现代设计理论与方法课件

机械工程领域学术报告

——现代设计理论与方法

机械工程领域学术报告

目录现代设计理论的形成和发展1设计的一般过程2机械产品中的方法及应用3现代设计的展望与总结4目录现代设计理论的形成和发展1设计的一般过程2机械产设计的地位自然科学工程科学技术设计方案工艺学制造技术消费社会学心理学政治经济艺术造型建筑右图表明作为设计工作结果的技术设计方案，正处在现实世界中文化生活和技术水准二者相互交叉影响的中心位置。设计的地位自然工程技术设计方案工艺学制造技术消费社会学政治经设计发展的基本阶段1、直觉设计阶段凭直观感觉来设计制作工具和机械，往往带有一定的盲目性。2、经验设计阶段依靠个人的才能和经验，运用一些基本设计计算理论，借助类比、模拟和试凑等设计方法进行设计。3、半理论半经验设计阶段加强了设计基础理论、各种专业机械产品设计机理以及关键零部件的设计研究，使设计者能够充分利用数据、图表和手册等进行设计，减少了设计的盲目性，增加合理性。4、现代设计阶段以市场需求为驱动，以现代设计思想、理论为指导，以知识获取为中心，以现代技术手段为工具，考虑产品的全生命周期和人、机、环境相容性等因素的设计。设计发展的基本阶段1、直觉设计阶段现代设计理论的形成和发展用户对产品要求的个性化和多样化，同时产品（或系统）的复杂程度越来越大，涉及的技术和科学领域越来越多，这就需要在进行设计时进行现代设计理论与方法的合理利用，提高产品质量与工作效率。

现代产品设计理论涉及到计算机、人工智能、自动化、认知科学、

并行工程等多个领域。各种机械从构思到实现要经过设计和制造两个阶段，机械设计师机械产品生产的重要步骤，产品设计的优劣对于产品的销售和竞争有很大的影响，合理的设计方法是保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的基石。设计工作至关重要同时也应该占用产品生产费用的很大一部分。

。现代设计理论的形成和发展用户对产品要求的个性化和多样

现代设计理论的形成和发展

现代机械设计理论方法的特点范畴和内涵分析了我国机械设计领域与发达工业国家存在的差距及现代机械设计理论方法的发展方向，提出了只有下功夫弥补现代机械设计理论的不足，才能使我国的机械设计水平整体提升的观点。

现代设计理论的形成和发展

现代设计与传统设计

传统设计：加强了设计基础理论、各种专业机械产品设计机理以及关键零部件的设计研究，并随着经验的积累，以及设计与工艺的结合的设计，称为传统设计或者常规设计。传统设计以经验为基础，运用力学、数学等公式，图表等作为设计依据，通过经验公式或类比的方式进行设计。现代设计与传统设计传统设计：现代设计理论与方法课件现代设计

继承了传统设计的精华，吸取了当代科技成果和计算机技术。与传统设计相比，主要完成了一下转变：

1）产品结构分析的定量化；

2）产品工况分析的动态化；

3）产品质量分析的可靠性化；

4）产品设计结果的最优化；

5）产品设计过程的高效化和自动化。现代设计现代设计理论与方法课件设计的一般过程（1）确认需求（含潜在的需求）（2）扫描技术可能（含联想到的可能解）（3）产生矛盾统一设想（概念）（4）经济、技术分析（贯穿全过程）（5）设想的优选和确认（6）结构的优选和确认（7）材料的优选和确认（8）加工过程的优选和确认（9）综合评价（10）产生和表述最终解设计的一般过程（1）确认需求（含潜在的需求）设计的一般过程产品规划阶段原理方案设计阶段技术设计阶段施工设计阶段设计的一般过程现代设计理论与方法课件现代设计方法及理论

优化设计可靠性设计计算机辅助设计有限元法工业造型设计反求工程设计绿色设计动态设计系统化设计创造性设计摩擦学设计模块化设计价值工程人机工程

虚拟设计现代设计方法及理论优化设计可靠性设机械产品设计过程中用到的方法及理论机械产品设计过程中用到的方法及理论机械产品设计过程中用到的方法及理论机械产品设计过程中用到的方法及理论系统分析设计法

