现代机械设计学9644.pptx
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1、现代设计学现代设计学二二0000二年十月二年十月技术系统技术系统(黑箱)(黑箱)能量能量物料物料信息信息能量能量物料物料信息信息机械设计及理论学科概述机械设计及理论学科概述智能设计和优化设计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、制造虚拟现实和虚拟设计、制造面向生命周期的设计、绿色设计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、应用机械多体系统动力学分析:现状、软件、应用机电系统动态设计机电系统动态设计现化设计学内容现化设计学内容现代设计学教学安排(现代设计学教学安排(2002博士生用)博士生用)
2、序号序号内内容容主讲教师主讲教师时间时间地点地点1机械设计及理论学科概述机械设计及理论学科概述钟毅芳钟毅芳10月月10东三东三2262智能设计和优化设计智能设计和优化设计钟毅芳钟毅芳肖人彬肖人彬10月月1710月月24东三东三2263现代设计理论和方法现代设计理论和方法钟毅芳钟毅芳10月月3111月月7东三东三2264虚拟现实和虚拟设计、制造虚拟现实和虚拟设计、制造钟毅芳钟毅芳11月月14东三东三2265面向生命周期的设计、绿色设计面向生命周期的设计、绿色设计李成刚李成刚胡于进胡于进11月月21东三东三2266机械多体系统动力学分析:机械多体系统动力学分析:现状、软件、应用现状、软件、应用张云
3、清张云清11月月2812月月5东三东三2267机电系统动态设计机电系统动态设计廖道训廖道训黄其柏黄其柏蔡敢为蔡敢为12月月1212月月1912月月26东三东三226注:(注:(1)“15”部分写一份综合报告,交钟毅芳;部分写一份综合报告,交钟毅芳;“6、7”部分写一份综合报告,交廖道训(黄其柏、蔡敢为)。部分写一份综合报告,交廖道训(黄其柏、蔡敢为)。(2)上课时间:)上课时间:617周周星期四星期四14节节现代设计学现代设计学(第(第1 1讲)讲)机械设计及理论学科概述机械设计及理论学科概述二二0000二年十月二年十月机械设计及理论学科概述机械设计及理论学科概述现代制造业的特点现代制造业的特
4、点机械设计及其在产品开发过程中的地位机械设计及其在产品开发过程中的地位机械设计的学科体系与相关学科机械设计的学科体系与相关学科机械设计及理论学科发展方向机械设计及理论学科发展方向一、现代一、现代制造业制造业的特点的特点全球化制造全球化制造以知识为基础以知识为基础的新产品竞争的新产品竞争敏敏 捷捷 制制 造造经济和社会经济和社会经济和社会经济和社会的发展的发展的发展的发展科学和技术科学和技术科学和技术科学和技术的发展的发展的发展的发展制造业环境的变化制造业环境变化的主要表现l 产品生命周期缩短产品生命周期缩短l 交货期成为主要竞争因素交货期成为主要竞争因素l 大市场和大竞争大市场和大竞争l 用户
5、需求多样化用户需求多样化l 多品种小批量生产比例增大多品种小批量生产比例增大传统经济时代传统经济时代网络经济时代网络经济时代消费者的可选择性消费者的可选择性区域性区域性全球性全球性消费需求消费需求物美价廉,满足物美价廉,满足基本生活需求基本生活需求个性化、多样化个性化、多样化市场市场相对稳定相对稳定快速多变、快速多变、无法预测无法预测生产需求生产需求低成本、高质量低成本、高质量客户化、快速交货客户化、快速交货生产方式生产方式标准化、系列标准化、系列化、大批量化、大批量单件、小批单件、小批量、多品种量、多品种技术与资源技术与资源相对集中相对集中全球分布全球分布竞争要素竞争要素性价比性价比柔性与响
6、应速度柔性与响应速度现代现代制造业的特点制造业的特点现代制造的业生产必须满足现代制造的业生产必须满足T、Q、C、S、E的要求:的要求:现代现代制造业的制造业的T、Q、C、S、ET(Time):):时间、产品开发的生命周期、交贷期时间、产品开发的生命周期、交贷期Q(Quality):质量质量C(Cost):成本):成本S(serve):服务):服务E(Eevironment):环境):环境时间:竞争的决定性因素 7880828486889092942时间时间46810平均产品寿命平均产品寿命 TL TL平均开发时间平均开发时间 TD TDTD TL年数年数多变的市场需求促使交贷期成为多变的市场需
