现代设计方法绪论

1、工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论现现 代代 设设 计方计方 法法Modern Design Method工学院工学院 牛智有牛智有工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论姓姓 名：名： 牛智有牛智有 单单 位：位： 工学院工学院专专 业：业： 现代农业装备工程现代农业装备工程联系方式：联系方式： 138 7129 8836(138 7129 8836(手机手机) ) 工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论0 0 绪绪 论论工学院机制、机电、机

2、化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论本章主要内容本章主要内容 设计的基本概念设计的基本概念 现代设计方法的分类及主要现代设计方法简介现代设计方法的分类及主要现代设计方法简介 学习现代设计方法的意义与任务学习现代设计方法的意义与任务工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论本章重难点本章重难点 掌握掌握设计的基本概念与内涵，了解传统设计设计的基本概念与内涵，了解传统设计与现代设计的联系与区别，了解传统设计方法的与现代设计的联系与区别，了解传统设计方法的主要缺陷，主要缺陷，掌握掌握现代设计方法的基本特点，了解现代设计方法

3、的基本特点，了解现代设计方法的分类方法，对各种现代设计方法现代设计方法的分类方法，对各种现代设计方法有一个初步的了解和认识，同时对学习现代设计有一个初步的了解和认识，同时对学习现代设计方法的意义和任务应有明确的认识。方法的意义和任务应有明确的认识。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论 英国前首相撒切尔夫人对工业设计有一句非常精辟的英国前首相撒切尔夫人对工业设计有一句非常精辟的论断论断:“:“对工业设计投入一分，可以产生一千分的回报对工业设计投入一分，可以产生一千分的回报”； 美国工业设计协会做过调查，美国工业设计平均每投美国工业设计协会做过调

4、查，美国工业设计平均每投入入一美元一美元，其销售收入为，其销售收入为二千五百美元二千五百美元；工业设计的创新，必然会给产品带来丰厚的利润工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论“中国是世界的工厂，但我们自己的设计在哪里？中国是世界的工厂，但我们自己的设计在哪里？” 国内的设计现实还处于初级阶段，处于国内的设计现实还处于初级阶段，处于“引进引进仿仿制制批量生产批量生产再引进再引进再仿制再仿制再批量生产再批量生产”的循环和的循环和恶性价格战中。恶性价格战中。 用什么来升级用什么来升级“中国制造中国制造”?”?答案很明确，设计。设计，答案很明确，设计。

5、设计，是我们迅速越过技术门槛，走向是我们迅速越过技术门槛，走向“中国创造中国创造”的最便捷的的最便捷的路径。路径。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论设计改变中国设计改变中国从从“中国制造中国制造”走向走向“中国设计中国设计”，让让中国的产品从低利润、低附加值向高利润、高附加值发展，中国的产品从低利润、低附加值向高利润、高附加值发展，让中国设计成为自主创新的重要手段，对于所有人来说都让中国设计成为自主创新的重要手段，对于所有人来说都是应该关心的大事。是应该关心的大事。湖南大学一名学生在两年一度的日本名古屋国际设计大赛湖南大学一名学生在两年一度

6、的日本名古屋国际设计大赛夺得年轻设计师首奖，作品是个顶部印有当日天气预报的夺得年轻设计师首奖，作品是个顶部印有当日天气预报的牛奶盒牛奶盒这可以为顾客提供有用的资料和促使牛奶厂好这可以为顾客提供有用的资料和促使牛奶厂好好保持牛奶新鲜。好保持牛奶新鲜。 工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论“中国设计中国设计”，一个令人兴奋的、承载了无数人希望的词，一个令人兴奋的、承载了无数人希望的词组。在理想和现实之间，步子怎么迈？中国设计必须在世组。在理想和现实之间，步子怎么迈？中国设计必须在世界上占有一席之地！界上占有一席之地！ 如何利用设计作为企业的竞争利

