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1、现代机械设计理论与方法现代机械设计理论与方法第1页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所绪论绪论关于设计及其重要性关于设计及其重要性现代机械与传统机械现代机械与传统机械现代机械设计所研究的内容现代机械设计所研究的内容我国机械工程的发展与机械设计我国机械工程的发展与机械设计第2页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所对机械设计与理论的学位要求对机械设计与理论的学位要求在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、材料在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、材料科学、控制理论以及设计理论方面有科学、控制理论以及设计理论方面有坚实坚实基础；在传基础；在传热学、电子技术、计算机及网络技术方面
2、有热学、电子技术、计算机及网络技术方面有较强较强基础；基础；在人工智能科学、管理科学（特别是市场分析和成本分在人工智能科学、管理科学（特别是市场分析和成本分析）、环境科学及人机科学方面有析）、环境科学及人机科学方面有一定的一定的基础。基础。第3页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所设计设计制造制造时间时间百分比（百分比（%)%)设计与产品开发时间关于设计及其重要性关于设计及其重要性第4页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所010203040506070设计设计生产准备生产准备与加工与加工原材料与原材料与外购件的采购外购件的采购管理和销售管理和销售对成本的影响对成本的影响所需的工
3、时成本所需的工时成本设计与产品开发成本关于设计及其重要性关于设计及其重要性第5页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所 75%75%的修改工作由产品设计阶段引起的修改工作由产品设计阶段引起 80%80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成0102030405060产品定义产品定义产品设计产品设计工艺规划工艺规划制造制造检验检验应用应用发生错误修改错误75%成本成本%80%设计与修改工作关于设计及其重要性关于设计及其重要性第6页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所现代机械与传统机械现代机械与传统机械人工组合物人工组合物可实现能量的转换；可实现
4、能量的转换；能把热能、电能、化学能转换为机械能能把热能、电能、化学能转换为机械能 也能将机械能转换成其他类型的能量也能将机械能转换成其他类型的能量各部分之间具有确定的相对运动关系各部分之间具有确定的相对运动关系能够改变或者传递力并产生运动，完成某些工作能够改变或者传递力并产生运动，完成某些工作机械机械各类机构与机器的总称各类机构与机器的总称第7页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所现代机械与传统机械现代机械与传统机械传统机械传统机械组成：动力机、传动机构、执行机构和操纵控制装置组成：动力机、传动机构、执行机构和操纵控制装置具有很大的局限性具有很大的局限性机械的分类：动力机械、能量转化机
5、械、工作机械机械的分类：动力机械、能量转化机械、工作机械第8页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所现代机械与传统机械现代机械与传统机械现代机械现代机械定义：由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械定义：由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量等动力学任务的机械或机电部件相互联力、运动和能量等动力学任务的机械或机电部件相互联系的系统系的系统组成：机械本体、动力部分、检测传感装置、控制及信息组成：机械本体、动力部分、检测传感装置、控制及信息处理装置、以及执行机构处理装置、以及执行机构第9页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所现代机械与传统机械现代机械与传统