7、求促使交贷期成为竞争诸因素中的首要因素竞争诸因素中的首要因素 质量质量是产品的生命线是产品的生命线质量质量功能功能性能性能不必要功能不必要功能必要功能必要功能过乘功能过乘功能基本功能基本功能辅助功能辅助功能Q(Quality):质量质量降低产品的成本,是一个永恒的课题。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和使用成本),在产品设计过程中就已大体确定(产品成本的已大体确定(产品成本的80%左右左右在设计阶段就已基本确定)。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产品全生命周期的成本在概念设
8、计阶段即有阶段即有70被决定,到基本设计、被决定,到基本设计、详细设计结束时分别有详细设计结束时分别有85和和95的成本业已被决定,而生产以后的的成本业已被决定,而生产以后的阶段只决定阶段只决定5左右的成本左右的成本。C C(Cost Cost):成本):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):服务产品制造的宗旨:最大限度地满足用户的要求产品制造的宗旨:最大限度地满足用户的要求服务包括:服务包括:需求服务需求服务用户参与开发用户参与开发售后服务售后服务产品回收产品回收环境环境可持续发展问题可持续发展问题 可持续
9、发展定义:可持续发展定义:满足当代人的需要,又不对子孙后代满满足当代人的需要,又不对子孙后代满足其需求的能力构成危害的发展足其需求的能力构成危害的发展实质实质可持续发展的核心:可持续发展的核心:保护环境和合理利用资源保护环境和合理利用资源 E(Eevironment):环境):环境2121世纪产品的特征世纪产品的特征 现代现代制造业制造业发展的重要特征发展的重要特征l全球化全球化l数字化数字化l网络化网络化l集成化集成化l并行化并行化l虚拟化虚拟化产品设计产品设计 产品设计过程产品设计过程 产品设计在产品开发过程中的地位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二、机械设计及其在产
10、品开发过程中的地位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设计是从需求出发寻求设计解(产品产品)的过的过程,包括:产品概念设计、详细设计、工艺设程,包括:产品概念设计、详细设计、工艺设计、计、NCNC代码等。代码等。产品设计的核心问题是:创新设计、设计自动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。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。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
11、术。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。期设计中,充分考虑资源和环境的影响的设计。产产 品品 设设 计计需求(含潜在的需求)的确认需求(含潜在的需求)的确认技术可技术可能(含联想到的可能解)扫描能(含联想到的可能解)扫描矛盾统矛盾统一设想(概念一设想(概念 )的产生)的产生经济、技术分经济、技术分析(贯穿全过程)析(贯穿全过程)设想的优选和确认设想的优选和确认结构的优选和确认结构的优选和确认材料材料 的优选和确的优选和确认认加工过程的优选和确认加工过程的优选和确认 研究产
12、品设计过程系统行为的基本规律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。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。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,而现业高效率与高质量地寻求产品设计解,而现今的今的CADCAD技术只能解决产品的二维、三维的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描述,
13、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过程产品设计系统过程产品设计系统过程 产品设计在产品开发过程中的地位产品设计在产品开发过程中的地位 产品设计是产品开发过程中最重要的环节之一,产品设计是产品开发过程中最重要的环节之一,占据着极为重要的地位。占据着极为重要的地位。降低产品的成本,是一个永恒的课题。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(产品本),在产品设计过程中就已大体确定(产品成本的成本的80%左右在设计阶段就已基本确定)。左右在设计阶段就已基本确定)。产品全生命周
