产品设计的主要阶段和工作内容培训素材Word下载.docx
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设计追求的目标是在设计中达到优质快速的效果,争取一次设计,一次研制成功,以适应市场经济的要求。
现代产品研发的全过程可分为四个阶段:
可行性研究、初步设计、详细设计、改进设计。
目前,在日本和欧美各国广泛采用,且经济效益好的设计方法称为田口方法,即三次设计法。
它将设计分为三个阶段:
第一阶段为系统设计,提出初始设计方案,即确定产品的基本结构,使产品达到所要求的功能;
第二阶段为参数设计,在于探求结构系统参数的最佳搭配,既降低成本又能提高产品性能的稳定性:
第三阶段为容差设计,是对关键件给以合适的容差(或公差)以改善产品输出特性的稳定性。
本书将设计阶段的习惯划分方法,融合了田口方法的内容,划分为方案设计(或初步设计)、技术设计和工作图设计三个阶段并分别加以简述。
这里考虑的设计过程不包括改进设计的进程,所以不涉及样机设计和定型设计的阶段划分。
2方案设计(初步设计)
2.1编制设计技术建议书
当设计部门接受了设计任务后,就要着手设计技术建议书的编制,直到方案设计完成后才能最终完成。
因为技术建议书就是方案设计的总结,也是提交方案设计评审的主要文件。
技术建议书的编制过程是全面明确设计输入和输出要求的过程。
一个设计任务的提出,可能源于顾客的要求或源于市场调研及生产厂家的创新研发,初始阶段往往只能粗略地提一些设计要求,包括一些输入条件及对新功能的需求,不会在设计任务书中全面地反映出一切要求的环境条件和约束条件。
所以,开始设计之前就必须全面弄清设计的边界条件和主、从的功能目标(当然,少数的设计要求也可能要在整个方案设计中去最终落实)。
技术建议书一经审批就成为以后设计阶段的依据。
技术建议书的编制过程也是落实设计可行性分析的过程。
在设计任务的决策阶段可能也会作些可行性分析,其实是在方案设计完成后,才能进行真正的技术决策。
在方案设计过程中,通过系统功能分析、原理方案构思直到提出初步的结构方案;
不仅要说明设计要求在技术上是可行的,还要从市场竞争、经济性、社会、法规等方面分析证明其有效。
所以说,经批准后的技术建议书在设计过程中起着纲领性的指导作用。
技术建议书是方案设计完成后的产物,是在明确了设计要求之后,总结了方案设计中对原理方案到初步结构方案从构思、比较到优选的过程,并将推荐的方案提交评审和审批。
当无法提出统一的推荐方案时,亦可列出数个方案加以分析对比,供评审及审批决策。
甚至可在必要时建议作一些试验性的研究,再择优而定。
技术建议书的主要内容:
1)明确产品名称及产品设计要求,这些要求包括功能要求、适应性要求、性能要求、物料要求、信息要求、可靠性要求、寿命要求、使用经济性要求、安全要求、人机工程学要求以及运输要求、包装要求、环保要求等。
2)方案设计的技术规范与设计要求的符合程度。
3)比较可能的原理方案和结构方案,提出推荐方案的综合分析。
4)附上方案的原理示意图和结构草图及主要部件结构方案图。
5)如有功能相近的产品,应作国内、外同类产品的水平分析及发展前景展望。
6)采用新原理、新结构、新材料、新工艺等的必要性和可靠性分析。
7)标准化综合水平。
8)拟作的试验研究项目。
9)企业的生产能力及经济效果分析。
2.2系统功能分桥
设计的目的在于实现并满足对某种功能的需求,而设计系统的功能就反映出设计输入和输出间的因果关系。
功能是系统的属性,在原理方案构思之前,首先应对所设计的系统进行功能分析,从总功能开始,逐一地分解为各级分功能,直到不可再分解的功能元,从而建立功能结构,明确功能的互相连接关系,以利
厂功能原理的采用和结构多功能的开发。
从总功能到分功能的分解,也就是将复杂功能向简单功能的分解。
反之,同一层次的分功能的组合应能满足上一层次功能的要求。
应将功能分解到能找到相应的技术物理效应和结构来实现功能为止。
对于创新型设计而言,方案设计的重要任务便是要建立一个最优的功能结构。
如果可以预计直接采用已知的部件来实现复杂的分功能时,也就不必将这部分的分功能去实施分解。
在功能分析中也要明确分功能之间的逻辑关系、物理关系。
功能结构应建立得尽可能的简单,—7以便。
建立成本低廉且可靠的系统。
2.3原理方案设计
原理方案构思是进行创造性设计的关键阶段。
例如,信息的传递从电传机(Telexex)→传真机(Fax)→互联网(Internet)所依据的原理完全不同,从而引发了商务沟通的巨大变革。
为了启发人的创造力,设想各种可能的方案,在国外80年代就已出现较为成熟的“设计目录”(catalog)。
这种设计目录实际上就是一个实现各种功能的已知的、可能的原理方案,例如,力的产生就有重力、水力、机械力、电力、磁力、原子力和爆炸力等20多种方案。
对于各个分功能,必须根据其作用原理找到相应的技术物理效应,再将其结构化、具体化而成为原理方案,可用原理草图表示出来。
在技术系统中,各种功能都只能在以自然科学原理为基础的技术物理效应的基础上实现。
例如,通过物理学、化学、生物学的原理产生的物理的、化学的和生物的效应,就有利于我们对功能实施进行原理方案的构思和设计。
如利用力平衡的物理原理,可构想出杠杆、滑轮等。
同一种效应可实现多种功能,例如杠杆效应可实现力的放大、缩小及换向,同一种功能也可由多种技术效应来实现,这就要求设计者能选择出最佳的原理方案。