7、器，如何利用设计作为企业的竞争利器，创造高附加值，实现从创造高附加值，实现从“中国制造中国制造”到到“中国设计中国设计”的梦的梦想，不仅是中国设计人员的责任，也是培养中国设计人才想，不仅是中国设计人员的责任，也是培养中国设计人才的高等院校的责任。的高等院校的责任。一个国家的希望，在于设计产业发展，中国制造一个国家的希望，在于设计产业发展，中国制造正在慢慢褪去它原有的褒义色彩。正在慢慢褪去它原有的褒义色彩。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论0.1 设计的基本概念设计的基本概念0.1.1 设计的概念与内涵设计的概念与内涵 设计设计(design

8、)(design)是人类改造自然的一种重要是人类改造自然的一种重要创新创新活动。活动。 人类通过设计活动创造了历史上丰富而又伟大的物质人类通过设计活动创造了历史上丰富而又伟大的物质文明。文明。 从某种意义上讲，人类文明的历史，就是不断进行设从某种意义上讲，人类文明的历史，就是不断进行设计活动的历史。计活动的历史。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论设计有广义和狭义两种概念。设计有广义和狭义两种概念。 （1）设计广义概念：）设计广义概念：设计是将人类的理想变为现实的设计是将人类的理想变为现实的活动。活动。 （2）设计狭义概念）设计狭义概念 设计

9、是指设计是指完成满足一定客观需求的技术系统的活动完成满足一定客观需求的技术系统的活动。该技术系统包括图纸、软件程序、其它技术文档等。该技术系统包括图纸、软件程序、其它技术文档等。 从一般意义上讲，从一般意义上讲，技术系统技术系统是指完成某个特定功能或是指完成某个特定功能或职能的各个事物的集合，产品就是人造技术系统。职能的各个事物的集合，产品就是人造技术系统。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论总之，关于设计的含义，可以综合理解为：总之，关于设计的含义，可以综合理解为： 为了满足人类与社会的需求，将预定的目标通过人们为了满足人类与社会的需求，将

10、预定的目标通过人们的的创造性创造性思维，经过一系列规划、分析与决策，产生载有思维，经过一系列规划、分析与决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信心的技术文件，以取得满意相应的文字、数据、图形等信心的技术文件，以取得满意的社会和经济效益。的社会和经济效益。 然后，或通过实践将设计转化为某项工程，或通过制然后，或通过实践将设计转化为某项工程，或通过制造将设计转化为产品，造福于人类。造将设计转化为产品，造福于人类。 从本质上来讲，设计就是创造性思维与活动过程，是从本质上来讲，设计就是创造性思维与活动过程，是将新构思转化为具有竞争力产品的过程。将新构思转化为具有竞争力产品的过程。工学院机制、机电、机化

11、专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论 设计的设计的内容内容、要求要求、理论理论和和手段手段不断更新，设计不断更新，设计的的内涵内涵和和外延外延也在不断扩大也在不断扩大 设计不再仅仅是考虑构成产品的设计不再仅仅是考虑构成产品的物质条件物质条件和和能够满足的功能能够满足的功能需求需求，而是综合了，而是综合了经济经济、社会社会、环境环境、人机工程学人机工程学、人的心理人的心理、文化层次文化层次等多种因素的系统设计等多种因素的系统设计 从设计内容上看，设计贯穿了产品从孕育到消亡的整个生从设计内容上看，设计贯穿了产品从孕育到消亡的整个生命周期，涵盖了命周期，涵盖了需求获取需

12、求获取、概念设计概念设计、技术设计技术设计、详细设计详细设计、工艺设计工艺设计、营销设计营销设计及及回收设计回收设计等设计活动，并把等设计活动，并把实验实验、研究研究、设计设计、制造制造、安装安装、使用使用、维修维修作为一个整体来进行规划作为一个整体来进行规划工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论（3）设计的概念）设计的概念定义一：定义一：从给出的合理目标参数出发，通过各种方法和从给出的合理目标参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。定义二：（定义二：（国际工业设计学会，国际工

