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文档简介
2023/3/161科学发展观指导下的
设计理论与方法及其应用
如何开展产品的研究与开发及产品的设计呢?即应在科学发展观指导下来完成上述工作,也就是必须从产品的实际情况出发,运用辨证唯物的观点和方法去完成产品设计的各项工作,以便达到全面、协调、稳定和可持续的发展。科学发展观的特点是:
1实践性:就是来源于实际,应用于实际,通过实践来发展。
2内在规律性:就是要了解和掌握事物发展的内在规律,减少工作中可能发生的各种问题,要掌握事物发展的内在规律。
3全面性:就是分析主观和客观各方面的情况,全面地去考虑和开展既定的工作任务,做出全面的规划。
4系统性与协调性:就是要按照系统工程的观点和方法,去处理事物内部各个方面的协调关系,要基于系统工程的方法。
5稳定性:就是在全面、系统和揭示事物发展的内在规律及协调,促进其稳定、健康和快速的发展。
6可持续性:就是要注意环境保护,并要对资源进行合理的利用,保持可持续的发展,对环境与资源要进行保护。
2023/3/162科学发展观指导下的
设计理论与方法及其应用
1概论(根据产品研发和设计的特点,提出一种基于系统工程的设计理论与方法,即综合设计法)
2产品的功能与性能及产品设计质量的内涵
3产品设计方法分类及产品设计的三个阶段
4产品设计的第一阶段:规划阶段,7D设计总体规划
5产品设计的第二阶段:实施阶段,1+3+X综合设计
6产品的功能优化设计
7产品的动态优化设计
8产品的智能优化设计
9产品的可视优化设计10产品设计的第三阶段:检验阶段,设计质量的检验2023/3/163科学发展观指导下的设计理论与方法及应用
所介绍的内容主要引自以下0、1两部著作:0面向产品广义质量的综合设计理论与方法.科学出版社,200600“基于系统工程的产品设计理论与方法”著作,共6册1产品全功能与全性能综合设计机械工业出版,2008
现代机械产品功能优化设计机械工业出版,20083现代机械产品动态优化设计4现代机械产品智能优化设计5现代机械产品可视优化设计产品设计质量的检验与评估2023/3/164
1概论
1.1引言
1.2现代机械产品及制造技术的发展趋向
1.3产品研究与开发的基本过程及模型
1.4产品研究与开发的几个关键问题
1.5产品设计的重要性及其核心因素
1.6产品的设计理论与方法的发展
1.7产品的设计理论与方法的发展趋向
2023/3/1651概论1.1引言装备制造业在国民经济发展中的重要地位。
制造业与装备制造业是国民经济的物质基础和产业主体,是富民强国之本,是国民经济高速增长的发动机,是推进信息化的主导产业,
是科学技术的基本载体,是实现技术创新的主要舞台,
是国家竞争力的重要体现,是国防建设的“装备部”,它决定着我国在国际分工中的地位。
我国是制造大国,是世界工厂,但还不是制造强国。2023/3/166图1中德日美四国制造业增加值变化情况
2023/3/167我国装备制造业存在的不足
新中国成立50多年来,我国制造业得到了长足的发展,已取得了重大成就,目前我国已成为制造业的大国、世界制造工厂。但我国与制造强国相比还有较大差距。原因是多方面的,以下几点应引起重视:
(1)目前我国许多重大装备还大量依赖进口;(2)许多难度较大产品的质量与性能与国外的相比,还有较大差距,能耗大,污染严重,例如钢铁工业;(3)自主开发的产品还较少,有的还不能制造。
本世纪初我国正在走新型工业化道路,依靠科学技术进步,开拓出一条发展制造业及通向制造强国之路。2023/3/168产品设计中的10个关键性的问题:(1)如何在科学发展观指导下开展产品研究开发和设计工作?(2)如何在产品设计中开展自主创新设计?(3)产品功能与性能的内涵是什么?(4)产品质量和设计质量的概念和定义及如何数学表述?(5)产品设计理论与方法有多少种及如何分类?(6)对产品设计工作应如何进行总体规划?什么是完整技术系统?什么是非完整技术系统?(7)如何有效地利用综合设计方法开展产品的设计工作?(8)1+3+X综合设计法的意义何在?(9)深层次的设计理论与方法的含义?(10)如何将广义优化技术、信息技术、虚拟技术和数字化技术应用于产品设计中?
