基于系統(tǒng)工程的綜合設(shè)計法在產(chǎn)品研究與開發(fā)中的應用

綜合設(shè)計理論與方法

在產(chǎn)品研究與開發(fā)中的應用

東北大學機械工程與自動化學院聞邦椿==綜合設(shè)計理論與方法在產(chǎn)品研究與開發(fā)中的應用==4/20/20231第一頁，共三十六頁?；谙到y(tǒng)工程的綜合設(shè)計理論與方法在產(chǎn)品研究與開發(fā)中的應用

0、引言1、產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量及功能與性能的含義2、產(chǎn)品的設(shè)計理論與方法的分類3、產(chǎn)品設(shè)計三個階段及7D總體設(shè)計規(guī)劃模型4、面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量的1+3+X綜合設(shè)計法

5、以非線性理論為基礎(chǔ)的深層次綜合設(shè)計法6、理論與方法的具體應用00、結(jié)語4/20/20232第二頁，共三十六頁。0.引言0.1裝備制造業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的地位

裝備制造業(yè)是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)主體，是富民強國之本，是推進信息化的主導產(chǎn)業(yè),是科學技術(shù)的基本載體，是實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的主要舞臺,是國家競爭力的重要體現(xiàn)，是國防建設(shè)的“裝備部”，它決定著我國在國際分工中的地位。

我國是制造大國,是世界工廠,但還不是制造強國。4/20/20233第三頁，共三十六頁。表1我國GDP與制造業(yè)工業(yè)增加值(表2)年份當年價（億元）GDP制造業(yè)工業(yè)增加值制造業(yè)的比重（%）19526798913.0719783624127935.2919858964284031.681995584782057835.202000894423225536.0620021023983615135.304/20/20234第四頁，共三十六頁。圖1中德日美四國制造業(yè)增加值變化情況

4/20/20235第五頁，共三十六頁。0.2我國制造業(yè)的優(yōu)勢、劣勢、機遇、威脅分析優(yōu)勢●較低的勞動力成本●廣闊的潛在消費市場●比較完善的制造業(yè)體系●經(jīng)濟持續(xù)健康協(xié)調(diào)快速增長●以改革開放為核心的政府政策支持劣勢●技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱●市場經(jīng)濟發(fā)育不完善●國有企業(yè)總體活力不足●缺少具有國際競爭力的大型企業(yè)包括具有總承包能力的工程公司機遇●發(fā)達國家的制造業(yè)向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移步伐加快●以信息技術(shù)為代表的高技術(shù)與制造業(yè)的融合提供了制造業(yè)水平提升的機遇●城市化建設(shè)加快，人民生活水平和消費能力持續(xù)提高威脅●資源短缺、水資源危機、生態(tài)環(huán)境惡化●國際貿(mào)易保護主義加劇，技術(shù)壁壘加重●龐大的人口帶來巨大的就業(yè)壓力●國內(nèi)市場與國際市場接軌，競爭加劇4/20/20236第六頁，共三十六頁。0.3我國裝備制造業(yè)存在的不足

新中國成立50多年來,我國制造業(yè)得到了長足的發(fā)展,已取得了重大成就,目前我國已成為制造業(yè)的大國、世界制造工廠。但我國與制造強國相比還有較大差距。原因是多方面的，以下幾點應引起重視：

(1)目前我國許多重大裝備還大量依賴進口;(2)許多難度較大產(chǎn)品的質(zhì)量與性能與國外的相比,還有較大差距;(3)自主開發(fā)的產(chǎn)品還較少,有的還不能制造;(4)總的來看,產(chǎn)品的技術(shù)含量有待提高。

本世紀初我國正在依靠科學技術(shù)進步，開拓出一條發(fā)展制造業(yè)及通向制造強國之路。4/20/20237第七頁，共三十六頁。0.4應該采取的措施

（1）掌握國內(nèi)外需求情況和產(chǎn)品開發(fā)的切入點

（2）把握產(chǎn)品國內(nèi)外的發(fā)展水平及國際前沿（3）建立強有力的產(chǎn)品研究和開發(fā)的隊伍（4）在產(chǎn)品研發(fā)中開展自主創(chuàng)新設(shè)計