13、业设计学会，International Council Societies of Industrial Design):设计是一种设计是一种创造性创造性活动，活动，它的目的在于决定产品性能、过程、服务及整个生命周它的目的在于决定产品性能、过程、服务及整个生命周期等各个方面的品质，以获得一种使生产者和消费者都期等各个方面的品质，以获得一种使生产者和消费者都能满意的整体。能满意的整体。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论定义三：定义三：设计是为了满足人类与社会的要求，将预定的目设计是为了满足人类与社会的要求，将预定的目标通过人们的创造性思维，经过

14、一系列规划、分析和决策，标通过人们的创造性思维，经过一系列规划、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件的过产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件的过程。程。世界上独一无二的钢世界上独一无二的钢结构设计结构设计“鸟巢鸟巢 ”工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论0.1.2 现代设计方法产生的背景现代设计方法产生的背景（以机械产品为例）（以机械产品为例）1.1.设计理论和实践的变化设计理论和实践的变化 2.2.产品功能要求的变化产品功能要求的变化 3.3.产品制造技术的变化产品制造技术的变化 4.4.机械行业在经营模式上

15、发生的根本性变化机械行业在经营模式上发生的根本性变化 工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论1.1.设计理论和实践的变化设计理论和实践的变化过去，在理论上主要以过去，在理论上主要以力学力学为基础，在实践上主要为基础，在实践上主要以经验作为基础以经验作为基础现在，作为基础的理论远不止力学，还有系统论、现在，作为基础的理论远不止力学，还有系统论、控制论、信息论、传感理论、信号处理理论、电子控制论、信息论、传感理论、信号处理理论、电子学、计算机等等，作为实践的基础远不止经验，而学、计算机等等，作为实践的基础远不止经验，而且还涉及各有关的学科，同时，自

16、身也在形成自己且还涉及各有关的学科，同时，自身也在形成自己的学科体系的学科体系制造理论、工艺理论。制造理论、工艺理论。 工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论（1 1）设计对象由单机走向系统；）设计对象由单机走向系统；（2 2）设计要求由单目标走向多目标；）设计要求由单目标走向多目标；（3 3）设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；）设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；（4 4）承担设计工作的人员从单人走向小组；）承担设计工作的人员从单人走向小组；（5 5）产品更新速度加快，设计周期缩短；）产品更新速度加快，设计周期缩短；（6 6）产品设

17、计由自由发展走向有计划的发展；）产品设计由自由发展走向有计划的发展；（7 7）设计的发展要适应科学技术的发展，特别是适应计算机）设计的发展要适应科学技术的发展，特别是适应计算机技术的发展。技术的发展。2.2.产品功能要求的变化产品功能要求的变化工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论洗衣机功能的变化历程工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论3.3.产品制造技术的变化产品制造技术的变化 机械制造技术正在彻底改造，广泛采用各种高新技术机械制造技术正在彻底改造，广泛采用各种高新技术，特别是微电子技术与电

18、子计算机技术，特别是微电子技术与电子计算机技术，从数控化走向柔性从数控化走向柔性化、集成化、智能化，成为现代科技前沿热点之一。化、集成化、智能化，成为现代科技前沿热点之一。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论4.4.机械行业在经营模式上发生的根本性变化机械行业在经营模式上发生的根本性变化 从以产品为主的管理发展到以面向市场信息为主的管理从以产品为主的管理发展到以面向市场信息为主的管理。用建立在市场信息基础上的管理来实现企业与客户之。用建立在市场信息基础上的管理来实现企业与客户之间的相互沟通。间的相互沟通。过去主要是注重产品的质量，在计划经济时

