简单工具
传统 蒸汽机械 电气机械 现代 机电一体化
人力、畜力
蒸汽 普通电机 控制电机
简单工具
机械构件 机械构件 机械构件
自然材料
钢铁 钢铁 钢铁、塑料
人类五官
人类五官 人类五官 电子器件
人脑
人脑 逻辑电路 计算机
1.2 机械产品设计
1.2.2 新产品开发
表1-3 新产品开发的五个阶段
发展阶段
技术推动
考试时间： 最后一次课(5月10号)之后
第1章 绪论
1.1 现代设计 1.2 机械产品设计 1.3 部分现代设计方法简介
1.1 现代设计
1.1.1 设计的概念
广义：是一种创造性的活动，其目的在于决定产品的包括性能、 过程、服务及整个生命周期各个方面的品质，以获得一种使 生产者和消费者都能满意的整体。(国际工业设计学会) 狭义：将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动(包括 图纸、软件程序和技术文档等) 。 重 要 性
1.1 现代设计
动态化：现代设计在静态分析的基础上，考虑载荷谱、负载 率等随机变量，进行动态多变量最优化。传统设计以静态分析和 少变量为主，将载荷、应力等因素作集中处理，由此考虑安全系 数，与实际工况相差较远。
宜人性：现代设计强调产品内在质量的实用性、外观质量的 美观性、艺术性、时代性、在保证产品物质功能的前提下，要求 对用户产生新颖舒畅等精神功能。传统设计强调产品的物质功能， 忽视或不能全面考虑精神功能。 智能化：现代设计在已认识的人的思维规律基础上，以计算 机为主模仿人的智能活动，能够设计出高度智能化的产品。传统 设计在局部上自发地运用了某些仿生规律，但很难达到高度智能 化的要求。 CA化：现代设计广泛使用计算机使设计、计算、绘图、制造、 改进一体化，大大提高设计精度、稳定性和效率，修改也极为方 便。传统设计是人工计算绘图。
1.1 现代设计
1.1.5 现代设计的原则
设计原则是产品应满足的要求，是对设计行为的约束。 1. 功能满足原则 产品具备所要求的功能。 2. 质量保障原则 包括性能指标、可靠性、强度原则、刚度 原则、稳定性、抗磨损性、抗腐蚀性、抗蠕变性、动态特性、 平衡特性、热特性等。 3. 工艺优良原则 包括可制造性、可装配性、可测试性。 4. 经济合理原则 开发成本低。 5. 社会适用原则 包括环境友好性、环境适应性、人机友好 性、可维修性、安全性、可安装性、可拆卸性、可回收性。
方法
设计方法 预测技术
主要指导理论
设计方法学 技术预测理论 市场学 信息学 系统工程学 形态学 创造学 思维心理学 决策论 模糊数学
原 理 方 案 设 计
功能分解 功能元求解 功能载体组合 功能原理方案(多个) 原理试验 评价决策 最优原理方案 原理参数表、方案原理图
系统化设计法 创造技法 评价决策方法
总体设计 结构设计 造型设计 造型价值分析 外观方案(多个) 试验模型 评价决策 最优造型方案
技 术 设 计
结构价值分析 结构方案(多个) 试验 评价决策 最优结构方案
最优技术设计方案 总体布置图、装配 草图、技术文件 总体效果图、 外观效果模型
价值设计 优化设计 可靠性设计 宜人性设计 产品造型设计 系列化设计 机械性能设计 工艺性设计 自动化设计
1.1 现代设计
1.1.3 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，是由 个别到一般、具体到抽象、感性到理性，逐步归纳、演绎、综 合而发展起来的。 现代设计的内涵：以满足产品的质量、性能、时间、成本／ 价格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，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创 造产品活动过程所用到的技术群体的总称。
施工设计阶段
施工设计是把技术设计的结果变成施工的技术文件。一般来说， 要完成零件工作图、部件装配图、造型效果图、设计和使用说明书、 设计和工艺文件等。
1.2 机械产品设计
表1-4 机械产品设计一般进程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阶段
产 品 规 划
步骤 信息集约
产品设计任务 预测调研 可行性分析 明确任务要求 可行性报告、设计要求项目表 总功能分析
1.2 机械产品设计
1.2.4 设计的一般过程
产品规划阶段
产品规划、明确设计任务就是决策开发新产品，为新技术系统设 定技术过程和边界，是一项创造性的工作。
原理方案设计阶段
是指新产品的功能原理设计。
技术设计阶段
是把新产品的最优原理方案具体化。首先是总体设计，然后分为 同时进行的实用化设计和商品化设计两条设计路线，经过试验和评价 得到最优结构方案和最优造型方案。
1.2 机械产品设计
例： 冲床功能分解：送料 + 冲制 + 退回
冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速； 送料功能细分：间歇送料； 1) 往复运动、增力、急回功能元可用以下两种机构来实现： φ 10 0.8