14、期的成本在概念设计阶段即有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被决定,到基本设计、详细设计结束时分别有有85和和95的成本业已被决定,而生产以的成本业已被决定,而生产以后的阶段只决定后的阶段只决定5左右的成本左右的成本。=数字化数字化(D)(D)=网络化网络化(N)(N)=敏捷化敏捷化(A)(A)现代设计的特点现代设计的特点三、机械设计的学科体系与相关学科三、机械设计的学科体系与相关学科 学科体系学科体系 领域产品设计领域产品设计 设计理论与方法对设计的支持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设计环境与工具对设计的支持 相关学科相关
15、学科 设计理论与方法:研究产品设计过程的基本规律。目的:力求产品的优化与创新设计理论与方法:研究产品设计过程的基本规律。目的:力求产品的优化与创新支持产品设计的环境与工具支持产品设计的环境与工具支支持持产产品品设设计计全全过过程程的的CADCAD系系统统(分分析析、优优化化设设计计、造造型型)支持产品并行设计的支持产品并行设计的CADCAD系统系统支持产品异地协同设计的支持产品异地协同设计的CADCAD系统系统支持产品设计过程管理的支持产品设计过程管理的PDMPDM系统系统其它其它机构及其零部件设计机构及其零部件设计领域产品(飞机、汽车、机床领域产品(飞机、汽车、机床)设计)设计领域设计理论和
16、知识领域设计理论和知识专专业业机机械械设设计计理理论论和和知识,如:知识,如:汽车设计理论汽车设计理论 机床设计理论机床设计理论 飞机设计理论等飞机设计理论等现代设计方法论现代设计方法论 优化设计优化设计 智能设计智能设计 数字化设计数字化设计 并行设计并行设计 虚拟设计虚拟设计 仿生设计仿生设计 可靠性设计可靠性设计 模块化设计模块化设计 反求设计等反求设计等设计过程的组织与管理设计过程的组织与管理 设设计计过过程程的的组组织织与与管管理理模式模式 设计过程的组织结构设计过程的组织结构 设计过程建模设计过程建模 设设计计过过程程信信息息的的传传递递与与共享共享 异异地地设设计计过过程程的的组
17、组织织与与管理等管理等整机设计整机设计系列设计系列设计基础设计理论和知识基础设计理论和知识 弹塑性力学理论弹塑性力学理论 摩摩擦擦、磨磨损损和和润润滑滑理理论论 机机械械运运动动学学和和动动力力学学理论理论 基基础础零零部部件件设设计计理理论论与方法与方法学科体系学科体系相关学科相关学科相关基础学科相关基础学科市场学;预测学;市场学;预测学;信息工程信息工程机械设计机械设计相关学科相关学科数据库技术;数据库技术;计算机图学计算机图学相似理论;优化技术;相似理论;优化技术;价值工程;摩擦学;价值工程;摩擦学;虚拟技术;仿真技术;虚拟技术;仿真技术;结构强度学;结构强度学;可靠性技术可靠性技术创造
18、学;数学;创造学;数学;物理学;热力学;物理学;热力学;电子学;控制论;电子学;控制论;信息论;工程力学;信息论;工程力学;机械制图;标准化技术;机械制图;标准化技术;公差技术测量;编码技术;公差技术测量;编码技术;制造工程学制造工程学机械零件;结构分析;机械零件;结构分析;制造工程学;振动与噪声;制造工程学;振动与噪声;动态设计;公差技术测量;动态设计;公差技术测量;CADCAD技术技术机械运动学和动力学;机械运动学和动力学;机械学;仿生学;机械学;仿生学;液体传动和控制;液体传动和控制;电气工程学;机械电子学;电气工程学;机械电子学;各各种种专专业业机机械械的的设设计计理理论论和和方法方法
19、产品规划;产品规划;技术经济学技术经济学明确设计任务(规划)明确设计任务(规划)结构方案、原理方案设计结构方案、原理方案设计总体设计总体设计施工设计施工设计四、机械设计及理论学科发展方向四、机械设计及理论学科发展方向领域机械设计理论和方法领域机械设计理论和方法机械基础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现代设计理论和方法信息集成与设计过程管理信息集成与设计过程管理设计过程的支撑技术设计过程的支撑技术数字化设计理论与技术数字化设计理论与技术1、领域机械设计理论和方法、领域机械设计理论和方法成套设备设计、大型机械设备设计、复杂机成套设备设计、大型机械设备设计、复杂机电系统设计的理