我国高速铁路的发展与汽车产业发展的比较。2023/3/1691.2现代机械产品及制造技术发展趋向
现代机械产品及制造技术的发展的趋向高速化高效化微型化柔性化综合化模块化自动化智能化网络化数字化集成化或大型化绿色化
图2现代机械产品及制造技术的发展趋向或精密化专用化或
“极端制造”方向综合集成方向
信息化方向绿色化方向2023/3/16101.3现代机械产品研究与开发的基本过程
产品概念设计
产品详细设计
产品开发支持环境
图3产品开发过程的一般模型上市
产品功能优化设计模块产品综合性能优化设计模块零部件工艺优化设计模块
零部件生产制造优化与试验模块
生产制造与试验
顾客需求合成模块顾客需求智能获取与合成子统工艺制定市场信息
产品修改
产品修改或产品升级模块
市场反馈及产品修改子系统顾客需求分析
顾客需求获取模块2023/3/16111.4产品研究与开发的几个关键问题
(1)掌握国内外需求和重视新产品开发的切入点(2)把握产品国内外的发展水平及国际前沿(3)建立强有力的产品研究和开发的队伍(4)创建试验研究的良好条件和环境(5)重视产品研究开发、生产过程中的几大要素(6)做好产品设计的规划及采用先进的产品设计理论与方法2023/3/16121.5产品设计工作的重要性及核心因素
产品的自主开发首先依赖于设计,产品的设计可赋予某种产品“先天性”的本质特性。对产品质量的贡献率可达70%。有的专家说,产品设计是产品质量的“灵魂”。
据日本某部门的统计,发现因设计造成设备故障的比例占50%,因元件、材料原因造成故障的比例为33%,因制造不良造成设备故障的比例为17%。
全产品成本水平的70%-80%取决于产品的设计。
产品设计不仅能够提高产品的质量,还能缩短产品开发周期,降低设计与制造成本,可以满足用户提出的各方面的需求(即广义综合质量,即综合性能)。产品的5大要素:
质量Q、价格C、生产周期T、环境E和售后服务S。2023/3/16131.6产品的设计理论与方法的发展
(1)产品的设计理论与方法的研究有百余年的历史,到现在已提出了数十种方法,
如创新设计、绿色设计、结构设计、摩擦学设计、优化设计、智能设计、虚拟设计、数字化设计等。
(2)比较著名的理论与方法有:
1)前苏联的发明解决问题的理论(TRIZ理论);2)德国学者提出的普适设计方法学:即以研究产品功能的基础,以物质流、能量流、信息流为核心内容的设计理论;3)美国学者提出的公理化设计理论:以顾客域、功能域、物理域和过程域为核心内容的设计理论;4)日本学者提出的三次设计法与QFD设计法。2023/3/1614(3)目前设计理论与方法正在向以下几个方向发展
1)创新设计与基于系统工程的设计2)绿色设计、和谐设计3)虚拟设计与可视化设计4)全功能全性能及全生命周期优化设计5)稳健设计6)数字化设计7)多学科交叉融合设计8)一体化设计如结构与材料、动力学与控制9)综合设计理论与方法2023/3/16151.7产品设计理论与方法的研究趋向图5现代机械产品设计理论与方法的发展趋向虚拟设计智能设计网络设计数字化设计采用信息技术不确定的系统非线性动力学设计大型复杂机械系统设计复杂微机电系统设计高维强非线性系统动力学设计时变系统非线性动力学设计针对非线性系统针对复杂系统面向产品总体质量研究的深化按照科学发展观现代机械产品设计理论与方法的发展趋向各种单项设计法稳态系统非线性动力学设计动力学全生命周期优化设计三次设计综合设计绿色设计创新设计广义优化设计2023/3/16162产品功能与性能及产品广义质量的含义
2.1概述
2.2产品的主辅功能
2.3产品的三大性能
2.4产品的质量与设计质量的内涵2023/3/16172.1概述
