機械現(xiàn)代設(shè)計與

1、機械現(xiàn)代設(shè)計與第二章 機械現(xiàn)代設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計 機械現(xiàn)代設(shè)計與 2傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計 2-1 現(xiàn)代設(shè)計方法 一、現(xiàn)代設(shè)計的概念1設(shè)計設(shè)計是復(fù)雜的思維過程，設(shè)計過程蘊涵著創(chuàng)新和發(fā)明的機會。傳統(tǒng)設(shè)計又稱常規(guī)設(shè)計，分為初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計三個步驟。 機械現(xiàn)代設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計將傳統(tǒng)設(shè)計中的經(jīng)驗、類比法設(shè)計提高到邏輯的、理性的、系統(tǒng)的新設(shè)計方法，是在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進行動態(tài)多變量的最優(yōu)化。機械現(xiàn)代設(shè)計與（1）系統(tǒng)性現(xiàn)代設(shè)計把設(shè)計對象看作一個系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程概念進行分析和綜合，通過功能分析、系統(tǒng)綜合等方法，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)，使人積之間的功能相互協(xié)調(diào)。 現(xiàn)代設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計比較

2、，有下列幾個特征： 機械現(xiàn)代設(shè)計與（2）創(chuàng)造性現(xiàn)代設(shè)計強調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設(shè)計、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品。只有創(chuàng)新才能有所發(fā)明。但是，今天的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)高度發(fā)展，創(chuàng)新往往是在已有技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合。有的新產(chǎn)品是根據(jù)別人的研究實驗結(jié)果而設(shè)計，有的是博采眾長，加以巧妙地組合。機械現(xiàn)代設(shè)計與（3）綜合性現(xiàn)代設(shè)計在設(shè)計過程中，綜合考慮、分析市場需求、設(shè)計、生產(chǎn)、管理、使用、銷售能各方面的因素；綜合運用優(yōu)化是系統(tǒng)工程、可靠性理論、價值工程、技術(shù)等學(xué)科的知識，探索多種解決設(shè)計問題的科學(xué)途徑。機械現(xiàn)代設(shè)計與（4）程式性現(xiàn)代設(shè)計研究設(shè)計的一般進程，包括一般設(shè)計戰(zhàn)略和用于設(shè)計各個具體部分的戰(zhàn)

3、術(shù)方法。要求設(shè)計者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計到實驗、試制，按步驟有計劃地進行設(shè)計。 機械現(xiàn)代設(shè)計與二、現(xiàn)代設(shè)計方法的特點和范疇 （1）信息論方法如信息分析法，技術(shù)預(yù)測法的，它們是現(xiàn)代設(shè)計方法的前提。（2）系統(tǒng)論方法如系統(tǒng)分析法，人機工程等。現(xiàn)代設(shè)計方法是科學(xué)方法論在設(shè)計中的應(yīng)用，可歸納為下列具有普遍意義的方法：機械現(xiàn)代設(shè)計與（3）控制論方法如動態(tài)分析法等。（4）優(yōu)化論方法如有優(yōu)化設(shè)計等，它是現(xiàn)代設(shè)計法的目標(biāo)化。（5）對應(yīng)論方法如相似設(shè)計等。（6）智能論方法如計算機輔助設(shè)計、計算機輔助計算等。（7）壽命論方法如可靠性和價值工程等。機械現(xiàn)代設(shè)計與（8）離散論方法如有限元及邊界元方法。

4、（9）模糊論方法如模糊評價和決策等。（10）突變論方法創(chuàng)造性設(shè)計，它是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ)上。（11）藝術(shù)論方法如藝術(shù)造型等。機械現(xiàn)代設(shè)計與三、現(xiàn)代設(shè)計方法研究的概況 日本自1960年以來開始有關(guān)現(xiàn)代設(shè)計方法的研究，提高設(shè)計人員素質(zhì)，開展工程技術(shù)教育?，F(xiàn)在日本在產(chǎn)品開發(fā)中的更新速度受到全世界的關(guān)注，其產(chǎn)品的競爭能力已給許多國家造成巨大壓力和挑戰(zhàn)。機械現(xiàn)代設(shè)計與在美國的設(shè)計工作中，產(chǎn)品設(shè)計圖紙基本上由計算機繪制，設(shè)計者可以擺脫常規(guī)的技術(shù)工作，集中精力進行創(chuàng)造性設(shè)計。美國的學(xué)者強調(diào)“創(chuàng)造性設(shè)計”，提倡設(shè)計中創(chuàng)造能力的開發(fā)，把設(shè)計活動分為創(chuàng)造分析決策三個步驟。機械現(xiàn)代設(shè)計與我國對現(xiàn)代設(shè)計方法的研究是從上世

