机械设计及理论学科概论讲座课件

现代设计学二00二年十月技术系统（黑箱）物料信息物料信息机械设计及理论学科概述智能设计和优化设计现代设计理论和方法：系统设计论、并行设计虚拟现实和虚拟设计、制造面向生命周期的设计、绿色设计机械多体系统动力学分析：现状、软件、应用机电系统动态设计现化设计学内容现代设计学（第1讲）机械设计及理论学科概述二00二年十月一、现代制造业的特点全球化制造以知识为基础的新产品竞争敏捷制造经济和社会的发展科学和技术的发展制造业环境的变化制造业环境变化的主要表现产品生命周期缩短交货期成为主要竞争因素大市场和大竞争用户需求多样化多品种小批量生产比例增大

传统经济时代网络经济时代消费者的可选择性区域性全球性消费需求物美价廉，满足

基本生活需求个性化、多样化市场相对稳定快速多变、

无法预测生产需求低成本、高质量客户化、快速交货生产方式标准化、系列

化、大批量单件、小批

量、多品种技术与资源相对集中全球分布竞争要素性价比柔性与响应速度现代制造业的特点时间：竞争的决定性因素7880828486889092942时间46810平均产品寿命TL平均开发时间TDTD

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TL年数多变的市场需求促使交贷期成为竞争诸因素中的首要因素质量

是产品的生命线质量功能性能不必要功能必要功能过乘功能基本功能辅助功能Q（Quality）:质量降低产品的成本，是一个永恒的课题。产品的寿命周期成本（包括制造成本和使用成本），在产品设计过程中就已大体确定（产品成本的80%左右在设计阶段就已基本确定）。产品全生命周期的成本在概念设计阶段即有70％被决定，到基本设计、详细设计结束时分别有85％和95％的成本业已被决定，而生产以后的阶段只决定5％左右的成本。C（Cost）：成本产品全生命周期成本决定比例及降低成本概率示意图

S（serve）：服务产品制造的宗旨：最大限度地满足用户的要求服务包括：需求服务用户参与开发售后服务产品回收21世纪产品的特征

现代制造业发展的重要特征全球化数字化网络化集成化并行化虚拟化产品设计

产品设计过程

产品设计在产品开发过程中的地位

二、机械设计及其在产品开发过程中的地位产品设计是从需求出发寻求设计解(产品)的过程，包括：产品概念设计、详细设计、工艺设计、NC代码等。产品设计的核心问题是：创新设计、设计自动化和可持续发展的产品设计问题。产品创新是为达到企业经营目标，创造具有市场竞争优势商品的过程。设计自动化技术则是基于产品设计基本理论而发展的产品设计过程自动化系统技术。可持续发展的产品设计是指在产品及其全生命周期设计中，充分考虑资源和环境的影响的设计。产品设计需求（含潜在的需求）的确认→技术可能（含联想到的可能解）扫描→矛盾统一设想（概念）的产生→经济、技术分析（贯穿全过程）→设想的优选和确认→结构的优选和确认→材料的优选和确认→加工过程的优选和确认※研究产品设计过程系统行为的基本规律被称之为产品设计基本理论，它是研究设计人员在设计过程中的思维、行为规律。※研究设计理论的目的是为发展新一代计算机辅助设计技术奠定理论基础。※这种新的计算机辅助设计技术可帮助企业高效率与高质量地寻求产品设计解，而现今的CAD技术只能解决产品的二维、三维的描述，而不是真正意义上的辅助产品设计。产品设计过程产品设计系统过程

