现代设计法概论.ppt

现代设计法概论.ppt

《现代设计法概论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代设计法概论.ppt（69页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

现代设计法概论,重庆汽车学院廖林清Email:

LTEL:

023-68667300023-68667914,关于学习初学三年，天下无敌；再学三年，寸步难行；又学三年，游刃有余。

关于笔记最淡的墨水是最深的记忆！

课程教学目的,用系统工程的观点，介绍产品设计过程中的常用的几种现代设计方法，了解其思想（解决问题的思路）以扩大同学们的视野。

课程主要内容,现代设计法概论功能分析设计法创造性思维与方法评价与决策概述优化设计方法概述,课程主要参考书,MBA核心课程编译组编译新产品开发，中国国际广播出版社V胡勃卡著，刘伟烈、刁元康译，工程设计原理，机械工业出版社；廖林清等，现代设计法，重庆大学出版社；廖林清等，机械设计方法学，重庆大学出版社；有关现代设计法的教材；有关期刊、数字资源和搜索引擎；,1设计与设计方法,1.1引例,Q1:

考虑四等分正方形的各种可能方法；,Q3：

假设某一星球上“重力”是向上的，那里的居民都是瞎眼和独脚，请为这些居民设计住宅和交通工具吧？

！

Q2:

考虑画四条直线连接如图所示的9个点，要求画直线时笔不能离开纸面，直线可以交叉，但不能重复；,Q1:

正方形的四等分,设计与设计方法,Q1:

正方形的四等分,设计与设计方法,Q2,问题,以往成功的经验,解决方法,成功否？

y,新的问题,n,1设计与设计方法,1.2人的需求及其满足,人类社会有着各种各样的需求，一种需求满足之后，又会在此基础上不断地提出新的、更高的需求；,设计者应能及时发现社会的潜在需求，许多伟大的设计师就是在社会还没有领悟到某种需求前，就已经认识到了这种需求；,有时应创造需求或引导需求；,为满足某些需求而设计制造的产品的效用，往往可能是发明者始料不及的，如诺贝尔发明炸药时，并没有想到用它用作杀人武器，否则就用不着设和平奖了.,1设计与设计方法,人的需求,Maslow将人的需求分为：

返回,基本生理需求,安全需求,社会需求,人生价值需求,自我实现方式的需求,面对人类和技术的发展保护环境的需求,面对人类和环境的发展保护技术的需求,天人合一,theharmonybetweentheheavenandthehuman.,北宋理学家张载重要的理学著作西铭。

西铭提出“民吾同胞，物吾与也”的命题，把全宇宙看成一个大家庭，要求仁人爱物。

征服自然？

人定胜天？

恩格斯曾指出：

卑劣的贪欲是文明时代从它存在的第一日直至今日的动力；财富，财富，第三还是财富，-不是社会的财富，而是这个微不足道的单个的个人财富。

这就是文明时代惟一的、具有决定意义的目的。

1设计与设计方法,人类只有具备永不满足的欲望，才能推动人们由个人的自我实现，到社会的自我实现，以实现人类社会的进步。

1设计与设计方法,1.3工程设计的概念及本质,工程设计是对工程技术系统进行构思、计划并把设想变为现实的技术实践活动，设计的目的是保证系统的功能，建立性能好、成本低、价值最优的技术系统。

1设计与设计方法,1.3.1工程设计的概念,技术系统（黑箱）,能量E,物料M,信号S,能量E,物料M,信号S,伴生输出,伴生输入,边界,技术系统,输入,输出,返回,1设计与设计方法,设计，Design，一词，包括两方面的含义:

工业美术设计（IndustrialDesign）和工程技术设计（EngineeringDesign）。

设计概念趋于广义化，被认为是“一种始于辩识需要终于需要满足的装置或系统的创造过程”。

横向上，设计包括了设计对象、设计进程甚至设计思路的设计，纵向上，设计贯穿于产品孕育至消亡的全寿命周期，涵盖了需求辩识、概念设计、总体设计、技术设计、生产设计、营销设计、回用处理等设计活动，起到促进科学研究、生产经营和社会需求之间互动的中介作用。

