現(xiàn)代設計理論與方法緒論課件

1、現(xiàn)代設計理論與方法機電學院 傘紅軍電話mail：第一章 緒論什么是設計？什么是現(xiàn)代設計？1.1.1 設計的內(nèi)涵 設計：在正式做某項工作之前，根據(jù)一定的目的和要求，預先制定方法、圖樣等。- 現(xiàn)代漢語詞典1.1 現(xiàn)代設計 早期人類有關設計的經(jīng)驗性總結(jié)，如中國古代的考工記和古羅馬老普林尼的博物志，都可視作設計學作為一門理論的最初萌芽和起點。 而設計學成為一門獨立的學科，并且被學者們作出思辨的歸納和理論的闡述，則是20世紀以來的產(chǎn)物。 設計作為人類生物性與社會性的生存方式，其淵源是伴隨“制造工具的人”的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。 1.1.1 設計的內(nèi)涵 廣義概念：對發(fā)展過程的安排，包括發(fā)

2、展的方向、程序、細節(jié)以及達到的目標。 狹義概念：將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術系統(tǒng)的活動。 1.1.1 設計的內(nèi)涵1、需求特征。2、創(chuàng)造性特征。3、程序特征。 設計程序：產(chǎn)品規(guī)劃、原理方案設計、技術設計、施工設計。4、時代特征。1.1.2 工業(yè)產(chǎn)品設計的特征1、直覺設計階段 憑直觀感覺來設計制作工具和機械，往往帶有一定的盲目性。 2、經(jīng)驗設計階段 依靠個人的才能和經(jīng)驗，運用一些基本設計計算理論，借助類比、模擬和試湊等設計方法進行設計。3、半理論半經(jīng)驗設計階段 加強了設計基礎理論、各種專業(yè)機械產(chǎn)品設計機理以及關鍵零部件的設計研究，使設計者能夠充分利用數(shù)據(jù)、圖表和手冊等進行設計，減少了設計的盲目

3、性，增加合理性。1.1.3 設計發(fā)展的基本階段1、傳統(tǒng)設計 20世紀以來，由于科學技術的不斷發(fā)展，對設計的基礎理論研究得到了加強，隨著設計經(jīng)驗的積累，以及設計與工藝的結(jié)合，已經(jīng)形成了一套半經(jīng)驗半理論的設計方法。依據(jù)這種方法進行的設計，稱為傳統(tǒng)設計。 傳統(tǒng)設計以經(jīng)驗為基礎，運用力學、數(shù)學等公式，圖表等作為設計依據(jù)，通過經(jīng)驗公式或類比的方式進行設計。1.1.4 現(xiàn)代設計與傳統(tǒng)設計2、現(xiàn)代設計 繼承了傳統(tǒng)設計的精華，吸取了當代科技成果和計算機技術。 與傳統(tǒng)設計相比，主要完成了一下轉(zhuǎn)變： 1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化； 2）產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化； 3）產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化； 4）產(chǎn)品設計結(jié)果的最優(yōu)化；

4、5）產(chǎn)品設計過程的高效化和自動化。1.1.4 現(xiàn)代設計與傳統(tǒng)設計1.1.4 現(xiàn)代設計與傳統(tǒng)設計 傳統(tǒng)設計 現(xiàn)代設計 經(jīng)驗、類比 邏輯 、推理 、系統(tǒng) 靜態(tài)、少參數(shù) 動態(tài)、多變量 傳統(tǒng)設計：生產(chǎn)經(jīng)驗、力學、數(shù)學公式 靜態(tài)現(xiàn)代設計：摩擦學、模態(tài)、可靠性、疲勞 動態(tài) 當然,現(xiàn)代設計方法還不能完全取代傳統(tǒng)設計方法，一些行之有效的經(jīng)驗方法目前仍在廣泛使用，它們?nèi)允乾F(xiàn)代設計方法的重要組成。1.2.1 現(xiàn)代設計理論和方法 設計理論是對產(chǎn)品設計原理與機理的科學總結(jié)。 設計方法是使產(chǎn)品滿足設計要求以及判斷其是否滿足要求的依據(jù)。 1.2 現(xiàn)代設計理論和方法的主要內(nèi)容和特點 優(yōu)化設計 可靠性設計 計算機輔助設計 有

5、限元法 工業(yè)造型設計 反求工程設計 綠色設計 動態(tài)設計 系統(tǒng)化設計 創(chuàng)造性設計 摩擦學設計 模塊化設計 虛擬設計 價值工程 人機工程1.2.2 現(xiàn)代設計的主要理論和方法可靠性設計 保證機械及其零部件滿足給定的可靠性指標的一種機械設計方法。包括對產(chǎn)品的可靠性進行預計、分配、技術設計、評定等工作。所謂可靠性，則是指產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)和給定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。它不但直接反映產(chǎn)品各組成部件的質(zhì)量，而且還影響到整個產(chǎn)品質(zhì)量性能的優(yōu)劣。17計算機輔助設計 利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作。簡稱CAD。 在工程和產(chǎn)品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。18