数字化(D)网络化(N)敏捷化(A)现代设计的特点三、机械设计的学科体系与相关学科

学科体系

领域产品设计设计理论与方法对设计的支持设计环境与工具对设计的支持

相关学科

相关学科相关基础学科市场学；预测学；信息工程机械设计相关学科数据库技术；计算机图学相似理论；优化技术；价值工程；摩擦学；虚拟技术；仿真技术；结构强度学；可靠性技术创造学；数学；物理学；热力学；电子学；控制论；信息论；工程力学；机械制图；标准化技术；公差技术测量；编码技术；制造工程学机械零件；结构分析；制造工程学；振动与噪声；动态设计；公差技术测量；CAD技术机械运动学和动力学；机械学；仿生学；液体传动和控制；电气工程学；机械电子学；各种专业机械的设计理论和方法产品规划；技术经济学明确设计任务（规划）结构方案、原理方案设计总体设计施工设计四、机械设计及理论学科发展方向领域机械设计理论和方法机械基础设计理论和方法现代设计理论和方法信息集成与设计过程管理设计过程的支撑技术数字化设计理论与技术成套设备设计、大型机械设备设计、复杂机电系统设计的理论和方法成套设备设计的理论和方法大型工业机械系统的力学行为、控制与仿真的理论和方法复杂机电系统设计理论方法复杂机电系统全局耦合机理与系统功能生成复杂机电系统耦合设计理论和并行设计方法复杂机电系统过程虚拟运行与工况控制微机械微机械是指可以批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通讯和电源等于一体的微型机电系统。日本惯称之为微机械美国惯称之为MEMS微机械微机械分类毫米系统Milli-system微米系统Micro-system纳米系统Nano-system尺寸Size0.1-1mm1-100μm1μm以下构造Structure立体平面分子材料Material金属、高分子硅、薄膜材料高分子（蛋白质）加工Processing超精密加工半导体加工分子、原子操作装配Assembling组装分批自组织驱动Actuating压电、超小型马达、形状记忆合金静电、热膨胀、超电导人工肌肉、静电力输出Forceoutput较容易困难困难研究阶段Researchstage系统开发部件试制基础研究应用实例Applicationexample微机械手、微机器人、泵等微驱动器、微传感器、微传动机构等微机械部件极限探测、分子原子操作微机械分类未来微机械应用将主要集中在IT和生物技术工程上,需要积极发展微机械与信息、生物技术的结合。微机械在IT、生物医疗和工业等领域里的潜在应用有:虚拟现实技术激光计算机DDS(数据电视数字服务)系统微工厂纳米级的微机器人的研制微机械应用微机械的研究内容微机械的研究进展------国外微机械的研究进展------国内微机械的研究方向微机械的研究方向微机械的研究方向随着微机械的发展,目前将微机械零部件、光学元件以及控制电路集成在同一芯片上的制作方法将受到挑战:功能部件由不同的材料组成;微机械内部形成空腔;微机械部件由不相容过程组成.这就限制了传统的集成在同一芯片上的方法制成复杂的微机械部件或微机械系统.为了更灵活地制作复杂的微机械系统,微机械的组装是必不可少的.微机械的组装微机械的部件组装属于微操作,具有很高的精度,难度很大;而且,部件材料轻、薄、脆,极易损坏;因而,提高实际组装成功率就十分重要.虚拟环境为操作者提供了一个操作预演的环境,操作者可以通过虚拟环境中拟实组装增加操作经验,从而,提高实际操作的成功率.虚拟环境下的拟实组装微机械的组装包括互相独立的3个步骤:微机械部件的制作,部件的对准(Alignment)和部件的焊接(Bonding).对准过程是拟实组装的中心问题.拟实组装从微机械部件设计完成开始,到焊接成功结束虚拟环境中拟实组装操作具体步骤机器人机械学特种机器人：工业机器人、医用机器人、并联机器人、自行式智能机器人、等的设计理论和方法机器人运动学、动力学及控制现代先进机器人技术：冗余度空间机器人多臂协调；可重构模块化机器人技术；微操作机器人技术；机器人智能化及其应用工业机器人的智能化及其工程应用微机器人及应用微机器人系统由四大部分组成,即驱动装置、控制系统、行走机构和操作器。根据目前微机器人移动形式和所处的环境大致可以分为三大类:行走型机器人、管道机器人、人体管道医疗机械微机器人的组成行走机器人主要有轮式和足式二种瑞士制造的轮式微机器人,尺寸为22×20×19mm,通过二个微马达驱动轮子来行走美国麻省理工学院研制的足式微机器人,有6条相同的腿,每条腿有两个驱动器,一台马达控制升降,另一台马达控制前进和后退日本Denso公司研制的管道机器人可以在Φ10mm以下的管道内爬行和垂直运动。