1设计与设计方法,1.3.2工程设计的本质,不同国家，甚至同一国内的不同行业对工程设计所下的定义有所不同。

几种比较典型的定义,工程设计是为适应市场明确显示的需求，而拟订系统、零部件、工艺方法的决策过程。

在多数情况下，这个过程要反复进行，要根据基础科学、数学和工程科学为达到明确的目标对各种资源实现最佳的利用。

美国工科硕士、博士学位授予单位资格审查委员会（TheAccreditationBoardofEngineeringandTechnology，简称ABET）和美国机械工程师学会（ASME）,设计是一种反复决策，制订计划的活动，而这些计划的目的是把资源最好地转变为满足人类需求的系统或器件。

（英国Wooderson，1966年）,1设计与设计方法,工程设计是在各种制约条件之下为最好地实现给定的具体目标、制订出机器、系统或工艺过程的具体结构或抽象体系。

日本金泽工业大学的佐藤豪教授,1.3.2工程设计的本质,工程设计是利用科学原理、技术知识和想象力，确定最高的经济效益和效率实现特定功能的机械结构、整机和系统。

英国Fielden委员会,1设计与设计方法,工程设计是利用现有的条件创造没有的产品以满足需求。

重庆工学院,1.4对设计的理解,存在着客观需求，需求是设计的动力源泉。

如：

洗衣机的发展,设计的本质是革新和创造。

如：

防断钻头防松木螺钉,设计是建立技术系统的重要环节，所建立的技术系统应能实现预期的功能，满足预定的要求，同时应是所综合条件下的“最优解”，应避免思维灾害。

设计是把各种先进的技术成果转化为生产力的活动。

设计远不仅是计算和绘图。

1设计与设计方法,思维灾害的实例,美国著名的克莱斯勒汽车公司在70年代石油危机形势下产品开发的失误埃及70年代初竣工的阿斯旺水坝Y2K（Year2Kilo）问题通用公司的油箱事件,1设计与设计方法,使用中的问题通过培训提高操作水平可以解决;制造中的问题具有局部性和偶然性，可通过一定的措施补救、修复甚至避免;设计中的问题全局性的，甚至引起连锁反应，造成很大损失,“设计第一”,有80%的企业领导人认为：

产品式样是决定竞争力的重要因素Sony公司：

设计是“产品质量看得见的表现形式”日立公司：

“制造者的技术水平几乎相同，因此我们的竞争不是靠技术，而是靠设计”美国人认为，“设计是形状与功能、质量与式样、艺术和工程难以理解的统一”，“设计远不止于表面，一项优良的设计不但在外表上有吸引力，而且还必须在操作上和使用上可靠、方便和经济实惠，简言之，这一切的总和就是质量。

”飞利浦公司认为，“设计对业务是一件战略武器”英国政府认为，“设计是工业的刺激素”,1.5设计面临的形势,设计对象由单机走向系统设计要求由单目标走向多目标如汽车要求良好的动力性、经济性、操稳性等设计所涉及领域由单一领域走向多个领域如汽车设计涉及机、光、电、液等领域，甚至人文领域汽车设计开发的三层次承担设计的工作人员从单人走向小组，甚至大的群体如凌志车花了丰田公司4000名工程师6年的时间产品更新速度加快产品设计由自由发展走向有计划地开展计算机技术的发展对设计提出了新的要求,1.6设计现状,与人们对设计的要求相比，现阶段的设计相对而言却是落后的。

主要表现为：

对客观设计过程研究、了解不够，尚未很好的掌握设计中的客观规律；当前设计的优劣主要取决于设计者的经验；设计生产率较低；设计进度与质量不能很好控制；设计手段与方法有待改进；尚未形成能为大家所接受，能有效指导设计步骤，较系统的设计理论。

设计必须科学化,1设计与设计方法,2现代设计法,目前面临的挑战知识经济的挑战全球化的挑战可持续发展的挑战,2现代设计法,2.1形势对工程设计的要求,市场竞争激烈，要求提供质高、价廉和创新的产品。

“三个一代”新兴技术对产品渗透、改造和应用，使产品的功能和结构产生很大的变化，市场竞争中往往某些细微的地方便使一种产品获得成功。

电子燃油喷射代替普通化油器汽车ABS科学技术的发展促使设计方法和技术现代化，以适应和加速新产品开发对引进的一些产品和技术，应立足于消化、改造、国产化。

采用“反求工程”，摸瓜-顺藤-寻根，进行综合、系统性的科学分析，力求掌握其技术关键，在这基础上推出国产的有竞争力的产品。

2现代设计法,2.2现代设计法,现代设计法是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称现代设计法的核心是：

