現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法區(qū)別

1、.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法區(qū)別（1）直覺(jué)設(shè)計(jì)階段 古代的設(shè)計(jì)是一種直覺(jué)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)人們或是從自然現(xiàn)象中直接得到啟示，或是全憑人的直觀感覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)制作工具。設(shè)計(jì)方案存在于手工藝人頭腦之中，無(wú)法記錄表達(dá)，產(chǎn)品也是比較簡(jiǎn)單的。直覺(jué)設(shè)計(jì)階段在人類歷史中經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)期，17世紀(jì)以前基本都屬于這一階段。（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，單個(gè)手工藝人的經(jīng)驗(yàn)或其頭腦中的構(gòu)思已很難滿足這些要求。于是，手工藝人聯(lián)合起來(lái)，互相協(xié)作。一部分經(jīng)驗(yàn)豐富的手工藝人將自己的經(jīng)驗(yàn)或構(gòu)思用圖紙表達(dá)出來(lái)，然后根據(jù)圖紙組織生產(chǎn)。圖紙的出現(xiàn)，即可使具有豐富經(jīng)驗(yàn)的手工藝人通過(guò)圖紙將其經(jīng)驗(yàn)或構(gòu)思記錄下來(lái)，傳與他人，便于用圖紙對(duì)產(chǎn)品進(jìn)

2、行分析、改進(jìn)和提高，推動(dòng)設(shè)計(jì)工作向前發(fā)展；還可滿足更多的人同時(shí)參加同一產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng)，滿足社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的需求及提高生產(chǎn)率的要求。因此，利用圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，使人類設(shè)計(jì)活動(dòng)由直覺(jué)設(shè)計(jì)階段進(jìn)入到經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。（3）半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 20世紀(jì)以來(lái)，由于科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究和實(shí)驗(yàn)研究得到加強(qiáng)，隨著理論研究的深入、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，已形成了一套半經(jīng)驗(yàn)半理論的設(shè)計(jì)方法。這種方法以理論計(jì)算和長(zhǎng)期設(shè)計(jì)實(shí)踐而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)這套方法進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)，稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。所謂“傳統(tǒng)”是指這套設(shè)計(jì)方法已延用了很長(zhǎng)

3、時(shí)間，直到現(xiàn)在仍被廣泛地采用著。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)又稱常規(guī)設(shè)計(jì)。（3）現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段 近30年來(lái)，由于科學(xué)和技術(shù)迅速發(fā)展，對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)不斷深入，設(shè)計(jì)工作所需的理論基礎(chǔ)和手段有了很大進(jìn)步，特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，對(duì)設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了革命性的突變，為設(shè)計(jì)工作提供了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)或和精密計(jì)算的條件。例如CAD技術(shù)能得出所需要的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果資料、生產(chǎn)圖紙和數(shù)字化模型，一體化的CAD/CAM技術(shù)更可直接輸出加工零件的數(shù)控代碼程序，直接加工出所需要的零件，從而使人類設(shè)計(jì)工作步入現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段。此外，步入現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段的另一個(gè)特點(diǎn)就是，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已不是僅考慮產(chǎn)品本身，并且還要考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的影響；不僅要考慮技術(shù)

4、領(lǐng)域，還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益；不僅考慮當(dāng)前，還需考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。例如，汽車設(shè)計(jì)，不僅要考慮汽車本身的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，還需考慮使用者的安全、舒適、操作方便等。此外，還需考慮汽車的燃料供應(yīng)和污染、車輛存放、道路發(fā)展等問(wèn)題。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用長(zhǎng)期設(shè)計(jì)實(shí)踐和理論計(jì)算而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)用中得到不斷完善和提高，是符合當(dāng)代技術(shù)水平的有效設(shè)計(jì)方法。分析傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以看出傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是依靠設(shè)計(jì)者用手工方式來(lái)完成的。首先憑借設(shè)計(jì)者直接的或間接的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)類比分析或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定方案，由于方案的擬