19、代，企业不过去主要是注重产品的质量，在计划经济时代，企业不担心产品的销路，因而企业的管理主要集中在产量、产担心产品的销路，因而企业的管理主要集中在产量、产品的质量上；品的质量上；现在，企业在重视产品质量的同时，时刻关注市场信息现在，企业在重视产品质量的同时，时刻关注市场信息生产市场需要的产品生产市场需要的产品。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论 这些变化的产生，促使人们不得不这些变化的产生，促使人们不得不开始新的思考、新的认识。现代设计方开始新的思考、新的认识。现代设计方法这门课程就是这些变化的结果，它是法这门课程就是这些变化的结果，它是符

20、合现代市场经济规律、符合知识经济符合现代市场经济规律、符合知识经济时代发展需要的学科。时代发展需要的学科。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论0.1.3 传统设计与现代设计传统设计与现代设计1. 传统设计传统设计 人类的设计活动经历人类的设计活动经历了直觉设计阶段、经验设了直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶段、半理论半经验设计阶段，即所谓的计阶段，即所谓的传统设传统设计阶段计阶段。机械产品传统设计过程机械产品传统设计过程产品规划产品规划（明确设计任务）（明确设计任务）原理方案设计原理方案设计设计任务书设计任务书任务书分析任务书分析

21、确定设计参数确定设计参数同类机械的调研和资料分析同类机械的调研和资料分析总体结构方案拟定总体结构方案拟定方案论证方案论证结构设计、绘图结构设计、绘图编写技术文件编写技术文件结束结束条件协商条件协商更改设计更改设计调整调整技术设计技术设计施工设计施工设计工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论1）传统设计过程分析）传统设计过程分析 传统设计的每一个环节都是依靠设计者采用人工方式完成的。传统设计的每一个环节都是依靠设计者采用人工方式完成的。首先凭借设计者直接的或间接的首先凭借设计者直接的或间接的经验经验，通过，通过类比分析类比分析或经验公或经验公式来

22、确定方案，方案的拟定在很大程度上取决于设计人员的个人式来确定方案，方案的拟定在很大程度上取决于设计人员的个人经验。经验。分析计算受人工计算条件的限制，只能用分析计算受人工计算条件的限制，只能用静态的、近似的静态的、近似的方法，方法，参考数据偏重于经验的概括和总结，往往忽略了一些难解或非主参考数据偏重于经验的概括和总结，往往忽略了一些难解或非主要的因素，设计结果近似性大。要的因素，设计结果近似性大。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论在信息处理、知识的存储和重复使用方面，还没有一个理想而在信息处理、知识的存储和重复使用方面，还没有一个理想而有效

23、的方法，解算和绘图也多用手工完成，不仅影响设计速度有效的方法，解算和绘图也多用手工完成，不仅影响设计速度和设计质量的提高，也难以得到精确和优化的效果。和设计质量的提高，也难以得到精确和优化的效果。中国第一颗原子弹的设计完全中国第一颗原子弹的设计完全是依靠手工完成的是依靠手工完成的工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论2）传统设计的缺陷和局限性）传统设计的缺陷和局限性设计方案的拟定在很大程度上取决于设计者的个人经设计方案的拟定在很大程度上取决于设计者的个人经验，即使同时拟定了有限的几个方案，也难以获得最优验，即使同时拟定了有限的几个方案，也难以获

24、得最优方案方案分析计算过程中，受人工计算条件的限制，只能采用分析计算过程中，受人工计算条件的限制，只能采用静态或近似的方法而难以按动态的方法精确计算，计算静态或近似的方法而难以按动态的方法精确计算，计算结果未能完全反映零部件的真正工作状态，影响了设计结果未能完全反映零部件的真正工作状态，影响了设计质量质量工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论设计工作周期长，效率低，成本高设计工作周期长，效率低，成本高 总之，总之，传统设计方法是一种静态分析、近似计算、经传统设计方法是一种静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动为特征的设计方法验设计、手工劳动为特