动态、优化和计算机化大力采用动态分析方法,使问题分析动态化;设计进程和战略、设计方案和数据的选择广义优化；计算、绘图等计算机化。

2现代设计法,2.3现代设计法的特点,程式性研究设计的全过程强调设计、生产与销售的一体化创造性现代设计突出人的创造性系统性强调用系统工程处理技术系统问题优化性广义优化综合性采用逻辑、理论、系统的设计方法CAD,2现代设计法,现代设计是传统设计的深入、丰富和完善，而非独立于传统设计的全新设计，重点表现在：

以计算机技术为核心以设计理论为指导,2现代设计法,以计算机技术为核心,设计手段的更新计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。

传统设计以图板、直尺、铅笔等作为工具，这种设计手段效率低、人工强度大。

CAD技术的出现和发展，甩掉图板的“无纸设计”作为现代设计的主流，显著提高了设计效率。

2现代设计法,以计算机技术为核心,产品表示的改变计算机技术推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。

传统设计利用投影原理表示产品结构，这种二维表示的数据单一，数据量少，不便于产品的进一步分析和制造。

随着CAD技术的发展，三维“产品模型（ProductModel）”越来越得到广泛应用。

这种表示不仅包括反映产品形状和尺寸的几何信息，还可包括分析、加工、材料、特性等数据，从而可直接用于分析和制造。

以计算机技术为核心,设计方法的发展促进了一些新的设计方法的出现，高性能的计算机硬件和先进的软件技术是这些方法实施的保证。

一些先进的设计方法如有限元分析、优化、模态分析等都涉及大量复杂计算，只有计算机技术的发展才能推动这些方法的进步和应用。

新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。

以计算机技术为核心,工作方式的变化计算机技术促进了设计方式从“串行”到“并行”的变化。

受设计手段限制，传统设计过程采用串行方式进行，即设计任务按时序从一个环节传入下一环节。

随着数据库技术和网络技术的发展，并行设计正得到广泛应用。

它要求设计小组（Team）同时地、并行地参与设计，并最大限度地交流信息，以缩短设计周期及有助于将各种新思想、新技术、新方法融入到产品设计中。

2现代设计法,以计算机技术为核心,设计与制造一体化存在于计算机内的产品模型可直接进入CAPP系统进行工艺规划和NC编程，进而加工代码可直接传入NC机床、加工中心进行加工。

产品模型加强了设计与制造两个环节的连接，提高了产品开发的效率。

2现代设计法,以计算机技术为核心,管理水平的提高产品设计是一个复杂的系统工程，设计过程中涉及大量设计数据和设计行为的管理。

数据库技术的发展改变了传统的手工管理模式，各种MIS、PDM系统的广泛应用大大提高了设计的管理水平，保证了设计过程的高效、协同和安全。

2现代设计法,以计算机技术为核心,组织模式的开放网络技术的发展加快了数据通讯速度，缩短了企业之间的距离。

传统的局限于企业内部的封闭设计正在变为不受行政隶属关系约束的、多企业共同参与的异地设计。

为完成一种设计任务形成的虚拟企业或动态联盟将实现优势互补和资源共享，极大地提高设计效率和水平。

2现代设计法,以设计理论为指导,受科学技术发展水平的限制，传统设计是以生产经验为基础，以运用力学和数学形成的计算公式、经验公式、图表、手册等作为依据进行的。

随着理论研究的深入，许多工程现象不断升华和总结为揭示事物内在规律和本质的理论，如摩擦学理论、模态分析理论、可靠性理论、疲劳理论、润滑理论等。

现代设计方法是基于理论形成的方法，利用这种方法指导设计可减小经验设计的盲目性和随意性，提高设计的主动性、科学性和准确性。

因此，,2现代设计法,现代设计是以理论指导为主、经验为辅的一种设计。

2.4现代设计的内涵,计算机为工具，专业设计技术为基础，网络为效率，市场为导向的一种综合设计理念，其实现没有固定的模式。

简单的说，现代设计的内涵就是以市场为驱动，以知识为依托，以知识获取为中心，以产品全生命周期为对象，人、机、环境相容的设计理念。

2.5现代设计技术的体系及其与其他学科的关系,现代设计技术,基础技术,传统的设计理论与方法,主体技术,支撑技术,计算机辅助技术,现代设计方法学,可信性设计技术,设计试验技术,应用技术,各种产品设计领域,相关学科与技术,先进制造工艺,材料科学,自动化技术,系统管理技术,自然科学,人文社会科学,政治经济,市场营销学,2现代设计法,基础技术,指传统的设计理论与方法，特别是运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法等方面。