5、定很大程度上取決于設(shè)計(jì)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，即使同時(shí)擬定幾個(gè)方案，也難于獲得最優(yōu)方案。由于分析計(jì)算受人工計(jì)算條件的限制，只能用靜態(tài)的、近似的方法，參考數(shù)據(jù)偏重于經(jīng)驗(yàn)的概括和總結(jié)，往往忽略了一些難解或非主要的因素，因而造成設(shè)計(jì)結(jié)果的近似性較大，有時(shí)不符合客觀實(shí)際。此外，信息處理、經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)的存儲(chǔ)和重復(fù)使用方面還沒(méi)有一個(gè)理想的有效方法，解算和繪圖也多用手工完成，這不僅影響設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，也難以做到精確和優(yōu)化的效果。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)與美學(xué)也未能做到很好的統(tǒng)一，使設(shè)計(jì)帶有一定的局限性。這些都是有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善之處?？傊?，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是一種以靜態(tài)分析、近似計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、手工勞動(dòng)為特

6、征的設(shè)計(jì)方法。顯然隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)的需要和市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)以及先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的出現(xiàn)，這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已難以滿足當(dāng)今時(shí)代的要求，從而迫使設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷研究和發(fā)展新的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是過(guò)去長(zhǎng)期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的延伸和發(fā)展，是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的深入、豐富和完善。隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)理論的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)計(jì)工作包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。為區(qū)別過(guò)去常用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法，人們把這些新興理論與方法稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)。“現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)”就是以滿足市場(chǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本、價(jià)格綜合效益最有為目的，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體，以知識(shí)為依托，

7、以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品活動(dòng)過(guò)程所用到的技術(shù)群體的總稱。現(xiàn)代設(shè)計(jì)不僅指設(shè)計(jì)方法的更新，也包含了新技術(shù)的引入和產(chǎn)品的創(chuàng)新。目前現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法所指的新興理論與方法主要包括優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、有限元法、工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、并行工程、價(jià)值工程、反求工程設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、相似性設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)、三次設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)等?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)系如下。繼承關(guān)系?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是過(guò)去長(zhǎng)期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的延伸和發(fā)展，它繼承了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的精華，克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些不足。共存于突破的關(guān)系。設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，都有著時(shí)序性、繼承性，兩種方法在

8、一定時(shí)間內(nèi)還會(huì)共存。當(dāng)前的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法正處在發(fā)展之中，可以預(yù)見(jiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步必將有新的突破。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)、試湊、靜態(tài)、定性分析、手工勞動(dòng)為特征，導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)質(zhì)量差，設(shè)計(jì)費(fèi)用高，產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中相繼出現(xiàn)了一系列新型理論與方法。這些新興理論與方法統(tǒng)稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)主要有下列特點(diǎn)。（1） 系統(tǒng)性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是邏輯的、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。目前有兩種體系：一種是德國(guó)倡導(dǎo)的設(shè)計(jì)方法學(xué)，用從抽象到具體的發(fā)散的思維方法，以“功能原理結(jié)構(gòu)”框架為模型的橫向變異和縱向綜合，用計(jì)算機(jī)構(gòu)造多種方案，評(píng)價(jià)決策選出最優(yōu)方案。另一種是美國(guó)倡導(dǎo)的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)學(xué)，

9、在知識(shí)、手段和方法不充分的條件下，運(yùn)用創(chuàng)造技法，充分發(fā)揮想象，進(jìn)行辯證思維，形成新的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是經(jīng)驗(yàn)、類比的設(shè)計(jì)方法，用收斂性的思維方法，過(guò)早地進(jìn)入具體方案，對(duì)功能原理的分析既不充分又不系統(tǒng)，不強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，也很難得到最優(yōu)方案。（2） 社會(huì)性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期，發(fā)展了“面向X”技術(shù)，即在設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)考慮制造、維修、成本、包裝、運(yùn)輸、回收、質(zhì)量等因素。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程中，從產(chǎn)品的概念形成到報(bào)廢處理的全壽命周期中的所有問(wèn)題，都要以面向社會(huì)、面向市場(chǎng)為主導(dǎo)思想考慮解決。設(shè)計(jì)過(guò)程中的功能分析、原理方案確定、結(jié)構(gòu)方案確定、造型方案確定，都要隨時(shí)按市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)