25、征的设计方法。随着现代科技的发。随着现代科技的发展、生产技术的需要和市场的激烈竞争以及先进设计手段展、生产技术的需要和市场的激烈竞争以及先进设计手段的出现，传统设计方法难以满足当今时代的要求，从而迫的出现，传统设计方法难以满足当今时代的要求，从而迫使人们不断研究和发展新的设计方法和技术。使人们不断研究和发展新的设计方法和技术。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论2. 现代设计现代设计（1）现代设计方法的概念）现代设计方法的概念 现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是传统设计的深入、丰富和

26、完善是传统设计的深入、丰富和完善。随着设计实践经验的。随着设计实践经验的积累、设计理论的发展以及科学技术的进步，特别是计积累、设计理论的发展以及科学技术的进步，特别是计算机技术的高速发展，设计过程产生了质的飞跃。为区算机技术的高速发展，设计过程产生了质的飞跃。为区别过去常用的传统设计理论方法、人们把这些新兴理论别过去常用的传统设计理论方法、人们把这些新兴理论和方法称为和方法称为现代设计方法现代设计方法。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论现代设计方法（定义一）：现代设计方法（定义一）： 以满足产品的质量、性能、以满足产品的质量、性能、时间、成

27、本、价格等综合效益最优为目的，以计算机辅时间、成本、价格等综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学技术方助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学技术方法为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技法为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体总称。术群体总称。现代设计方法（定义二）：现代设计方法（定义二）：以市场需求为驱动、以知识以市场需求为驱动、以知识获取为中心、以现代设计思想、方法和现代技术手段为获取为中心、以现代设计思想、方法和现代技术手段为工具，考虑产品的整个生命周期和人、机、环境相容性工具，考虑产品的整个生命周期和人、机、环境相容性等因素的

28、设计。等因素的设计。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论（2）现代设计方法的范畴）现代设计方法的范畴 现代设计理论与方法主要包括：优化设计、可靠性现代设计理论与方法主要包括：优化设计、可靠性设计、设计方法学、计算机辅助设计、动态设计、有限设计、设计方法学、计算机辅助设计、动态设计、有限元法、工业艺术造型设计、人机工程、并行工程、价值元法、工业艺术造型设计、人机工程、并行工程、价值工程、反求工程设计、模块化设计、相似性设计、虚拟工程、反求工程设计、模块化设计、相似性设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、摩擦学设计、绿色设计等。设计、疲劳设计、三次

29、设计、摩擦学设计、绿色设计等。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论（3）现代设计方法的基本特点）现代设计方法的基本特点程式性程式性创造性创造性系统性系统性最优化最优化综合性综合性计算机化计算机化工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论（4）现代设计原则）现代设计原则 设计原则是对设计行为的约束。现代设计原则是设计原则是对设计行为的约束。现代设计原则是传统设计原则的扩充和完善。传统设计原则的扩充和完善。1.1.功能满足原则功能满足原则 2.2.质量保障原则质量保障原则 3.3.工艺优良原则工艺优良

30、原则 4.4.经济合理原则经济合理原则 5.5.社会使用原则社会使用原则 工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论功能满足原则功能满足原则 设计的系统或结构设计的系统或结构要具备所需的全部功能。要具备所需的全部功能。 工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论质量保障原则质量保障原则 产品质量主要由性能和产品质量主要由性能和可靠性决定，因此，这类原可靠性决定，因此，这类原则包括多方面的要求：则包括多方面的要求： 性能指标、可靠性、强性能指标、可靠性、强度、刚度、稳定性、抗磨损度、刚度、稳定性、抗磨损性

