第1章機械制造裝備設(shè)計方法

《制造裝備設(shè)計》王揚威機電學(xué)院機械電子工程系辦公室地址：明故宮校區(qū)A15-B412電話：84892503Email：wangyw@教材機械制造裝備設(shè)計（第3版）關(guān)慧貞、馮辛安機械制造裝備設(shè)計趙永成制造裝備設(shè)計第一章機械制造裝備設(shè)計方法第二章金屬切削機床設(shè)計第三章典型部件設(shè)計第四章工業(yè)機器人設(shè)計（不講）制造裝備設(shè)計第七章機械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計第五章機床夾具設(shè)計（不講）第六章物流系統(tǒng)設(shè)計第一章機械制造裝備設(shè)計方法第一節(jié)

概述第二節(jié)機械制造裝備應(yīng)具備的主要功能第三節(jié)

機械制造裝備的分類第一章機械制造裝備設(shè)計方法第四節(jié)

機械制造裝備設(shè)計的類型第五節(jié)機械制造裝備設(shè)計的方法第六節(jié)

機械制造裝備設(shè)計的評價先進制造技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)、精、極、自、集、網(wǎng)、智、綠“數(shù)”是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化“精”是指加工精度及其發(fā)展“極”就是極端制造技術(shù)“自”就是自動化“集”就是集成化“網(wǎng)”就是網(wǎng)絡(luò)化“智”就是智能化“綠”就是“綠色”制造發(fā)展趨勢“精”是發(fā)展的關(guān)鍵“極”是發(fā)展的焦點“文”是發(fā)展的新義“綠”是發(fā)展的必然“快”是發(fā)展的動力“省”是發(fā)展的原則“效”是發(fā)展的追求“數(shù)”是發(fā)展的核心“自”是發(fā)展的條件“集”是發(fā)展的方法“網(wǎng)”是發(fā)展的道路“智”是發(fā)展的前景制造產(chǎn)品：制造過程：制造方法：1.1概述

1制造業(yè)的地位制造業(yè)是一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平是衡量一個國家經(jīng)濟實力、科技水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。2機械制造業(yè)的地位機械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是向其它各行業(yè)提供工具、儀器及各種先進制造裝備的行業(yè)。3機械制造裝備的地位機械制造裝備的先進程度決定制造業(yè)的生產(chǎn)能力和水平。提高機械制造裝備的技術(shù)水平是機械制造業(yè)乃至國民經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。機械制造裝備及其在國民經(jīng)濟中的重要作用1.1概述

4制造裝備的核心—機床金屬切削機床擔(dān)負(fù)了制造業(yè)40％～60％的工作，其水平直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。

一個國家的機床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。1.1概述

《國家十一五規(guī)劃》和國務(wù)院的《關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》（06年）都明確了振興裝備制造業(yè)實現(xiàn)16個關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破的發(fā)展要求。1.發(fā)展大型清潔高效發(fā)電裝備。2.開展高壓交直流輸變電成套設(shè)備的研制。3.實現(xiàn)大型乙烯成套設(shè)備國產(chǎn)化。4.進行大型煤化工成套設(shè)備的研制開發(fā)。5.研制大型薄板冷熱連軋成套設(shè)備及涂鍍層加工成套設(shè)備。6.發(fā)展大型煤炭井下綜合采掘、提升和洗選設(shè)備。7.開發(fā)大型海洋石油工程裝備。8.掌握時速200公里以上高速列車等裝備核心技術(shù)。1.1概述

振興裝備制造業(yè)的16個關(guān)鍵領(lǐng)域：9.發(fā)展大氣治理等大型環(huán)保設(shè)備。10.加快大斷面巖石掘進機等大型施工機械的研制。11.發(fā)展重大工程自動化控制系統(tǒng)和關(guān)鍵精密測試儀器。12.發(fā)展大型、精密、高速數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件。13.發(fā)展新型紡織機械。14.發(fā)展新型、大馬力農(nóng)業(yè)裝備。15.發(fā)展集成電路關(guān)鍵設(shè)備、生物工程和醫(yī)藥生產(chǎn)等專用設(shè)備。16.發(fā)展民用飛機及發(fā)動機、機載設(shè)備?！陡叨搜b備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》

工業(yè)和信息化部2012年5月發(fā)布

“十二五”期間我國高端裝備制造業(yè)的重大工程包括：支線飛機和通用航空產(chǎn)業(yè)化工程、空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程、先進軌道交通裝備及關(guān)鍵部件創(chuàng)新發(fā)展工程、深海工程裝備發(fā)展工程、智能制造裝備創(chuàng)新發(fā)展工程。1.1概述

《國家十一五規(guī)劃》和國務(wù)院的《關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》、《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》都明確了振興裝備制造業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破的發(fā)展要求。