10、規(guī)律進(jìn)行盡可能定量的市場(chǎng)分析、經(jīng)濟(jì)分析、價(jià)值分析?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)要求，以并行工程方法指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)管理體制的改革和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，以相似性設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)來(lái)更好地滿足廣泛的變化的社會(huì)需求，以反求工程技術(shù)消化、應(yīng)用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，以摩擦學(xué)設(shè)計(jì)方法來(lái)提高機(jī)械效率，已三次設(shè)計(jì)方法來(lái)有效地提高產(chǎn)品性能價(jià)格比。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是由技術(shù)主管指導(dǎo)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中多為單純注意技術(shù)性，設(shè)計(jì)產(chǎn)品試制后才進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析、成本核算，很少考慮社會(huì)問(wèn)題。（3） 創(chuàng)造性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)激勵(lì)創(chuàng)造沖動(dòng)，突出創(chuàng)新意識(shí)，力主抽象的設(shè)計(jì)構(gòu)思，擴(kuò)展發(fā)散的設(shè)計(jì)思維、多種可行的創(chuàng)新方案，廣泛深入地評(píng)價(jià)決策，集體運(yùn)用創(chuàng)造技法，搜索創(chuàng)新工藝試驗(yàn)，不斷要求最優(yōu)方案

11、。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是封閉收斂的設(shè)計(jì)思維，陷入思維定勢(shì)，過(guò)早地進(jìn)入定型實(shí)體結(jié)構(gòu)，采用經(jīng)驗(yàn)類比和直接主官的評(píng)價(jià)決策。（4） 宜人性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的實(shí)用性，外觀形體的美觀性、藝術(shù)性和時(shí)代性，在保證產(chǎn)品物質(zhì)功能的前提下，盡量使用戶產(chǎn)生新穎舒暢等精神感受。他要求從人的生理和心理特征出發(fā)，通過(guò)功能分析、界面安排和系統(tǒng)綜合，滿足人一機(jī)一環(huán)境等之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，發(fā)揮系統(tǒng)潛力，提高效率。工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)和人機(jī)工程提高了產(chǎn)品的精神功能，不斷滿足宜人性要求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的物質(zhì)功能，忽視或不全面考慮精神功能，而僅憑經(jīng)驗(yàn)或自發(fā)地考慮人一機(jī)一環(huán)境之間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)訓(xùn)練用戶來(lái)適應(yīng)機(jī)器的要求。（5） 最優(yōu)化 現(xiàn)代

12、設(shè)計(jì)重視綜合集成，在性能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、制造工藝、使用、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等各種約束條件之下，在廣泛的學(xué)科領(lǐng)域之間，通過(guò)計(jì)算機(jī)以高效率綜合集成為最新科技成果，尋求最優(yōu)方案和參數(shù)。它利用優(yōu)化設(shè)計(jì)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和工程遺傳算法等求出各種工作條件下的最優(yōu)解。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于自然優(yōu)化，在設(shè)計(jì)評(píng)定再設(shè)計(jì)的循環(huán)中，憑借設(shè)計(jì)人員的有限知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和判斷力選取較好方案，因而受任何效率的限制，難以對(duì)多變量系統(tǒng)在廣泛影響因素下進(jìn)行定量?jī)?yōu)化。（6） 動(dòng)態(tài)化 現(xiàn)代設(shè)計(jì)在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，考慮生產(chǎn)中實(shí)際存在的多種變化量（如產(chǎn)品工作可靠性問(wèn)題中的考慮載荷譜、負(fù)載率等隨機(jī)變量）的影響，進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的最優(yōu)化，根據(jù)概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，

13、針對(duì)載荷、應(yīng)力等因素的離散性，用各種運(yùn)算方法進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，對(duì)一些復(fù)雜的工程分析問(wèn)題還可用有限元法、邊界元法等數(shù)值解法得到滿意的結(jié)果。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以靜態(tài)分析和少變量為主。如機(jī)械學(xué)中將載荷、應(yīng)力等因素做集中處理，由此考慮安全系數(shù)，這與實(shí)際工況相差較遠(yuǎn)。（7） 設(shè)計(jì)過(guò)程智能化 這是指借助于人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)，由計(jì)算機(jī)完成一部分原來(lái)必須由設(shè)計(jì)者進(jìn)行的創(chuàng)造性工作?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)認(rèn)為，各種生物在自己的某些領(lǐng)域里具有極高的水平。仿生學(xué)研究如何模仿生物的某些高水平的能力。由于生物中人的只能最高，人能通過(guò)知識(shí)和信息的獲取、推理和運(yùn)用，解決極復(fù)雜的問(wèn)題。在已被認(rèn)識(shí)的人的思維規(guī)律的基礎(chǔ)上，在智能工程理論的指導(dǎo)下，以計(jì)算