对产品设计工作者来说,设计产品所追求的首要目标是产品质量,假如某种产品的质量达不到要求,就会显著降低它的使用价值,甚至完全丧失使用价值,它就会在市场中缺乏竞争力,最终将会被市场所淘汰。产品设计工作者所考虑的问题不只是产品的质量(指的是使用质量),他们所要考虑的问题要比与使用质量相关的内容要多得多,即应该考虑包括产品的质量在内的五大要素:质量Q(狭义的)、成本C、设计制造周期T、环境E和售后服务S等所有要求,这些要求可以概括为用户、企业及社会对产品设计工作提出的各种质量要求。2023/3/16182.2产品的主功能的辅助功能
主功能转变加工对象(被加工物件、物体或物质)的几何形态、物理状态、化学组成、生理机能和进行信息的传输与处理等工作。辅助功能为实现基本功能需完成的辅助工作,例如,加工对象(物件、物体或物质)的转运、装卸和固定等;工作机构需获得所需的运动形式;系统需获得所需的动力;操纵指令信号的发出及执行;工况信息的采集、测试与系统的控制等。运动传输信息传输能量传输物质输出指令传递能量输入信息采集物质输入运动输入指令输入图6产品的主功能与辅助功能2023/3/1619
主功能通常是用来改变物质的状态,具休地说,用来改变被处理物质、物体或物件的几何形态、物理状态、化学组成、生理机能或信息表现形式等各方面的工作,所以在机械产品中要出现物质形态的转变过程,常常呈现物质流的形式,也就是将输入物质的初始形态改变为新的形态。例如,车床的主功能是加工零件,用来改变工件的几何形态,它要将毛坯加工到所要求尺寸精度的零件。
辅助功能是为了实现主功能而需要完成的一些辅助工作,常常包括物质的转移、所需运动形式的转换、所需能量的输入、操纵指令的输入、信息的获取及处理等,也就是常常出现物质流、运动形式流、能量流、指令信号流和控制信息流等。2023/3/1620
实现产品功能的具体内容
图2.2功能结构简图和对功能的要求及其主要特性图7产品功能要求及主要特性1、一组结构2、两个方面的结构实现主、辅功能所对应的结构3、三种机构驱动、传动、工作机构4、四类参数
几何参数、工艺参数运动参数、动力参数5五大系统物质转运系统、运动形式转换系统、能量传输系统、指令输入系统、状态控制系统
功能设计五项内容
用1、2、3、4、5加以概括2023/3/1621
图8现代机械产品的三大性能系统可靠性
工作可靠性人机安全性材质造应性工作耐久性结构紧凑性环境无害性造型艺术性设计经济性结构性能Q狭义质量C价格T生产周期E环境S售后服务机械产品设计质量工效实用性工作稳定性指标优越性设备动力性状态测控性故障可诊性操作宜人性使用经济性制造工艺性零件规范性容差合理性生产时间性设备维修性装运可行性废品回收性制造经济性
工作性能
工艺性能2.3产品三大性能:结构性能、使用性能、制造性能2023/3/1622(1)机械设备的结构性能
1)人机安全性:设计机器时要考虑到操作者和外来参观人员的安全,机器工作时不应发生意外的损坏与不安全事故。
2)系统可靠性:所设计的产品应该进行可靠性分析,系统及其零部件的可靠度应该满足设计的要求。
3)工作耐久性:对机器零部件进行静强度和疲劳强度、抗磨损、抗腐蚀、抗蠕变等有关工作寿命的计算,应该符合有限工作寿命的要求,要对机器的一些关键零部件,例如对一些易损坏零件和易磨损零件进行失效分析。
4)材质适应性:对于任何机电产品,其零部件的材质的合理选择至关重要,所选用的材质不能满足要求,就会使设备出现早期损坏;如果选用的材质过高,又会造成浪费,所以对零部件来说要选用恰如其分的材质,即选用适应产品实际所需要求的材质。2023/3/1623
5)结构紧凑性:机器的结构应该紧凑。在没有特殊要求的条件下,机器的质量应轻,体积应小。
6)环境无害性:机器所选用材质及机器工作时不应对环境造成污染,所设计的产品不应排放出有害的液体和气体,不应产生污染环境的振动与噪声,振动与噪声水平应在限定的范围内;还应考虑所开发产品对周围环境的适应性,如温度、湿度、载荷等。