（5）創(chuàng)建試驗研究的良好條件和環(huán)境

（6）重視產(chǎn)品研究開發(fā)過程中的五大要素（7）把提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量放到首要的地位

（8）采用先進的產(chǎn)品設(shè)計理論與方法4/20/20238第八頁，共三十六頁。

近幾年,我對產(chǎn)品的設(shè)計理論與方法進行了研究,提出了一種基于系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計理論與方法，該方法的特點是：以用戶需求為前提，以多科學的理論與技術(shù)的交叉融合為基礎(chǔ)，以科學發(fā)展觀的思想和產(chǎn)品自主創(chuàng)新思想做指導，以提高產(chǎn)品廣義質(zhì)量（五大要素）為目標，以功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)、使用和制造性能設(shè)計的內(nèi)容，以功能優(yōu)化動態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu)化和可視優(yōu)化及數(shù)字化為方法，提出了一種基于系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計理論與方法。

在我寫的多部著作中已做了敘述:

(1)面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量的綜合設(shè)計理論與方法，科學出版社,2006(2)產(chǎn)品的全功能和全性能的綜合設(shè)計，共６本，機械工業(yè)出版社,2008,（已出版３本）4/20/20239第九頁，共三十六頁。

1、產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量及功能與性能的含義

主功能轉(zhuǎn)變加工對象（被加工物件、物體或物質(zhì)）的幾何形態(tài)、物理狀態(tài)、化學組成、生理機能和進行信息的傳輸與處理等工作。

輔助功能為實現(xiàn)基本功能需完成的輔助工作，例如，加工對象（物件、物體或物質(zhì)）的轉(zhuǎn)運、裝卸和固定等；工作機構(gòu)需獲得所需的運動形式；系統(tǒng)需獲得所需的動力；操縱指令信號的發(fā)出及執(zhí)行；工況信息的采集、測試與系統(tǒng)的控制等。運動傳輸信息傳輸能量傳輸物質(zhì)輸出指令傳遞能量輸入信息采集物質(zhì)輸入運動輸入指令輸入圖1產(chǎn)品的主功能與輔助功能1.1產(chǎn)品的主功能與輔助功能4/20/202310第十頁，共三十六頁。

1.1產(chǎn)品功能的內(nèi)涵及主要特性

圖2.2功能結(jié)構(gòu)簡圖和對功能的要求及其主要特性圖2產(chǎn)品功能要求及主要特性1、結(jié)構(gòu)布置實現(xiàn)主、輔功能所對應的結(jié)構(gòu)2、機構(gòu)驅(qū)動、2動、工作機構(gòu)3、參數(shù)

幾何參數(shù)、工藝參數(shù)運動參數(shù)、動力參數(shù)4.系統(tǒng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、運動形式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、能量傳輸系統(tǒng)、指令輸入系統(tǒng)、狀態(tài)控制系統(tǒng)功能設(shè)計四項內(nèi)容用1、2、3、4加以概括4/20/202311第十一頁，共三十六頁。1.2產(chǎn)品的三大性能圖3現(xiàn)代機械產(chǎn)品的三大性能系統(tǒng)可靠性

工作可靠性人機安全性材質(zhì)造應性工作耐久性結(jié)構(gòu)緊湊性環(huán)境無害性造型藝術(shù)性設(shè)計經(jīng)濟性結(jié)構(gòu)性能Q狹義質(zhì)量C價格T生產(chǎn)周期E環(huán)境S售后服務機械產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量工效實用性工作穩(wěn)定性指標優(yōu)越性設(shè)備動力性狀態(tài)測控性故障可診性操作宜人性使用經(jīng)濟性制造工藝性零件規(guī)范性容差合理性生產(chǎn)時間性設(shè)備維修性裝運可行性廢品回收性制造經(jīng)濟性