14、機(jī)為主模仿人的職能活動(dòng)，能夠設(shè)計(jì)出高度智能化的產(chǎn)品和系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)局部上自發(fā)地運(yùn)用某些仿生規(guī)律，但這很難達(dá)到高度智能化的要求。（8） 設(shè)計(jì)手段的計(jì)算機(jī)化和數(shù)字化 計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已從早期的輔助分析、計(jì)算機(jī)繪圖，發(fā)展到現(xiàn)在的優(yōu)化設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、三維建模、設(shè)計(jì)過(guò)程管理、設(shè)計(jì)制造一體化、仿真和虛擬制造等。特別是網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用，加速了設(shè)計(jì)進(jìn)程，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，便于對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)程的管理，方便了各有關(guān)部門(mén)及協(xié)作企業(yè)間的信息交換。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是人工計(jì)算、繪圖、使用簡(jiǎn)單的工具，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率都受限制，修改設(shè)計(jì)也不方便。（9） 設(shè)計(jì)和制造一體化 它強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型和計(jì)算機(jī)集成制造。設(shè)計(jì)過(guò)程

15、組織方式由傳統(tǒng)的順序方式逐漸過(guò)渡到并行設(shè)計(jì)方式，與產(chǎn)品有關(guān)的各種過(guò)程并行交叉的設(shè)計(jì)，這可以減少各種修改工作量，有利于加速工作進(jìn)程，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。并行設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)工作精深和有關(guān)專家協(xié)同工作，有利于得到整體最優(yōu)解。設(shè)計(jì)手段的擬實(shí)化，三維造型技術(shù)、仿真及虛擬制造技術(shù)以及快速成型技術(shù)，使得人們?cè)诹慵圃熘熬涂梢钥吹剿男螤钌踔撩剿?，可以大大改進(jìn)設(shè)計(jì)的效果。現(xiàn)代設(shè)計(jì)利用高速計(jì)算機(jī)，可以將各種不同目的設(shè)計(jì)方法、各種不同的設(shè)計(jì)手段綜合起來(lái)，以求得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解。現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較系統(tǒng) 方法 手段傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 靜態(tài) 經(jīng)驗(yàn) 手工現(xiàn)代設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài) 科學(xué) 計(jì)算機(jī)1)機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)零件的可靠性設(shè)計(jì)是指在規(guī)定

16、的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下、完成規(guī)定功能的能力可靠性設(shè)計(jì)的主要特征是將常規(guī)設(shè)計(jì)方法中所涉及的設(shè)計(jì)變量如材料強(qiáng)度、疲勞壽命、尺寸、應(yīng)力等，看成服從某種分布的隨機(jī)變量然后根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)要求，用概率統(tǒng)計(jì)的方法得出零部件和元器件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和尺寸根據(jù)概率論的觀點(diǎn)，再孤立地講安全系數(shù)是沒(méi)有意義的，必須和對(duì)應(yīng)的可靠性聯(lián)系起來(lái)比如：按常規(guī)設(shè)計(jì)方法，安全系數(shù)大于1的零件是不應(yīng)該失效的，但在實(shí)際中，安全系數(shù)很大的零件也有發(fā)生失效的事件，這種現(xiàn)象從我們常規(guī)的設(shè)計(jì)方法是不能理解的，而從概率設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)講是完全合乎規(guī)律的如將引起零件失效的因素統(tǒng)稱為“應(yīng)力”，用S表示，則S可表示為各種失效因素，S (i=1、2 、

17、 )的函數(shù)S=廠(s1，s2， ，s )同樣將零件抵抗失效的因素稱為“強(qiáng)度”，用r 表示，則r可表示為各種影響強(qiáng)度的因素 (i=1、2、 、 )的函數(shù)r=g( l，r2， ，rn)在可靠性設(shè)計(jì)中，由于應(yīng)力S和強(qiáng)度r都是隨機(jī)變量，因此，判斷一個(gè)零件是否安全可靠，是以強(qiáng)度r大于應(yīng)力S所發(fā)生的概率來(lái)表示的，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為R()=P(rS) R式中R()表示零件在運(yùn)行中的安全概率，即可靠度它是指零件在工作時(shí)間內(nèi)的一種能力R稱為零件的許用可靠度，它表示零件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的一種能力，即許用安全概率2)機(jī)械零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)按傳統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，對(duì)絕大多數(shù)零件(如齒輪模數(shù)、齒數(shù)、輪齒寬、螺

