综述动态设计,绿色设计,面向X的设计,价值工程和健壮设计

1、 综述动态设计，绿色设计，面向X的设计，价值工程和健壮设计文传奇(20111029)西南交大机械工程学院机械8班【摘要】：机械设计必须考虑的因素及问题与设计一台机械的全过程是很复杂的。设计师必须具备诸如静力学、动力学以及材料力学领域的良好基础理论，此外，还应该熟悉所加工的材料以及工艺方法。要考虑功能能否实现；然后考虑性能是否好；还要考虑强度是否够；能否制造；能否组装；能否方便地拆卸；维护是否方便；零部件通用性如何；成本是否低等等。本文就机械设计中的动态设计，绿色设计，面向X的设计，价值工程和健壮设计进行综述。从而了解机械设计工程中一些设计方法对产品的作用，以及了解这些设计的基本过程及其相应的基

2、础知识，并了解他们在国内的发展及展望。【关键词】：动态设计；绿色设计；绿色制造；回收处理；工程机械；面向X的设计；价值工程；工程机械；健壮设计；机械设计；质量工程【引言】：随着工农业生产和科学技术的发展, 越来越多的高速度、高精度和低重量的设备得到了广泛的应用。为了使这些设备安全可靠的工作，它们（或其部件）就必须具有良好的动、静态机械性能。并且要保证产品功能、质量,考虑环境影响、资源利用效率, 从而要借助各种先进设计方法。将其有效的运用于产品开发去实现产品质量的提高、成本的下降和缩短设计周期。以最低的寿命周期成本可靠地实现产品或作业的必要功能, 着眼于功能分析的有组织活动。以提高价值为目的,

3、以功能分析为核心, 以科学方法为工具, 把产品的技术水平与经济效益有机联系起来, 通过对产品的功能分析, 寻找提高产品价值, 降低其成本的方法途径。一【动态设计】：1. 所谓“动态设计”是指机械结构和及其系统的动态性能在其图纸的的设计阶段就应得到充分考虑，整个设计过程实质上是运用动态分析技术，借助计算机分析，计算机辅助设计和仿真来实现的，达到缩短设计周期，提高设计效率和设计水平的目的。2. 机械系统动态设计的主要包括两个方面：1） 建立一个切合实际的机械系统动态力学模型，从而为进行的机械系统动态力学特性分析提供田间；2） 选择有效的机械系统动态优化设计方法，以获得一个具有良好的机械系统动态性能

4、的产品结构设计方案。3. 机械系统的建模发方法分为两类：1） 理论建模法：按机械系统不同而采用不同的技巧，因而有很多种方法，一般采用有限元法和传递矩阵法。2） 实验建模法：指机械系统进行激振，通过测量与计算获得表达机械系统动态特性的参数，再利用这些动态设计参数，经过分析与处理建立系统的数学模型。4.(1)直接抉动态性能要求进行设计. (2) 按动、静态性能要求进行设计. (3) 动态性能分析及检验 (4) 灵敏度分析与再设计 (5) 动态性能再分析6. 国内外机械动态设计现状：自70 年代以来, 国内外已经开始对机械系统动力分析和动态设计中有关理论和方法的研究, 但是许多模型过于复杂, 分析计

5、算的效率很难满足工程设计的要求, 相关的研究成果还无法用于工程设计,研究的问题仅是机械系统的局部问题或其中的某些部件。因此, 至今在工程设计中使用的只是一些过于简化的局部分析模型, 这种设计的结果要么过于保守, 要么不能保证系统的安全性。全面考虑大型机械系统的基本特点, 从整机动态设计的高度, 全面、系统地研究动态设计理论和方法, 使得分析计算模型既要正确反映各种实际复杂因素, 又要合理地进行简化, 有着十分重要的理论和现实意义。我国在大型机械系统方面推行的设计理论和方法, 基本上是采用国外的规范。现在主要利用有限元法进行分析计算, 其程序也基本上是从国外引进的, 几乎是照搬照套, 得到什么用

6、什么, 设计理论和方法也同样存在着上述问题。研究解决大型机械系统动态设计中的关键问题, 将一般结构系统动态设计的基本理论、方法和策略开拓应用到机械系统动态设计中, 从而建立完整的大型机械系统动态设计理论、方法及体系对提高我国机械装备的设计理论、设计水平和设计质量, 推动完成我国机械设计的理论和由经验设计、类比设计和静态设计向动态设计的转变过程, 均富有时代性的意义。二【绿色设计】：1.绿色设计(Green Design)，又称又称生态设计（Ecological Design）、面向环境的设计（Design for Environment）等，是指借助产品生命周期中与产品相关的各类信息(技术信息

