔性制造系统的建模设计

——柔性系统中的求解算法。包括资源规划、机床规划、精良生产及并行工程

5.

模糊理论与模糊规划

设计概论163第一章绪论

1.1设计概念

人类的社会活动：围绕物质财富的创造和分配展开

1．狭义的设计概念：设计：将客观需求转化为满足需求的技术系统活动。技术系统活动：产品创新设计或产品开发设计中的一切活动。

2．广义设计概念：例1，设计是一种针对目标问题的求解活动；例2，设计是一种创造性的活动，创造前所未有的，新颖而有益的东西。第一章绪论164设计是“一种构思与计划，以及把这种构思与计划通过一定的手段转为视觉化的活动过程”。涵盖面更广的概念：对发展过程的安排对发展过程进行的活动发展过程：发展方向、程序、细节、要达到的目标。3．创新是设计的灵魂设计目标——产品——赢得市场产品的竞争力：

——性能使用户满意；

——开发周期最短；

——成本最低；

——无污染或污染被降低到最低的限度。“创新”的含义：A.原创新：建立新理论、新方法，发明新机构、新运动原理。B.新产品创新：非圆齿轮：凸轮与齿轮的组合；手机：新型手机=手机+电子记事本+……+网络。设计是“一种构思与计划，以及把这种构思与计划1651.2设计过程及产品的开发过程1.设计的四个过程阶段：

——需求分析

——构思设计

——结构与精度设计

——制造过程设计2.现代产品制造的特点：

A.创造设计过程长，制造过程缩短；

B.由原来的满足精度，经久耐用的特点→现代的个性化、流行化的特征发展。3.现代产品设计的模式：反馈的闭环模式

1.2设计过程及产品的开发过程1662.1功能概念及分析方法

2.2功能原理与运动规律之间的关系2.3运动规律与机构组合的关系2.4制定运动规律的原则和步骤

2.5创新技法2.6机构组合时的基本原则及影响因素

2.7按功能－结构矩阵设计运动简图

2.8.按机构的结构特性作机构组合

第二章功能分析与机构设计2.1功能概念及分析方法第二章功能分析与机构设计1672.1功能概念及分析方法

产品设计的首要环节，将市场需求转化为产品的抽象化性能1．功能概念：

体现在产品实体上的效用性能，包括：—效能、—用途、—作用、—目的2．功能定义的方法：

动词+名词：千斤顶—顶起+重物，电池—储存+电能

定义功能需提取最本质的性能，有助于引导新的构思与产品3．功能分析法

（1）总功能确定：通过比较输入与输出之间的差别定义总功能（2）功能树作功能分解：将功能分解为多个简单功能元，通过对功能元的求解，得到机构，最后得到总功能的求解方案功能分解获取→机构运动简图→机构控制简图（3）功能分解的方法—（目的—手段）

将产品性能的网络结构按树型结构展开进行功能分析2.1功能概念及分析方法（3）功能分解的方法—（目的—手1682.2功能原理与运动规律之间的关系

板材送料机构都有三个操作：供料，取料与送料。但不同的机构，原理不同，结构也不同；原理相同，结构也不同；功能原理：推力摩擦吸力2.2功能原理与运动规律之间的关系169某大学设计概论-期末总课件170归纳：功能与运动规律之间的对应关系

A．功能与运动规律之间有对应关系，这个映射关系实现机构构思中由功能设计向运动规律设计的转化。B．功能与运动规律之间为1∶n的关系，即：单对多的关系。归纳：功能与运动规律之间的对应关系171（2）直线往复运动的机构（水平）图2-7往复运动的机构

（2）直线往复运动的机构（水平）图2-7往复运动的机构172归纳：运动规律与机构之间的对应关系A．运动规律与机构之间存在对应关系，这种关系能实现由运动规律到机构设计的转化。这种转化实现了由设计构思到实体产品之间的联接。B．运动规律与机构之间为1∶n的关系，即：单对多关系。归纳：运动规律与机构之间的对应关系1732．功能原理、运动规律与机构综合之间的关系（1）功能与运动规律之间存在着对应关系，运动规律与机构之间存在着对应关系；设计活动：从功能分析→运动规律分析→机构设计过程转化的有序性、逻辑性（2）两个1∶n（单对多）关系

对于机构设计，优点：灵活性、多样性、丰富多彩性，实现用户对产品的个性化与求异的心里需求。缺点：不同的功能组合构成不同的机构和不同的运动规律构成不同的机构这两层1：N的关系，构成设计的复杂性和分析评价的困难，各种因素难以把握，利弊难以平衡。

机构综合中的结构类型选择与机构组合是机构设计的关键点和难点。2．功能原理、运动规律与机构综合之间的关系1742.4制定运动规律的原则和步骤1．步骤

（1）功能分析

将用户使用要求转化为产品的一系列的有序操作动作（2）运动规律分析

将复杂运动按某一性能指标分解成若干个基本运行

（3）型选择

a.原理类型：b.结构类型：（4）运动协调分析及协调设计能完成要求的操作动作，满足使用性能；

动作协调，无碰撞、干涉、过程平稳。2.4制定运动规律的原则和步骤1752．制定运动规律的原则І．运动最简原则及规律集最小原则

减少冗余环节规律集最小

运动规律为简单运动II．结构最简原则采用新机构、新技术采用简单轮廓结构2．制定运动规律的原则1762.5创新技法

1．分析综合法（1）分析成熟产品：取签上胶压签及贴签贴签瓶的输入与输出（2）提取特征机构，组合成设计机构2.5创新技法（1）分析成熟产品：1772．思维扩展性在已有成熟产品的机构上作扩展设计，获取新机构

