第一讲 绪论.ppt

第一章绪论 主要内容 1 设计与设计方法2 传统设计与现代设计3 现代产品的特点及其开发4 未来10 15年新产品发展展望5 设计与制造的联系6 设计类型与设计原则7 机械产品设计 1 设计与设计方法 考虑从河的A岸到河的B岸的各种可能方法考虑一种分离塑料屑与铁屑的装置考虑一种汽车防盗装置等 设计 设计的概念 广义的概念 指的是发展过程的安排 包括发展的方向 程序 细节以及达到的目标 侠义的概念 指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动 各种产品包括机械产品等 工程设计的概念 美国机械工程师学会 ASME 工程设计是为适应市场明显显示的需求 而拟定系统 零部件 工艺方法的决策过程 英国Fielden委员会 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 日本金泽工业大学佐藤豪教授 工程设计是在各种制约条件下为最好的实现给定的具体目标 制定出机器 系统或工艺过程的具体结构或抽象体系 设计的理解 需求是设计的动力源泉汽车防抱死制动系统 ABS 设计的本质是革新和创造防松木螺钉设计所建立的技术系统应能实现预期的功能 同时在设计中避免思维灾害克莱斯勒汽车公司 埃及的阿斯旺水坝设计是把各种先进的技术成果转化为生产力的活动火药 各种通信技术 激光技术设计不仅是计算和绘图波音777 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设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域承担人员由单人走向大的群体产品更新速率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 2 传统设计与现代设计 传统设计三个阶段 直觉设计 经验设计 半理论半经验设计 基本上是凭借直接或间接的经验 通过类比法来确定方案 然后以机械零件的强度和刚度理论对确定的形状和尺寸进行必要的计算和验算 以满足限定的约束条件 现代设计 运用了系统工程 实现人 机 环境系统的一体化设计 使设计思想 设计进程 设计组织更加合理化 大力采用许多动态分析方法 使问题分析动态化 设计进程和设计战略 设计方案和数据的选择广义优化 计算 绘图等计算机化 现代设计的特点 系统性社会性创造性最优化 动态化宜人性智能化CAD 部分现代设计方法 人机工程 并行工程 模块化设计 相似性设计 稳健设计 反求工程设计 人工神经网络方法 工程遗传算法 机械动态设计 智能工程 疲劳设计 计算机辅助设计等 3 现代产品的特点及其开发 1 产品研发周期缩短19世纪前 蒸汽机100年 自行车80年19世纪 电动机57年 电子管31年 汽车27年20世纪 雷达15年 电视机12年 原子反应堆3年 激光1年 现代产品的特点及其开发 2 市场竞争激烈产品多品种小批量功能多价格低性能可靠 现代产品的特点及其开发 3 新兴技术对机械产品渗透 改造和应用 使产品的结构和功能产生了很大的变化电子束 等离子束 激光金刚石涂层甲醇发动机 燃料电池 微型核泵 现代产品的特点及其开发 4 科学技术的发展促使设计方法和技术现代化控制技术计算机应用数学 天气预报 各种网络技术 4 未来10 15年新产品发展展望 航天 月球探测 火星探测 大型空间航天基地 空间太阳能发电站 各种卫星离子发动机 纳米材料航天器航空 飞行翅膀 大型客机具有更好隐身和机动性能的军用飞机 4 未来10 15年新产品发展展望 轨道交通 高速轮轨机车基于新技术 如磁浮技术等 的非轮轨机车汽车 清洁 节能 轻型化的汽车 4 未来10 15年新产品发展展望 计算机 新型的运算更快 更具智能化的量子 神经 生物计算概念机微机械 微飞行器 微机器机床 医用微型机器人机器人 仿人智能行走机器人 5 设计与制造的联系 