7、、环境协调性信息、经济信息)，利用并行设计等各种先进的设计理论，使设计出的产品具有先进的技术性、良好的环境协调性以及合理的经济性的一种系统设计方法。绿色设计着眼于人与自然的生态平衡关系，在设计过程的每一个决策中都充分考虑到环境效益，尽量减少对环境的破坏。对工业设计而言，绿色设计的核心是“3R”，即Reduce、Recycle和Reuse，不仅要尽量减少物质和能源的消耗、减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便地分类回收并再生循环或重新利用。绿色设计不仅是一种技术层面的考量，更重要的是一种观念上的变革，要求设计师放弃那种过分强调产品在外观上标新立异的做法，而将重点放在真正意义上的创新上面

8、，以一种更为负责的方法去创造产品的形态，用更简洁、长久的造型使产品尽可能地延长其使用寿命。2.绿色设计原则绿色产品是循环经济的载体，实现产品的绿色化关键是从设计开始。绿色设计，通常也称为生态设计、环境设计、生命周期设计等。 一般来说，绿色设计必须遵循以下原则： 1)产品全生命周期并行的闭环设计原则。这是因为产品的绿色程度体现在产品的整个生命周期的各个阶段。 2)资源最佳利用原则。一是选用资源时必须考虑其再生能力和跨时段配置问题，尽可能用可再生资源；二是尽可能保证所选用的资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用；三是在保证产品功能质量的前提下，尽量简化产品结构并使产品的零部件具有最大限度的可

9、拆卸性和可回收再利用性。 3)能源消耗最小原则。一是尽量使用清洁能源或二次能源；二是力求产品整个生命周期循环中能耗最少。 4)零污染原则。设计时实施“预防为主，治理为辅”的清洁生产等环保策略，充分考虑如何消除污染源，从根本上防止污染。 5)技术先进原则。为使设计体现绿色的特定效果，就必须采用最先进的技术，并加以创造性的应用，以获得最佳的生态经济效益。 3. 工程机械现在和未来制造模式4. 工程机械使用绿色化要实现工程机械生命周期的绿色化, 对工程机械实行绿色使用也是必不可少的。工程机械大部分是露天作业, 作业地点经常变动, 所以其性能受到作业场地的温度、污染、路况及天气等因素的影响很大。如果在

10、施工现场采取有效措施, 采取绿色使用策略, 通过绿色保养、维修是可以有效防止机械故障,保证设备的完好率, 相应减少了废弃排放物对环境的危害, 提高机械寿命, 也就是节省了资源。( 1) 减少机械杂质的影响( 2) 减少温度的影响( 3) 保证正常的工作载荷( 4) 保证对机械的合理润滑( 5) 液压元件和液压油的正确使用( 6) 绿色保养、维修5工程机械报废后的处理技术建设资源节约型社会的核心是节约资源与能源, 实现这一目标的有效手段是贯彻落实循环经济的“4R ”R educe 减量化, R euse 再利用, R ecycle 再循环, R em anufacture 再制造) 战略, 以尽

11、可能少的资源和能源消耗, 尽可能多地满足社会发展的需求, 使废旧资源中蕴含的价值得到最大限度的开发和利用我国作为工程机械的制造和使用大国, 其报废后的处理必定成为工程机械绿色制造一个关键环节, 要实现废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化, 工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小, 零部件要解体方便、破碎容易, 能焚烧处理或可作为燃料回收, 还要借鉴汽车行业的处理经验, 大比例地实现工程机械的再制造。三【面向X的设计】：1.DFX 技术简介DFX 代表了当代的一种产品开发技术, 它能有效的运用于产品开发去实现产品质量的提高、成本的下降和缩短设计周期。DFX 具体包

12、含有面向装配的设计、面向制造的设计、面向服务的设计、面向可靠性的设计和面向检测的设计。2. DFX 的流程3.DFA: 面向装配的设计。制定装配工艺规划, 考虑装拆的可行性； 优化装配路径在结构设计过程中通过装配仿真考虑装配干涉。DFA的应用将有效地减少产品最终装配向设计阶段的大反馈, 能有效的缩短产品开发周期。同时, DFA 也可以优化产品结构, 提高产品质4. DFM: 面向制造的设计其主要思想是在产品设计时不但要考虑功能和性能要求, 而且要同时考虑制造的可行性、高效性和经济性, 即产品的可制造性（或工艺性）。其目标是在保证功能和性能的前提下使制造成本最低。在这种设计与工艺同步考虑的情况下

13、, 很多隐含的工艺问题能够及早暴露出来, 避免了很多设计返工而且对不同的设计方案,根据可制造性进行评估取舍, 根据加工费用进行优化, 能显著地降低成本, 增强产品的竞争力。5. DFS: 面向服务的设计。为产品高效的维护和维修而提供的一种产品设计方法, 它为具体的每一款服务建立了一套操作顺序。区分出维护时哪一部分零部件是需废弃或是可替代, 其根据是对具体部分的维护方式的难易评价而定, 并且考虑维护、维修操作中的拆卸顺序的规范和时间消耗, 以及拆卸后的再装配顺序和时间消耗四【价值工程】：1. 价值工程的定义：“价值工程”，是以产品的功能分析，功能评价为手段，以最低的总成本，的必要功能为目的，使功