思维扩展法有两个特点：（1）将多种技术综合应用；（2）在原有的机构上，根据产品的新要求，延续构思，创造出新机构。2.6机构组合时的基本原则及影响因素

1)结构最简原则选取的基本机构，减小加工误差与加工累积误差对产品性能的影响。2）机械效益最大原则

2．思维扩展性思维扩展法有两个特点：2）机械效益最大原则1783）机构效率最大的原则

4）获得较大的传动角µ

原则

5）机构动力源因素动力源有多种形式：电能、电磁能、气能、液压、波能……

量能转换形式———电动机、气、液压机构6）动载荷最小原则高速机构，力争:平衡惯性力,平衡惯性力矩重载机构也要有平衡惯性力,平衡惯性力矩

措施是：①机构取对称结构，重力矩自行平衡②机构最有利于重力平衡3）机构效率最大的原则4）获得较大的传动角µ原则5）1792.7按功能－结构矩阵设计运动简图

一、设计原理与过程

1.原理功能—运动规律—机构之间存在的映射关系分解与组合完成矩阵的手段

2．功能－结构矩阵设计过程

1）功能分类，用图形符号表示

2）作功能分解按关联树组成功能－结构矩阵；

3）作原型选择，即：基本机构选择；

4）组合成机构，并构造多个方案；

5）分析比较，选出最佳方案2.7按功能－结构矩阵设计运动简图180图2-20关联数图图2-20关联数图181二、示例设计一个锻压设备，它采用电动机作为动力源，要求锻压部件（锻头）作上下往复运动，锻造出高精度的毛坯。（1）功能分解分析：电机旋转，锻压头上、下往复运动，机构应有：A.运动形式变换功能，将旋转运动变为直线运动；B.驱动力放大功能

C.锻压头作上、下往复运动方向变换的功能二、示例C.锻压头作上、下往复运动182（2）建立功能－机构矩阵(343)（2）建立功能－机构矩阵(343)183（3）构造机构方案构造机构注意三项原则：

a.组合的可能性原则，相关点的运动要一致；

b.组合的有效性原则组合后运动不干涉，保证运动范围，满足运动精度要求；c.构件的轮廓应有可加工性。

（4）分析比较，确定最佳方案结论：依据设计要求，选出方案A（3）构造机构方案184图2-21运动简图筛选方案图2-21运动简图筛选方案1852.8.按机构的结构特性作机构组合1.单自由度机构中构件数与运动副的配置1）不同运动符的构件类型及构件数代号二极杆：一个构件上有两个铰接点；三极杆：一个构件上有三个铰接点；四级杆：一个构件上有四个铰接点；若：：二极杆的构件数：三极杆的构件数：四极杆的构件数

……

：n极杆的构件数

N：机构的总件数2.8.按机构的结构特性作机构组合1862）单自由度机构中不同运动副的构件的配置（2-5）四杆机构：只有一种配置方案；；六杆机构：有两种配置方案:

有效配置案一种，构成两种运动链即为：瓦特链

斯蒂芬链2）单自由度机构中不同运动副的构件的配置（2-5）四杆机187八杆机构：具有三种配置方案构成16种运动链图

图2-22六杆机构的运动链图八杆机构：具有三种配置方案图2-22六杆机构的运动链图188图2-23八杆机构的运动链图图2-23八杆机构的运动链图1892．运动链图及机构的生成法运动链图：去掉机构中构件的工程（功能）含义，只保留构件之间的联接关系，所构成的连接结构图称为运动链图。例4.按步行机构的轨迹，用6杆机构设计步行机构

图2-24步行机构轨迹图2．运动链图及机构的生成法图2-24步行机构轨迹图190图2-25瓦特链的倒置机构图2-26斯蒂芬链链的倒置机构4图2-25瓦特链的倒置机构图2-26斯蒂芬链链的倒置机构191图2-27选出的步行机构

图2-28机构变异3．基本结构变异

（1）转动副变异成移动副

演化原理：构件杆长变为时，构件：转动副——移动副。

图2-27选出的步行机构图2-28机构变异3．基192（2）低副变异为高副变异原理：变异前、后各构件之间的拓扑关系保持不变。二极杆——高副配合面图2-29机构变异（4杆机构的低副变高副）（2）低副变异为高副图2-29机构变异（4杆机构的低副变高1934.瓦特链的代换过程

图2-30瓦特链的低副变高副4.瓦特链的代换过程图2-30瓦特链的低副变高副1945.斯蒂芬链的代换过程

图2-31斯蒂芬链的低副变高副5.斯蒂芬链的代换过程图2-31斯蒂芬链的低副变高副195第三章机构的组合方式

3.1机构的组合方法分类

1.机构的组合类别

2.以连接特征的分类类别

3.2机构的组合模式

1．串联组合模式

2．并联组合模式

3．反馈组合模式

4．运载机构

5．时序组合机构第三章机构的组合方式1963.1机构的组合方法机构的组合类别与分类的特征有关有两种分类方法：