5、紀80年代開始的，通過派留學(xué)生到國外進修學(xué)習(xí)和請國外專家來講學(xué)，組織各種類型的講習(xí)班，培訓(xùn)班、開展國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流等，推廣和普及現(xiàn)代設(shè)計的基本知識。由于世界各國對設(shè)計方法的研究越來越重視，目前已成為一項國際性學(xué)術(shù)活動。有關(guān)國家組織了關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計方法的國際會議，比如國際工程設(shè)計會議（ICED）就是其中之一。機械現(xiàn)代設(shè)計與四、現(xiàn)代設(shè)計方法簡介1優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計方法的重要內(nèi)容之一，它以數(shù)學(xué)規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以電子計算機為工具，在充分考慮各種設(shè)計約束的前提下，尋求滿足某些將預(yù)定目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)計方案。機械現(xiàn)代設(shè)計與（1）優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件是優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的三個要素。求X

6、=x1,x2,.,xnT，使minf(X)=f(x1,x2,.,xn)XRns.t. gi(X)0(i=1,2,p)hj(X)=0(j=1,2,q)機械現(xiàn)代設(shè)計與（2）優(yōu)化方法其基本思想是搜索、迭代和逼近。即求解時，從某一初始點出發(fā)，利用函數(shù)在某一局部區(qū)域的性質(zhì)和信息，確定每一迭代步驟的搜索方向和步長，去尋找新的迭代點，這樣一步一步地重復(fù)數(shù)值計算，用改進后的新設(shè)計點替代老設(shè)計點，逐步改進目標(biāo)函數(shù)，并最終逼近極值點。 機械現(xiàn)代設(shè)計與2變型產(chǎn)品設(shè)計為了滿足使用者的不同要求，可在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行變型產(chǎn)品的開發(fā)，使零件標(biāo)準化化、部件通用化、產(chǎn)品系列化。變型產(chǎn)品系列包括：縱系列產(chǎn)品，橫系列產(chǎn)品和跨系列

7、產(chǎn)品。縱系列產(chǎn)品設(shè)計也稱相似系列產(chǎn)品設(shè)計，是在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上利用相似理論求各擴展型產(chǎn)品的尺寸和參數(shù)。機械現(xiàn)代設(shè)計與基型產(chǎn)品一般選在系列產(chǎn)品的中檔，為常用型號。系列產(chǎn)品是指具有相同功能、相同結(jié)構(gòu)方案，相同或相似加工工藝，且各產(chǎn)品相應(yīng)的尺寸參數(shù)及性能指標(biāo)具有一定級差的產(chǎn)品?；彤a(chǎn)品基型產(chǎn)品機械現(xiàn)代設(shè)計與在系列產(chǎn)品設(shè)計中，一般有兩種造型原理：幾何級數(shù)的幾何相似產(chǎn)品系列和幾何級數(shù)的半相似產(chǎn)品系列。中系列產(chǎn)品設(shè)計的步驟依次是基型設(shè)計、確定相似類型、定各尺寸、參數(shù)級差，求各擴展型產(chǎn)品尺寸參數(shù)及確定全系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸等。系列產(chǎn)品造型原理系列產(chǎn)品造型原理機械現(xiàn)代設(shè)計與3價值工程設(shè)計設(shè)計的目標(biāo)是在滿足功能需求

8、的前提下，提高產(chǎn)品的價值。價值是產(chǎn)品功能與成本的綜合反映，即CFV 式中，V產(chǎn)品的價值（實用價值）；F產(chǎn)品具有的功能；C實現(xiàn)該功能說和耗費的成本。 機械現(xiàn)代設(shè)計與2-2創(chuàng)新設(shè)計1創(chuàng)新設(shè)計的特點（1）獨創(chuàng)性獨創(chuàng)性體現(xiàn)為敢于提出與前人、眾人不同的見解，敢于打破一般思維的常規(guī)慣例，尋找更合理的新原理、新機構(gòu)、新功能、新材料，獨創(chuàng)性能使設(shè)計方案標(biāo)新立異，不斷創(chuàng)新。 （2）實用性實用性體現(xiàn)在對市場的適應(yīng)性和可生產(chǎn)型兩方面。機械現(xiàn)代設(shè)計與（3）突破性人們往往從考慮某類問題獲得成功的思維模式中尋求解題方案，受到“思維定式”的約束。突破性敢于克服心理上的慣性，從思維定式的框框中解脫出來，善于從新的技術(shù)領(lǐng)域中接