将设计对象看成一个系统，用系统工程的概念进行分析和综合，并且按产品或系统开发的进程进行设计，以求获得最佳设计方案。设计任务→求总功能→分解为功能元→求解功能元→原理解组合→评价与决策→最佳原理方案。系统分析设计法验布机机体1记码器2放布导布辊3放布装置4挡布装置5

验布导布辊6压布辊7验布台8验布盖9

卷布装置10挡布装置11验布机机体1记码器2放布导布辊3放布装置4计算机辅助设计计算机辅助设计是从20

世纪

60

年代发展起来的现代化设计方法，其经历了曲面造型、实体造型、参数化技术和变量化技术等改进，从根本上摆脱了繁琐、费时且精度低的传统手工绘图，引起工程设计领域的深刻变革。CAD

技术以信息技术为基础，利用计算机软件和硬件进行产品的方案决策、初步设计、工程分析和工程设计。CAD

技术除了利用图形软件和数据库完成几何和工艺定义，以及有关信息的存储和利用外，还可以进行产品决定、工程分析、可行性分析及多方案优选。计算机辅助设计计算机辅助设计是从20

世纪

6反求工程设计

本方法是消化吸收并改进国内外先进技术的一系列工作方法和技术的总和。通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、解剖、试验，了解其材料、组成、结构、性能、功能，掌握其工艺原理和工作机理，以消化仿制、改进或发展、创造新产品的一种方法和技术。反求工程设计的流程示意：产品样件→数据采集→数据处理CAD/CAE/CAM系统→模型重构→制造系统→新产品。反求工程设计本方法是消化吸收并改进国内外先进技优化设计

优化就是采取措施不断改进当前的状态或过程，其核心是达到改进的目的。优化包含很多方面，主要是根据所需要求进行优化，比如提升性能、降低成本、轻量化等，或者需要进行材料或者结构等方面的改进优化。优化设计是综合各方面的因素、指标、约束等产生一个最优的设计方案。可用于方案选择、参数匹配及优选、结构设计、机构设计及系统设计等方面。优化设计优化就是采取措施不断改进当前的状态或过可靠性设计

可靠性设计是采用概率统计法来评估零部件的安全与寿命的一种现代设计方法。它是解决机械构件或机械系统在指定环境条件下工作时，在规定期限内完成其预定功能的概率。可靠性设计正逐步取代传统的安全系数法，成为现代设计方法的重要组成部分。可靠性设计，就是将载荷、材料强度性能和构件的几何尺寸等因素都看成属于某种概率分布的统计量，应用概率论与数理统计方法，推导出在给定条件下构件不产生破坏的概率公式，从而确定在给定可靠度条件下构件的尺寸，

或当已知构件尺寸时，确定其一定可靠度下的安全寿命。

可靠性设计可靠性设计是采用概率统计法来评估零部模块化设计模块化思维的基本模式：系统＝模块＋接口模块化哲理：以不变或少变(模块体系)应万变(多样化需求)。模块化思想：通用化(模块)＋组合化(装配)模块化的方法论基础：系统工程方法（系统的分解和组合）＋标准化方法（规范化、通用化、系列化）模块化产品构成模式：由（通用＋改型＋专用）模块的组合，构成产品族模块化效益原理：创新(市场占有率)＋继承性(生产率）模块化产品生产模式：大规模生产（模块）＋个性化定制组装（产品）模块化设计模块化手机模块化手机：简单地理解“模块化”这个概念，其实就是把普通手机的摄像头、扬声器、处理器等必备组件单独封装到大小不同的矩形“模块”里。这些带有金属触点的模块，可以像乐高积木一样，按照你的心愿自由在手机上插拔。模块化手机

