河南理工大学机械设计学(张小明)第九章优势设计原理 PPT课件

1 第九章优势设计原理设计的发展 常规设计 创新设计 优势设计 企业文化 的思想 在美国 提出了 为竞争的优势而设计 的思想 明确地指出 优势设计 AdvancedDesign 的概念 优势设计区别于 常规设计 和 创新设计 从基本思想上看 主要强调它是一种面向市场争取竞争优势的设计 优势设计是以 常规设计 和 创新设计 为 基础 的更高一层的设计概念 它是更强调面向市场的设计技术 2 图示企业在竞争中的竞争优势图 决定市场竞争优势地位的两个主要指标是 1 相对品质差异 relativedifference 2 相对成本 relativecost 3 第一节优势设计的基本思想优势设计 其基本思想完全不同于以个人兴趣出发的设计 或为追求某种品味的设计 也不是单纯追求创新的设计 优势设计的基本思想在于以下几方面 一 是一种面向市场的设计所谓面向市场 主要应使设计者认识到市场的挑剔性 市场的严酷性 以及市场的多变性 面向市场的设计和一般设计的最大区别主要在于一般性设计大多是纯技术性的设计 而面向市场的设计是要考虑多得多的因素 要意识到风险的存在 4 二 是一种战略性的分析 预测 判断和决策优势设计必须善于进行产品方向预测和技术方向分析 要能够从复杂多变的市场变化和日新月异的技术进步中寻求能在当前以及以后的市场上占主导地位的产品和技术方向 5 三 是一种对自然法则深刻认识基础上的优势发现和发展战略自然法则有 1 最优秀的事物是一种随机的自然现象 主观选定苗子 采取特殊培养 不一定能经受得了竞争的考验 2 一但发现优势 必要支持和培育 对于优势的发展是很重要的 3 任何优势都是发展的 变化的 要下断地改善 必要时甚至要作根本性的改革过时的 选择新的优势 6 四 是一种高层次的设计思维比较常规设计和创造性设计 优势设计在思维方面有更高 更深 更广的层次 要求有更全面的思维能力要有更深入的思维 7 第二节优势分析根据产品在市场上的表现 可以把优势的类型分为以下一些方面 1 表面优势和本质优势一个产品的本质优势指 它的功能原理是否新颖 技术性能指标是否先进 制造质量是否上乘等与实用效果有关系的技术内容 它决定着一个产品的技术水平 表面优势则是指 外观 色彩 附加功能以及宣传 广告等 它们是非本质的东西 8 2 局部优势和全面优势取取全面优势当然是最理想的目标 是每个企业领导梦寐以求的目标 考虑你的产品首先取得哪几项优势 才能保证在市场上能取得一席之地 在一些主要方面取得局部优势也是一种重要的策略3 绝对优势和相对优势在激烈的竞争面前 任何优势都是相对的 或者是应用领域方面的相对优势 或者是时间方面的相对优势 绝对优势的情况是很难长久存在的 正因为优势总是相对的 因此才给一些企业以机会 可以说 机会面前人人平等 9 4 营销优势和实质优势把 相对品质差异 和 相对成本差异 看作为实质性的优势 使它和 营销手段 结合起来 总结上述各种类型的优势 其中最根本的是 实质优势 也是本书所要讨论的主要内容 10 第三节优势设计的物理学基础一个产品的技术性的 实质优势 必然以技术创新为基础 以及思维方法和工作方法为基础 因此 我们从优势设计的物理学基础和优势设计的哲学基础两个方面来讨论 产生动作功能和工艺功能 所有的物理效应都可以利用 如 电 磁 气 液 波 光 生物 化学等效应 物理效应是一种 广义物理效应 广义物理学思想主要体现在以下一些方面 1 用广义物理效应实现机械动作功能在不同场合下利用不同的物理效应来驱动机械运动 可能比纯机械的方式有效 11 常用的方法之一是电磁钩爪式驱动机构 图10 2 用两套钧爪分别交替作握持 放开和提升 或放下 动作 钩爪作用于驱动杆的沟槽内 可保证握持可靠 提升 或放下 的动力则来自密封套外的电磁线圈对磁环的吸引力 磁环的作用是控制钩爪的开 合和上 下运动 12 13 2 用广义物理效应实现机械工艺功能加工工艺功能比动作功能更易于采用广义物理效应 例如 用各种物理效应对物体的作用来代替用机械工作头对物体的直接作用 是工艺功能中有宽广前景的新途径 发展前景不可限量 14 3 用广义物理效应解决关键技术功能关键技术有 软 和 硬 两种 软关键技术体现在产品的总体设计思想方面 而并不一定在具体的技术内容上有很多尖端技术 硬关键技术则要求对产品的核心技术或重点技术进行研究 使之超过常规水平及同类水平 关键技术问题大多数是机器中出现的技术矛盾 例如汽车安全带控制器中就存在这样的技术矛盾 强度和灵敏度之间的矛盾 15 16 关键技术一般指当前传统的常规技术难以解决的技术问题 关键技术很大程度上要依靠非机械性技术来解决 所以要把广义物理效应和关键技术功能联系起来 17 