18、旋角等參數(shù))所設(shè)計(jì)的結(jié)果盡管在剛度、強(qiáng)度兩方面可以滿足設(shè)計(jì)要求，但由于經(jīng)驗(yàn)性和盲目性，而不能達(dá)到最優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)跳出了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，它是在符合一系列限制條件的前提下，求出滿足最優(yōu)效果的設(shè)計(jì)參數(shù)解，由于計(jì)算量大，在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)前只是推斷，近年來(lái)該技術(shù)有了很快的發(fā)展這里借助一個(gè)例子簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)基本概念例 設(shè)計(jì)一容積為、r的無(wú)蓋圓柱筒，要求用料最省(1)設(shè)計(jì)變量：設(shè)計(jì)中必須最后確定的各個(gè)參數(shù)如上例中圓柱筒底面半徑 l，桶高X2(2)約束條件：各個(gè)變量從實(shí)際工程出發(fā)，其取值范圍所受到各種各樣的限制和條件約束分為等式約束和不等式約束如上例中桶的容積 V=舵12z2 等式約束桶底圓半徑 l0 不等式約束

19、桶高 z20 不等式約束(3)目標(biāo)函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)是預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)中各設(shè)計(jì)變量關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式如上例中，用料最省(4)最優(yōu)化方法：最優(yōu)化問(wèn)題也稱數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，根據(jù)數(shù)學(xué)模型中是否包含約束條件分為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題和約束優(yōu)化問(wèn)題常見(jiàn)無(wú)約束化方法有：一維搜索法、梯度法、牛頓法、共軛方向法常見(jiàn)約束優(yōu)化法有：約束一維搜索、可行方向法、懲罰函數(shù)法等如上例即可構(gòu)造懲罰函數(shù)求解 l、 23)機(jī)械零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在主要是人工資料檢索、手工計(jì)算和繪圖的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往需要較多的人力和較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期特別是對(duì)一些復(fù)雜的計(jì)算及繪圖，只能采取近似計(jì)算及作圖，影響了設(shè)計(jì)的質(zhì)量計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)可把人們的經(jīng)驗(yàn)、智慧和創(chuàng)造力

20、與計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的功能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。有利于發(fā)揮人和機(jī)器的各自特長(zhǎng)，大大加速設(shè)計(jì)進(jìn)程借助于CAD系統(tǒng)，我們可以用精確計(jì)算代替近似計(jì)算，用計(jì)算機(jī)繪圖代替手工繪圖，從而使設(shè)計(jì)理論和結(jié)果日趨完善基于機(jī)械加工的參數(shù)化汽車變速器零件設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中常常涉及到實(shí)體表面為空間去面構(gòu)成的零件，如蝸桿、蝸輪和斜齒輪的齒廓表面、螺紋和螺旋的形成表面。對(duì)于這一類零件用簡(jiǎn)單的并、交和差運(yùn)算方法來(lái)造型是非常困難的，在這種情況下可采用機(jī)械加工的方法來(lái)構(gòu)造零件的實(shí)體模型。程序的基本算法為：（1） 分別定義表示零件和加工刀具的AcDb3dSolid類指針；（2） 調(diào)用AcDb3dSolid類的成員函數(shù)構(gòu)造零件毛坯和刀具；

21、（3） 利用三維幾何變換矩陣將刀具移到零件毛坯的加工位置；（4） 調(diào)用Acad:ErrorStatus booleanOper()函數(shù)進(jìn)行差運(yùn)算，在零件毛坯上除去被加工部分；（5） 用循環(huán)結(jié)構(gòu)和三維幾何變換矩陣改變刀具和零件毛坯的位置，重復(fù)進(jìn)行差運(yùn)算，直到模型建立完成。在每調(diào)用一次booleanOper()函數(shù)進(jìn)行差運(yùn)算時(shí)，表示刀具的實(shí)體將從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除。因此，生成的刀具只能在循環(huán)結(jié)構(gòu)中使用一次。解決的方法為：一是每進(jìn)行一次差運(yùn)算，重新成一把刀具，二是只生成一把刀具，然后在每次差運(yùn)算中利用復(fù)制的刀具參加運(yùn)算。顯然，采用第二種方法有利于縮短刀具生成時(shí)間。在ARX應(yīng)用程序中，實(shí)體的復(fù)制不宜用ads