工作性能

工藝性能4/20/202312第十二頁，共三十六頁。

1.3產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)計質(zhì)量的定義

早期把產(chǎn)品質(zhì)量理解為產(chǎn)品技術(shù)特征符合規(guī)定要求的程度(質(zhì)量的“符合性”定義).20世紀60年代，美國質(zhì)量管理專家朱蘭提出了“質(zhì)量是滿足顧客需求的程度”的觀點，被稱為質(zhì)量的“適用性”定義。ISO于1986將質(zhì)量定義為“產(chǎn)品或服務滿足規(guī)定或潛在需要的特征和特性的總和”。ISO于1994質(zhì)量定義:反映實體滿足明確和隱含需求的能力的特性總和。ISO于2000質(zhì)量定義:一組固有特性滿足要求的程度。作者認為產(chǎn)品質(zhì)量的定義因不同的前提條件而有所區(qū)別，產(chǎn)品質(zhì)量分為產(chǎn)品的使用質(zhì)量、設(shè)計質(zhì)量、制造質(zhì)量和包裝質(zhì)量等。產(chǎn)品使用質(zhì)量，或產(chǎn)品的質(zhì)量Q的定義應是:執(zhí)行或完成使用的工作要求所能表現(xiàn)的能力(或所能達到的水平)。產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的定義應是:執(zhí)行產(chǎn)品設(shè)計的工作要求所能表現(xiàn)的能力(或所能達到的水平),產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量=功能+性能.4/20/202313第十三頁，共三十六頁。2產(chǎn)品設(shè)計理論與方法及其分類

2.1產(chǎn)品的設(shè)計方法（多數(shù)采用分析思維模式）

(1)比較著名的設(shè)計理論與方法:

1)前蘇聯(lián)的TRIZ理論

2)德國普適理論(物質(zhì)流、能量流、信息流)

3)美國的四個映射域公理設(shè)計理論(需求域、功能域、

物理域、過程域)

4)日本的QFD設(shè)計法和三次設(shè)計法等

我國也進行了大量研究，取得了許多重要成果。

(2)最近發(fā)展的主要設(shè)計理論與方法:

1)創(chuàng)新設(shè)計,概念設(shè)計

2)數(shù)字化設(shè)計,虛擬設(shè)計

3)全生命周期和全性能優(yōu)化設(shè)計

4)材料與結(jié)構(gòu)等一體化設(shè)計,多學科交叉綜合設(shè)計4/20/202314第十四頁，共三十六頁。

3、產(chǎn)品的設(shè)計方法及其分類

2.2產(chǎn)品的設(shè)計方法的分類（分析思維模式與綜合思維模式的結(jié)合）圖4現(xiàn)代機械設(shè)計方法的分類方案設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計機構(gòu)設(shè)計幾何參數(shù)設(shè)計工藝參數(shù)設(shè)計造型設(shè)計傳動設(shè)計摩擦學設(shè)計運動學設(shè)計動力學設(shè)計可靠性設(shè)計強度設(shè)計試驗設(shè)計工藝設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計診斷系統(tǒng)設(shè)計容差設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計三化綜合設(shè)計1+3+X設(shè)計面向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計面向產(chǎn)品工作性能的智能優(yōu)化設(shè)計面向產(chǎn)品工藝性能的可視優(yōu)化設(shè)計三次設(shè)計全生命周期優(yōu)化設(shè)計面向產(chǎn)品總體質(zhì)量的廣義優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計基于系統(tǒng)工程的設(shè)計概念設(shè)計ＴＲＩＺ發(fā)明解決問題穩(wěn)健設(shè)計改型設(shè)計優(yōu)化設(shè)計智能設(shè)計虛擬設(shè)計網(wǎng)絡(luò)設(shè)計反求設(shè)計并行設(shè)計可視化設(shè)計協(xié)同設(shè)計相似性設(shè)計數(shù)字化設(shè)計快速反應設(shè)計集成設(shè)計柔性化設(shè)計融合設(shè)計模塊化設(shè)計模糊設(shè)計優(yōu)勢設(shè)計CAＥＱＦＤ設(shè)計公理化設(shè)計系統(tǒng)化設(shè)計過程常規(guī)設(shè)計過程和諧設(shè)計綠色設(shè)計面向產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)計基于價值工程的設(shè)計功能設(shè)計全性能設(shè)計現(xiàn)代機械設(shè)計方法匯總表設(shè)計過程設(shè)計方法設(shè)計思想組合型設(shè)計設(shè)計目標設(shè)計環(huán)境設(shè)計內(nèi)容4/20/202315第十五頁，共三十六頁。