在我国,上海大学研制的电磁式移动微机器人,尺寸为Φ15×30mm,可以在Φ20mm的管道内移动微型管道机器人微型机器人在农业、核工业、医学、军事和航空等领域里有着广泛的应用。在农业上,可以用来杀灭害虫,定点洒农药。在核工业上,可以用来处理核电站事故、进行设备维修以及对核燃料进行处理。在医学上,医用微型机器人的研究正在不断取得展,瑞典科学家初步研制出一种新的超微型机械人,尺寸只有0.5×0.25mm,将来有可能放入人体的血管运行,帮助抽出不正常的细胞或检视细菌。在军事上,可以用于军事要地的报警,防卫战略要地等;可以攻击敌人的重要设施,实现定点爆破;可以深入敌后获取重要的军事情报。在航天上,发射微型卫星可以大大降低卫星的成本和发射费用微型机器人的应用超微型机械人微型机器人的研究趋势：(a)无缆化方向的发展:微型机器人的能源供给有两种形式:一种是有缆,一种是无缆。现在研究的微型机器人大多是通过有缆控制的,这种能源供给方式比较简单、方便,但限制了微机器人的移动距离和行走路径;而无缆能源供应就不会有这些方面的影响,可以让微机器人沿着任何路径移动,这方面的研究仅仅处于试验阶段。日本Denso公司利用微波进行无缆供能,开发了如图5所示的15mm无缆管道微机器人,可以用来检测管道狭窄处的微裂缝。(b)智能化方向的发展:智能机器人是指具有感知、思维和行动功能的机器,可以自主地完成较为复杂的操作任务,比一般的工业机器人具有更大的灵活性和更广泛的应用领域,当处于特殊环境中时,可以在没有人干预和控制的情况下完成特殊任务。(c)纳米级尺寸的发展:随着纳米技术的发展,科学家们预测将来地球上将会活跃着大量的微型机器人,甚至是纳米级机器人。在科学家设想中,可以向人体血液中注射一些纳米级机器人,可以用来治疗心脏病等无缆管道微机器人环保机械设计理论和方法水处理设备废渣处理设备江、河、湖、泊、水库梳浚和清淤的成套机电设备机电产品绿色设计的基础理论、设计技术及工具城市垃圾处理设备支柱产业机械设计理论和方法农业机械设计理论和方法冶金机械设计理论和方法运输机械设计理论和方法工程机械设计理论和方法建筑机械设计理论和方法加工机械设计理论和方法轻工机械设计理论和方法军工机械设计理论和方法军用工程机械现代设计理论和方法军用工程机械特种作业装置设计军用舰艇设计理论和方法航天、航空装备现代设计理论和方法2、机械基础设计理论和方法摩擦学机械动力学现代机构学典型零部件设计理论和方法机械的损伤和强度理论摩擦学（摩擦、磨损、润滑）现代摩擦、磨损和润滑理论典型摩擦副摩擦学设计理论与方法材料抗磨、减磨性能微动摩擦学生物与生态摩擦学减摩、耐磨理论及技术表面改性材料摩擦学理论和技术摩擦学测试技术和方法机械动力学强非线性多自由度机械系统动力学机电耦合系统非线性动力学振动的利用与控制工程：振动利用工程学；机电系统的振动与运动控制大型复杂转子系统动力学微机械系统动力学时变多体系统非线性动力学机械系统动态性能及低噪声设计机器人运动学、动力学机械动力学机械动力学研究的几个主要方面：动力学建模动力学分析动力学控制机械动力学（动力学建模）动力学建模：理论建模实验建模联合建模理论建模：研究重点为多柔体系统、刚柔混合多体系统以及充液多体系统的动力学与仿真。机械动力学（动力学建模）机械动力学（理论建模）在描述机器人步行、机械手抓取与释放、航天器对接等过程中,多体力学模型的拓朴结构或自由度会由于部件相接触而变化,这样的力学系统被称作变拓扑结构系统。研究变拓扑结构多刚体系统的基础是合理简化接触/碰撞问题。对变拓扑结构多刚体系统的研究已深入到三维接触、计入摩擦的斜碰撞等问题。在三维接触/碰撞问题中,远比二维接触复杂。相当一部分多体系统的理论建模导致微分代数方程。非线性微分代数方程的数值求解仍存在许多问题,成为制约复杂多体系动力学数值仿真可靠性的关键。实验建模旨在确定系统中一些难以由理论分析得到的复杂因素,如系统阻尼、磁悬浮轴承刚度、约束和支撑处的间隙、摩擦等机械动力学（实验建模）联合建模对于线性时不变系统,基于有限元和实验模态分析的联合建模方法已实用化,但工程实践仍有许多问题需要进一步研究。随着系统尺度不断减小,对模型的精度要求提高,但更精细的振动实验相当困难。对于线性时变系统、非线性系统、时滞系统,理论与实验联合建模的研究还很少,对模型修正准则及模型可靠性的研究几乎空白。