7)造型艺术性:机器的艺术造型设计是一项十分重要的工作,在不影响使用效果和不显著增加机器制造成本的条件下,机器应该有优美的外形,并应具有一定的艺术性,这也是争取市场和用户的重要因素之一。
8)设计经济性:产品在设计过程中所考虑的各种情况,例如,产品结构的复杂性、安全性、可靠性、工作耐久性、结构的紧凑性、对环境的无害性、造型艺术性等,都会影响到产品的制造成本,因此,在设计时必须时时刻刻考虑如何降低产品设计的经济性问题。2023/3/1624(2)机械设备的使用性能:
1)工效实用性:对产品的最基本的要求是其工效能满足实际工作的需要,能基本完成用户对产品使用的要求,应具有完成所执行的工作的基本能力。当然也没有必要增加一些多余的功能,增加多余的功能就会造成浪费。
2)运行稳定性:对于有些机械工作稳定性显得特别重要。机器不稳定工作常常有如下的表现,例如转速常常改变、振动幅值常常变动或超出规定范围、工作负荷常常变动等。总之,其工作过程中的一些参量不是处在要求的范围内,这会影响产品的加工质量和工作效率,有时甚至会出现严重事故,并导致机器的损坏。
3)指标优越性:这是在机器工效实用的基础上,对产品提出的更高的要求,产品的技术指标常常是变化的,有时高,而有时低。产品的设计工作就是要使机器在工作时能获得较理想或最佳的技术指标,从而可以获得较高的工效。
4)操作宜人性:任何机器的设计工作应该使操作人员具有良好的操作条件和环境,提高操作的自动化程度,减少可能出现的误操作,从而保证生产的正常和有效地进行。操作人员工作的舒适性也是设计所必须考虑的。2023/3/16255)设备动力性:对于任何设备必须有足够的动力,以满足生产情况变化而出现的各种工况的要求。
6)系统测控性:为了掌握机器的运行情况,对其工作状态进行检测是一项必要的工作。为了使机械产品正常和有效地工作,对系统的工况进行控制是一项有效的措施,系统的可控性是保证产品正常和有效工作的基本要求。
7)故障可诊性:在对机器状态进行测控的基础上,可对机器可能出现的故障进行及时诊断,避免造成过大的损失。因此所设计的机器应该具有良好的诊断性,也就是说当机器出现故障时,容易诊断出故障的类型及发生的位置,进而采取相应的措施预防故障的扩大和蔓延,或急速停机进行检修。
8)使用经济性:前面所述的工效实用、运行稳定、指标优越、操作宜人、状态测控、故障诊断等都和使用过程的经济性有着密切的联系,每一项实施都要对所花费的费用和可能获得的成效的多少对比,只有当取得的效益所创造的价值大于或接近于投入,或从长远的利益出发考虑有实际意义时,才有采用的价值。2023/3/1626(3)机械设备的工艺性能或制造性能
1)结构工艺性:产品的制造工艺性是在设计时要充分考虑的十分重要的一项设计内容。它会直接影响机器及其零部制造的难易程度、所花费的工时及制造成本。对制造工艺性的考虑的全面性和深入程度取决于设计师的经济积累和所具有实际技能和工艺知识。产品设计师必须听取和吸收工艺师们的宝贵经验和知识。
2)机器规范性:零部件的规范性是指机械产品及其零部件的标准化、通用化和系列化程度,这会影响产品及其零部件的加工和制造工时、影响产品的制造成本和生产周期。有经验的设计师在设计产品时标准件、通用件和对产品系列化的考虑更全面和更深入,因而会带一系列的好处。
3)生产时间性(生产周期):产品的生产周期和进入市场时间的快慢是市场竞争的重要条件之一。产品投入市场有其时间性,有时显得特别重要。许多企业千方百计地缩短产品的生产周期,以便在国内外激烈的市场竞争中立于不败之地。