每一個關(guān)鍵領(lǐng)域在研發(fā)制造中，每個都需要機床，每個項目的制造過程都需要工具，尤其是高檔數(shù)控機床和數(shù)控刀具。

1.1概述5機械制造裝備的發(fā)展史

機械制造裝備工業(yè)是隨著先進制造技術(shù)、先進制造生產(chǎn)模式、先進工藝技術(shù)的發(fā)展而不斷更新的。

（1）五十年代為“規(guī)模效益”模式，產(chǎn)品品種單一，為滿足市場需要，廣泛采用生產(chǎn)單一品種的自動機床、組合機床和專用生產(chǎn)線，以滿足大批量生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率的需求。

（2）七十年代為“精益生產(chǎn)”模式，社會需求多樣化、市場競爭日益激烈。生產(chǎn)企業(yè)既要提高產(chǎn)品質(zhì)量，又要頻繁地改型，縮短生產(chǎn)周期。因此，采用數(shù)控機床來有效地自動化生產(chǎn)單件、小批量的精密復(fù)雜零件。1.1概述5機械制造裝備的發(fā)展史

（3）八十年代，“FMS和CIMS生產(chǎn)”模式。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，制造業(yè)為了贏得全球化競爭，開發(fā)了CAD、CAM、CAPP、MRP、GT、CE、FMS、TQC、CIMS等先進制造技術(shù)和管理方法，以縮短生產(chǎn)周期，提供產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和改善服務(wù)質(zhì)量。1.1概述5機械制造裝備的發(fā)展史CIMS核心在于將企業(yè)的人、成本核算、生產(chǎn)經(jīng)營和工程技術(shù)系統(tǒng)有機地集成，構(gòu)成適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的高效益、高質(zhì)量和高柔性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。CIMS的出現(xiàn)，使機械制造自動化水平由制造系統(tǒng)自動化向綜合自動化方向發(fā)展。FMS是采用一組數(shù)控機床和自動化的工藝裝備，由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結(jié)合的自動化制造系統(tǒng)。1.1概述

（4）九十年代，敏捷制造（AM）、精益－敏捷－柔性（LAF）生產(chǎn)系統(tǒng)、全球制造等新的制造模式。信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全球經(jīng)濟打破了傳統(tǒng)的領(lǐng)域經(jīng)濟發(fā)展模式，市場更加廣闊，為了快速響應(yīng)市場，誕生出新型制造模式。機械制造裝備普遍具有柔性化、自動化和精密化的特點，適應(yīng)多品種小批量和經(jīng)常更新產(chǎn)品的需要。1.1概述我國機床工具行業(yè)受國際金融危機的直接沖擊，以及企業(yè)多年快速發(fā)展所積累矛盾的交錯影響，暴露的問題也十分明顯，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級刻不容緩。具體表現(xiàn)如：雖然我國機床產(chǎn)值躍居世界第一大國，但我國也是世界第一機床進口大國，我國建設(shè)所需的高檔數(shù)控機床主要依靠進口，2008年進口機床76億美元，約占國內(nèi)市場的39％。我國擁有完整的機床產(chǎn)業(yè)鏈，但是發(fā)展中高檔數(shù)控機床所需的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件主要來自境外。1.1概述我國雖培育了一批年產(chǎn)值進入世界前列的機床集團（沈陽機床集團和大連機床集團機床年產(chǎn)值已經(jīng)進入世界前十名），但從競爭力等分析，缺少像德國、日本等國著名跨國機床集團和世界級“精、特、?！毙【奕似髽I(yè)。我們大量生產(chǎn)機床鑄件，但不少鑄件出口到日本、韓國等，把污染留給自己。外企用我們的鑄件制造中高檔機床出口我國。我國擁有大量的鎢礦等稀有金屬元素，但是稀有金屬資源出口，國外用我們的礦粉配方后，制成高檔數(shù)控刀具，我們年進口高檔數(shù)控刀具達14億美元，幾乎覆蓋了國內(nèi)高檔數(shù)控刀具市場。1.1概述我國是世界上最大的高速工具鋼生產(chǎn)國，其年產(chǎn)量占世界總量的35％，但用國產(chǎn)高速鋼制造的低檔刀具大量出口，其價格還不值當(dāng)?shù)氐脑牧蟽r格。以上種種，如果長此下去，對我國機床工具行業(yè)可持續(xù)發(fā)展不利，后金融時代存在被邊緣化的危險。1.2機械制造裝備應(yīng)具備的主要功能