3產(chǎn)品設(shè)計的三個階段與7D總體設(shè)計規(guī)劃設(shè)計思想域DI設(shè)計環(huán)境域DE設(shè)計目標域DO

設(shè)計過程域DＰ

設(shè)計內(nèi)容域DC設(shè)計方法域DM質(zhì)量檢驗域DA主觀能動效應客觀環(huán)境要求用戶信息獲取功能需求實現(xiàn)

功能與性能的需求實現(xiàn)功能性能評價全局性態(tài)規(guī)劃一規(guī)劃階段二

實施階段三

檢驗階段圖5產(chǎn)品設(shè)計的三個階段3.1產(chǎn)品設(shè)計的三個階段：規(guī)劃、實施與檢驗階段4/20/202316第十六頁，共三十六頁。

基于系統(tǒng)工程的產(chǎn)品全功能和全性能的設(shè)計規(guī)劃面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量或全功能全性能優(yōu)化設(shè)計思想以科學發(fā)展觀和自主創(chuàng)新思想作指導。貫徹綠色設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計或基于系統(tǒng)工程的設(shè)計思想設(shè)計目標產(chǎn)品廣義質(zhì)量（功能+性能）Q、C、T、E、S擬選用全功能設(shè)計法、全性能設(shè)計法或QFD設(shè)計法等。設(shè)計質(zhì)量檢驗擬選用產(chǎn)品質(zhì)量可靠性評估方法、模糊評估法、價值評估法或系統(tǒng)工程評估法等設(shè)計方法擬選用優(yōu)化設(shè)計、可視化設(shè)計、虛擬設(shè)計、數(shù)字化設(shè)計、智能設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、并行設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計或集成設(shè)計等設(shè)計環(huán)境要充分考慮產(chǎn)品的設(shè)計環(huán)境對產(chǎn)品設(shè)計提出的要求如政治、經(jīng)濟、社會、人文和法律環(huán)境的要求設(shè)計內(nèi)容擬選用功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、強度設(shè)計、傳動設(shè)計、造型設(shè)計、摩擦學設(shè)計或控制系統(tǒng)設(shè)等設(shè)計過程由用戶需求、產(chǎn)品功能優(yōu)化、性能優(yōu)化、工藝優(yōu)化及產(chǎn)品檢驗等組成的五個過程圖6產(chǎn)品設(shè)計的7D總體規(guī)劃模型(60多設(shè)計法都可以找到它們自己的位置)4/20/202317第十七頁，共三十六頁。

3.2產(chǎn)品設(shè)計的7D總體規(guī)劃

（1）明確設(shè)計思想：在科學發(fā)展觀和自主創(chuàng)新思想指導下完成產(chǎn)品設(shè)計工作；

（2）考慮設(shè)計環(huán)境：如政治、經(jīng)濟、人文環(huán)境、法律環(huán)境、社會環(huán)境（指國際與人際環(huán)境）、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)環(huán)境的要求等；

（3）確定設(shè)計目標：也就是本書所指的面向產(chǎn)品的廣義質(zhì)量和實現(xiàn)產(chǎn)品功能和性能的優(yōu)化

（4）擬訂設(shè)計步驟：設(shè)計過程和步驟是用戶需求獲取、制訂設(shè)計任務書、產(chǎn)品概念設(shè)計、詳細設(shè)計、工藝設(shè)計；4/20/202318第十八頁，共三十六頁。

（5）規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計內(nèi)容就是面向產(chǎn)品功能和三大性能的功能優(yōu)化設(shè)計、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計、智能優(yōu)化設(shè)計和可視優(yōu)化設(shè)計等；

