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1、机械设计方法机械设计方法 Design Method of MachineryDesign Method of Machinery上海大学机电工程与自动化学院 2013.09学术学术硕士硕士研究生研究生学位课程学位课程 课程代号：课程代号：09SAS7003（4学分、学分、40学时学时）1课程主要内容：(1)概论(2)基础知识和基本概念(3)设计的战略进程(4)创新设计的途径和方法(5)制订产品计划和阐明任务(6)方案设计(7)设计的评价与决策(8)技术设计(9)工程设计专题选讲（包括：优化设计，摩擦学设计等）(10)专题设计作业2 基本要求 通过课程的学习，掌握现代机械设计理论的思想和基本方
2、法，能够运用相关机械设计方法学的基本原理及思维方法，进行技术产品的功能原理分析与系统设计，提出并完成一种机电装置或产品的原理方案及结构设计。3主要参考文献1.张直明等译，工程设计学，机械工业出版社，19922.71.251/P141 G.Pahl and W.Beitz,Engineering Design，Springer-Verlag,1996,19843.N091/W81k 吴国盛，科学的历程，北大出版社，2002.104.TB47/S64 N.P.Suh著，谢友柏等译，公理设计-发展与应用，机械工业出版社，20045.TB472/T16 檀润华编著，创新设计-TRIZ：发明问题解决理论
3、，机械工业出版社，20026.G305/Q18/：5 夏镇平译，创造性，上海译文出版社，2001.117.侯珍秀，机械系统设计，哈尔滨工业大学出版社，20018.刘光复等，绿色设计与绿色制造，机械工业出版社，19999.TB122/Z94 邹慧君 等编著，机械系统概念设计，机械工业出版社，200210.TH122/H512 胡家秀 等编著，机械创新设计概论，机械工业出版社，200511.TH122-43/Z31 张鄂 主著，现代设计理论与方法，科学出版社，200712.TH122-43 张鄂、买买提明 主著，现代设计理论与方法，科学出版社，200713.J120.92/G95 郭廉夫 等编著，
4、中国设计理论辑要，江苏美术出版社，2008等4第一章 概论有关设计l机械设计属于工程设计范畴，是工程设计的内容之一，工程设计学是研究技术产品设计理论、方法、技术及工具的一门学科。l在机械设计中有意识地应用工程设计学方面的知识有助于显著提高开发新产品和改进已有产品的效率，并且可以改善设计质量和获得良好设计效果，从而增强产品的市场竞争能力。5什么是设计？l设计是一个广义的动作范畴，是人类特有的能力，就是使想法变为现实的行为，它力图以目前尽可能好的方式来满足所提出的要求。l工程设计是一种工程活动，它以获得物质的实现为前提，需要应用自然科学方面的知识和法则，并触及人类生活的全部领域，随着人类文明的发展
5、而不停顿地向前发展。l机械设计则是指机械工程中的活动之一，是为了获得某种功能将想法变为具体的机构、机器或其它与机械相关的实物或现实的过程。6设计的任务l工工程程师师是是设设计计的的主主体体，其主要任务就是运用自然科学知识去寻求具体技术问题的解，并且要在当时的文化背景、生活环境以及材料、工艺和经济等社会条件的约束下，以最佳方式去实现它。l在工程活动中，设计人员是处在主主要要的的、负负责责任任的的位位置置上上参与此活动，他的想法、知识和能力，以决定性的方式决定了产品本身及其在制造和使用中的经济性。(知识经济中这点更加突出)7设计的地位 l右图给出了在文化生活和技术活动影响下设计工作的社会位置，它表
6、明作为设计工作结果的技术设计方案，正处在现实的文化生活和技术水准二者相互交叉影响的中心位置。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8设计是一种创造性的智力活动l从工作心理学来讲，设计是一种创造性的智力活动，数学、物理、化学、力学、热力学、流体力学、电子学、制造工艺学、材料学和设计学等领域的基础知识是进行设计工作的可靠基础，而设计所涉及的各个专业领域里的知识和经验则是非常必要的，在设计活动中起着重要作用。l在设计工作中，设计师应具有在决策方面的决心和决断能力、经济方面的洞察力、设计方面的工作毅力和优化处理的能力以及乐于交往和乐于小组工作的作风等重要品质。处