它不仅为现代设计技术提供了坚实的理论基础，也是现代设计技术发展的源泉。

现代设计技术也可以说是在传统设计技术的基础上，以新的形式和更丰富的内涵发扬光大传统设计技术中的优秀内核与精华。

2现代设计法,主体技术,现代设计技术的诞生和发展与计算机技术的发展息息相关、相辅相成。

可以毫不夸张地说，没有计算机科学与计算机辅助技术（如计算机辅助设计、智能CAD（IntelligentCADICAD）、优化设计、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等），便没有现代设计技术；另一方面，没有其他现代设计技术的多种理论与方法，计算机技术的应用也会大大受到限制，因为运用优化设计、可靠性设计、模糊设计等理论构造的数学模型，来编制计算机应用程序，可以更广泛、更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的“智力”。

而计算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知识的独特处理能力，成为现代设计技术群体的主干。

2现代设计法,设计方法学这门学科具有强烈的社会背景，并受社会制度、哲学思想及工业技术现状所制约。

不同国家的不同学者的研究各有特点和侧重：

德国重视规范英美学派创造性日本自动设计、价值工程前苏联TRIZ中国兼收并蓄,支撑技术,无论是设计对象的描述，设计信息的处理、加工、推理与映射及验证，都离不开设计方法学、产品的可信性设计技术及设计试验技术所提供的多种理论与方法及手段的支撑。