22、-command（）函數(shù)調(diào)用系統(tǒng)的“COPY”命令，而應(yīng)調(diào)用ARX庫(kù)中的克隆函數(shù)clone()來(lái)完成。調(diào)用形式為：AcDbEntity*Clone=AcDbEntity:cast(p0Bj-clone():其中，pClone表示生成的復(fù)制對(duì)象指針：p0b表示源對(duì)象的指針。下面通過(guò)變速器斜齒輪齒廓成實(shí)例，說(shuō)明在ARX應(yīng)用程序中三維實(shí)體造型的設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵技術(shù)。程序的設(shè)計(jì)思路和斜齒輪齒廓成原理首先，按斜齒輪齒頂圓等尺寸要求生成圓柱體；第二，按齒形的尺寸要求生成刀具；第三，用循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行差運(yùn)算，逐步形成齒輪齒廓。為了減少對(duì)實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算的次數(shù)、縮短齒廓生成時(shí)間，在循環(huán)結(jié)構(gòu)中只成一個(gè)齒槽，其余部分利

23、用復(fù)制技術(shù)和交運(yùn)算生成。齒輪齒廓的生成原理為：將斜齒輪傾斜角和齒輪寬度分成n等份，在齒輪圓柱體要軸線每旋轉(zhuǎn)1/n轉(zhuǎn)，刀具沿軸線移動(dòng)1/n齒寬時(shí)，做一次布爾差運(yùn)算，重復(fù)執(zhí)行。當(dāng)一個(gè)齒形完成后，用同樣的方法生成第二個(gè)齒的齒廓，直到形成一個(gè)360的完整齒輪。零件模型的參數(shù)控制方法零件的特征系統(tǒng)文件是與實(shí)體描述文件緊密相關(guān)的。實(shí)體描述文件可以獨(dú)自構(gòu)成實(shí)體模型，而特征系統(tǒng)文件僅將實(shí)體中部分信息提取出來(lái)，不具備生成實(shí)體的能力，不能脫離實(shí)體而存在。在基于ObjectARX的AutoCAD二次開(kāi)發(fā)環(huán)境下，采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)對(duì)已生成的模型進(jìn)行修改。設(shè)計(jì)人員可以在特征系統(tǒng)文件中定義各種參數(shù)，包括數(shù)值量尺寸值、布爾量是否

24、包括某一特征，還可以在特征系統(tǒng)文件中利用尺寸符號(hào)表達(dá)式建立尺寸的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的參數(shù)控制。因此，對(duì)于汽車變速器這樣的系列產(chǎn)品，建立了零件參數(shù)化特征模型后，利用特征系統(tǒng)文件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的特征組成及定型尺寸及定位尺寸的參數(shù)控制，從而實(shí)現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)及尺寸的零件生成。另一方面，修改零件操作命名文件可以生成圖形，因此修改特征系統(tǒng)文件和修改操作命令文件都可以生成圖形，實(shí)現(xiàn)圖形參數(shù)控制。對(duì)于復(fù)雜零件，編寫(xiě)參數(shù)化操作命令文件比較困難，不容易得到需要的結(jié)果；而建立了零件參數(shù)化模型后采用修改特征系統(tǒng)文件的方法則有較大的靈活性。但在生成零件時(shí)，執(zhí)行的是操作命令文件，特征系統(tǒng)文件只能作為操作命令文件執(zhí)行中調(diào)用的一部