9、受有用的事物，提出新原理、創(chuàng)造新模式、貢獻新方法，為工程技術(shù)問題打開新局面。（4）多向性善于從多種不同角度考慮問題，是創(chuàng)新設(shè)計的重要特征。 機械現(xiàn)代設(shè)計與（5）連動性創(chuàng)造性思維也是一種連動思維，它引導(dǎo)人們由已知探索未知，開闊思路。連動思維包括縱向、橫向、逆向思維?？v向思維針對某現(xiàn)象和問題進行縱深思考，探尋其本質(zhì)而得到新的啟示。橫向思維通過某一現(xiàn)象聯(lián)想到特點與它相似和相關(guān)的事物，從而發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用。逆向思維針對現(xiàn)象、問題和解法，分析其相反的方面，從另一角度探尋新的途徑。機械現(xiàn)代設(shè)計與（6）突變型自覺思維、靈感思維是在創(chuàng)造性思維中對問題產(chǎn)生的一種突如其來的領(lǐng)悟和理解。在思維過程中突然閃現(xiàn)出一種新設(shè)想、

10、新觀念，從而使問題得到解決。如果阿基米德從洗澡時浴缸中水的溢出產(chǎn)生靈感而推出浮力定律。又如美國工程公司杜里埃研究如何使汽油和空氣均勻混合以保證內(nèi)燃機有效工作的問題，一天他看到妻子噴灑香水而受到啟發(fā)，創(chuàng)造了發(fā)動機的汽化器。機械現(xiàn)代設(shè)計與2創(chuàng)新設(shè)計的類型（1）開發(fā)設(shè)計在未知情況下，根據(jù)產(chǎn)品總功能和約束條件，提出新原理、進行技術(shù)設(shè)計。（2）變異設(shè)計在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對產(chǎn)品的缺點和用戶的要求，進行變型產(chǎn)品的開發(fā)，以適應(yīng)市場需要。機械現(xiàn)代設(shè)計與（3）反求設(shè)計針對已有的新進展產(chǎn)品和樣機，分析其關(guān)鍵技術(shù)，在消化、吸收、引進先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用移植、組合、改造等方法，設(shè)計創(chuàng)新產(chǎn)品。 機械現(xiàn)代設(shè)計與四、創(chuàng)

11、新設(shè)計方法創(chuàng)新設(shè)計方法有很多種，下面簡單介紹智力激勵法、提問追溯法、聯(lián)想類推法、返向探求法、系統(tǒng)分析法、組合創(chuàng)新發(fā)六種。機械現(xiàn)代設(shè)計與1智力激勵法人的創(chuàng)造性思維特別是直覺思維在受激發(fā)情況下能得到較好地發(fā)揮。一批人集合在一起，針對某個問題進行討論時，由于各人知識、經(jīng)驗不同，觀察問題的角度和分析問題的方法各異，提出的各種主意能互相啟發(fā)，填補知識空隙，啟發(fā)誘導(dǎo)出更多創(chuàng)造性思想，通過激勵、智慧交流和集智達到創(chuàng)新的目的。 機械現(xiàn)代設(shè)計與2提問追溯法提問追溯法是有針對性地、系統(tǒng)地提出問題，在回答問題過程中，便可能產(chǎn)生各種解決問題的設(shè)想，使設(shè)計所需要的信息更充分，解法更完善。提問追溯法有奧斯本體溫法、阿諾爾特提問法、希望點列舉法、缺點列舉法。 機械現(xiàn)代設(shè)計與3聯(lián)想類推法通過由此及彼的聯(lián)想和異中求同，同中求異的類比，尋求各種創(chuàng)新解法。利用聯(lián)想進行發(fā)明創(chuàng)新是一種常用而且十分有效的辦法。許多發(fā)明者都善于聯(lián)想，許多發(fā)明創(chuàng)新也得益于聯(lián)想的妙用。類比聯(lián)想由一事物或現(xiàn)象聯(lián)想到與其有類似特點的其他事物或現(xiàn)象，從而找出創(chuàng)新解法。 機械現(xiàn)代設(shè)計與4返向探求法將人們通常思考問題的思路反轉(zhuǎn)過來，從背逆常規(guī)的途徑探尋新的解法，因此返向探求法亦稱逆向思維法。例如聲音既是振動那么振動為什么不能復(fù)現(xiàn)原聲呢？通過這樣的反問，發(fā)明了留聲機。機械現(xiàn)代設(shè)計與5系統(tǒng)分析法對于技術(shù)系統(tǒng)，根據(jù)其組成國有影