1、一般的功能要求（1）加工精度方面的要求（2）強度、剛度和抗振性方面的要求（3）加工穩(wěn)定性方面的要求（4）耐用性方面的要求（5）技術(shù)經(jīng)濟方面的要求2、柔性化3、精密化4、自動化凸輪控制、程序控制、數(shù)字控制、適應(yīng)控制。5、機電一體化6、節(jié)材7、符合工業(yè)工程要求8、符合綠色工程要求1.2機械制造裝備應(yīng)具備的主要功能

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1、加工裝備機械制造裝備包括加工裝備、工藝裝備、倉儲運輸裝備和輔助裝備四大類。主要指機床。機床是制造機器的機器，也稱工作母機。包括金屬切削機床、鍛壓機床、特種加工機床。金屬切削機床按使用范圍分為：通用機床、專用機床、專門化機床。鍛壓機床利用金屬的塑性變形特點進行成型加工的無屑加工設(shè)備。有機械壓力機、液壓機、自動鍛壓機、錘鍛、剪切機、彎曲校正機等。特種加工機床按加工原理分為：電加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、水射流加工等加工機床。

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

龍門銑床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

床身工作臺水平銑頭橫梁垂直銑頭立柱頂梁立柱垂直銑頭水平銑頭龍門銑床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）是一種程序控制系統(tǒng)，它能邏輯地處理輸入到系統(tǒng)中的數(shù)控加工程序，控制數(shù)控機床運動并加工出零件。適應(yīng)性、靈活性好精度高、質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)效率高勞動強度低、勞動條件好有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理使用、維護技術(shù)要求高數(shù)控機床的特點:1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

立式車床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

雙主軸數(shù)控車床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

復(fù)合加工CNC車床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

五軸數(shù)控加工121。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

五軸數(shù)控加工121。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

柔性制造島1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

弧齒錐齒輪銑齒加工1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備各種刀具、模具、夾具、量具等總稱為工藝裝備。它是保證產(chǎn)品制造質(zhì)量、貫徹工藝規(guī)程、提高生產(chǎn)效率的重要手段。（1）刀具能從工件上切除多余材料和切斷材料的工具。按加工方式和用途分：車刀、銑刀、孔加工工具（鉆頭、擴孔鉆、鉸刀）、拉刀、螺紋刀具（絲錐、板牙刀具）、齒輪刀具（滾刀）等。按結(jié)構(gòu)分：整體刀具、機夾或機夾可轉(zhuǎn)位刀具。按被加工表面性能分：標(biāo)準(zhǔn)化通用刀具、專用刀具。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

數(shù)控銑床刀具系統(tǒng)1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

加工中心刀具系統(tǒng)1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備

（2）模具在機床上通過壓力將金屬或非金屬材料制出所需形狀或制品的專用工具。按材料不同有粉末冶金模具、合金模具、塑料模具、冷沖模具、鍛壓模具等。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備

（3）夾具能夾緊工件，使工件占有正確位置的工藝裝備。夾具能用于機械加工、裝配、檢驗、焊接、熱處理等冷熱工藝中。在生產(chǎn)線上使用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具。

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備

（4）量具以固定形式復(fù)現(xiàn)量值的計量器具。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

3、倉儲運輸裝備倉儲運輸裝備包括各級倉儲、物料運輸、機床上下料、機器人等。（1）物料輸送裝置指坯料、半成品或成品在車間內(nèi)工作中心間傳輸?shù)难b置，采用的方式有各種輸送帶裝置和自動運輸小車。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

3、倉儲運輸裝備1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

3、倉儲運輸裝備1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

（2）自動化立體倉庫是集機械、電子、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動控制等技術(shù)于一體，實現(xiàn)產(chǎn)品搬運機械化、出入庫控制自動化、庫存管理微機化、信息處理網(wǎng)絡(luò)化等高效率的產(chǎn)品流通與存儲的樞紐。

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

4、輔助裝備（1）清洗機用于清洗工件上的油污和塵屑的裝備。（2）排屑裝置用于將加工區(qū)域內(nèi)的切屑清除、排送到機床或生產(chǎn)線外的集屑器內(nèi)的設(shè)備。1、創(chuàng)新設(shè)計2、變型設(shè)計3、模塊化設(shè)計（組合設(shè)計）1.4機械制造裝備設(shè)計的類型1.4.1創(chuàng)新設(shè)計

創(chuàng)新設(shè)計通常應(yīng)從市場調(diào)研和預(yù)測開始，明確產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)，經(jīng)過產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工設(shè)計等四個階段；

還應(yīng)通過產(chǎn)品試制和產(chǎn)品試驗來驗證新產(chǎn)品的技術(shù)可行性；通過小批試生產(chǎn)來驗證新產(chǎn)品的制造工藝和工藝裝備的可行性；