4)容差合理性:机器零部件的公差配合和精度会直接影响加工难易程度及制造成本,也会影响产品的性能和质量。机器零部件的精度必须适当,既能满足产品功能和性能的要求,又不浪费加工工时及增加制造成本。2023/3/16275)设备维修性:在设计产品时还要考虑产品的维护和检修,要为产品的维修提供方便,维护和检修的方便性可以降低维修成本,缩短产品维修的时间。模块化的设计在产品的设计时经常要考虑的一个重要问题,它可以大大地缩短检修时间,增加维修的方便性。
设备的维修性还应考虑产品易损坏零部件的再制造的可行性和方便性,目前世界各国对产品易损坏零部件的修复和再制造工作十分重视,这项工作可以大大地延长产品的使用寿命,节省投资,是一项投资少、功效高的工作.6)装运可行性:对一些大型或一些重要机械设备来说,机器及其零部件装卸及运输的可行性也是设计者必须考虑的问题,要保证机器及其零部件装卸方便及从制造厂运至使用地点的可行性,如要保证特大型部件在运输时能够顺利地通过桥梁及隧道。
7)报废回收性:在科学技术发达的今天,产品的报废和回收是一个应该考虑的问题。要建立一个节约型和经济型的社会,废品回收是一项重要的工作。
8)制造经济性:前面提出的产品制造工艺性、零部件规范性、生产周期、机器维修、运输与拆装、报废回收等都与制造过程中的经济性有直接关系。在某一方面考虑不周,就会增加制造加工的复杂性,延长制造周期,增加制造成本。这是一项十分复杂的工作,在产品设计时必须予以考虑。2023/3/16282.4产品质量与设计质量的概念
在新产品开发中,要充分考虑用户的需求,使产品具有良好的质量(Q)(狭义的),合适的价格(C)、较短的交货时间或生产周期(T)、(可把前两者作为制造性能来考虑)、优良的工作环境(E)及良好的售后服务(S)这5个要素和前面所提出的三大性能是统一的,但三大性能的表述更为具体。
此外,产品的设计质量也可以概括为主辅功能和三大性能的综合,通过功能与三大性能的表示产品的设计质量更为具体。产品的质量与产品的设计质量是不相同的,产品的质量主要体现用户的要求,而产品的设计质量应体现用户、
企业和社会的所有要求。
2023/3/1629
3产品设计方法的分类及三段设计
3.1概述
3.2产品的设计理论与方法简介
3.3产品的设计理论与方法的分类
3.4产品设计的7项内容和3个阶段
3.5完整性技术系统与非完整性技术系统
3.6产品功能与性能同设计要素间的关系
2023/3/16303.1概述
对产品设计工作者来说,设计产品所追求的首要目标是产品质量。假如某种产品的质量达不到要求,就会显著降低它的使用价值,甚至完全丧失使用价值,它就会在市场中缺乏竞争力,最终将会被市场所淘汰。产品设计工作者所考虑的问题不只是产品的质量(指的是使用质量),他们所要考虑的问题要比与使用质量相关的内容要多得多,即应该考虑包括产品的质量在内的五大要素,质量Q(狭义的)、成本C、设计制造周期T、环境E和售后服务S等所有要求,这些要求可以概括为用户、企业及社会对产品设计工作提出的各种质量要求。2023/3/16313.2产品设计理论与方法简介(多达数十种)
产品的设计方法的种类
(1)比较著名的设计理论与方法:
1)前苏联的TRIZ理论
2)德国普适理论(物质流、能量流、信息流)
3)美国的四个映射域公理设计理论(需求域、功能域、
物理域、过程域)
4)日本的QFD设计法和三次设计法等
我国也进行了大量研究,取得了许多重要成果。
(2)最近发展的主要设计理论与方法:
1)创新设计,概念设计
2)数字化设计,虚拟设计
3)全生命周期和全性能优化设计
4)材料与结构等一体化设计,多学科交叉综合设计2023/3/1632
3.3产品的设计理论与方法的分类
3.3产品的设计理论与方法的分类
概念设计绿色设计TRIZ发明解决问题功能设计全性能设计系统化设计过程常规设计过程
设计目标
设计环境现代机械设计方法汇总表
设计过程
设计方法
