机械设计理论与方法.docx

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机械设计理论与方法

机械设计理论与方法

现代机械设计理论与方法是以设计机械产品为目标的一个知识群的总称，有一个完善和发展的过程。

包括系统化设计、优化设计、价值工程、反求工程等。

现代机械设计的发展趋势可以概括为以下三个方面：

性能上向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展;功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展;层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。

一、各类机构与机器的总称

1人工组合物

2可实现能量的转换

3各部分之间具有确定的相对运动关系

4能够改变或者传递力并产生运动，完成某些工作

二、传统机械与现代机械

1、传统机械

组成：

动力机、传动机构、执行机构和操纵控制装置

2、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、运动和能量等动

力学任务的机械或机电部件相互联系的系统组成：

机械本体、动力部分、检测传感装置、控制及信息处理装置、执行机构等

三、现代设计的内涵和范畴

1、现代设计的内涵

通过对其特征的分析，可以认为：

“现代设计”就是以市场需求为驱动，以知识获取为中心，以现代设计思想、方法为指导，以现代技术手段为工具，以产品的

整个生命周期为对象，考虑人、机和环境相容性的设计。

2、现代设计的范畴

1）信息论方法,如信息分析法、技术预测法等。

它是现代设计方法的前提。

2）系统论方法,如系统分析法、人机工程以及面向产品生命周期的设计。

3）控制论方法,如动态分析法等。

4）优化论方法,它是现代设计方法的目标。

5）对应论方法,如相似设计、反求工程设计等。

6）智能论方法,如CAE、并行工程、人工智能等是现代设计方法的核心。

7）寿命论方法,如可靠性设计、价值工程和稳健性设计等。

8）离散论方法,如有限元和边界元方法。

9）模糊论方法,如模糊评价和决策等。

10）突变论方法,如创造性设计等。

它是现代设计方法的基础。

11）艺术论方法,如艺术造型等。

四、现代机械和设计的特征

现代设计是传统设计的深入、丰富和完善而非独立于传统设计的全新设计。

虽

然目前对现代设计尚无确切定义,但可从以下特征来理解。

（1）以计算机技术为核心

这是现代设计的主要特征。

计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大影响,表现

为以下几方面:

①设计手段的更新计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。

②产品表示的改变计算机技术推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。

③设计方法的发展促进了一些新的设计方法的出现高性能的计算机硬件和

先进的软件技术是这些方法实施的保证。

一些先进的设计方法如有限元分析、优

化、模态分析等都涉及大量复杂计算只有计算机技术的发展才能推动这些方法

的进步和应用。

新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。

④工作方式的变化计算机技术促进了设计方式从“串行”到“并行”的变化。

⑤设计与制造一体化存在于计算机内的产品模型可直接进入CAPP系统进行

工艺规划和NC编程进而加工代码可直接传入NC机床、加工中心进行加工。

产品模型加强了设计与制造两个环节的连接,提高了产品开发的效率。

⑥管理水平的提高产品设计是一个复杂的系统工程,设计过程中涉及大量设

计数据和设计行为的管理。

数据库技术的发展改变了传统的手工管理模式,各种

MIS、PDM系统的广泛应用大大提高了设计的管理水平,保证了设计过程的高效、协同和安全。

⑦组织模式的开放网络技术的发展加快了数据通讯速度缩短了企业之间的

距离。

传统的局限于企业内部的封闭设计正在变为不受行政隶属关系约束的、多

企业共同参与的异地设计。

为完成一种设计任务形成的虚拟企业或动态联盟将实

现优势互补和资源共享极大地提高设计效率和水平。

（2）以设计理论为指导

受科学技术发展水平的限制,传统设计是以生产经验为基础,以运用力学和数学

形成的计算公式、经验公式、图表、手册等作为依据进行的。

随着理论研究的深

入,许多工程现象不断升华和总结为揭示事物内在规律和本质的理论,如摩擦学

理论、模态分析理论、可靠性理论、疲劳理论、润滑理论等。

现代设计方法是基

于理论形成的方法,利用这种方法指导设计可减小经验设计的盲目性和随意性,

提高设计的主动性、科学性和准确性。

因此,现代设计是以理论指导为主、经验

为辅的一种设计。

（3）技术上的特征

1、智能化

2、经济性

3、并行性

4、集成化

5、精确性

6、动态性

（4）其他特征

机械应是一种有“头脑”的手足延长即使其中的“头脑”并不理想（具有主动控

制功能）；不仅仅只处理物质和能量，而且更关注处理信息；满足人们的综合需求，

所有的机器都将是机器人：

机械将具有更强的智能。

现代的机械设计反映现代机

械设计的哲理、准则和方法机械产品设计的发展趋势

五、现代机械发展方向

由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，以信息科学与微电子技术为代表的现代科学技术对制造业的渗透、改造和更新，使传统的制造技术演变成为一门涵盖从产品设计、制造、管理、销售到回收再生的全过程，跨多个学科且高度复杂化、集成化的先进制造技术。