一般需要較長的設(shè)計開發(fā)周期，投入較大的研制開發(fā)工作量。1.4.2變型設(shè)計

適應(yīng)型設(shè)計和變參數(shù)型設(shè)計統(tǒng)稱“變型設(shè)計”。都是在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，基本工作原理和總體結(jié)構(gòu)保持不變。

變型設(shè)計應(yīng)在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，按照一定的規(guī)律演變出各種不同的規(guī)格參數(shù)、布局和附件的產(chǎn)品，擴大原有產(chǎn)品的性能和功能，形成一個產(chǎn)品系列。

開展變型設(shè)計的依據(jù)是原有產(chǎn)品，它應(yīng)屬于技術(shù)成熟的“基型”產(chǎn)品。

作為變型設(shè)計依據(jù)的原有產(chǎn)品，通常是采用創(chuàng)新設(shè)計方法完成的。1.4.3模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計又稱組合設(shè)計，是按合同要求，選擇適當(dāng)?shù)墓δ苣K，直接拼裝成所謂的“組合產(chǎn)品”。組合產(chǎn)品是系列產(chǎn)品的進一步細(xì)化，組合產(chǎn)品中的模塊也應(yīng)按系列化設(shè)計的原理進行。

組合設(shè)計通常是MRPII驅(qū)動的，可由銷售部門承擔(dān)，或在銷售部門中成立一個專門從事組合設(shè)計的設(shè)計組承擔(dān)，有關(guān)設(shè)計資料可直接交付生產(chǎn)計劃部門，對組成產(chǎn)品的各個模塊安排投產(chǎn)，并將這些模塊拼裝成所需的產(chǎn)品。制造資源計劃（MRPII）是一種先進的企業(yè)管理模式和管理信息系統(tǒng)。它是一個圍繞企業(yè)的基本經(jīng)營目標(biāo)，以計劃為核心，對企業(yè)各種制造資源進行統(tǒng)一的計劃和控制，全面集成銷售、制造和財務(wù)管理和模擬功能，使企業(yè)的物流、信息流、資金流流動暢通的動態(tài)反饋系統(tǒng)。

據(jù)不完全統(tǒng)計，機械制造裝備產(chǎn)品中有一大半屬于變型產(chǎn)品和組合產(chǎn)品，創(chuàng)新產(chǎn)品只占一小部分。

盡管如此，創(chuàng)新設(shè)計的重要意義不容低估。這是因為：采用創(chuàng)新設(shè)計方法不斷推出嶄新的產(chǎn)品，是企業(yè)在市場競爭中取勝的必要條件；變型設(shè)計和組合設(shè)計是在基型和模塊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行的，而基型和模塊系統(tǒng)也是采用創(chuàng)新設(shè)計方法完成的。1.4機械制造裝備設(shè)計的類型1.5機械制造裝備設(shè)計的方法