7、在负责岗位上的人更不可缺少上述重要品质。9设计是一种求优过程l从方法学的角度看，设计是在按给定的目标和在部分相互矛盾的条件下进行求求优优的的过过程程（至少对设计者自身来讲确实如此）。l由于客观条件和现实要求在随时发生变化，所以一个设计的解只能在当时给定的约束条件下力求最优，或者力求可能实现。l鉴于上述原因，设计的求优过程是一个相对动态和持续发展的过程，由此愈显示出设计工程学的作用和重要性。10设计是一种创造价值的过程l从组织学的角度看，设计是创造价值过程中的主要部分，是对毛坯进行精制的过程，是对产品品质进行精心提高过程的主要部分。l设计工作只有在和从事其它活动的人们的合作中才可以实现。因此，设
8、计人员必须同销售人员、采购人员、财会人员、生产准备人员、计划员、制造工程师、材料专家、科研人员、试验工程师、装配工作人员、领导人员和标准工作工程师等各类相关人员建立各种横向联系，以便获得各种必要的信息资料，并使所作的设计有可能具有合理的结构和实现的可能。l一个信息渠道畅通、经验交流活跃及相互合作融洽的良好环境对设计来讲是十分必要的，并且必须通过组织文化和个人的工作作风相互配合来给予激励和促进。11设计的主要类型l创创新新设设计计：根据一个系统(装置、设备、机器或部件)原有的、或是有变化的、或是新的任务书的要求，制定一个新的解的原理。l适适应应性性设设计计：使一个已有的系统(解的原理保持不变)，
9、适应于一个有改变的任务书，以克服原有系统的明显的局限性，这时常常必须对个别部件或零件作新设计。l变变型型设设计计：在预先选定的系统范围内作尺寸和布置方式的变型，而保持功能和解的原理不变。德国曾经有过一个统计，在机械产品的设计中，有大约55%是适应性设计，25%属于创新设计，20%为变型设计。12机械设计的特点l在进行机械产品的合理开发和设计中，必须考虑不同专业领域的特点和对产品的特殊要求。例如：在精密仪器中对微型化和功能质量的高要求导致对微电子技术与信息传输数字化的强烈需求；在大型机器中则需要把安全性放到十分重要的位置加以考虑；各种加工机床则要求高精度、高效率和灵活性；在交通工具中特别要注意人
10、机学、安全问题、使用成本和造型；家庭日常生活用品则需将环保、经济、安全、造型等放在重要位置等等。13工程设计学的研究内容和方法l工程工程设计学所研究的主要内容：研究设计思想的生成方法、分析技术以及产品设计工作中的逻辑关系、设计进程中的普适性规律与手段等，并通过有次序、有组织地将设计进程部分抽象化，以便产生普遍有效的、可重复应用的解的文献资料。l用系统的观点和方法，在约束条件下对技术产品从思想产生至寿命终结的全过程进行逻辑分析、归纳综合与优化。14工程设计学研究的目的l使设计活动透明直观、高效合理，并且在各个步骤上可以跟踪、认识与修改，进而将其程式化和计算机化，从而能够启发设计人员的创造性、协助
11、其提高设计工作的质量。l从方法学的观点，研究和掌握设计活动的规律和基本方法，指导设计活动的进行，提高设计活动的效率和品质。15工程设计学的特点l使一个针对问题的设计过程，从原则上看应对每种设计活动都无条件地适用。l提高对要解决的技术问题的认识，并促进发明和创造性思维。l同其它学科的概念、方法和知识相兼容，促进学科发展。l追求必然性，不靠偶然性求解。l所求得的解具有普适性，易于移植到其它同类的任务中。l具有建模特征，适合进行计算机处理。l具有规律性，易于传授与学习。l促进工作科学化，即能使工作变得规范、容易、高效，减少错误的决策，并有助于提高各环节人员之间合作共事的积极性与兴趣。16工程设计学科
12、形成简况l设计的历史可以与人类历史相同步，在人类文明史上留下了无数工程设计的杰作。l但是设计成为一门科学只有大约500年的历史，而工程设计(包括：现代设计理论、方法和技术)发展成科学则是20世纪以来的事。l第二次世界大战以后激烈的国际经济竞争环境以及目前经济的全球化趋势，促使工程设计学科得以迅速发展，并在学术观点上形成了下述三种明显趋势：17工程设计学科的发展趋势l向抽象思维发展 研究工作更多地趋向于从哲学的高度探讨设计的本质和规律以及人的思维、创造性的发挥等，其代表人物为V.Hubka和吉川弘之等。l向模式化发展 研究工作主要趋向于某种模式或程式的探讨，利用数据库及专家库，提高设计的应变能力