柔性自动化，智能化，并行工程，虚拟制造，精密、微细加工等，是当今先进制造技术的发展趋势。

现代设计技术是现代制造技术的主体技术之一，也是先进制造技术的核心与灵魂，必将伴随着先进制造技术的发展，计算机和信息技术的进步，制造业生产模式的变革，竞争与合作的全球化，人们对生态环境、资源的关切和对产品品质多样化等方面的要求,而发生着深刻的变化。

展望现代设计技术的发展趋势，大致有以下几方面:

1）设计过程的数字化，不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量：

包括随机变量、随机过程、模糊变量

2）设计过程的自动化和智能化研究。

健全、研究、发展各种类型的数据库、方法库和知识库，及自动编程、自学习、自适应等高级商品化软件的研制，如研究设计知识、数据、信息的获取与处理技术、智能CAD人工神经网络专家系统的模型和应用软件等。

3）动态多变量优化和工程不确定模型优化、模糊优化、不可微模型优化及多目标优化等优化方法与程序的研究，并进一步发展到广义工程大系统的优化设计的研究。

4）网络化并行设计及协同设计技术、方法及软件的研究。

5）虚拟设计和仿真虚拟试验及快速成形技术的深入研究，是一种以计算机仿真为基础，集计算机图形学、智能技术、并行工程、人机工程、材料、成形工艺、光电传感技术和多媒体技术为一体的综合学科研究。

6）大力普及、推广与发展CAD技术的应用研究：

其重点是研制开发功能强的商品化软件。

7）面向集成制造和分布式经营管理的设计方法、人员组织及规划的研究。

8）微型机电系统的设计理论及设计方法和技术的研究，如智能计算、纳米技术、微型机器人系统及微型机械系统的设计计算。

9）面向生态环境的绿色设计理论与方法的研究：

如绿色产品的设计、清洁化生产过程的设计、产品的可回收性设计等。

10）注重基础性设计理论及共性设计技术的深层次研究。

六、总结我们一定要时刻注意社会的发展动向，以便于很好的补充自己的知识。

Mechanicaldesigntheoryandmethod

Modernmechanicaldesigntheoryandmethodindesignofmechanicalproductsasthegoalofaknowledgeofthegeneral,hasaperfectanddevelopmentprocess.Includingsystematicdesign,optimizationdesign,valueengineering,reverseengineering,etc.Thedevelopmenttrendofmodernmechanicaldesigncanbesummarizedasthefollowingthreeaspects:

performancetothedirectionofhighprecision,highefficiency,highperformanceandintelligent;Function,todevelopinthedirectionofminiaturization,light-duty,multi-function;Level,tothedirectionofsystematicandcomplexintegration.支持中英、中日、中韩、中法、中俄、中西互译

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<一、各类机构与机器的总称

A,allkindsofinstitutionsandthefloorboardofthemachine

1人工组合物

1artificialcombination

2可实现能量的转换

2energyconversioncanberealized

3各部分之间具有确定的相对运动关系

Todeterminetherelativemotionofrelationshipbetween3parts

4能够改变或者传递力并产生运动，完成某些工作

4canchangeormovementandheritability,finishsomework

二、传统机械与现代机械

Second,thetraditionalmachineandmodernmachines

1、传统机械

1,thetraditionalmechanical

组成：

动力机、传动机构、执行机构和操纵控制装置

Composition:

engine,transmissionmechanism,actuatorsandcontroldevices

2、现代机械

2,themodernmachinery

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、运动和能量等动

Definition:

thecomputerinformationnetworkcoordinationandcontrol,tocompleteincludingmechanicalforce,suchasdynamicmovementandenergy

力学任务的机械或机电部件相互联系的系统组成：

Mechanicaltaskofmechanicalorelectricalandmechanicalcomponentsofinterconnectedsystem:

机械本体、动力部分、检测传感装置、控制及信息处理装置、执行机构等

Mechanicalnoumenon,powerpart,detectionsensingdevice,controlandinformationprocessingdevices,actuators,etc

三、现代设计的内涵和范畴

Three,theconnotationandcategoryofmoderndesign

1、现代设计的内涵

1,theconnotationofmoderndesign

通过对其特征的分析，可以认为：

“现代设计”就是以市场需求为驱动，以知识获取为中心，以现代设计思想、方法为指导，以现代技术手段为工具，以产品的

Byanalyzingitscharacteristics,canthink:

"moderndesign"isdrivenbythedemandsofmarket,centeredonknowledgeacquisition,guidedbythemoderndesignideasandmethods,bymeansofmoderntechnology,withproducts

整个生命周期为对象，考虑人、机和环境相容性的设计。

Theentirelifecycleasanobject,considerpeople,machineandenvironmentcompatibilitydesign.