在功能结构中为了使方案优化,从下列角度可帮助我们进行创新思维:
1)将单个分功能实行分解或组合。
2)改变各个分功能的连接次序。
3)改变连接方式(串连、并连、桥式连接)。
4)改变系统的界限。
为了简化原理方案,也应考虑以一个结构去实现多种功能的可能性。
2.4初步的结构方案设计
将各分功能原理方案的作用原理进行组合,形成完整功能系统的设计,就是田口方法的系统设计。
它是在明确了原理方案后,提出的初步结构方案。
方案可能有几个,可通过分析比较,进行方案优选。
结构方案应能完整地实现总功能,体现已建立的功能结构。
所表达的各分功能间的次序和连接关系,应在逻辑和物理方面都是可能而且适当的,且在几何关系上不发生冲突。
在方案优选中,应从技术上和经济上进行充分比较,为方案评审提供充分的依据。
结构设计是将原理方案结构化的过程,以结构图样的形式来表达。
在方案设计中的图样并不要求完全展示结构的空间形状,只是展示实现功能的结构示意。
如为了实现力的放大功能,选定了杠杆,画出相应的示意图即可。
但设计者心目中一定已有明确的可制作的零件形体,已粗略地选定参数,考虑到材料的选取以及工艺上的可能性等,明确零件间的关系及空间位置安排。
作为初步的结构方案设计图应是反映出主要功能载体的结构、按比例绘制的草图,包括产品总体结构图、主要部件结构草图、主要功能系统图。
如果系统布置对产品结构有较大影响的话,应画系统布置图。
有的产品在部件结构可确定的情况下,可能仅需要功能结构框图、接线图或流程图就行了。
初步结构方案设计的详细说明应反映在设计技术建议书中。
2.5方案设计评审
设计技术建议书是方案设计的说明和总结,方案设计的评审也就是对技术建议书的评审。
关于设计评审的内容将在第6章中详细叙述,设计评审可贯穿在设计过程的各个阶段,这里只涉及与方案设计评审有关的内容。
评审包括对设计要求、约束条件及设计目标的认定以及设计方案对设计要求满足程度的判定。
技术建议书中若推荐一个方案,评审就是对该方案进行评价;
若有多个方案可供比较,评审就是对可行方案的选定。
经正式批准后可进人下一阶段的工作。
在设计要求中应包括三个方面的要求;
即技术要求、经济性要求及社会性要求,评审时也就从这三方面着眼。
在技术上应认定原理和结构方案,对于实现规定的功能在技术上是先进的和可能的,也包括能达到要求的几何、重量、寿命和可靠性等指标。
在经济性方面,应认定结构方案是实现成本较低的方案。
这不仅包括要采用最简单的、加工最方便的结构,也包括考虑了企业经营因素、市场因素和时间因素等带来的经济效应,最终应表现为产品寿命周期的成本最低。
在社会性方面,主要反映在能产生良好的社会效益,即在推动技术进步、促进生产力发展、满足社会需求、环境保护、安全保障上起良好的作用。
3技术设计
初步结构方案确定后,接下来便是详细的结构方案设计,即技术设计。
它应将初步结构方案的定性化结构,细化为定量的具体结构,并对确定具体结构的各种参数进行比较、计算和优选,最终确定主要尺寸、材料、零件空间配置的协调性等。
所以,田口方法称这一阶段设计为参数设计。
特别应指出的是田口方法参数设计的指导思想,是通过选择系统中各可控因素的最佳参数组合以尽量减少各种干扰的影响,使产品输出特性波动小。
在参数设计阶段,往往可用波动大的廉价元、器件(常常是三级品)来进行设计,使产品在质量和成本两方面均得到改善。
所以说参数设计也是一个多因素选优的问题。
这就不像过去那样,认为要想产品质量高就一味地追求高精度、高要求,致使产品成本很高而产品输出特性并不一定很稳定,最终没达到提高质量的目的。
技术设计是设计过程的核心,既要完成内在、复杂的功能结构设计,又要完成外在的总体布置设计,即包括了总体、各机构及零部件布置;
构形和尺寸3参数的计算;
校核和优化。
技术设计的结果应包括按。
比例绘制的总图、部件结构图、重要零件图和分析计算书等以及用于技术设计评审用的说明资料。
在具体的结构设计中,为了取得满意的结果,有时也要作出多个技术设计方案,通过设计评审及审批从中选定认可。
2功能结构设计
方案设计中的初步结构方案只是功能结构草图,技术设计的功能结构设计则是要将主功能和辅助功能载体完全结构化,以图样表示出完整的技术方案来。
在功能结构设计中,应先考虑总体结构的主功能载体,再考虑必要的辅助功能载体,在方案设计的基础上进行精确的结构设计。
结构设计就要符合其基本原则,即明确、简单和安全可靠。
明确就是要保证有明确的功能、明确的工作原理、明确的参数选择;
简单则包括简化、简易、简明、简便、简廉等多种含意,包括功能上应为尽可能少的分功能组合、工作原理也应使作用过程和组成件数少等,安全可靠则包括构件的可靠性、功能可靠性和环境、安全性等。
结构设计中只有充分掌握和运用结构设计的一般原理,才有可能设计出最佳的结构方案来,如在机械产品设计中应考虑:
1)为传递原理,其中包括等强度原理、合理力流原理、变形协调原理、平衡原理等。
2)任务分配原理,包括分功能的管理配置,不同功能的结合分配和相同功能的任务分配;
按局部品质原则选用适宜的材料等。
3)自补偿原理,包括自加强、自平衡、.自保护等。
4)稳定性原理。
结构设计中还要遵循一些准则要求,如
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