6、机械现代机械的特征现代机械的特征1、机械应是一种有、机械应是一种有“头脑头脑”的手足延长，即使其中的的手足延长，即使其中的“头头脑脑”并不理想（具有主动控制功能）；并不理想（具有主动控制功能）；2、不仅仅只处理物质和能量，而且更关注处理信息；、不仅仅只处理物质和能量，而且更关注处理信息；3、满足人们的综合需求，所有的机器都将是机器人：机械、满足人们的综合需求，所有的机器都将是机器人：机械将具有更强的智能。将具有更强的智能。第10页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所关于现代机械设计理论与方法关于现代机械设计理论与方法反映现代机械设计的哲理、准则和方法反映现代机械设计的哲理、准则和方法现
7、代的机械设计现代的机械设计更多地经验和借鉴更多地经验和借鉴关注机械系统对象关注机械系统对象更多地运用最新技术更多地运用最新技术大系统论大系统论经典力学经典力学强度准则强度准则广义力学广义力学可靠性准则可靠性准则任务任务方案方案样机样机试验试验修改修改(重复重复)传统机械传统机械现代机械现代机械设计思想设计思想设计过程设计过程设计准则设计准则虚拟样机虚拟样机评价评价优化参数优化参数设计与制作设计与制作第11页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所现代机械与传统机械现代机械与传统机械如何研究现代机械？如何研究现代机械？1、学科耦合，产生新的理论与方法；、学科耦合，产生新的理论与方法；2、更为
8、深入地认识各个学科在理论和方法上的发展，用系统的、更为深入地认识各个学科在理论和方法上的发展，用系统的观点考查其依赖与渗透；观点考查其依赖与渗透；3、用信息流的观点观察机械各部分之间的关系；、用信息流的观点观察机械各部分之间的关系；4、用动态的观点研究机械性能（全寿命周期的要求）。、用动态的观点研究机械性能（全寿命周期的要求）。第12页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所关于现代机械设计理论与方法关于现代机械设计理论与方法反映现代机械设计的哲理、准则和方法反映现代机械设计的哲理、准则和方法现代机械现代机械现代的机械设计现代的机械设计现代机械的组成、结构和设计现代机械的组成、结构和设计现
9、代各个领域科学技术的发展，都是现代机械现代各个领域科学技术的发展，都是现代机械设计理论与方法发展的基础设计理论与方法发展的基础第13页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所设计理论与方法论相关领域设计理论与方法论相关领域设计理论与方法论相关领域设计理论与方法论相关领域文化文化文化文化技术技术技术技术自自然然科科学学基基础础工工程程科科学学工工业业技技术术生生产产技技术术艺术艺术艺术造型艺术造型工业造型工业造型经济学经济学心理学心理学社会学社会学政治学政治学设计理论设计理论与与方法方法第14页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所关于现代机械设计理论与方法关于现代机械设计理论与方法
10、哲学、思维科学、心哲学、思维科学、心理学、智能科学理学、智能科学设计方法学、智能设计、创新设计设计方法学、智能设计、创新设计 解剖学、生理学、解剖学、生理学、人体科学人体科学人机工程、生物机械学、工业设计等人机工程、生物机械学、工业设计等 社会学、环境科学、社会学、环境科学、生态学生态学绿色设计、人工物设计理论绿色设计、人工物设计理论 现代应用数学、物理学、现代应用数学、物理学、应用化学、应用力学、应用化学、应用力学、材料学材料学产品创新设计、稳健性设计理论、广义优产品创新设计、稳健性设计理论、广义优化设计、优势设计、摩擦学设计化设计、优势设计、摩擦学设计 机械电子学、测控理论与机械电子学、测
11、控理论与技术、信息科学技术、信息科学并行设计、虚拟设计、快速设计、机并行设计、虚拟设计、快速设计、机电一体化设计等电一体化设计等第15页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所现代机械设计所研究的内容现代机械设计所研究的内容现代机械设计在技术上的特点：现代机械设计在技术上的特点：智能化智能化 经济性经济性 大型复杂机械的设计必须完成大型复杂机械的设计必须完成“分析分解分析分解综合综合”的过程，其中包含了大量创造性思维的过程，其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。过程和智能活动。并行性并行性 集成化集成化 精确性精确性 动态性动态性 市场的竞争、用户的选择使对产品的经济性市场的竞争、用户的