6、有限元法 有限元法（finite element method）是一種高效能、常用的計算方法。這種方法將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個單元內(nèi)假設的近似函數(shù)來分片的表示求解域上待求的未知場函數(shù)，近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導數(shù)在單元各節(jié)點的數(shù)值插值函數(shù)來表達。從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。19工業(yè)造型設計 工業(yè)造型設計最初產(chǎn)生于把美學應用于技術領域這一實踐之中，是技術與藝術相結(jié)合而產(chǎn)生的一門邊緣學科。技術主要追求功能美，藝術主要追求形式美。20反求工程 反求工程(Reverse Engineering,RE),也稱逆向工程、反向工程，是指用一定的測量手段對

7、實物或模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構(gòu)實物的CAD模型的過程，是一個從樣品生成產(chǎn)品數(shù)字化信息模型，并在此基礎上進行產(chǎn)品設計開發(fā)及生產(chǎn)的全過程。21綠色設計 綠色設計也稱生態(tài)設計、環(huán)境設計、環(huán)境意識設計。在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(可拆卸性，可回收性、可維護性、可重復利用性等)并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，保證產(chǎn)品應有的功能、使用壽命、質(zhì)量等要求。22系統(tǒng)化設計 系統(tǒng)化設計是把設計對象看作一個完整的技術系統(tǒng)，然后用系統(tǒng)工程方法對系統(tǒng)各要素進行分析與綜合，使系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)一致，并使系統(tǒng)與環(huán)境相互協(xié)調(diào)，以獲得整體最優(yōu)化設計。24摩擦學設計 摩擦學設計以

8、摩擦、磨損及潤滑理論為基礎，從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，通過系列計算與經(jīng)驗類比分析，預測并排除可能發(fā)生的故障，使機械設備在使用過程中達到盡可能小的摩擦、損耗和經(jīng)濟的穩(wěn)定磨損率。25虛擬設計 虛擬設計技術是由多學科先進知識形成的綜合系統(tǒng)技術，其本質(zhì)是以計算機支持的仿真技術為前提，在產(chǎn)品設計階段，實時地并行地模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程及其對產(chǎn)品設計的影響，預測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產(chǎn)品設計的一次成功率。27價值工程 價值工程是通過對產(chǎn)品功能的分析，正確處理功能與成本之間的關系來節(jié)約資源、降低產(chǎn)品成本的一種有效方法。不論是新產(chǎn)品設計，還是老產(chǎn)品改進都離不開技術

9、和經(jīng)濟的組合，價值工程正是抓住了這一關鍵，在使產(chǎn)品的功能達到最佳狀態(tài)下，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更合理，從而提高企業(yè)經(jīng)濟效益。28人機工程 人機工程學是一門多學科的交叉學科，研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機器及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)，研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫(yī)學、人體測量學、美學和工程技術的多個領域，研究的目的則是通過各學科知識的應用，來指導工作器具、工作方式和工作環(huán)境的設計和改造，使得作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個方面的特性得以提高。291、程式性 現(xiàn)代設計研究設計的一般進程，包括一般設計戰(zhàn)略和用于設計各個具體部分的戰(zhàn)術方法。要求設計者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設計、技術設計、施工設計到實驗、試制，

10、按步驟有計劃地進行設計。 2、創(chuàng)造性 現(xiàn)代設計強調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設計、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品。只有創(chuàng)新才能有所發(fā)明。 1.2.3 現(xiàn)代設計方法的特點3、系統(tǒng)性 現(xiàn)代設計把設計對象看作一個系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程概念進行分析和綜合，通過功能分析、系統(tǒng)綜合等方法，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)，使人機之間的功能相互協(xié)調(diào)。 4、最優(yōu)性 設計的目的是得到功能全、性能好、成本低的最優(yōu)產(chǎn)品。 1.2.3 現(xiàn)代設計方法的特點5、綜合性現(xiàn)代設計在設計過程中，綜合考慮、分析市場需求、設計、生產(chǎn)、管理、使用、銷售各方面的因素；綜合運用優(yōu)化論、系統(tǒng)工程、可靠性理論、價值工程、技術等學科的知識，探索多種解決設計問題的科學途徑。6、數(shù)字性將計算機技術全面的引入。1.2.3 現(xiàn)代設計方法的特點1.3.1 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點與設計要求設計對象由單機走向系統(tǒng)；設計要求由單目標走向多目標；設計領域由單一領域走向多個領域；設計人員從單人到小組產(chǎn)品更新速度加快、設計周期縮短產(chǎn)品設計由自由發(fā)展到有計劃的發(fā)展設計發(fā)展要適應科技的發(fā)展，尤其計算機1.3.2 現(xiàn)代產(chǎn)品的設計類型及進程 1、現(xiàn)代產(chǎn)品的設計類型 開發(fā)性設計 適應性設計 變型設計1.3 現(xiàn)代產(chǎn)品的設計類型及進程 2、現(xiàn)代產(chǎn)品設計的三個階段 功能原理設計 實用化設計 商品化設計 3、現(xiàn)代產(chǎn)品設計的進程 產(chǎn)品規(guī)劃階