机械动力学（联合建模）机械动力学（动力学分析）1.动力学分析与控制的一体化在智能化机电产品中,机、电、磁等子系统必然相互作用,系统的动力学与控制也必然相互耦合。目前,在这一层次上的研究大多是用经典方法分析一些线性子系统的耦合问题,自顶向下的设计也限于线性系统。在部分研究中,已采用描述函数等工具刻划非线性环节的基波行为,但利用非线性动力学近代方法的设计尚很少。针对复杂机电系统在非线性、控制器、作动器方面的特点,发展大系统理论、系统综合设计、自顶向下设计方法及软件将是今后的重要任务。机械动力学（动力学分析）2.高维时变系统与参激振动日趋高速、轻柔的机构必须采用快时变、多自由度动力系统模型来描述,其行为相当复杂。为了改善高速柔性机构的动力学特性,机构动力学主动控制正引起人们重视,采用压电传感器和作动器控制柔性机构运行中的振动逐渐成为一个研究热点。快时变系统的一个突出特征是参激振动,人们对其认识还很不充分,研究方法也多限于自由度数很少的系统。机械动力学（动力学分析）3.高维非线性系统的大范围动力学人们对单自由度非线性系统的动力学已有了比较深入和全面的认识。对于多自由度非线性系统,认识则多限于某一方面。例如,单参数变化时系统的低余维分叉行为,限定从零初始状态出发的系统长期动力学等。在机械动力学范畴,考察不同初始状态对系统长期动力学影响的研究还很少。依靠解析或半解析方法只可能部分地解决这类问题。只有发展高效、可靠的数值计算方法和结果表示手段才有可能面对实际问题。4.具有控制时滞的系统动力学随着控制速度提高,以及结构、机构日趋轻柔引起的高阶弹性模态效应,各类控制器和作动器的时滞已成为影响系统动力学性能、甚至导致敏系统失稳的重要因素。由于时滞动力系统具有无限维解空间,研究其局部和全局动力学特性非常困难。对于时滞机械系统,已有研究主要集中在给定因设计参数条件下的系统稳定性分析和Ｈｏｐｆ分叉。该领域悬而未决的问题很多。其中,如何研究系统全局特性以及如何利用时滞改善系统性能或许是最引人注目的问题。机械动力学（动力学分析）5.智能控制系统的动力学复杂非线性系统的传统动力学控制技术受到精确建模困难、控制理论欠缺等困扰,短期内很难有革命性的突破。因此,人们对基于人工智能的建模与控制技术寄予很高期望。采用神经网络建模,运用模糊逻辑、基因算法等进行最优控制特别适用于具有强非线性和不确定因素的复杂系统动力学问题。机械动力学（动力学分析）1.控制分叉控制分叉的基本思想是:在系统运行过程中实时调节控制参数,当系统接近分叉时破坏分叉条件,越过分叉后再恢复控制参数。这种控制可用于抑制转子跨临界转速时的振动,减小切削颤振,还可推广到许多机械系统的动力学过程控制。使用中的主要困难是:要通过大量数值计算事先深入了解非线性系统的瞬态过程。机械动力学（动力学控制）2.控制混沌控制混沌是非线性科学与工程相结合的一个研究热点。对于机械系统来说,以下几方面的研究颇具实际意义:(1)用最低代价消除系统的有害混沌运动;(2)在振动机械中实现具有足够鲁棒性的混沌运动;(3)将混沌运动稳定到指定的周期运动上;(4)利用混沌运动实现系统状态快速转迁。机械动力学（动力学控制）3.周期运动的镇定实践中,人们期望机械系统所产生的周期运动未必有足够的稳定性裕度,甚至是不稳定的。这时,需要对周期运动进行镇定。线性时不变系统的周期运动镇定问题归结为系统极点配置,已比较成熟。近期研究侧重于非线性系统不稳定周期运动的镇定。例如:对绳线卫星的镇定。机械动力学（动力学控制）机械的损伤和强度理论机械结构损伤和强度理论结构疲劳强度理论和寿命预测机械强度可靠性理论与试验技术系统可靠性分析与设计机械结构应力分析与监控现代机构学机构结构理论空间连杆机构运动学、动力学平面、空间弹性机构运动学、动力学平面、空间间隙机构运动学、动力学新型高副机构的理论与应用空间连杆机构运动学、动力学基于混沌理论和控制的机构学新理论和新方法典型零部件设计理论和方法滑动轴承稳定性的主动控制理论和技术动静压混合轴承设计的理论和方法转子轴承系统动力学磁悬浮轴承转子系统动力学理论、方法与控制弹性润滑理论与轴承动力学耦合的轴承动力学分析齿轮传动动态强度设计方法侧隙可调试式变齿厚平面蜗杆传动磁流体密封设计理论和方法新型齿轮传动空间啮合理论和方法3、现代设计理论和方法※并行设计（有专题）并行设计的技术特征并行设计中的关键技术※系统设计（有专题）