（6）選擇設(shè)計方法：如選擇廣義優(yōu)化設(shè)計法、可視優(yōu)化設(shè)計法、數(shù)字化設(shè)計法等；

（7）檢驗設(shè)計質(zhì)量：建立產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性評估體系，采用模糊評價法、價值工程評價法等對產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量進行評估，克服產(chǎn)品設(shè)計工作中的隨意性，進而可提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，使企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量得到有效的保證。此外，還要通過試驗及在產(chǎn)品使用過程中來檢驗產(chǎn)品質(zhì)量。4/20/202319第十九頁，共三十六頁。3.3產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃應是一個完整的技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計總體規(guī)劃的7個映射域與產(chǎn)品設(shè)計的7D總體規(guī)劃模型:(1)明確設(shè)計思想；(2)考慮設(shè)計環(huán)境；(3)確定設(shè)計目標；(4)擬訂設(shè)計過程；(5)規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容；(6)選擇設(shè)計方法；(7)檢驗設(shè)計質(zhì)量.。產(chǎn)品設(shè)計應是一個完整的技術(shù)系統(tǒng)：

(1)對產(chǎn)品設(shè)計工作進行全面系統(tǒng)的規(guī)劃；(2)對具體的設(shè)計過程制出訂完整細致的計劃；(3)對設(shè)計結(jié)果進行評價與檢驗。完整的技術(shù)系統(tǒng)可以保證技術(shù)工作得到全面、系統(tǒng)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定、高速、可持續(xù)地實現(xiàn)．克服產(chǎn)品設(shè)計工作中常常出現(xiàn)的隨意性、片面性、主觀性、盲目性等。非完整的技術(shù)系統(tǒng)會產(chǎn)生許多不良的結(jié)果，如設(shè)計目標未能實現(xiàn)，設(shè)計延期，反工，誤工，造成浪費等。4/20/202320第二十頁，共三十六頁。序號1234567規(guī)劃內(nèi)容設(shè)計思想設(shè)計環(huán)境設(shè)計過程設(shè)計目標設(shè)計內(nèi)容設(shè)計方法設(shè)計質(zhì)量檢驗正面效應全面性、系統(tǒng)性、思想性協(xié)調(diào)性客觀性計劃性規(guī)范性目的性具體性科學性有效性結(jié)果清晰性負機

效應片面性盲目性主觀性隨意性缺乏計劃性盲目性內(nèi)容空洞抽象缺乏科學性失效性模糊性可能出現(xiàn)的問題

1、功能和性能達不到要求；2、反工，誤工，延期；3、產(chǎn)品出廠后出現(xiàn)問題；4、產(chǎn)品經(jīng)濟性差，造成不必要的浪費。完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)結(jié)果的比較(表3)4/20/202321第二十一頁，共三十六頁。

完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)的理論分析

設(shè)一完整的技術(shù)系統(tǒng)由

個元素所組成，其中為必要元素,因此,可以寫成：

很明顯,不必要元素對系統(tǒng)不會產(chǎn)生影響,所以在設(shè)計開始時,應該找出那些不必要的元素,并刪去,這樣可以簡化設(shè)計系統(tǒng)的復雜性,減少技術(shù)工作的難度。

非完整的技術(shù)系統(tǒng)(缺少

個必要元素)可表示為如果該系統(tǒng)是線性的話，那么，完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)的關(guān)系是

4/20/202322第二十二頁，共三十六頁。

技術(shù)工作中的各元素在整個系統(tǒng)中所起的作用是不相同的,它們有不同的權(quán)重,因此,可以用權(quán)重影響系數(shù)乘以各元素,使各個元素在系統(tǒng)中根據(jù)其作用大小實現(xiàn)其等價性的原則。完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)的質(zhì)量可分別表示為

完整系統(tǒng)與非完整系統(tǒng)質(zhì)量之差為

完整的技術(shù)系統(tǒng)可以使技術(shù)工作得到全面、系統(tǒng)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定、高速、可持續(xù)地開展。