20、论和方法电系统设计的理论和方法微型机械设计理论和方法微型机械设计理论和方法环保机械设计理论和方法环保机械设计理论和方法支柱产业机械设计理论和方法支柱产业机械设计理论和方法军工机械设计理论和方法军工机械设计理论和方法机器人机械学机器人机械学成套设备设计、大型机械设备设计、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、控制大型工业机械系统的力学行为、控制与仿真的理论和方法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
21、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复杂机电系统过程虚拟运行与工况控制微型机械设计理论和方法微型机械设计理论和方法微结构设计及其基础理论微结构设计及其基础理论微机械设计及其基础理论微机械设计及其基础理论微机械材料微机械材料微细加工微细加工微装配和封接微装配和封接微系统控制微系统控制微机械:微机械:110mm微小型机械;微小型机械;1m1mm微机械;微机械;1nm1m纳纳米机械;米机械;微机械基础技术微机械基础技术微小微小型型机械与精密机械机械与精密机械微机械微机械微机械是指可以批量制作的微机
22、械是指可以批量制作的,集微型机集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号构、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源等于一体的微型机电系统。日本惯称之为微机械日本惯称之为微机械美国惯称之为美国惯称之为MEMS微机械微机械微机械分类微机械分类毫米系统毫米系统Milli-system微米系统微米系统Micro-system纳米系统纳米系统Nano-system尺寸尺寸 Size0.1-1mm1-100m1m以下以下构造构造Structure立体立体平面平面分子分子材料材料Material金属、高分子金属、高分子硅、
23、薄膜材料硅、薄膜材料高分子(蛋白质)高分子(蛋白质)加工加工Processing超精密加工超精密加工半导体加工半导体加工分子、原子操作分子、原子操作装配装配Assembling组装组装分批分批自组织自组织驱动驱动Actuating压电、超小型马达、形状记压电、超小型马达、形状记忆合金忆合金静电、热膨胀、超电导静电、热膨胀、超电导人工肌肉、静电人工肌肉、静电力输出力输出Force output较容易较容易困难困难困难困难研究阶段研究阶段Researchstage系统开发系统开发部件试制部件试制基础研究基础研究应用实例应用实例Applicationexample微机械手、微机器人、泵微机械手、微机
24、器人、泵等等微驱动器、微传感器、微微驱动器、微传感器、微传动机构等微机械部件传动机构等微机械部件极限探测、分子原子极限探测、分子原子操作操作微机械分类微机械分类未来微机械应用将主要集中在未来微机械应用将主要集中在 IT IT和生物技术工程上和生物技术工程上,需要积极发展微机械与信息、生物技术的结合。需要积极发展微机械与信息、生物技术的结合。微机械在微机械在 IT IT、生物医疗和工业等领域里的潜在应用有、生物医疗和工业等领域里的潜在应用有 :虚拟现实技术虚拟现实技术 激光计算机激光计算机 DDS(DDS(数据电视数字服务数据电视数字服务)系统系统 微工厂微工厂 纳米级的微机器人的研制纳米级的微
25、机器人的研制微机械应用微机械应用微机械的研究内容微机械的研究内容微机械的研究进展微机械的研究进展-国国外外微机械的研究进展微机械的研究进展-国国内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随着微机械的发展,目前将微机械零部件、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的制作方法将受到挑战:功能部件由不同功能部件由不同的材料组成的材料组成;微机械内部形成空腔微机械内部形成空腔;微机微机械部件由不相容过程组成械部件由不相容过程组成.这就限制了传统的集成在同一
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