设计思想图9现代机械设计方法的分类和谐设计创新设计面向产品质量的设计基于价值工程的设计基于系统工程的设计稳健设计方案设计结构设计机构设计几何参数设计工艺参数设计造型设计传动设计摩擦学设计运动学设计动力学设计可靠性设计强度设计试验设计工艺设计监测系统设计诊断系统设计容差设计控制系统设计基础设计QFD设计公理化设计
组合型设计三化综合设计1+3+X设计面向产品结构性能的动态优化设计面向产品工作性能的智能优化设计面向产品工艺性能的可视优化设计三次设计改型设计优化设计智能设计虚拟设计网络设计反求设计并行设计可视化设计协同设计相似性设计数字化设计快速反应设计集成设计柔性化设计融合设计模块化设计模糊设计优势设计CAE全生命周期优化设计面向产品总体质量的广义优化设计
设计内容2023/3/16333.4设计理论与方法的7项内容和3个阶段
分为七大类
(1)设计思想类:TRIZ发明解决问题、创新设计、概念设计
(2)设计环境类:绿色设计、和谐设计
(3)设计过程类:常规设计、公理化设计、QFD设计
(4)设计目标类:QFD设计、功能设计、全性能设计、
基于价值工程的设计
(5)设计内容类:动态设计、控制系统设计、工艺设计
(6)设计手段或方法类:优化设计、智能设计、虚拟设计、可视化设计、网络设计、协同设计
(7)综合类:综合设计
、结构与材料一体化设计、多学科交叉融合设计2023/3/1634
(1)设计思想类的产品设计法
概念设计TRIZ发明解决问题
设计思想基于系统工程的设计创新设计图10设计思想类设计法产品设计在思想上应该具备:
(1)有正确的思想做指导;
(2)设计者要有正确的设计理念;
(3)对产品设计进行全面细致规划。没有正确的设计思想作指导,等于没有“灵魂”。产品设计思想类的理论与方法有创新设计、概念设计、TRIZ发明解决问题的设计和基于系统工程的设计等。对于我国科技工作者来说,应在科学发展观和自主创新的思想指导下完成产品设计。2023/3/1635(2)设计环境类的产品设计法和谐设计
设计环境绿色设计图11设计环境类设计法产品设计环境包括自然环境、社会环境
、技术环境
、资金环境、市场环境等。
作为产品设计者应该充分考虑各种环境对产品设计的约束,使产品设计同各种环境处于协调与和谐;此外,还要充分利用环境资源,以便建设一个资源节约型和环境友好型的社会。绿色设计是产品设计工作必须要考虑环境保护和资源的合理利用。由于产品设计与社会存在着不可分割的联系,所以自然而然地绿色设计将拓展为和谐设计。2023/3/1636
(3)设计过程类的产品设计法
基于系统工程的设计过程应该包括:
第一阶段:7D规划
(1)要有明确的设计思想(2)要考虑设计环境
(3)要拟订好设计过程(4)要确定好设计目标
(5)要规划好设计内容(6)要选择好设计方法
(7)要检验产品设计质量
第二阶段:1+3+X综合设计法
(1)要确定好设计目标
(2)要规划好设计内容
(3)要选择好设计方法
第三阶段:理论、测试和用户试用要检验产品设计质量这是一个完整的设计系统,也是一个完整的技术系统。公理设计QFD功能质量展开的设计
设计过程基于系统工程的设计常规设计图12设计过程类设计法2023/3/1637
(4)设计目标类的产品设计法产品的设计质量应是功能与性能的综合。功能与性能既有其独立性,又有其内在联系,功能不等于性能。从以上观点出发,产品设计的理想目标应是全部功能和全部性能,产品设计目标类的设计方法应是全功能全性能设计。功能包括主功能和辅助功能,而性能包括结构性能、使用性能和制造性能。综合设计理论与方法的基本目标就是要产品具有良好的功能与性能。
为此,在这一目标下,再通过产品的设计内容与设计方法来实现这个理想的目标.图13设计目标类设计法全性能设计面向产品广义质量的设计