31、、抗腐蚀性、抗蠕变性、性、抗腐蚀性、抗蠕变性、动态特性、平衡特性、热特动态特性、平衡特性、热特性、磁特性性、磁特性工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论玉兔号是中国首辆月球车，玉兔号是中国首辆月球车，20132013年年1111月月2626日上午日上午9 9时，国防科技工业局举时，国防科技工业局举行新闻发布会，宣布行新闻发布会，宣布“嫦娥三号嫦娥三号”月月球车名称为球车名称为“玉兔号玉兔号”。玉兔号月球。玉兔号月球车设计质量车设计质量140140千克，能源为太阳能，千克，能源为太阳能，能够耐受月球表面真空、强辐射、摄能够耐受月球表面真空、强辐射

32、、摄氏零下氏零下180180度到零上度到零上150150度极限温度等度极限温度等极端环境。月球车具备极端环境。月球车具备2020度爬坡、度爬坡、2020厘米越障能力，并配备有全景相机、厘米越障能力，并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发发X X射线谱仪等科学探测仪器。射线谱仪等科学探测仪器。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论工艺优良原则工艺优良原则 设计能够且容易通过设计能够且容易通过生产过程实现。包括：生产过程实现。包括：1 1）可制造性）可制造性2 2）可装配性）可装配性3 3）可测试性）可

33、测试性工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论 要求产品具有较低的开发成本和使用费用。要求产品具有较低的开发成本和使用费用。经济合理原则经济合理原则工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论 考虑产品投放市场后的表现行为。包括：考虑产品投放市场后的表现行为。包括： 1 1）环境友好性）环境友好性 2 2）环境适应性）环境适应性 3 3）人机友好性）人机友好性 4 4）可维修性）可维修性社会使用原则社会使用原则5 5）安全性）安全性6 6）可安装性）可安装性7 7）可拆卸性）可拆卸性8 8）可回收性）可

34、回收性设计任务书设计任务书任务书分析任务书分析确定设计条件确定设计条件运用系统工程和创造性方法进行总体方案构思运用系统工程和创造性方法进行总体方案构思绘制总图、零部件图绘制总图、零部件图编制技术文件编制技术文件结束结束条件协商条件协商修改设计方案修改设计方案用价值分析、优选法等进行方案的论证用价值分析、优选法等进行方案的论证技术设计与分析技术设计与分析最优？最优？综合分析程序库综合分析程序库（系统工程分析（系统工程分析程序、优化程序、程序、优化程序、可靠性分析程序等）可靠性分析程序等）设计资料库设计资料库（各种技术、标（各种技术、标准、规范、产品准、规范、产品目录、用户记目录、用户记录等）录等

35、）图库（基本几何图库（基本几何图、标准零部图、标准零部件图）件图）设计程序库设计程序库（零部件设计程序、（零部件设计程序、有限元、边界有限元、边界元分析程序）元分析程序）用户要求与市场信息用户要求与市场信息否否是是现代设计过程现代设计过程工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论0.2 主要现代设计方法简介主要现代设计方法简介0.2.1主要现代设计方法简介主要现代设计方法简介 优化设计优化设计计算机辅助设计计算机辅助设计 可靠性设计可靠性设计创新设计创新设计概念设计概念设计动态设计动态设计智能设计智能设计虚拟设计虚拟设计可视化设计可视化设计网络设计

36、网络设计并行设计并行设计数字化设计数字化设计疲劳设计疲劳设计摩擦设计摩擦设计有限元法有限元法绿色设计绿色设计价值工程价值工程相似设计相似设计工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论1. 优化设计优化设计（Optimal Design） 优化设计亦称为最优化设计，是以数学规划理论为基优化设计亦称为最优化设计，是以数学规划理论为基础，以电子计算机为辅助工具，将设计问题按规定的格式础，以电子计算机为辅助工具，将设计问题按规定的格式建立数学模型，并选择合适的优化算法，选择或编制计算建立数学模型，并选择合适的优化算法，选择或编制计算机程序，然后通过计算机求