一、機械制造裝備設(shè)計的典型步驟二、系列化設(shè)計三、模塊化設(shè)計四、合理化工程(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段(二)方案設(shè)計階段(三)技術(shù)設(shè)計階段(四)施工設(shè)計階段1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務(wù)是明確設(shè)計任務(wù)，通常應(yīng)在市場調(diào)查與預(yù)測的基礎(chǔ)上識別產(chǎn)品需求，進行可行性分析，制訂設(shè)計技術(shù)任務(wù)書。在產(chǎn)品規(guī)劃階段將綜合運用技術(shù)預(yù)測、市場學(xué)、信息學(xué)等理論和方法來解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段1．需求分析需求分析的任務(wù)是將需求具體化和恰到好處，明確設(shè)計任務(wù)的要求。是設(shè)計工作的開始，指導(dǎo)設(shè)計工作的進行。識別需求是一個創(chuàng)造性的過程，設(shè)計人員必須重視需求分析，及時找到和預(yù)測市場的需求，并在市場大量需求到來之前完成新產(chǎn)品的研制工作，搶先投放市場，以取得豐厚的回報。需求分析一般包括對銷售市場和原材料市場的分析。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟1)新產(chǎn)品開發(fā)面向的社會消費群體，他們對產(chǎn)品功能、技術(shù)性能、質(zhì)量、數(shù)量、價格等方面的要求；2)現(xiàn)有類似產(chǎn)品的功能、技術(shù)性能、價格、市場占有情況和發(fā)展趨勢；3)競爭對手在技術(shù)、經(jīng)濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向；4)主要原材料、配件、半成品等的供應(yīng)情況、價格及變化趨勢等。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段2.調(diào)查研究(1)市場調(diào)研一般從以下幾方面進行調(diào)研：用戶需求—有關(guān)產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量、使用、保養(yǎng)、維修外觀、顏色、風(fēng)格、需求量和價格等方面的要求。產(chǎn)品情況—產(chǎn)品在其生命周期曲線中的位置，新老產(chǎn)品交替的動向分析等。同行情況—同行產(chǎn)品經(jīng)營銷售情況和發(fā)展趨勢．主要競爭對手在技術(shù)、經(jīng)濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向。供應(yīng)情況—主要原材料、配件、半成品等的質(zhì)量、品種、價格、供應(yīng)等方面的情況及變化趨勢等。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(2)技術(shù)調(diào)研一般包括產(chǎn)品技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；行業(yè)技術(shù)和專業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢；新型元器件、新材料、新工藝的應(yīng)用和發(fā)展動態(tài)；競爭產(chǎn)品的技術(shù)特點分析；競爭企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)動向；環(huán)境對研制的產(chǎn)品提出的要求，如使用環(huán)境的空氣、濕度、有害物質(zhì)和粉塵等對產(chǎn)品的要求；為保證產(chǎn)品的正常運轉(zhuǎn)，研制的產(chǎn)品對環(huán)境提出的要求等。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段(3)社會調(diào)研一般包括企業(yè)目標(biāo)市場所處的社會環(huán)境和有關(guān)的經(jīng)濟技術(shù)政策，如產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、投資動向、環(huán)境保護及安全等方面的法律、規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)；社會的風(fēng)俗習(xí)慣；社會人員的構(gòu)成狀況、消費水平、消費心理和購買能力；本企業(yè)實際情況、發(fā)展動向、優(yōu)勢和不足、發(fā)展?jié)摿Φ取?.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段3.預(yù)測(1)定性預(yù)測在數(shù)據(jù)和信息缺乏時，依靠經(jīng)驗和綜合分析對未來的發(fā)展?fàn)顩r作出推測和估計。采用的方法有走訪調(diào)查、查資料、抽樣調(diào)查、類比調(diào)查、專家調(diào)查等。(2)定量預(yù)測對影響預(yù)測結(jié)果的各種因素進行相關(guān)分析和篩選，根據(jù)主要影響因素和預(yù)測對象的數(shù)量關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，對市場發(fā)展情況作出定量預(yù)測。采用的方法有時間序列回歸法、因果關(guān)系回歸法、產(chǎn)品壽命周期法等。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段4.可行性分析所謂產(chǎn)品設(shè)計的可行性分析是指通過調(diào)查研究與預(yù)測后，對產(chǎn)品開發(fā)中的重大問題應(yīng)進行充分的技術(shù)經(jīng)濟論證，判斷是否可行。一般包括技術(shù)分析、經(jīng)濟分析和社會分析三個方面。最后應(yīng)提出產(chǎn)品開發(fā)的可行性報告。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟可行性報告一般包括如下內(nèi)容：1)產(chǎn)品開發(fā)的必要性，市場調(diào)查及預(yù)測情況，包括用戶對產(chǎn)品功能、用途、質(zhì)量、使用維護、外觀、價格等方面的要求；2)同類產(chǎn)品國內(nèi)外技術(shù)水平，發(fā)展趨勢；3)從技術(shù)上預(yù)期產(chǎn)品開發(fā)能達到的技術(shù)水平；4)從設(shè)計、工藝和質(zhì)量等方面需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題；5)投資費用及開發(fā)時間進度，經(jīng)濟效益和社會效益估計；6)現(xiàn)有條件下開發(fā)的可能性及準(zhǔn)備采取的措施。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段5．