13、，使设计向广义CAD进一步扩展，其代表人物为G.Pahl与W.Beitz等。l向实用化发展 研究工作主要趋向于如何提高产品质量及市场竞争能力，如何发挥人的创造性，强调解决实际问题。其代表人物为等。18著名的设计理论和流派l德 语 学 派 工 程 设 计 学，如 Pahl、Beitz、Hubka等 l英语学派公理设计，如Suh等l俄语学派发明问题解决理论，例如 Altshuler等l日语学派质量功能布置，如Akao等19设计方法分类l静态设计方法l动态设计方法l环境友好设计方法l人机系统设计方法l设计工具辅助设计方法20主要设计内容和技术l强度、刚度设计l运动学、动力学、摩擦学设计l绿色设计、优
14、化设计、虚拟设计l人机工程、可靠性、反求设计l目录、标准、CAD、有限元、网络设计21创新是设计活动的必然要素l创新也可以称之为发明，是人们在科学、艺术、技术等各种实践活动领域中，产生具有经济、社会和生态价值的新思想、新理论、新方法和新产品的活动。l创新是设计活动的必然要素，它既可以是爱因斯坦式的发现相对论，也可以是家电市场上出现的一个新产品（例如豆浆机、洗碗机等），又可以是工业领域的一项新技术革命（例如蒸汽机、数控机床等），也可以是产品局部的改进和革新。l创新对于设计活动至关重要，只有创新的设计才真正具有生命力和持久性。22创新是从事设计活动者的必要素质l创新促进人类文明进步的原动力，是国民
15、经济发展的基础，是综合国力的重要因素和体现。l创造(Creation)强调新颖性和独特性，创新(Innovation)则是通过创造来实现的。l做原始创新仅有知识不行，必须具备用正确的方法去解决现实问题的能力。l当今世界各国间的竞争，实质就是人才的竞争，而人才竞争的关键是人才创造力的竞争。23创新意识的培养和创新能力的培育l创新是一种能力，人的创造能力是完全可以培养的，科学的、有意识的主动创新教育十分重要。人可以在各种层次上发挥自己的创造力，并在实践中不断增强。l创新活动来源于创新意识，是长期进行正确培养和主动付诸实践的结果。l中国传统教育重知识传授，但有轻质疑、忽视创新能力培养之嫌（有称之为府
16、院式教育）。l培养创新意识和创新能力，是目前教育领域所面临的重要课题和尽力追求的目标之一。24新世纪教育的主要特征l教育的指导性：教师从授业权威指导学习的顾问。l教育的综合性：传授与掌握知识综合运用知识解 决问题的能力培养。l教育的社会性：由封闭的校园开放的社会，知识 获取的多渠道性。l教育的终身性：一次性学校教育全社会终身教育。l教育的创造性：树立重视能力培养的教育观，致力 于培养学生创新精神和提高创造力。25质疑创新意识培养的关键环节l创新活动首先来自于强烈的创新意识：世界充满矛盾，现实处处存在不合理。应善于观察事物，发现现实生活中的不方便与新需求，现有知识中的不完善、不合理等，只有通过质
17、疑才能够发现问题。诺贝尔物理学奖获得者詹奥吉说过：“发明就是和别人看同样的东西却能想出不同的事情。”，现实中还有一句不知名的名言：“发现问题就意味着成功了一半。”l 现实世界中存在着大量的问题，日常生活面临和不断涌现需要客服的不便，锯子的发明、针炙的产生等就是典型的创新。l 创新意识受多方面的因素影响（好奇心），例如：智力因素：观察、记忆、想像、思考、表达、自控等；非智力因素：理想、信念、兴趣、性格、情感等。26创新型人才的特征l精神素质：对新事物充满好奇，洋溢着创造激情，为创造而废寝忘食。l怀疑精神：不为眼前的现象所迷惑，不为前人的结论所束缚，勇于提出不同的看法，大胆设想，能够冲破传统的牢笼
18、。l对周围世界有着主动感知的兴趣，并具备强烈的求知欲望和很强的学习能力。l勇于实践：动手能力强，经得起失败，具有解决实际问题的能力。l群体能力：善于联合集体的智慧，具有群体工作艺 术。27提高创新能力的关键是加强创造实践l创新活动是通过创新意识实现的，创新意识和创新能力是通过长期实践培养获得的。l通过听课、看书、参观、上网查询等环节，可以得到创新产品和创造方法的许多印象、概念，进而了解一些知识、技法。l但只有参加创新的实践，才可能综合运用所学的一切，解决创造中的种种实际问题，实现创新的初衷。并逐渐培养创新意识、提高创新能力。28思考题l结合实例，讲讲你是如何看待机械设计的？其中有无规律和方法可循？l总结你所了解的设计理论和方法。l谈谈你对创新的看法，结合实际谈谈如何加强对创新能力和创新意识的培养。29谢谢大家！30