最终手机没有上市，归结其原因，是模块化手机这种方案并不适合普通消费者。当其它厂商的手机越做越轻薄的时候，模块化手机不得不留出足够多的接口连接每个模块。谷歌解释这是在大量研究和测试之后做出的决定，毕竟它们要保证绝对稳定。在这种背景之下，ProjectAra的可玩性就大大降低，如今剩下扬声器、附屏、摄像头模组这些可以换了。虽然在手机行业暂时失败了，可我们也可以尝试用在其他产品设计上。最终手机没有上市，归结其原因，是模块化手机这种现代设计的展望与总结目前现代机械设计理论方法的发展趋势是：在性能上向高精度、高效率、智能化的方向发展；在功能上向小型、轻型、多功能化方向发展；在层次上向集成化方向发展。具体来讲是：设计对象由单机走向系统；设计要求由单目标走向多目标，产品设计周期缩短；设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；产品设计由自由发展走向有计划的发展；设计工作的人员从单人走向小组；设计的发展要适应科学技术的发展；绿色设计思想。现代设计的展望与总结目前现代机械设计理论方法的发展趋势是：在现代设计在工程设计中的应用具有以下特点：

(1)

充分应用计算机、计算技术、应用数学和力学等学科的新成就；(2)

在设计思想的现代化、

设计理论的科学化、设计过程的智能化、设计手段的自动化、设计评价的定量化等方面，已经吸收了现代科学技术的最新成果，呈现出新的发展态势；(3)

现代设计理论与方法在工程机械领域的推广和应用，必将极大地促进工程机械产品设计的现代化，从而促进工程机械产品的现代化。现代设计在工程设计中的应用具有以下特点：

谢谢

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——现代设计理论与方法

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目录现代设计理论的形成和发展1设计的一般过程2机械产品中的方法及应用3现代设计的展望与总结4目录现代设计理论的形成和发展1设计的一般过程2机械产设计的地位自然科学工程科学技术设计方案工艺学制造技术消费社会学心理学政治经济艺术造型建筑右图表明作为设计工作结果的技术设计方案，正处在现实世界中文化生活和技术水准二者相互交叉影响的中心位置。设计的地位自然工程技术设计方案工艺学制造技术消费社会学政治经设计发展的基本阶段1、直觉设计阶段凭直观感觉来设计制作工具和机械，往往带有一定的盲目性。2、经验设计阶段依靠个人的才能和经验，运用一些基本设计计算理论，借助类比、模拟和试凑等设计方法进行设计。3、半理论半经验设计阶段加强了设计基础理论、各种专业机械产品设计机理以及关键零部件的设计研究，使设计者能够充分利用数据、图表和手册等进行设计，减少了设计的盲目性，增加合理性。4、现代设计阶段以市场需求为驱动，以现代设计思想、理论为指导，以知识获取为中心，以现代技术手段为工具，考虑产品的全生命周期和人、机、环境相容性等因素的设计。设计发展的基本阶段1、直觉设计阶段现代设计理论的形成和发展用户对产品要求的个性化和多样化，同时产品（或系统）的复杂程度越来越大，涉及的技术和科学领域越来越多，这就需要在进行设计时进行现代设计理论与方法的合理利用，提高产品质量与工作效率。

现代产品设计理论涉及到计算机、人工智能、自动化、认知科学、

并行工程等多个领域。各种机械从构思到实现要经过设计和制造两个阶段，机械设计师机械产品生产的重要步骤，产品设计的优劣对于产品的销售和竞争有很大的影响，合理的设计方法是保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的基石。设计工作至关重要同时也应该占用产品生产费用的很大一部分。

。现代设计理论的形成和发展用户对产品要求的个性化和多样

现代设计理论的形成和发展

现代机械设计理论方法的特点范畴和内涵分析了我国机械设计领域与发达工业国家存在的差距及现代机械设计理论方法的发展方向，提出了只有下功夫弥补现代机械设计理论的不足，才能使我国的机械设计水平整体提升的观点。

现代设计理论的形成和发展

现代设计与传统设计

传统设计：加强了设计基础理论、各种专业机械产品设计机理以及关键零部件的设计研究，并随着经验的积累，以及设计与工艺的结合的设计，称为传统设计或者常规设计。传统设计以经验为基础，运用力学、数学等公式，图表等作为设计依据，通过经验公式或类比的方式进行设计。现代设计与传统设计传统设计：现代设计理论与方法课件现代设计