37、解获得最优设计方案。机程序，然后通过计算机求解获得最优设计方案。 优化设计包括优化设计包括全生命周期优化设计、广义优化设计、全生命周期优化设计、广义优化设计、集成优化与综合优化集成优化与综合优化。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论全生命周期优化设计：全生命周期优化设计：在产品的在产品的生命周期生命周期内对产品进行优内对产品进行优化设计，是一种综合优化方法，具有重要的实际意义。化设计，是一种综合优化方法，具有重要的实际意义。广义优化设计：广义优化设计：包括各种优化方法在内的产品的优化设计，包括各种优化方法在内的产品的优化设计，如以数学规划为基

38、础的优化方法、通过专家系统进行优化的如以数学规划为基础的优化方法、通过专家系统进行优化的方法、通过对获取的信息进行综合分析的优化方法等。方法、通过对获取的信息进行综合分析的优化方法等。集成优化与综合优化：集成优化与综合优化：对产品的对产品的整个系统整个系统、产品的、产品的全部结全部结构构、产品的、产品的生产和使用的全部过程生产和使用的全部过程（包括产品的全生命周（包括产品的全生命周期）、产品的期）、产品的全部功能和性能全部功能和性能的优化等。的优化等。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论2. 计算机辅助设计计算机辅助设计（Computer A

39、ided Design，CAD） 计算机辅助设计是设计人员借助计算机进行设计计算机辅助设计是设计人员借助计算机进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算机的高速运的方法。其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力，巨大存储能力和逻辑判断能力很好地结合起算能力，巨大存储能力和逻辑判断能力很好地结合起来，可以极大地提高设计质量，减轻设计人员的劳动，来，可以极大地提高设计质量，减轻设计人员的劳动，缩短设计周期，降低产品成本，为开发新产品和新工缩短设计周期，降低产品成本，为开发新产品和新工艺创造了有利条件。艺创造了有利条件。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计

40、方法绪绪 论论3. 有限元法有限元法（Finite Element Method，FEM） 有限元法是用有限元法是用有限个单元将连续体离散化有限个单元将连续体离散化，通，通过对有限个单元作过对有限个单元作分片插值分片插值求解各种力学、物理问求解各种力学、物理问题的一种数值方法。目前，有限元法被广泛应用于题的一种数值方法。目前，有限元法被广泛应用于求解求解线性和非线性问题线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪

41、 论论4. 可靠性设计可靠性设计（Reliability Design） 可靠性设计就是可靠性设计就是事先考虑可靠性事先考虑可靠性的一种设计方法。可靠的一种设计方法。可靠性表示系统、设备、元器件的性表示系统、设备、元器件的功能功能在在规定条件规定条件和和规定时间规定时间内内的的稳定程度的特性稳定程度的特性，是衡量产品质量的一个重要指标。，是衡量产品质量的一个重要指标。 可靠性设计是近年来发展起来并推广应用的一门现代设可靠性设计是近年来发展起来并推广应用的一门现代设计理论和方法，以计理论和方法，以提高产品可靠性提高产品可靠性为目的，以概率论与数理为目的，以概率论与数理统计理论为基础，综合运用数学

42、、物理、工程力学、人机工统计理论为基础，综合运用数学、物理、工程力学、人机工程学、系统工程学等方面的知识来研究机械工程的最佳设计程学、系统工程学等方面的知识来研究机械工程的最佳设计问题。问题。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论5. 创新设计创新设计（Creation Design） 创新设计提倡的是设计的创新设计提倡的是设计的创造性创造性，一旦设计工作者提，一旦设计工作者提出的新原理是合理可行的，就可以从根本上改变产品的结出的新原理是合理可行的，就可以从根本上改变产品的结构，进而构，进而提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期、提高产品质量

43、、降低生产成本、缩短生产周期、改善产品对环境的影响改善产品对环境的影响等。等。 创新包括创新包括原始创新、集成创新和引进消化吸收后再创原始创新、集成创新和引进消化吸收后再创新新。但是产品设计的创新性应该具有科学性，创新者除了。但是产品设计的创新性应该具有科学性，创新者除了要掌握有关基础理论与知识外，还要掌握科学的方法。要掌握有关基础理论与知识外，还要掌握科学的方法。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论6. 概念设计概念设计（Conceptual Design） 概念设计是产品设计过程的关键环节，是根据概念设计是产品设计过程的关键环节，是根据产