设计目标面向价值工程的设计功能设计面向制造周期的设计面向维护维修的设计贯彻指导思想的设计面向设计环境的设计2023/3/1638
(5)设计内容类的产品设计法
产品设计内容是产品设计的核心:
第一部分:针对功能如总体结构方案、两种功能的结构、三种机构设计、四类参数设计、五大系统设计等的初步设计计算;
第二部分:针对结构性能如三种机构的详细设计、运动学与动力学设计、可靠性设计、强度设计等;
第三部分:针对使用性能如状态操纵系统、监测系统、控制系统、诊断系统等的详细设计;第四部分:针对制造性能如容差设计(公差和精度等)、工艺设计、工装设计、试验设计等。
摩擦学设计可靠性设计强度设计试验设计工艺设计监测系统设计诊断系统设计容差设计控制系统设计造型设计结构设计机构设计系统设计传动机构设计驱功机构设计工作机构设计参数设计运动学设计动力学设计
设计内容图14设计内容类设计法操纵系统设计方案设计工装设计2023/3/1639(6)设计方法类的产品设计法
设计方法改型设计优化设计智能设计虚拟设计网络设计反求设计并行设计可视化设计协同设计相似性设计数字化设计快速反应设计集成设计柔性化设计融合设计模块化设计模糊设计优势设计CAE稳健设计图15设计方法类设计法综合设计
设计手段类的设计方法包括:
优化优势类:有稳健设计、优化设计、优势设计等
特殊设计方式类:有改型设计、反求设计、模糊设计、融合设计、柔性化设计、相似性设计、快速反应设计等
信息化高速化设计类:有智能设计、虚拟设计、网络设计、并行设计、协同设计、数字化设计、CAE、可视化设计等
综合集成设计类:有综合设计、集成设计、模块化设计等。2023/3/1640(7)综合类的产品设计法
三化综合设计1+3+X设计面向产品结构性能的动态优化设计面向产品工作性能的智能优化设计面向产品工艺性能的可视优化设计三次设计全生命周期优化设计面向产品总体质量的广义优化设计图16组合类设计法
组合类设计几种方法的组合:第一类:同一类的方法组合,如结构与材料一体化设计
第二类:两类不同方法的组合,如功能与性能,内容与方法,例如,动态优化,控制系统优化设计等
第三类:多类不同方法的组合,如目标、内容与方法的组合,如面向产品广义质量的综合设计理论与方法,1+3+X综合设计法等。2023/3/1641
产品设计的3个阶段设计思想域DI设计环境域DE设计目标域DO
设计过程域DP
设计内容域DC设计方法域DM质量检验域DA主观能动效应客观环境要求用户信息获取功能需求实现
功能与性能的需求实现功能性能评价全局性态规划一规划阶段二实施阶段三检验阶段2023/3/1642产品的总体设计规划的第一阶段:规划阶段
(1)明确设计思想:在科学发展观和自主创新思想指导下完成产品设计工作;
(2)考虑设计环境:如政治、经济、人文环境、法律环境、社会环境(指国际与人际环境)、生态环境、技术环境的要求等;
(3)拟订设计步骤:设计过程和步骤是用户需求获取、制订设计任务书、产品概念设计、详细设计、工艺设计;2023/3/1643
产品的总体设计规划的第一阶段:规划阶段
(4)确定设计目标:也就是本书所指的面向产品的广义质量和实现产品功能和性能的优化
(5)规划设计内容:设计内容就是面向产品功能和三大性能的功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计等;
(6)选择设计方法:如选择广义优化设计法、可视优化设计法、数字化设计法等;
(7)检验设计质量:如通过评估、产品试验、用户试用等.2023/3/1644
(1)产品的设计思想
产品的设计思想1指导思想:在科学发展观及自主创新的思想指导下开展设计;2设计理念:设计产品的主观意图及力图实现的全部理想;3设计规划:按照系统工程的思想进行产品设计总体规划.