继承了传统设计的精华，吸取了当代科技成果和计算机技术。与传统设计相比，主要完成了一下转变：

1）产品结构分析的定量化；

2）产品工况分析的动态化；

3）产品质量分析的可靠性化；

4）产品设计结果的最优化；

5）产品设计过程的高效化和自动化。现代设计现代设计理论与方法课件设计的一般过程（1）确认需求（含潜在的需求）（2）扫描技术可能（含联想到的可能解）（3）产生矛盾统一设想（概念）（4）经济、技术分析（贯穿全过程）（5）设想的优选和确认（6）结构的优选和确认（7）材料的优选和确认（8）加工过程的优选和确认（9）综合评价（10）产生和表述最终解设计的一般过程（1）确认需求（含潜在的需求）设计的一般过程产品规划阶段原理方案设计阶段技术设计阶段施工设计阶段设计的一般过程现代设计理论与方法课件现代设计方法及理论

优化设计可靠性设计计算机辅助设计有限元法工业造型设计反求工程设计绿色设计动态设计系统化设计创造性设计摩擦学设计模块化设计价值工程人机工程

虚拟设计现代设计方法及理论优化设计可靠性设机械产品设计过程中用到的方法及理论机械产品设计过程中用到的方法及理论机械产品设计过程中用到的方法及理论机械产品设计过程中用到的方法及理论系统分析设计法

将设计对象看成一个系统，用系统工程的概念进行分析和综合，并且按产品或系统开发的进程进行设计，以求获得最佳设计方案。设计任务→求总功能→分解为功能元→求解功能元→原理解组合→评价与决策→最佳原理方案。系统分析设计法验布机机体1记码器2放布导布辊3放布装置4挡布装置5

验布导布辊6压布辊7验布台8验布盖9

卷布装置10挡布装置11验布机机体1记码器2放布导布辊3放布装置4计算机辅助设计计算机辅助设计是从20

世纪

60

年代发展起来的现代化设计方法，其经历了曲面造型、实体造型、参数化技术和变量化技术等改进，从根本上摆脱了繁琐、费时且精度低的传统手工绘图，引起工程设计领域的深刻变革。CAD

技术以信息技术为基础，利用计算机软件和硬件进行产品的方案决策、初步设计、工程分析和工程设计。CAD

技术除了利用图形软件和数据库完成几何和工艺定义，以及有关信息的存储和利用外，还可以进行产品决定、工程分析、可行性分析及多方案优选。计算机辅助设计计算机辅助设计是从20

世纪

6反求工程设计

本方法是消化吸收并改进国内外先进技术的一系列工作方法和技术的总和。通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、解剖、试验，了解其材料、组成、结构、性能、功能，掌握其工艺原理和工作机理，以消化仿制、改进或发展、创造新产品的一种方法和技术。反求工程设计的流程示意：产品样件→数据采集→数据处理CAD/CAE/CAM系统→模型重构→制造系统→新产品。反求工程设计本方法是消化吸收并改进国内外先进技优化设计

优化就是采取措施不断改进当前的状态或过程，其核心是达到改进的目的。优化包含很多方面，主要是根据所需要求进行优化，比如提升性能、降低成本、轻量化等，或者需要进行材料或者结构等方面的改进优化。优化设计是综合各方面的因素、指标、约束等产生一个最优的设计方案。可用于方案选择、参数匹配及优选、结构设计、机构设计及系统设计等方面。优化设计优化就是采取措施不断改进当前的状态或过可靠性设计

可靠性设计是采用概率统计法来评估零部件的安全与寿命的一种现代设计方法。它是解决机械构件或机械系统在指定环境条件下工作时，在规定期限内完成其预定功能的概率。可靠性设计正逐步取代传统的安全系数法，成为现代设计方法的重要组成部分。可靠性设计，就是将载荷、材料强度性能和构件的几何尺寸等因素都看成属于某种概率分布的统计量，应用概率论与数理统计方法，推导出在给定条件下构件不产生破坏的概率公式，从而确定在给定可靠度条件下构件的尺寸，

或当已知构件尺寸时，确定其一定可靠度下的安全寿命。

可靠性设计可靠性设计是采用概率统计法来评估零部模块化设计模块化思维的基本模式：系统＝模块＋接口模块化哲理：以不变或少变(模块体系)应万变(多样化需求)。模块化思想：通用化(模块)＋组合化(装配)模块化的方法论基础：系统工程方法（系统的分解和组合）＋标准化方法（规范化、通用化、系列化）模块化产品构成模式：由（通用＋改型＋专用）模块的组合，构成产品族模块化效益原理：创