12、选择使对产品的经济性要求越来越高。要求越来越高。必须超前考虑后续的过程，实现必须超前考虑后续的过程，实现DFMDFM、DFADFA，以压缩废品、库存的消耗，确保经济性。，以压缩废品、库存的消耗，确保经济性。树立人机一体化、机电一体化、硬软件一体化的观树立人机一体化、机电一体化、硬软件一体化的观念，综合多方面测试分析数据指导、评价设计，融多种念，综合多方面测试分析数据指导、评价设计，融多种现代科技成果和技术，特别是现代科技成果和技术，特别是CADCAD技术于产品设计之中。技术于产品设计之中。机械产品复杂度、综合性提高的必然结果要求设计过程中机械产品复杂度、综合性提高的必然结果要求设计过程中要采用
13、先进的计算技术、计算理论和计算分析工具，使设要采用先进的计算技术、计算理论和计算分析工具，使设计的分析更为准确、设计参数更为精确。计的分析更为准确、设计参数更为精确。设计的对象处在动态环境中，把握其动态过程对于提高产品设计的对象处在动态环境中，把握其动态过程对于提高产品的可靠性具有重要意义，同时设计组织的协调也具有动态性，的可靠性具有重要意义，同时设计组织的协调也具有动态性，所以要求设计的过程中设计数据集成和设计系统必须无缝连所以要求设计的过程中设计数据集成和设计系统必须无缝连接。接。第16页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所已有知识和新知识获取在设计中的作用已有知识和新知识获取在设
14、计中的作用任务空间任务空间方案集合方案集合最终设计最终设计市场信息已有知识已有知识联想联想新知识获取资源新知识获取资源测试测试评估评估优化优化再设计再设计第17页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所我国机械工程的发展与机械设计我国机械工程的发展与机械设计q提高企业生产能力与水平（完成产业现代化）提高企业生产能力与水平（完成产业现代化）q提高竞争能力的产业技术和产品提高竞争能力的产业技术和产品q解决社会和民生急需的技术问题解决社会和民生急需的技术问题q跟踪并发展新的科学和技术跟踪并发展新的科学和技术q创造我国独有的产业技术和工程科学创造我国独有的产业技术和工程科学高水平、高精度设备技术水
15、平的开发或提升等高水平、高精度设备技术水平的开发或提升等提高效率、效益以及独占性生产能力的技术提高效率、效益以及独占性生产能力的技术现有产品的更新换代现有产品的更新换代能够打入国际市场的产品技术能够打入国际市场的产品技术新产品的核心技术（专利技术）新产品的核心技术（专利技术）面对未来的储备技术面对未来的储备技术解决社会各相关问题的技术或产品解决社会各相关问题的技术或产品提高生活质量的技术或产品提高生活质量的技术或产品。设计的目标和任务设计的目标和任务创新产品创新产品（功能、性能）（功能、性能）第18页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所 设计理论与方法论是关于设计本设计理论与方法论是关
16、于设计本质和设计方法的系统理论，目的在于质和设计方法的系统理论，目的在于揭示设计过程的本质规律，探索各种揭示设计过程的本质规律，探索各种有效的设计方法，为实际的设计工作有效的设计方法，为实际的设计工作提供指南。提供指南。设计理论与方法论设计理论与方法论设计理论与方法论设计理论与方法论第19页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所本课程的内容本课程的内容现代机械设计中的现代机械设计中的理论理论和和方法方法其它学科知识和技术的融合原则其它学科知识和技术的融合原则设计概念和知识的体系化设计概念和知识的体系化设计准则的规范化设计准则的规范化涉及在机械系统的部件设计、涉及在机械系统的部件设计、提高
17、其功能和性能时的具体提高其功能和性能时的具体准则和技术准则和技术设计中的哲学和共性问题设计中的哲学和共性问题系统论系统论 最优化最优化创新设计创新设计方法论方法论 设计中的专门技术和方法设计中的专门技术和方法可靠性可靠性 摩擦学摩擦学动力学动力学CADCAD 第20页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所工程设计学工程设计学工程建模学工程建模学各种系统或行业机械设计各种系统或行业机械设计中的共性问题，中的共性问题，设计的原则、理论基础设计的原则、理论基础从模型入手解决产品从模型入手解决产品设计，设计方法设计，设计方法关于现代机械设计中的性能设计关于现代机械设计中的性能设计第21页，本讲稿共22页设计工程研究所设计工程研究所使设计理论具体化和实用化的条件：使设计理论具体化和实用化的条件：q能反映设计对象有关本质方面并能定量描述能反映设计对象有关本质方面并能定量描述q有完整的设计准则、设计步骤和各种系数在实践或实验有完整的设计准则、设计步骤和各种系数在实践或实验验证了的选择方法验证了的选择方法q能用试验测定与设计准则有关的指标，设计结果有实用价值，能用试验测定与设计准则有关的指标，设计结果有实用价值，有良好的再现性有良好的再现性第22页，本讲稿共22页