机械工程概论 教学课件 刘永贤 蔡光起 主编 第三章 机械设计及现代设计方法.ppt

3.1 概 述 3.1.1 工程设计的概念 社会的发展离不开人类的思维活动和设计 例如，人类的代步工具的发展历程： 设计： 为了满足社会和人们对产品功能的需要，运用基础知识、专业 知识、实践经验和系统工程等方法，将预定的目标通过人们创造性思维，经过一系列规划、计算、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件，以取得最满意的社会与经济效益的全过程工作。 机械设计： 以机械作为对象所开展的设计活动，规划和设计实现预期功能的新机械或改进原有机械的功能。 机械设计是推动人类社会和文明发展的重要助推器 3.1.3 机械设计的主要类型 分类原则为创新与创造在设计中所占的比例 开发性设计（或称为原创设计）：开发设计前并不知道机械的设计原理及方案，那么在设计中就要根据设计要求、使用要求、约束条件等创造出机械的原理及结构的设计。 适应性设计（或称为再设计）：保持机械的主体原理方案及结构不变，而对其结构和性能进行更新设计，以获得比原机械更优良的性能和结构或一些附加功能的设计。 变参数设计：保持机械的功能、原理方案不变，只对其结构性能参数及布局进行调整、变更设计。 测绘和仿制：选定某先进机械，通过对其实物进行测绘，获得相关设计技术资料，再通过必要的技术处理（例如标准化、工艺适应性调整等）后形成的设计；仿制是指按照原机械的技术文件（例如设计图纸等），通过适当的工艺后，直接按照原图纸进行生产。 机械设计是一个创造性的工作过程，必须有科学的设计步骤和程序 从宏观的角度看，机械设计过程可分为产品规划、方案设计、技术设计和施工设计等四个阶段 产品规划：根据生产或生活的需要提出所要设计的产品，在充分的调查研究和分析的基础上，明确提出新产品的功能、重量、强度、成本、安全和可靠性等要求，同时要建立设计时应满足的约束条件，最后制订出详细的设计任务书（或要求表）作为设计、评价和决策的依据。 方案设计：方案设计也称概念设计,实质上是产品功能原理设计。 技术设计：根据原理方案进行机器及零部件的具体结构化设计，选择材料、拟定零件的形状和尺寸、确定具体参数等，并进行各种必要的性能计算，校核强度、安全性、成本和可靠性，最后画出部件的装配草图，形成完整的计算资料。 施工设计：形成最终的制造信息，进行零件工作图和部件装配图的细节设计，对每一个零件提供详细的形状、尺寸、公差、表面质量、材料和热处理、表面处理等信息，完成全部生产图纸并编制设计说明书、工艺卡、使用说明书等技术文件。 2. 优化设计的数学模型 1）.设计变量 一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。 设计变量——在优化设计中，可以进行调整和优选的独立参数 设计变量的全体实际上是一组变量，用一个列向量表示。 2）.目标函数 目标函数等值（线）面 目标函数等值（线）面 3..设计约束 4）. 约束优化设计问题的最优解： 满足约束条件 ： 3.5.2 快速响应设计技术 1、快速响应工程 内容： 建立快速捕捉市场动态需求信息的决策机制; 实现产品的快速响应设计; 追求新产品的快速试制定型; 推行快速响应制造的生产体系。 3.6 全生命周期设计技术 循环型生产 用户为主体的生产 新经济模式的创出 １、并行设计的产生 串行设计 并行设计的成因 并行设计的概念 　　　依据用户需求，基于并行工程理论对产品及其下游生产制造和相关支持过程进行一体化设计的系统方法。 2、并行设计的内涵 １）面向产品全生命周期，从设计、制造等角度综合考虑开展产品设计 ２）设计阶段就考虑产品制造、使用等后续阶段问题要求，并以其进行设计修改评价 ３）设计、工艺、制造等不同领域设计人员共同参与,协同工作的全新设计工作模式 ４）产品设计面向产品生命周期后续阶段同步开展，实现设计过程与制造过程的一体化和集成 12 12 2.实现快速响应设计的关键 实现快速响应设计的关键，是有效利用各种信息资源。人类自有文明以来，任何人工制品(即产品)和产品的制造系统均由物质、能量和信息三大要素组成。步入21世纪，以信息技术为中心的科技革命浪潮汹涌澎湃，知识经济时代悄然来临，这时，第三大要素——信息就逐渐成为主宰社会生活和生产活动的决定性因素。主要体现在： 首先，在许多现代化产品(尤其是信息产品和机电一体化产品)中，凝集着信息(知识)的软件已经成为产品的重要组成部分，产品的智能化程度越高，这部分的比重就越大。 其次，在产品的制造过程中，需要使用各种信息，包括产品信息和制造信息两大类。产品信息，指的是为了正确设计产品和确切描述产品特征所需的信息，包括产品的几何形状、尺寸、精度、