14、能与成本相平衡，而进行的一种有机组织的综合活动。2. 提高产品价值的主要途径：3. 价值工程与切械设计的关系(1) 技术参数与经济指标关系(2)设计与功能分析关系(3) 结构与价值关系(4)结构分析与功能分析关系4. 价值工程在机械设计中的应用我国的经济建设在开放搞活的方针指导下生机勃勃地发展着, 经济的发展主要依靠科学技术的进步与现代化管理。科学技术与现代化管理是经济发展、提高经济效益的决定性因素, 是使我国经济走向成长阶段的主要支柱。V E 是一种卓有成效的现代化管理技术,因此, 国家经委把V E 作为重点推广的现代化管理方法之一, 列入企业管理现代化纲要之中。V E 是把技术、经济、管理

15、三者有机的结合在一起的一门新兴的科学管理技术。它在工程设计中可以应用, 在生产过程中可以应用, 在产品销售过程中可以应用, 在优化机构设里、优化劳动组合中也可以应用。它不仅能提高产品质量, 节约资金, 节约能源, 降低产品成本, 消除生产过程中的浪费现象, 而且还能节约人力, 做到人尽其才, 物尽其用。它是一种投资少、见效快、投人少、产出多, 竟争力强的先进现代科学管理方法。V E 以其特有的长处一只胜不败, 被视为一本万利的科学“软件” 。国外尚未见到由于开展V E活动失败而造成经济损失的报道。如果说应用的结果有不同的话, 那仅仅是效益大小和多少而已。五【健壮设计】：1.健壮设计的定义及内容

16、健壮设计是这样一种系统设计方法，它使所设计的系统性能对于制造过程中的波动或其工作环境（包括维护、运输和储存）的变化是不敏感的，而且尽管零、部件会漂移或老化，系统仍然在其寿命期间以可接受的水平持续工作。健壮设计是使所设计的产品I 或工艺J 无论在制造和使用中当结构参数发生变差，或是在规定寿命内结构发生老化和变质I 在一定范围内J 时都能保持产品性能稳定的一种工程设计方法；或者换一种说法，若做出的设计即使在经受各种因素的干扰下产品质量是稳定的或者用廉价的零部件能组装出质量上乘、性能稳定的产品，则认为该产品是健壮的。目前，许多工业国家都已经把健壮设计推荐为提高和改进产品质量的一种有效的工程方法2.

17、健壮设计的基本原理 3.健壮设计的应用健壮设计具有很高的实用价值，一旦与工程项目结合，将创造出巨大的经济效益。日本经济迅速腾飞，产品质量跃居世界前列的事实已证明了这一论点。二十世纪GF 年代以来，健壮设计传入美国，首先在汽车工业中得到广泛应用，随后传播到航空航天等国防工业系统，如*?;BA= 公司传输部在更换H 9 EE& 装甲兵车的传动装置、DAIJKC? 国际公司在减少火箭发动机的性能波动等项目中运用健壮设计均取得了显著的成效。美国不少企业将健壮设计应用于产品形成全过程，如波音、摩托罗拉、*LM*、NOH 等公司从设计到制造的全过程都贯彻健壮设计的思想。健壮性的概念起源于控制，后逐渐引入质

18、量工程，现已向机械工程领域渗透。机械系统的健壮设计是一门崭新的学科，它将对设计方向的更新产生巨大的影响。目前，国内外学者对机械系统中的健壮设计很感兴趣。EPPE 年，广安知之首先提出4. 健壮性设计方法的改进( 1) 不确定因素的不同形式:( 2) 其它的搜索方法( 3) 有约束条件的设计:【结论】：在现代生产和科学研究中, 随着对设备的性能和效率的要求的提高, 出现了高速化、轻量化、大型化和复杂化的趋势;同时, 对设备操作人员的安全性、舒适性，环境等问题也变得日益突出.为了解决这些问题, 必须对结构、机械系统进行动态设计。 因此, 设计人员必须掌握现代动态分析，绿色设计等多种设计方法和计算机技术等方面的知识或与动态分析人员进行合作。在动态分析设计方面目前有许多工作要做, 特别是如何将成熟的动态分析技术应用到动态设计中去。另外, 如何将优化设计、专家系统、人机工程等学科的知识应用到动态设计中也是一个值得研究的方向。参考文献（1） 曾宪棣 杨明 周传荣：结构、机械系统的动态性能设计， 1988年9月 第20卷第3期 112117（2） 甲屠祖斌：机械结构系统动态设计， 1994年 第2期 5354（3） 张绍铜，鲁冬林，宁奇雷：工程机械绿色设计评估， 2008年 第2期 4245（4） 王玉玲 李剑峰 李方义 陈建 姜峰 马开苓