非完整的技術(shù)系統(tǒng)會產(chǎn)生許多不良的結(jié)果，如功能和性能達不到要求、返工、誤工、延期、產(chǎn)品出廠后出現(xiàn)問題、產(chǎn)品經(jīng)濟性差、造成不必要的浪費等(表3)。4/20/202323第二十三頁，共三十六頁。3.4設(shè)計目標、設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計方法的關(guān)聯(lián)性。產(chǎn)品設(shè)計目標設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計方法之間的關(guān)系：F為設(shè)計目標矩陣,；D為設(shè)計內(nèi)容矩陣；A

為方法矩陣，如果產(chǎn)品設(shè)計含有老3個設(shè)計目標的話，則設(shè)計方法矩陣為

由前式可以求得設(shè)計內(nèi)容的元素：

對于線性系統(tǒng)

A，A為常數(shù)，對于非線性系統(tǒng)Ａ不為常數(shù).，

如果

A

是對角矩陣，那么這個求未知元素的方程是獨立的，未知元素與已知功能或性能的關(guān)系是1對1的關(guān)系。4/20/202324第二十四頁，共三十六頁。

4.面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量的綜合設(shè)計法

綜合設(shè)計法：考慮單一設(shè)計方法的局限性，從宏觀角度或系統(tǒng)工程角度，在現(xiàn)有的一些主要的方法中找出對產(chǎn)品總體質(zhì)量有重要影響的3、4或更多種方法，在設(shè)計中加以綜合。

A、三種設(shè)計方法綜合在一起的設(shè)計法：如動態(tài)優(yōu)化設(shè)計、智能化設(shè)計和可視化設(shè)計等3種方法綜合在一起的設(shè)計方法，稱為三化或三優(yōu)綜合設(shè)計法。B、四種設(shè)計方法綜合在一起的設(shè)計法：如“產(chǎn)品質(zhì)量功能化設(shè)計、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計、智能化設(shè)計和可視化設(shè)計等4種方法綜合在一起的設(shè)計方法，可以稱為四化綜合設(shè)計法或稱為1+3綜合設(shè)計法，其中1為產(chǎn)品的方案設(shè)計，后面的3是三化綜合設(shè)計法。

C、更多種設(shè)計方法的綜合：如（1+3）+X

設(shè)計法，1+3和前面的相同，而X考慮一些產(chǎn)品的特殊要求而采用的設(shè)計方法。4/20/202325第二十五頁，共三十六頁。機械產(chǎn)品深層次的（1+3）+X綜合設(shè)計法的內(nèi)容與特點現(xiàn)代機械動態(tài)優(yōu)化設(shè)計動態(tài)優(yōu)化設(shè)計動態(tài)可靠性設(shè)計工作參數(shù)智能控制工作過程智能控制產(chǎn)品裝配可視化設(shè)計工作過程可視化圖7現(xiàn)代機械產(chǎn)品的1+3+X綜合設(shè)計法的內(nèi)容與特點

產(chǎn)品的1+3+X綜合設(shè)計法X：依據(jù)產(chǎn)品特點而應該采用的設(shè)計方法，如轎車，要考慮造型設(shè)計等現(xiàn)代機械智能優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)代機械可視優(yōu)化設(shè)計以功能優(yōu)化設(shè)計為先導的設(shè)計4/20/202326第二十六頁，共三十六頁。

4.1產(chǎn)品的功能優(yōu)化設(shè)計功能優(yōu)化設(shè)計指令輸入系統(tǒng)工況控制系統(tǒng)能量輸入系統(tǒng)改變物質(zhì)幾何形態(tài)改變物質(zhì)物理狀態(tài)改變物質(zhì)化學組成轉(zhuǎn)換信息表示形式改變物質(zhì)生理機能物質(zhì)輸送功能運動形式轉(zhuǎn)變物件裝夾功能系統(tǒng)能量輸入指令信號輸入控制信息轉(zhuǎn)換輔助功能主功能目標內(nèi)容

圖8功能設(shè)計的目標、內(nèi)容與方法方法與步驟優(yōu)化設(shè)計智能設(shè)計可視化設(shè)計機器整體結(jié)構(gòu)物質(zhì)輸送系統(tǒng)運動學參數(shù)動力學參數(shù)工藝參數(shù)幾何參數(shù)驅(qū)動機構(gòu)型式傳動機構(gòu)型式工作機構(gòu)型式運動輸入系統(tǒng)輔助功能部結(jié)構(gòu)主功能部結(jié)構(gòu)設(shè)計思想設(shè)計環(huán)境4/20/202327第二十七頁，共三十六頁。