系统设计的理论和方法机械系统设计的理论和方法系统设计的的主要研究方向现代设计理论和方法之一——现代设计方法学

※功能设计功能分析功能设计的原理和方法※模块化设计模块化系统的分类模块化设计的方法和步骤模块化设计理论和关键技术模块化设计的现状与趋势现代设计理论和方法之一——现代设计方法学

组合化/系列化/模块化设计的理论和方法组合化/系列化/模块化设计基本理论和方法模块划分的基本理论和方法模块综合的基本理论和方法组合化/系列化/模块化设计支持环境和工具※价值工程价值工程的工作程序价值工程的理论、技术和方法※质量功能配置系统的质量功能配置过程及其特点

质量功能配置的理论、方法方法和关键技术※反求工程技术

反求工程技术的研究对象反求工程技术的研究特点反求工程技术的相关理论和研究方法

现代设计理论和方法之一——现代设计方法学

※绿色设计（有专题）绿色设计的特点绿色设计的理论和关键技术绿色设计的发展※模糊设计模糊优化设计；模糊可靠性设计；模糊控制设计；模糊神经网络与模糊专家系统现代设计理论和方法之一——现代设计方法学

※面向对象的设计面向对象的分析；面向对象的设计；面向对象设计的实现；面向对象设计的应用※工业造型设计工业造型设计的特征工业造型设计基本方法工业造型设计发展新动向

现代设计理论和方法之一——现代设计方法学

并行设计、网络化协同设计、异地设计的理论和方法过程协调资源配置任务管理冲突处理组织结构支持技术现代设计理论和方法之一——现代设计方法学

大批量定制产品设计的理论和方法大批量定制模式下的产品建模的理论及方法大批量定制模式下的产品设计的理论及方法大批量定制模式下生产管理的相关理论和技术面向大批量定制的集成设计系统现代设计理论和方法之一——现代设计方法学

※有限元法

有限元法的应用及现状※智能计算机辅助设计（有专题）※优化设计（有专题）最优化设计技术的现状与未来现代设计理论和方法之二——计算机辅助设计技术智能设计、优化设计、仿生设计理论和方法仿生演化设计理论和方法（专题）优化设计理论和方法（专题）智能设计理论和方法（专题）※模拟仿真和虚拟设计（有专题）现代产品开发中的重要文撑技术——模拟仿真技术模拟仿真技术的发展※工程数据库工程数据库系统的发展动向

现代设计理论和方法之二——计算机辅助设计技术※可靠性设计机械可靠性、电子可靠性、软件可靠性※安全设计安全设计的基本程序与方法；安全设计风险评价；结构安全设计※动态分析与设计动态分析、动态设计动态设计中的非线性问题、机构弹性动力学现代设计理论和方法之三——可信性设计可靠性设计的理论和方法机械强度可靠性理论与试验技术机械系统可靠性优化理论与技术大型和复杂机械系统可靠性理论与技术※防断裂设计

防断裂设计的工程方法制造过程中的断裂控制设计运行、维修和试验条件下的断裂控制防断裂设计的安全、可靠性评价※疲劳可靠性设计疲劳可靠性设计的方法疲劳可靠性设计在工程应用中的主要问题※减摩耐磨设计现代设计理论和方法之三——可信性设计※防腐蚀设计