編制設(shè)計任務(wù)書產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)書是指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)性文件，其主要任務(wù)是對產(chǎn)品進行選型，確定最佳設(shè)計方針。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段(二)方案設(shè)計階段1．對設(shè)計任務(wù)的抽象設(shè)計師應(yīng)對設(shè)計任務(wù)進行抽象，抓住主要要求，兼顧次要要求，才能避免由于知識和經(jīng)驗的局限性，思想上的種種框框，誤導(dǎo)設(shè)計方案的制訂。對設(shè)計任務(wù)進行抽象是對設(shè)計任務(wù)的再認(rèn)識，通過功能關(guān)系和與任務(wù)相關(guān)的主要約束條件的分析，對“設(shè)計要求表”一步一步進行抽象，找出具有本質(zhì)性的和主要的要求，即本質(zhì)功能，以便找到能實現(xiàn)這些本質(zhì)功能的解，再進一步找出其最優(yōu)解。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟2．建立功能結(jié)構(gòu)總功能是表達輸入量轉(zhuǎn)變成輸出量的能力?？偣δ芸芍鸺壨路纸?，分解到子功能的要求比較明確，便于求解為止。分功能和多級子功能及它們之間的關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu)。便于了解產(chǎn)品中哪些子功能重復(fù)出現(xiàn)，為制訂通用零部件規(guī)范提供依據(jù)。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟功能結(jié)構(gòu)圖功能間的聯(lián)系存在三種基本結(jié)構(gòu)型式：串聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖2-2a所示，又稱順序結(jié)構(gòu)。并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖2-2b所示。環(huán)形結(jié)構(gòu)如圖2-2c所示，是輸出反饋為輸入的循環(huán)結(jié)構(gòu)。圖2-2e則是有選擇性地進行反饋的循環(huán)結(jié)構(gòu)。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(二)方案設(shè)計階段3．尋求原理解與求解方法所謂原理解就是能實現(xiàn)某種功能的工作原理，和實現(xiàn)該工作原理的技術(shù)手段和結(jié)構(gòu)原理，即所謂功能載體。工作原理是科學(xué)原理和技術(shù)原理的統(tǒng)稱。是設(shè)計中最關(guān)鍵、最富于創(chuàng)造性的一個環(huán)節(jié)。從技術(shù)上和結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)工作原理的功能載體是以它具有的某種屬性來完成某一功能的。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(二)方案設(shè)計階段4．初步設(shè)計方案的形成(1)系統(tǒng)結(jié)合法：按功能結(jié)構(gòu)的樹狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)邏輯關(guān)系把原理解結(jié)合起來。具體方法是采用如圖所示的圖表。(2)數(shù)學(xué)方法結(jié)合法：當(dāng)子功能原理解的物理和幾何特征可以定量的形式表達時，有可能借助電子計算機，采用數(shù)學(xué)方法進行初步設(shè)計方案的組合。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(二)方案設(shè)計階段5.初步設(shè)計方案的評價與篩選(1)初步設(shè)計方案的初選：觀察淘汰法和分?jǐn)?shù)比較法。(2)初步設(shè)計方案的具體化(3)對初步設(shè)計方案進行技術(shù)經(jīng)濟評價1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(三)技術(shù)設(shè)計階段1.確定結(jié)構(gòu)原理方案(1)確定結(jié)構(gòu)原理方案的主要依據(jù)其中包括決定尺寸的依據(jù)；決定布局的依據(jù)；決定材料的依據(jù)；決定和限制結(jié)構(gòu)設(shè)計的空間條件等。(2)確定結(jié)構(gòu)原理方案在上述依據(jù)的約束下，對主要功能結(jié)構(gòu)進行構(gòu)思，初步確定其材料和形狀，進行粗略的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(3)評價和修改對確定的結(jié)構(gòu)原理方案經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟評價提供依據(jù)。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(三)技術(shù)設(shè)計階段2.總體設(shè)計(1)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)(2)總體布局包括部件組成、各部件的空間位置布局和運動方向、操作位置、各部件相對運動配合關(guān)系。(3)系統(tǒng)原理圖包括產(chǎn)品總體布局圖、機械傳動系統(tǒng)圖、液壓系統(tǒng)圖、電力驅(qū)動和控制系統(tǒng)圖等。(4)經(jīng)濟核算包括產(chǎn)品成本和運行費用的估算、成本回收期、資源的再利用等。(5)其它1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(三)技術(shù)設(shè)計階段3.結(jié)構(gòu)設(shè)計主要任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)原理方案結(jié)構(gòu)化，繪制產(chǎn)品總裝圖、部件裝配圖；提出初步的零件表，加工和裝配說明書；對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行技術(shù)經(jīng)濟評價。必須遵守有關(guān)國家、部門和企業(yè)頒布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通常要經(jīng)過設(shè)計、審核、修改、再審核、再修改多次反復(fù)，才可批準(zhǔn)投產(chǎn)。經(jīng)常采用諸如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算機輔助設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法，來解決設(shè)計中出現(xiàn)問題。1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟(四)工藝設(shè)計階段1.零件圖設(shè)計