图17产品的设计理念模型如以科学发展观和自主创新设计的思想做指导如设计产品的主观意图及企图实现的全部理想如按照系统工程的思想进行产品设计总体规划设计理念指导思想设计规划2023/3/1645
(2)产品的设计环境
政治环境经济环境研发队伍环境保护人文环境法律环境产品设计图18产品的设计环境模型人际环境国际环境资源利用试验条件资金环境市场环境自然环境社会环境技术环境产品的设计环境1社会环境:包括政治、经济、人文、法律、国际、人际环境等;2自然环境:环境保护(环境友好)、资源合理利用(节约)等;3其它环境:技术环境、资金环境、市场环境等。2023/3/1646
(3)产品的设计过程
产品设计过程规划:包括用户需求获取、功能方案设计、性方案设计、工艺设计、产品设计质量检验。质量检验域工艺性能优化(可视优化设计)产品功能优化功能优化设计工作性能优化智能优化设计结构性能优化动态优化设计面向产品的广义质量(功能+性能)功能与性能检验设计质量检验工艺设计实现工艺需求1+3+X综合设计获取用户信息制订设计任务书提出功能需求产品方案设计实现功能需求产品详细设计实现功能与性能需求功能域性能域工艺域用户需求域图19产品设计过程的5个映射域及5S设计过程模型2023/3/1647
(4)产品的设计目标
产品设计可以五大要素目标:即产品的使用质量Q、制造成本C、生产周期T、环境保护E和售后服务S。图20以产品五大要素为设计目标的5个映射域和5O设计规划模型使用质量制造成本生产周期环境保护售后服务使用质量制造成本生产周期环境保护售后服务UQMCMPGEAS2023/3/1648产品设计可以功能和性能为目标:即主功能、辅助功能、结构性能、使用性能和制造性能。
图21以产品功能与性能为设计目标的5O设计规划模型主要功能辅助功能结构性能使用性能制造性能基本功能辅助功能结构性能使用性能制造性能MFSFCPUPMP2023/3/1649
(5、6)产品的设计内容和方法
3
X动态优化设计智能优化设计可视优化设计面向产品的广义质量(功能+性能)1+3+X综合设计法++工作性能优化(智能优化设计)功能优化设计1特殊要求优化设计产品功能优化(功能优化设计)满足某种特殊要求
(某种特殊设计法)工艺性能优化
(可视优化设计)结构性能优化
(动态优化设计)
图22以产品功能与性能为设计目标的5O设计规划模型主辅功能结构性能使用性能制造性能特殊性能主辅功能结构性能使用性能制造性能特殊要求MSFCPUPMPOP2023/3/1650
(7)产品的设计质量的检验
产品设计质量检验评价法对设计质量进行评估通过试验工作检验设计质量通过用户使用检验产品质量如通过用户使用如对产品进行试验如采用模糊评价法图23产品设计质量的评估及检验模型2023/3/16513.5完整性技术系统与非完整性技术系统
产品设计总体规划的7个映射域与产品设计的7D总体规划模型:(1)明确设计思想;(2)考虑设计环境;(3)确定设计目标;(4)拟订设计过程;(5)规划设计内容;(6)选择设计方法;(7)检验设计质量.。产品设计应是一个完整的技术系统:
(1)对产品设计工作进行全面系统的规划;
(2)对具体的设计过程制出订完整细致的计划;
(3)对设计结果进行评价与检验。完整的技术系统可以保证技术工作得到全面、系统、协调、稳定、高速、可持续地实现.克服产品设计工作中常常出现的随意性、片面性、主观性、盲目性等。非完整的技术系统会产生许多不良的结果,如延期、反工、误工、浪费等。2023/3/1652产品的总体设计规划的第二阶段:实施阶段
设计目标、设计内容、设计方法的有效结合图24为贯彻产品设计目标的设计法全性能设计全功能设计贯彻设计思想的设计面向环境的设计基于系统工程的设计面向综合目标的设计面向生产周期的设计面向维修的设计面向产品成本的设计环境目标技术目标综合目标思想目标售后目标时间目标经济目标设计目标类2023/3/1653设计目标、设计内容、设计方法的有效结合设计内容类图25以设计内容命名的设计法方案设计结构设计机构设计运动学设计摩擦学设计动力学设计强度设计可靠性设计操纵系统设计工艺设计监测系统设计诊断系统设计造型设计控制系统设计容差设计参数设计传动机构设计驱动机构设计试验设计工装设计工作机构设计满足制造性能要求满足使用性能要求满足结构性能要求满足主辅功能要求
产品的总体设计规划的第二阶段:实施阶段2023/3/1654产品的总体设计规划的第二阶段:实施阶段图26以设计方法命名的设计法CAE虚拟设计智能设计数字化设计网络设计并行设计协同设计可视化设计设计手段类综合集成方向所用设计方法方向信息化智能化方向优化设计方向集成设计模块化设计综合设计相似性设计改型设计反求设计柔性化设计融合设计模糊设计优化设计稳键设计快速反应设计优势设计2023/3/1655
产品的设计目标、内容与方法
3(全性能设计)X(特殊要求设计)动态优化设计智能优化设计可视优化设计面向产品的广义质量(功能+性能)1+3+X综合设计法++工作性能设计(监测系统、控制系统、诊断系统)优化设计\智能设计
图27产品的1+3+X综合设计法功能优化设计1(全功能设计)特殊要求优化设计产品功能设计(结
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