※健壮设计：健壮设计的理论和方法；机械系统的稳健设计※耐环境设计：环境防护技术；环境试验评价※维修性设计和维修保障设计

维修性设计与分析维修保障设计维修性与维修保障技术的综合发展趋势※测试性设计：测试性设计的理论和方法；固有测试性设计测试点的配置；测试性验证和熟化现代设计理论和方法之三——可信性设计※人机工程设计※产品可靠性试验※产品环保性能试验与控制※仿真试验与虚拟试验

快速成形技术与仿真试验虚拟试验技术的一般方法虚拟试验技术及设备现代设计理论和方法之三——可信性设计大型复杂机电系统的全局耦合机理与系统功能生成大型复杂机电系统耦合设计理论与并行设计方法复杂机电液系统集成设计现代设计理论和方法之四

——大型复杂机电系统设计理论与方法4、数字化设计理论与技术基于网络的数字化设计理论与技术基于虚拟现实的数字化设计理论与技术CAD/CAM中的核心技术CAD/CAM中的核心技术CAD/CAM中的特征技术CAD/CAM中的编码技术空间曲面几何动力学与功能曲面理论复杂空间曲面的数学描述空间复杂曲面的几何形状与功能性设计空间复杂曲面的CAD/CAM集成化产品协同设计过程建模和管理支持产品快速创新设计的集成化产品协同设计系统三维通用设计、重大专用产品设计、工业造型设计的技术基于知识的CAD/CAE/CAPP/CAQ集成技术大规模客户化、集成化产品协同设计系统基于网络的数字化设计理论与技术面向产品全生命周期的产品信息建模与多视图数据管理；多种通用设计、工艺、制造软件的集成；支持协同设计与制造的项目计划和文档管理；应用开发工具与集成接口开发；网络设计和制造网络支持企业集成异地设计异地制造电子商务网络设计和制造：具有网络的支持；由处于不同地理位置的企业构成；各企业组织成员之间以相互协作的方式来设计、制造高质量和客户化的产品；从用户需求调查、产品订购、产品设计制造、销售、售后服务等一系列活动都在网络上进行。以Internet技术为基础,在全球范围内动态地建立起产品研制、生产、销售、服务网络,快速响应市场需求,以期获得最佳的经济效益。其内容包括：(1)客户化分布式网络制造模式充分体现面向用户的思想,主要表现在面向客户的设计、定制、监督、更改、维护与维修。(2)分布性客户化分布式网络制造的分布性特征表现在参与联盟的企业在地理位置上可以处于不同的国家和地区。(3)网络化利用以因特网为标志的信息高速公路,将分布在不同地理位置的制造资源连接成一个有机的整体,实现信息交流和资源共享,产品生产通过竞争合作方式进行。(4)动态性构成客户化分布式网络制造的成员不象传统企业那样一成不变,而是为了共同的利益通过某个市场机遇暂时合在一起。(5)集成性在Internet/Intranet和分布式数据库管理系统的支持下,将分布式网络制造系统在功能、信息和生产制造过程实现有效的集成。网络设计、制造的特征网络设计、制造结构InternetXMLXMLXMLXMLXMLXMLXMLXML企业服务器企业服务器行业大型机行业大型机区域小型计算机区域小型计算机计算机计算机网络设计、制造结构网络制造企业组织（主干网）客户供应商企业1企业2企业3企业4企业5设计地点1设计地点2制造地点1制造地点2制造地点3网络设计、制造结构网络设计、制造的条件（1）要有完备和网络环境：Internet/Intranet基于Intranet的制造环境内部网络化和基于Internet的制造业与外界联系的网络化

Intranet实现企业中工程设计、管理信息系统等制造过程各子系统的集成

通过Internet网可实现企业与外界的联系，把生产商、供应商、销售商等在一条链路上的所有环节都联系起来

（2）实现企业内部的信息集成，

深化应用CAX、技术，提高企业在计算机网络支持的新型制造模式下的管理水平

产品数字化及其集成平台应用工具集网络化协同设计制造系统快速制造系统（3）建设必要的平台、工具和系统网络设计、制造环境网络环境：Internet/Intranet网络化设计制造集成平台网络化协同设计制造系统应用工具集网络化设计制造集成平台能支持设计人员群体协同设计活动的多媒体交互的集成应用系统，以提高群体设计的效率和质量。l