2.完善裝配圖

3.商品化設(shè)計

4.編制技術(shù)文檔1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟1、產(chǎn)品規(guī)劃階段需求分析調(diào)查研究預(yù)測可行性分析編制設(shè)計任務(wù)書2、方案設(shè)計階段對設(shè)計任務(wù)的抽象建立功能結(jié)構(gòu)尋求原理解與解決方法初步設(shè)計方案的形成初步設(shè)計方案的評價與篩選1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟3、技術(shù)設(shè)計階段確定結(jié)構(gòu)原理方案總體設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計4、工藝設(shè)計階段零件圖設(shè)計完善裝備圖商品化設(shè)計編制技術(shù)文檔1.5.1機械制造裝備設(shè)計的典型步驟系列化設(shè)計方法是在設(shè)計的某一類產(chǎn)品中，選擇功能、結(jié)構(gòu)和尺寸等方面較典型的產(chǎn)品為基型，以它為基礎(chǔ)，設(shè)計出其它各種尺寸參數(shù)的產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品基型系列。在產(chǎn)品基型系列的基礎(chǔ)上，派生出不同用途的變型產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品派生系列。編制反映基型系列和派生系列關(guān)系的產(chǎn)品系列型譜。系列化設(shè)計應(yīng)遵循“產(chǎn)品系列化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)的典型化”即所謂的“四化”原則。系列化設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計合理化的一條途徑，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、開發(fā)變型產(chǎn)品的重要途徑之一。1系列化設(shè)計的基本概念1.5.2系列化設(shè)計1)可以較少品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場較大范圍的需求。2)系列產(chǎn)品是依據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格性能試驗和長期生產(chǎn)考驗的基型產(chǎn)品演變和派生而成的，可以大大減少設(shè)計工作量，提高設(shè)計質(zhì)量，減少產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險，縮短產(chǎn)品的研制周期；3)產(chǎn)品有較高的結(jié)構(gòu)相似性和零部件的通用性，可壓縮工藝裝備數(shù)量和種類，縮短產(chǎn)品的研制周期，降低生產(chǎn)成本；4)零部件的種類少，系列中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似，便于進行產(chǎn)品的維修，改善售后服務(wù)質(zhì)量；5)為開展變型設(shè)計提供技術(shù)基礎(chǔ)。2系列化設(shè)計的優(yōu)點1.5.2系列化設(shè)計為以較少品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場較大范圍的需求，每個品種規(guī)格的產(chǎn)品都具有一定的通用性，滿足一定范圍的使用需求，用戶只能在系列型譜內(nèi)有限的一些品種規(guī)格中選擇所需的產(chǎn)品，選到的產(chǎn)品，一方面其性能參數(shù)和功能特性不一定最符合用戶的要求，另方面有些功能還可能冗余。2系列化設(shè)計的缺點1.5.2系列化設(shè)計1)主參數(shù)和主要性能指標(biāo)的確定主參數(shù)和主要性能指標(biāo)應(yīng)最大程度地反映產(chǎn)品的工作性能和設(shè)計要求。例如普通車床的主參數(shù)是在床身上的最大回轉(zhuǎn)直徑，主要性能指標(biāo)之一是最大的工件長度；主要性能指標(biāo)是工作臺工作面的長度。搖臂鉆床的主參數(shù)是最大鉆孔直徑，主要性能指標(biāo)是主軸中心線至立柱母線的最大距離等。上述參數(shù)決定了相應(yīng)機床的主要幾何尺寸、功率和轉(zhuǎn)速范圍，因而決定了該機床的設(shè)計要求。3系列化設(shè)計的步驟1.5.2系列化設(shè)計2)參數(shù)分級經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟分析，將產(chǎn)品的主參數(shù)和主要性能指標(biāo)按一定規(guī)律進行分級，制訂參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品的主參數(shù)應(yīng)盡可能采用優(yōu)先數(shù)系。3系列化設(shè)計的步驟1.5.2系列化設(shè)計3)制訂系列型譜系列型譜通常是二維甚至多維的，其中一維是主參數(shù)，其它維是主要性能指標(biāo)。通過系列型譜的制訂，確定產(chǎn)品的品種、基型和變型、布局，各產(chǎn)品品種的技術(shù)性能和技術(shù)參數(shù)等。在系列型譜中，結(jié)構(gòu)最典型、應(yīng)用最廣泛的是所謂的“基型產(chǎn)品”，產(chǎn)品的系列設(shè)計通常從基型產(chǎn)品開始。系列型譜內(nèi)的產(chǎn)品是在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上經(jīng)過演變和派生而擴展成的。