制造学科是跨学部并包含众多学科的大学科 制造业是指对原材料 采掘业的产品和农产品 进行加工或再加工 以及对零部件装配的工业部门的总称 制造业包含工业中的29个行业 大体可分为轻纺制造业 资源加工业和机械电子制造业3大部分 制造学科是一个跨多个学部的包含众多学科的大学科 如机械制造 光电子制造 化工制造 材料制备与冶金等 制造科学是多学科交叉的学科 制造科学不可能在孤立 封闭的状态下发展 而必然走一条兼采百家之长的道路 制造科学从设计与工艺开始 而设计与工艺是建立在欧氏几何学 牛顿力学和经典物理学的基础以及相关经验之上的 现代物理 信息科学 材料科学 管理科学 数理科学 生物科学 化学 生命科学和系统科学等新兴学科为制造科学的形成和发展提供了新的推动力 不断丰富着现代制造学科的内涵和外延 发展趋势 数 是发展的核心 精 是发展的关键 极 是发展的焦点 自 是发展的条件 网 是发展的道路 集 是发展的方法 智 是发展的前景 绿 是发展的必然 发展趋势 数 是发展的核心 数字化数字化制造就是指制造领域的数字化 它是制造技术 计算机技术 网络技术与管理科学的交叉 融和 发展与应用的结果 也是制造企业 制造系统与生产过程 生产系统不断实现数字化的必然趋势数字设计 数字控制 数字制造 发展趋势 精 是发展的关键 精密化精密加工细微加工纳米加工 移动原子级的加工人造卫星的仪表轴承 其圆度 园柱度 表面粗糙度等均达纳米级 集成电路5 50纳米基因操作机械 其移动距离为纳米级 移动精度为0 1纳米 发展趋势 极 是发展的焦点 极端 极限高温 高压 高湿 强磁场 强腐蚀条件有高硬度 大弹性等要求在几何形体上极大 极小 极厚 极薄 极复杂MEMS技术和产品是典型极端 极限技术和产品 发展趋势 自 是发展的条件 自动化自动控制 自动调节 自动补偿 自动辨识等发展到自学习 自组织 自维护 自修复等更高的自动化和智能化水平控制理论多Agent系统的理论与方法基于网络的控制理论复杂系统的控制理论控制技术智能化检测多媒体信息检测系统网络控制系统复杂系统控制元件如具有生物特征的传感元件 发展趋势 网 是发展的道路 网络化先进制造技术发展的必由之路生产组织变革和生产技术发展的需要现代新型制造模式实施的基础设施 制造企业 设计 生产 管理与营销跨地域的运行环境网络化既是制造企业信息化 集成化的基础 又是企业信息化 集成化的进一步发展 制造业走向全球化 整体化 有序化 发展趋势 集 是发展的方法 集成化技术集成管理集成技术与管理集成本质 知识和信息集成 集成 中有 交叉 发展趋势 智 是发展的前景 智能化智能 企业 制造系统 制造单元 装备 适应环境变化的能力 海量信息和不完整信息处理能力 主动地协调和协同能力自律性 制造系统 单元 装备 主动适应制造 加工环境的变化的控制方式柔性化 企业组织结构扁平化 组织体系开放性 可伸缩性 管理控制方式分布化 生产资源 过程可重构敏捷化 使制造企业 组织 具有对动态快速多变 不可预测的市场变化的应变能力运作的柔性 响应的快速性和结构的可重组性是现代企业智能化运行的典型特征 发展趋势 绿 是发展的必然 绿色 天人合一 与 无为 保护环境 就是保护生产力 改善环境 就是发展生产力 江泽民制造各阶段都必须充分计及环境保护 自然环境 社会环境 生产环境 生产者的身心健康 制造必然要走向 绿色 制造 这是实现国民经济可持续发展的重要条件 6 设计类型与设计原则 设计类型开发型设计 如甲流疫苗 适应型设计 如双门电冰箱 双缸洗衣机变参数型设计 如不同中心距的减速器系列 传递不同转矩的摩擦离合器等 设计类型与设计原则 设计原则创新原则可靠原则效益原则审核原则 7 机械产品设计 第一阶段 计划阶段第二阶段 原理方案设计 结构方案设计 总体设计 施工设计第三阶段 试制阶段第四阶段 批量生产阶段第五阶段 销售阶段 第一阶段 计划阶段 方法 设计方法学 技术预测理论 市场学 信息学 第二阶段 原理方