电磁悬浮技术 electromagneticlevitation 简称EML技术 它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮 将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时 高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流 这一高频涡流与外磁场相互作用 使金属样品受到一个洛沦兹力的作用 在合适的空间配制下 可使洛沦兹力的方向与重力方向相反 通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等 即可实现电磁悬浮 一般通过线圈的交变电流频率为104 105Hz 18 磁悬浮系统组成 由转子 传感器 控制器和执行器4部分组成 其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分 假设在参考位置上 转子受到一个向下的扰动 就会偏离其参考位置 这时传感器检测出转子偏离参考点的位移 作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号 然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流 控制电流在执行磁铁中产生磁力 从而驱动转子返回到原来平衡位置 因此 不论转子受到向下或向上的扰动 转子始终能处于稳定的平衡状态原理 磁悬浮利用磁铁的 异极相吸 同极相斥 的原理 利用电能转化为电场 电场再产生磁场 使磁铁具有抗拒地心引力和工作力的能力 即 磁性悬浮 19 超导磁悬浮最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性 超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成 它不仅电流阻力为零 而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流 这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁 目前世界上有三种类型的磁悬浮 一是以德国为代表的常导电式磁悬浮 二是以日本为代表的超导电动磁悬浮 这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力 而第三种 就是我国的永磁悬浮 它利用特殊的永磁材料 不需要任何其他动力支持 20 中国永磁悬浮与国外磁悬浮相比有五大方面的优势 一是悬浮力强 二是经济性好 三是节能性强 四是安全性好 五是平衡性稳定 中华01号 永磁悬浮路车模型在大连举行的2006中国国际专利技术与产品交易会上亮相 该模型是大连3000米永磁悬浮试验线路的仿真微缩 专为城市之间的区域交通设计 列车在高架的磁轨上运行 设计时速230公里 既可货运 又可客运 适用于大都市圈的交通运输 21 22 4 用广义物理学观点进行新机构 新结构 新材料 新工艺的研究1 机构学的研究已经有了200年的历史 人们往往以为再也难以找到实质意义上的 新机构 2 机械结构体的设计 已往已经在构件截面上作过很多形式的设计 例如实心体 空心体 工字型 字型 十字型 T字形的截面部作过 所有这些截面的结构体 共同的特点都是材料是整体一致的 所有的结构件都由功能表面和承载体两部分组成 功能表面的特殊要求和受力承载体的特殊要求往往不一致 材料选用可不同 23 24 对于构件本体 最理想的是要能够减轻重量而不降低强度或刚度 目前已经有的处理方法有三种 1 通过结构优化设计 使构件在承载情况下其内部应力分布尽量接近均匀和剖面上各点等强 以充分节约材料 2 采用高强度轻金属材料 如钛合金 这在一些特殊机械中己较多采用 3 采用复合材料 利用高强度纤维 碳纤维 玻璃纤维 和树脂类粘结剂织成复合材料 25 3 新材料的开发 材料是组成机械结构体的原料 人类在利用材料方面经历了悠久的发展历史 它的进步甚至成了人类文明进步的标志 现代高科技背景下的材料已经出现了下列几方面的新发展趋势 1 特别高强度的轻质金属材料 2 粉末冶金材料 3 高强度高分子复合材料 4 各种高分子有机材料 26 4 新工艺是一种非常活跃的因素 对于产品的优势也可以起到很重要的作用 过去的加工工艺主要以切削加工为代表 它已发展到相当高精的地步 它巳被数控技术武装起来 实现了高难度的自动加工 而且可以达到很高的加工精度和表面粗糙度 但是切削加工也有其天然的弱点 那就是生产效率低以及难以实现很复杂的形体加工 已经出现了一些