协同设计过程建模工具l

冲突协商处理工具l

网上协同提案与论证工具l

网上协同产品建模技术分散网络化产品开发资源管理平台，具有如下功能：l

分散设计资源库的动态链接l

设计资源网上发布、查询与访问l

网络化用户信息与售后服务、质量跟踪、用户反馈信息的收集与处理l

网上异地数据仓库的数据动态维护、卸载与恢复机制、产品数据的完整性检验l

远程异构设计制造资源管理与访问l

基于Internet/Intranet的产品数据管理技术（BOM的动态生成与协同管理、产品配置设计网络化技术开发、远程BOM版本与变更控制、网络化工作流管理等）l

制造业物流管理技术基于虚拟现实的数字化设计理论与技术（另有专题）5、信息集成与设计过程管理企业设计资源管理技术

基于信息网络的异地设计协同管理技术

设计过程的组织与管理模式产品设计数据管理技术

产品设计档案管理技术

设计信息的集成与共享6、设计过程的支撑技术三维CAD平台产品数字化设计集成平台网络化协同设计系统产品虚拟设计系统面向产品参数设计、结构设计、拓朴设计的优化设计、动态设计、有限元分析与仿真集成平台清华大学：摩擦学；现代设计技术；传感与测试技术；微米/纳米技术等。该学科点在摩擦学研究方面处于全国领先地位，近年来在纳米摩擦学与分子动力学模拟、微机械与微尺度力学、表面工程与纳米技术应用、薄膜润滑理论及其应用、非线性动力学与故障诊断技术、与摩擦学相关的设计与制造技术、摩擦学测试技术等领域开展了较多的研究工作。某些高校机械设计及理论学科的主要研究方向北京航空航天大学：现代设计学方面的变胞机构的构态变化和自动组合；空间连杆机构运动学、动力学方面的机构结构理论；先进机器人技术研究；面向航空航天产品的数字化设计；摩擦润滑与新型传动技术方面的滑动轴承稳定性的主动控制理论和技术、磁流体密封理论和铁磁流体制备；动静压混合轴承。某些高校机械设计及理论学科的主要研究方向北京科技大学：板带轧机力学行为与性能的研究；大型设备的运行行为与状态监测、控制；工业机械力学强度、控制与仿真；大型工业机械行为分析与控制；大型机电系统控制理论和方法；大型工业机械效能评判和寿命研究。工业机械现代设计理论和方法；工业机械仿真与虚拟仿真；工业机械系统方案设计与创新技术；工业机械系统性能优化与稳健设计。某些高校机械设计及理论学科的主要研究方向上海交通大学：现代工程中（包括：机械、动力、海洋、运输、航天、石化、冶金、电力、轻工等）机械设备的振动、冲击、噪声的发生机理、动态特性、建模理论与分析控制方法；新的减振、防冲、降噪方法与振动利用技术，发展与其有关的测试、信号处理与实验分析技术；提高机械设备的性能指标，改善其力学状态与声学环境。某些高校机械设计及理论学科的主要研究方向东北大学:在结构疲劳与可靠性方面的研究工作在国内有重要影响,主要研究方向包括：重大装备的静动态强度主动设计及其完整性与可靠性分析；智能结构设计与失效分析中的图像处理技术；机械传动学及计算机仿真技术；边界润滑及生态摩擦学的理论及应用某些高校机械设计及理论学科的主要研究方向燕山大学：冶金机械研究与开发；并联机器人理论与应用；机械液压伺服控制及工况故障监测；现代机械设计方法及应用、现代数值方法及其应用；零件成形技术的多学科仿真、虚拟轧机及其产品质量预报技术、型钢、冷弯型钢关键技术与优化设计。某些高校机械设计及理论学科的主要研究方向中南大学：高性能材料成型制造机械的理论研究与技术集成、高性能材料成型制造工艺过程的多学科耦合设计与控制；超常非场材料机械设计理论；材料成型制造过程精良控制的多技术集成与融合；恶劣环境下的机器人和复杂机电液压系统集成、特种机器人设计理论与技术；液压冲击机构设计理论与技术，复杂机电液系统集成。工作界面亚微米动力学行为研究和多学科耦合设计；工作界面动力学稳定的多学科耦合设计；塑性加工界面润滑模态研究；润滑剂分子吸附特性研究及润滑膜结构设计。空间曲面几何