44、品生命产品生命周期各个阶段的要求周期各个阶段的要求，进行产品的，进行产品的功能创造功能创造、功能分解功能分解和和功功能集成能集成；要对满足工作原理要求的；要对满足工作原理要求的结构进行求解结构进行求解，对实现功，对实现功能结构的能结构的工作原理方案进行构思和系统化设计工作原理方案进行构思和系统化设计。 概念设计是运用概念设计是运用发散思维发散思维和和创新思想创新思想整合梳理的过程，整合梳理的过程，是一个研究和求解能是一个研究和求解能实现功能要求实现功能要求和和满足各种技术、经济指满足各种技术、经济指标标的各种方案并最终的各种方案并最终确定最优方案确定最优方案的过程。的过程。工学院机制、机电、机

45、化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论7. 动态设计动态设计（Dynamic Design） 动态设计强调产品在动态过程中的特性，目前尚处于初动态设计强调产品在动态过程中的特性，目前尚处于初级阶段，许多深层次动态设计问题正处于研究过程中。级阶段，许多深层次动态设计问题正处于研究过程中。 目前多数旋转机械事故是在目前多数旋转机械事故是在强非线性强非线性、强耦合强耦合、非稳态非稳态的条件下发生的，从而促使动态设计从一般的动态设计向更的条件下发生的，从而促使动态设计从一般的动态设计向更深层次的方向发展，即向深层次的方向发展，即向非稳态非稳态（慢变、参变、时滞等）、（慢变

46、、参变、时滞等）、非线性非线性、不确定不确定、强耦合强耦合、高维高维、多参数多参数的研究方向发展。的研究方向发展。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论8. 智能设计智能设计（Intelligent Design） 智能设计有两层含义，一是用智能设计有两层含义，一是用智能方法进行设智能方法进行设计计，二是，二是使设计的对象智能化使设计的对象智能化。 通常所讲的智能设计是对产品的通常所讲的智能设计是对产品的性能参数性能参数及其及其工作过程工作过程进行进行智能控制和优化智能控制和优化，使产品具有优良的，使产品具有优良的工作性能，进而给产品带来经济效

47、益和社会效益。工作性能，进而给产品带来经济效益和社会效益。工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论9. 虚拟设计（虚拟设计（Virtual Design） 采用虚拟设计技术对产品进行采用虚拟设计技术对产品进行模拟模拟，使用者可以直接，使用者可以直接从外观上或功能上比较全面地了解产品的情况，很多情况从外观上或功能上比较全面地了解产品的情况，很多情况下，甚至可以通过虚拟技术代替真实情况，从而大大降低下，甚至可以通过虚拟技术代替真实情况，从而大大降低产品研究与开发的成本。产品研究与开发的成本。载人航天载人航天工程中广工程中广泛使用泛使用虚虚拟人拟人技术

48、技术工学院机制、机电、机化专业工学院机制、机电、机化专业 现代设计方法现代设计方法绪绪 论论0.2.2 现代机械设计理论与方法的发展趋势现代机械设计理论与方法的发展趋势 就目前国内外的研究状况来看，现代机械产品的设计理论就目前国内外的研究状况来看，现代机械产品的设计理论与方法正在向以下几个主导方向发展：与方法正在向以下几个主导方向发展：（1）在）在科学发展观科学发展观和和自主创新思想自主创新思想指导下的设计理论与方法指导下的设计理论与方法（2）面向产品质量面向产品质量、成本成本或或寿命寿命的设计理论与方法的设计理论与方法（3）加快设计速度加快设计速度及及实施设计智能化实施设计智能化的设计理论与方法的设计理论与方法（4）面