25、分，用來(lái)執(zhí)行修改操作。在變速器零件圖型參數(shù)化生成中，采用了這兩種修改方法。變速器的設(shè)計(jì)方法1. 設(shè)計(jì)要求的確定汽車變速器的設(shè)計(jì)工作是將變速器功能及其他要求轉(zhuǎn)化為具體結(jié)構(gòu)。汽車變速器的主要功能是是汽車在各種使用條件下得到足夠的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性，此外還應(yīng)使汽車具有倒向行駛、中斷動(dòng)力行駛等。汽車變速器設(shè)計(jì)要求有：是汽車具有良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性、具有空檔和倒檔、操作簡(jiǎn)便、工作可靠、噪聲小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等。2. 設(shè)計(jì)階段分析下面按設(shè)計(jì)方法學(xué)觀點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以便更好地了解設(shè)計(jì)過(guò)程。在說(shuō)明性設(shè)計(jì)模型中，一般都包括方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。方案設(shè)計(jì)從功能分析開(kāi)始，在復(fù)雜系統(tǒng)中采用功能

26、分解原則將復(fù)雜系統(tǒng)分解為功能元，每個(gè)功能元功能單一易用結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。可以用形態(tài)學(xué)矩陣來(lái)表達(dá)功能分解的過(guò)程。汽車機(jī)械式變速器經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，已積累了相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，形成不少定型的產(chǎn)品。現(xiàn)代汽車大都采用三軸式變速器，某些微型車和轎車也有選用二軸式變速器的。在變速器上廣發(fā)采用斜齒輪傳動(dòng)，用同步器換檔。汽車變速器方案設(shè)計(jì)具體內(nèi)容包括：（1） 確定變速器的軸數(shù)，如兩軸式、三軸式；（2） 確定變速器檔位數(shù)和各檔數(shù)比；（3） 檔位布置的先后順序；（4） 倒檔傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)；在手工設(shè)計(jì)過(guò)程中，方案設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員擔(dān)任。設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及參考相似產(chǎn)品，利用一定的繪圖和計(jì)算手段完成設(shè)計(jì)方案。下面

27、對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行歸納。汽車變速器的方案設(shè)計(jì)遵循下列一些原則：為滿足變速器軸足夠的剛性及裝配工藝性和換檔方便，汽車變速器中低檔一般布置在靠軸的后支撐處，并按低檔到高檔的順序布置各檔齒輪。一般對(duì)于前進(jìn)檔的采用同步器換檔，對(duì)于倒檔采用滑動(dòng)齒輪換檔。倒檔布置方案根據(jù)倒檔傳動(dòng)比級(jí)變速器外形尺寸要求確定。在各檔傳動(dòng)比設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)汽車最高車速確定最高檔傳動(dòng)比，然后按等比級(jí)數(shù)大致確定其他各檔的傳動(dòng)比。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)方案設(shè)計(jì)中確定的變速器中各零部件的布置順序及裝配方式，大致確定各零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，包括各檔齒輪結(jié)構(gòu)及主要尺寸，各軸的結(jié)構(gòu)及主要尺寸，同步器的結(jié)構(gòu)及主要尺寸。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)變速器中個(gè)零件設(shè)

28、計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出個(gè)零件的機(jī)構(gòu)、尺寸，即需要確定各檔齒輪、同步器、軸、軸承、花鍵的結(jié)構(gòu)和詳細(xì)尺寸，并將這些零件級(jí)變速器裝配件以圖形的方式表達(dá)出來(lái)。在手工設(shè)計(jì)過(guò)程中，各零件的結(jié)構(gòu)及尺寸主要是根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相似產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸得到的。先參考同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)建立一種結(jié)構(gòu)模型，然后根據(jù)設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，從上到下逐步細(xì)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中要不斷校核原來(lái)設(shè)計(jì)，如果滿足不了設(shè)計(jì)的要求，需求根據(jù)經(jīng)驗(yàn)修改其中某些參數(shù)，然后重新開(kāi)始細(xì)化過(guò)程。從整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看，手工設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的試探性設(shè)計(jì)過(guò)程。在手工設(shè)計(jì)過(guò)程中，產(chǎn)品的性能主要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段確定，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，因此所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品性能如何設(shè)計(jì)人員也不很清楚，而只能通過(guò)試制、試驗(yàn)來(lái)確定。如果設(shè)計(jì)結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，就重新修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)甚至方案設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行下一輪設(shè)計(jì)。在手工設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)非常重要，而如果缺少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)就需要多次反復(fù)進(jìn)行，這樣影響產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。在近百年中，汽車設(shè)計(jì)技術(shù)也經(jīng)歷了由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展到以科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)