4.2產(chǎn)品的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計

圖9動態(tài)優(yōu)化設(shè)計的目標、內(nèi)容與方法內(nèi)容方法與步驟目標動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方案設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計機構(gòu)設(shè)計運動學設(shè)計摩擦學設(shè)計動力學設(shè)計強度設(shè)計可靠性設(shè)計造型設(shè)計參數(shù)設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計傳動系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計智能設(shè)計可視化設(shè)計有限元設(shè)計數(shù)字化設(shè)計CAE設(shè)備創(chuàng)新性工作耐久性安全可靠性材質(zhì)適應性結(jié)構(gòu)緊湊性環(huán)境協(xié)調(diào)性造型藝術(shù)性設(shè)計經(jīng)濟性設(shè)計思想設(shè)計環(huán)境

結(jié)構(gòu)性能4/20/202328第二十八頁，共三十六頁。4.3產(chǎn)品的智能優(yōu)化設(shè)計

圖10控制系統(tǒng)及智能優(yōu)化設(shè)計的目標、內(nèi)容與方法工效實用性指標優(yōu)越性工作穩(wěn)定性設(shè)備動力性狀態(tài)測控性故障可診性操作宜人性使用經(jīng)濟性設(shè)備創(chuàng)新性環(huán)境協(xié)調(diào)性方案設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計機構(gòu)設(shè)計運動學設(shè)計試驗設(shè)計動力學設(shè)計參數(shù)設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計診斷系統(tǒng)設(shè)計方法與步驟目標使用性能內(nèi)容控制系統(tǒng)及智能優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計虛擬設(shè)計智能設(shè)計數(shù)字化設(shè)計CAE設(shè)計思想設(shè)計環(huán)境4/20/202329第二十九頁，共三十六頁。4.4產(chǎn)品的可視優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計智能設(shè)計可視化設(shè)計有限元設(shè)計數(shù)字化設(shè)計CAＥ目標工結(jié)使藝構(gòu)用性性性能能能方法與步驟圖11可視優(yōu)化設(shè)計的目標、內(nèi)容與方法可視優(yōu)化設(shè)計容差設(shè)計方案設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計機構(gòu)設(shè)計運動學設(shè)計動力學設(shè)計強度設(shè)計參數(shù)設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計裝配設(shè)計工藝設(shè)計工裝設(shè)計診斷系統(tǒng)設(shè)計使用性能結(jié)構(gòu)工藝性容差合理性機器規(guī)范性生產(chǎn)時間性裝運可行性設(shè)備維修性報廢回收性結(jié)構(gòu)性能制造經(jīng)濟性設(shè)備創(chuàng)新性環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計思想設(shè)計環(huán)境內(nèi)容4/20/202330第三十頁，共三十六頁。圖12深層次的綜合設(shè)計法深層次綜合設(shè)計法的內(nèi)容與特點產(chǎn)品功能優(yōu)化設(shè)計工作參數(shù)智能控制工作過程智能控制裝配可視化設(shè)計工作過程可視化高維非線性不確定時變強耦合深層次的綜合設(shè)計法的特點

5深層次的綜合設(shè)計法多變量動態(tài)可靠性設(shè)計動態(tài)優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)代機械動態(tài)優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)代機械智能優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)代機械可視優(yōu)化設(shè)計4/20/202331第三十一頁，共三十六頁。６理論與方法的具體應用

原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新,可以采用由十方面創(chuàng)新內(nèi)容組成的創(chuàng)新體系：(1)發(fā)現(xiàn)新原理(2)研究新結(jié)構(gòu)

(3)發(fā)明新機構(gòu)(4)拓展新系統(tǒng)

(5)建立新模型(6)發(fā)展新理論

(7)研發(fā)新技術(shù)(8)提出新工藝

(9)開拓新方