擴展的方式有縱系列、橫系列和跨系列擴展三類。3系列化設(shè)計的步驟1.5.2系列化設(shè)計1、系列化設(shè)計的基本概念1.5.2系列化設(shè)計2、系列化設(shè)計的優(yōu)缺點3、系列化設(shè)計的步驟（1）主參數(shù)和主要性能指標(biāo)的確定（2）參數(shù)分級（3）制定系列型譜縱系列產(chǎn)品橫系列產(chǎn)品跨系列產(chǎn)品為了開發(fā)多種不同功能結(jié)構(gòu)，或相同功能結(jié)構(gòu)而性能不同的產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品單獨進行設(shè)計，而是精心設(shè)計出一批模塊，將這些模塊經(jīng)過不同的組合來構(gòu)造具有不同功能結(jié)構(gòu)和性能的多種產(chǎn)品。模塊上具有特定的聯(lián)接表面和聯(lián)接方法，以保證相互組合的互換性和精確度。模塊化設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計合理化的另一條途徑，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、加快設(shè)計，進行組合設(shè)計重要途徑。模塊化系統(tǒng)多數(shù)是屬于模塊和非模塊的混合系統(tǒng)。1模塊化設(shè)計的基本概念1.5.3模塊化設(shè)計1)便于用新技術(shù)設(shè)計性能更好的模塊取代原有舊的模塊，提高產(chǎn)品的性能，組合出功能更完善、性能更先進的組合產(chǎn)品，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。2)采用模塊化設(shè)計，可快速滿足用戶提出的特殊訂貨要求，大大縮短設(shè)計和供貨周期。3)模塊化設(shè)計方法推動了整個企業(yè)技術(shù)、生產(chǎn)、管理和組織體制的改革。有利于采用成組加工等先進工藝，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，既提高質(zhì)量，又降低成本。4)模塊系統(tǒng)中大部分部件由模塊組成，設(shè)備如發(fā)生故障，只需更換有關(guān)模塊，維護修理更為方便，對生產(chǎn)影響少。2模塊化設(shè)計的優(yōu)點1.5.3模塊化設(shè)計（1）明確任務(wù)為了能以最少的模塊組合出數(shù)量最多、總功能各不相同的產(chǎn)品，需要對市場需求進行深入調(diào)查，對所有欲實現(xiàn)的總功能加以明確，摒棄市場需求很少而又需要付出很大設(shè)計和制造代價的那些總功能。3模塊化設(shè)計的步驟1.5.3模塊化設(shè)計（2）建立功能結(jié)構(gòu)劃分模塊的出發(fā)點是功能分析。根據(jù)產(chǎn)品的總功能分解為分功能、功能元，求相應(yīng)的功能模塊，再具體化為生產(chǎn)模塊。分功能包括基本功能、輔助功能、特殊功能和附加功能等幾類，相應(yīng)地建立基本模塊、輔助模塊、特殊模塊、調(diào)整模塊和非標(biāo)模塊等。3模塊化設(shè)計的步驟1.5.3模塊化設(shè)計3模塊化設(shè)計的步驟1.5.3模塊化設(shè)計（3）合理確定產(chǎn)品的系列型譜和參數(shù)模塊化系統(tǒng)也應(yīng)遵循系列化設(shè)計的原理，確定模塊的系列型譜?？v系列模塊系統(tǒng)中模塊功能及原理方案相同，結(jié)構(gòu)相似，而尺寸參數(shù)有變化。隨參數(shù)變化對系列產(chǎn)品劃分合理區(qū)段，同一區(qū)段內(nèi)模塊通用。橫系列模塊系統(tǒng)是在一定基型產(chǎn)品基礎(chǔ)上更換或添加模塊，以得到擴展功能的同類變型產(chǎn)品?？缦盗心K系統(tǒng)中包括具有相近動力參數(shù)的不同類型產(chǎn)品功能模塊。3模塊化設(shè)計的步驟1.5.3模塊化設(shè)計（4）模塊的組合模塊化系統(tǒng)的設(shè)計要考慮模塊如何組合，達到用較少種類的模塊組合出盡可能多的組合產(chǎn)品。模塊系統(tǒng)分開式和閉式兩類。閉式系統(tǒng)由一定數(shù)量種類的模塊組成有限數(shù)量的組合，而開式系統(tǒng)則是由模塊得到無限多的組合。閉式系統(tǒng)可計算出模塊的理論組合數(shù)。實際組合時要考慮使用需要、工藝可能及相容關(guān)系，實際組合數(shù)大大小于理論組合數(shù)。模塊組合要精心設(shè)計結(jié)合部的結(jié)構(gòu)，結(jié)合部位的形狀、尺寸、配合精度等應(yīng)盡量符合標(biāo)準(zhǔn)。3模塊化設(shè)計的步驟1.5.3模塊化設(shè)計（5）模塊的計算機管理系統(tǒng)1)對模塊進行編碼，以便進行計算機管理；2)給出模塊系統(tǒng)最多可組合的產(chǎn)品數(shù)；3)對于用戶的某一給定的設(shè)計要求，分析是否存在一種有效的組合方案；4)在滿足要求的幾種組合方案中進行評價，選擇最佳的組合方案；5)若無有效的組合方案滿足用戶要求，為新的模塊設(shè)計提供信息；6)給出已選方案的模塊組裝圖、明細(xì)表及價格表。3模塊化設(shè)計的步驟1.5.3模塊化設(shè)計模塊化設(shè)計的基本概念1.5.3模塊化設(shè)計1、2、模塊化設(shè)計的優(yōu)缺點3、模塊化設(shè)計的步驟（1）（2）（3）明確任務(wù)建立功能結(jié)構(gòu)合理確定產(chǎn)品的系列型譜和參數(shù)模塊是具有一定功能的零件、組件或部件。模塊上具有特定的聯(lián)接表面和聯(lián)接方法，以保證相互組合的互換性和精確度