凸轮机构
六杆肘杆机构
2）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；
两级带传动；两级齿轮传动；一级带传动+一级齿轮传动。
70 60 50 40 30 20 10 0
对成本的影响 所需的工时成本
设计
生产准备 与加工
原材料与 外购件的采购
管理和销售
1.1 现代设计
1.1.2 设计发展阶段
1)直觉设计阶段 从自然现象中直接得到启示，或凭人的 直观感觉来设计制作工具。 2)经验设计阶段 到17世纪，有经验的人将自己的经验或 构思用图纸表达出来，然后根据图纸组织生产。 3)半理论半经验设计阶段 20世纪初，以理论计算和长期 设计实践形成的经验、公式、图标、设计手册等作为设计依据， 通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。 4)现代设计阶段 20世纪60年代，设计工作实现设计自动 化和精密计算。同时，对产品的设计不仅考虑产品本身，还要 考虑对系统和环境的影响；不仅考虑技术领域，还要考虑社会、 经济等因素；不仅考虑当前，还要考虑长远发展。
并行工程方法
开发新产品由生产系统和社会系 并行设计组 并行工程，精简机 系统集成和网络 统共同完成。 构、模糊分工 (扩大)
1.2 机械产品设计
1.2.3 设计类型
根据机械产品设计任务不同，分为两种类型： 开发性设计(新型设计)：应用可行的新技术，创新构思，设 计工作原理和功能结构创新的产品，或赶超先进水平，或适应 政策要求，或避开市场热点开发有特色的冷门产品。效益高、 风险大。 适应性设计(变型设计)：工作原理和结构方案保持不变，变 更局部或增设部件，加强辅助功能；或变更现有产品结构配置 和尺寸，改进材料工艺。占所有设计的70%左右。
1.2 机械产品设计
对于最典型的开发性设计，机械产品设计分三个阶段： （一）功能原理设计 1、任务：针对某一确定的功能要求，寻求一些物理效应，并 借助于某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理 2、重点：创新构思，思维发散，多解评优，简图示意 3、特点： (1) 以新的物理效应代替旧的物理效应，使机器的工作原理发 生根本变化 (2) 开发人员有新概念、新构思，引入新技术、 新材料、新工艺 (3) 机器的品质发生质的变化 4、工作要点： (1) 明确所要设计任务的功能目标 (2) 调查分析已有的解法 原理 (3) 创新构思，寻求更合理的解法 (4) 初步预想实用化 的可能性 (5) 认真进行原理性试验
1.2 机械产品设计
（三）商品化设计 1、任务：要保证产品在技术上和在市场竞争中都取得成功 2、重点：产品功能原理的新颖性，产品技术性能的先进性， 对市场要求的适应性。 3、特点： (1) 销售策略：市场调查，广告宣传，售后服务 (2) 经营策略：提高产品质量，增加技术储备，树立企业信誉 (3) 设计策略：性能的适用性变化，艺术造型、价值分析 4、工作要点： (1) 性能的改变：①适应不同条件②开发新功能③增添附加功能 (2) 产品性能尺寸系列化，零部件标准化，非标零部件通用化， 零部件设计模块化 (3) 工业产品艺术造型 (4) 价值分析
现代设计方法
吉林大学材料学院锻压教研室
课程性质
课程性质： 材料加工专业的技术基础课
学时学分：
24/1.5 教材： 《现代设计方法》赵松年 机械工业出版社 2011 《优化设计》 何忠保 吉林大学出版社 2005
成绩评定
成绩评定： 期末考核成绩占70%
实验成绩占总成绩的12% （实验课4学时） 实验时间地点：第5-8周 材料馆423 平时成绩（出勤、作业）占总成绩的18%
特点
某种新技术的应用，推动新功能 产品的形成 市场的某种需求，促进新功能产 品的出现 技术推动与需求拉动相结合
负责单位
设计部门 设计部门 设计部门
工程方法
串行工程方法(信息 处理间断，数据生 成重复)
传统
需求拉动 推拉结合
同时考虑功能、制造、成本、周 期等，由计算机网络下的包括设 并行设计组 功能和过程集合 计、工艺、计划、制造和装配部 门的生产系统共同开发 现代
1.2 机械产品设计
1.2.1 现代机械
• 定义：由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械 力、运动、物质流和能量流在内的动力学任务的、机械和电 子部件相互联系的伺服系统。 表1-2 各个发展阶段的机械产品的典型组成部分
典型组成部分 机械发展阶段 能源、动力 作业、执行 结构、机体 传感、检测 控制、运筹
1.1 现代设计
1.1.4 现代设计的特点
系统性：现代设计方法是逻辑的、系统的设计方法。传统设计 方法是经验的、类比的设计方法。
社会性：现代设计开发新产品的整个过程，从产品的概念形成 到报废处理的全寿命周期中的所有问题，都要以面向社会、面向 市场为指导思想全面考虑解决。传统设计过程中注意技术性，设 计试制后进行经济分析、成本核算，很少考虑社会问题。