设计方法学、可信性设计技术及试验设计技术所包含的种种内容，可视为现代设计技术群体的支撑技术。

2现代设计法,2.6现代设计原则,2.6.1功能满足原则产品设计的目的是构造能够实现规定功能的产品。

如果产品不具备要求的功能，设计就失去价值。

因此满足功能是各类产品设计的必要原则。

2现代设计法,2.6现代设计原则,2.6.2质量保障原则保证质量是产品设计的重要原则。

产品质量主要由性能和可靠性决定，因此这类原则主要包括：

（1）性能指标。

指产品的各类技术指标，如机床加工精度、传动系统运动精度，电视机分辨率等。

先进的技术指标是实现高质量产品的前提。

（2）可靠性。

指产品在规定的条件和规定时间内完成规定功能的能力。

产品只有可靠性能才有实用价值，因此性能的发挥依赖于可靠性。

2现代设计法,2.6现代设计原则,2.6.2质量保障原则（3）强度（4）刚度（5）稳定性：

指产品在外载作用下能够恢复其平衡的特性。

（6）抗磨损性：

要求零件在规定时间内材料的磨损量在规定值以内。

（7）抗腐蚀性：

要求产品在恶劣环境下不被周围介质侵蚀的特征。

（8）抗蠕变性：

要求高温环境工作的产品不发生蠕变或蠕变变形在规定值以内。

（9）动态特性：

指在动载荷作用下产品具有良好的抗振特性，以保证产品的平稳和低噪声运行。

（10）平衡特性：

指旋转产品具有良好的静平衡和动平衡特性。

（11）热特性：

保证产品具有要求的温度大小、温度分布和热流状态，以及热应力、热变形在规定值以内。

2现代设计法,2.6现代设计原则,2.6.3工艺优良原则指设计能够且容易通过生产过程实现，它包括：

（1）可制造性：

指利用现有设备能够制造出满足精度等要求的零件，且制造成本低，效率高。

（2）可装配性：

指零件能够装配成满足装配精度要求的部件和整机，且装配成本低、效率高。

（3）可测试性：

指产品能够且容易通过适当方进行有关测试，以评估设计、制造和装配。

2现代设计法,2.6现代设计原则,2.6.4经济合理原则要求产品具有较低的开发成本和使用费用。

2现代设计法,2.6现代设计原则,2.6.5社会使用原则

（1）环境友好性：

保证产品产生尽可能少的废水、废气、噪声、射线等，符合环保法规，对生态环境破坏最小。

（2）环境适应性：

适应使用环境的湿度、温度、载荷、震动等特殊条件。

（3）人机友好性：

满足使用者生理、心理等方面要求，使产品外形美观，色彩宜人，操作简单、方便、舒适。

（4）可维修性：

使产品能够且易于维修，维修的停机时间、费用、复杂性、人员要求和差错尽可能最小。

2现代设计法,2.6现代设计原则,2.6.5社会使用原则（5）安全性：

保证不对人的生命财产造成破坏。

（6）可安装性；保证产品使用前安装容易、可靠，且安装费用最小。

（7）可拆卸性：

考虑产品的材料回收和零组件的重新使用。

（8）可回收性：

考虑产品报废及回收方式。

2现代设计法,2.7现代设计法的内容与范畴,突变论突变创造是现代设计的基石突变论方法学-应用于定性的方案决策、系统设计智能论发挥智能载体的潜力现代设计的核心智能论方法学-应用于能代替人的智力的一切场合信息论设计信息的分析现代设计的依据信息论方法学-应用于通过历史性或试验性数据进行预测与信号分析及可行性论证系统论系统分析是现代设计的前提系统论方法学-用于总体方案与系统设计及可行性论证控制论动态分析是现代设计的深化控制论方法学-用于系统确定后的动态指标定性分析和定量校正,2现代设计法,2.7现代设计法的内容与范畴,优化论广义优化是现代设计的宗旨优化论方法学-可用于方案设计与参数设计对应论相似模拟是现代设计的捷径对应论方法学-主要用于已有参照模型的构思与定量计算功能论功能实现是现代设计的目标功能论方法学-主要用于方案设计与功能价值、功能可靠性定量分析离散论离散分析是现代设计的细解离散论方法学-主要用于近似细解的精细设计模糊论模糊定量是现代设计的发展模糊论方法学-主要用于模糊性参数确定与方案的综合评价艺术论悦心宜人是现代设计的美感艺术论方法学-主要用于使设计达到悦心宜人的功能,2现代设计法,3设计系统,设计系统是一种信息处理系统，输入的是设计要求和约束条件信息，设计者运用一定的知识和方法通过计算机、试验设备等工具进行设计，最后输出的是方案、图纸、程序、文件等设计结果。

设计系统包含：

时间维：

反应按时间顺序的设计工作阶段，逻辑维：

是解决问题的逻辑步骤方法维：

设计过程中的各种思维和工作方法。

设计系统的概念,设计,需求知识方法理论,设计结果,反馈信息,设计-处理信息系统,设计工作阶段（一般进程模式）时间维,在不同国家，不同作者的不同著作中对设计阶段的划分不尽相同，特别是繁简不同，重要的是明确不同阶段应当完成那些内容，主要要求是什么。

不同设计阶段得到应有的时间、人力、物力保证设计既有阶段性，又有一个反复进行的过程。

认识和明确问题-市场调查,搜集资料-以往的工作,结构型式综合-系统化方法、创造性才能简单的可行性计算,选择最佳结构型式,选择材料和尺寸,制造技术和模型结构,设计分析和鉴定-理论的、试验的,生产-分配-消耗-回收循环,方案落选,设计落选,美国RCJohnson教授推荐的设计进程,解决问题的逻辑步骤（逻辑维）,问题,分析要求,解决问题的合理逻辑步骤是：

-分析-综合-评价-决策,综合求解,评价,决策,最佳解,Y,N,分析,分析是解决问题的第一步,其目的是明确任务的本质要求。

技术系统,分析,输入,（已知）,？

综合,综合是在一定的条件下对未知系统探寻解法的创造性过程。

？

输入,输出,（已知）,（已知）,综合,评价,评价是用科学的方法按评价准则对多种方案进行技术经济评价和比较，同时针对方案的弱点进行调整和优化，直到得到比较满意的结果。

广义的评价实质上是产品开发的优化过程。

决策,决策是在评价的基础上根据已定的目标作出行动的决定，即找出解决问题的最佳解法，对工程设计应选定多目标下整体功能最理想的最佳方案。

正确决策应遵循的基本原则,系统原则可行性原则多方案原则反馈原则满意原则,4设计方法（方法维）,设计方法是指达到预定设计目标的途径。

5产品设计类型,开发性设计适应型设计变参数型设计测绘和仿制,6产品设计原则,创新原则可靠原则效益原则审核原则,本讲作业:

结合自己所学的专业收集资料写一篇文献综述。

思考题:

为什么装矿泉水的瓶子一般做成圆的，而装牛奶的纸盒要做成方的？

谢谢!