2、现代设计的范畴

2,thecategoryofmoderndesign

1）信息论方法,如信息分析法、技术预测法等。

它是现代设计方法的前提。

1）themethodofinformationtheory,suchasinformationanalysis,technologyforecastmethod,etc.Itisthepreconditionofmoderndesignmethod.

2）系统论方法,如系统分析法、人机工程以及面向产品生命周期的设计。

2）systemsapproach,suchassystemsanalysis,man-machineengineeringandproductlifecycleorienteddesign.

3）控制论方法,如动态分析法等。

3）controlmethod,suchasdynamicanalysis.

4）优化论方法,它是现代设计方法的目标。

4）optimizationtheorymethod,itisthegoalofmoderndesignmethod.

5）对应论方法,如相似设计、反求工程设计等。

5）thecorrespondingtheorymethods,suchassimilardesign,reverseengineeringdesign.

6）智能论方法,如CAE、并行工程、人工智能等是现代设计方法的核心。

6）intelligencetheorymethod,suchasCAE,concurrentengineering,artificialintelligenceisthecoreofthemoderndesignmethod.

7）寿命论方法,如可靠性设计、价值工程和稳健性设计等。

7）lifetheorymethod,suchasreliabilitydesign,valueengineeringandrobustnessdesign,etc.

8）离散论方法,如有限元和边界元方法。

8）discretetheorymethodssuchasfiniteelementboundaryelementmethod.

9）模糊论方法,如模糊评价和决策等。

9）established.fuzzycomprehensivemethods,suchasfuzzyevaluationanddecisionmaking.

10）突变论方法,如创造性设计等。

它是现代设计方法的基础。

Methods10）mutationtheory,suchascreativedesign,etc.Itisthefoundationofthemoderndesignmethod.

11）艺术论方法,如艺术造型等。

11）artmethods,suchasart,etc.

四、现代机械和设计的特征

Four,thecharacteristicsofmodernmachineryanddesign

现代设计是传统设计的深入、丰富和完善而非独立于传统设计的全新设计。

虽

Moderndesignisthedeepeningoftraditionaldesign,enrichandperfectthebutnotexclusivelyinthenewdesignoftraditionaldesign.though

然目前对现代设计尚无确切定义,但可从以下特征来理解。

Butatpresentthereisnoexactdefinitionofmoderndesign,butcanunderstandfromthefollowingcharacteristics.

（1）以计算机技术为核心

（1）withcomputertechnologyasthecore

这是现代设计的主要特征。

计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大影响,表现

Thisisthemaincharacteristicofmoderndesign.Therapiddevelopmentofcomputertechnologyhasgreatinfluenceonthedesignandperformance

为以下几方面:

Forthefollowingaspects:

①设计手段的更新计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。

（1）designmethodfromtheupdatedcomputertechnologypromotesthedesignmeansofthe"manual"to"automatic".

②产品表示的改变计算机技术推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。

（2）thechangeofthesaidcomputertechnologypromotestheproductaccordingtothe"2d"to"3d".

③设计方法的发展促进了一些新的设计方法的出现高性能的计算机硬件和

（3）thedevelopmentofthedesignmethodTopromotetheemergenceofanewdesignmethodhigh-performancecomputerhardwareand

先进的软件技术是这些方法实施的保证。

一些先进的设计方法如有限元分析、优

Advancedsoftwaretechnologyistheguaranteefortheimplementationofthesemethods.Someadvanceddesignmethodssuchasfiniteelementanalysis,theoptimal

化、模态分析等都涉及大量复杂计算只有计算机技术的发展才能推动这些方法

themodalanalysisinvolvealargenumberofcomplexcomputationscanonlypromotethedevelopmentofcomputertechnologyofthesemethods

的进步和应用。

新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。

Theprogressandapplication.Anewdesignmethodsuchasconcurrentdesign,virtualdesign,computersimulation,etc.

④工作方式的变化计算机技术促进了设计方式从“串行”到“并行”的变化。

（4）ofthechangeofthemodeofworkingofcomputertechnologypromotesthedesignfromthe"serial"tothe"parallel"changes.

⑤设计与制造一体化存在于计算机内的产品模型可直接进入CAPP系统进行

（5）designandmanufacturingintegrationexistsintheproductmodelinthecomputercanbedirectlyintotheCAPPsystem

工艺规划和NC编程进而加工代码可直接传入NC机床、加工中心进行加工。

ProcessplanningandNCprogrammingthusprocessingcodecanbedirectlyintroducedtoNCmachinetools,machiningcenterforprocessing.

产品模型加强了设计与制造两个环节的连接,提高了产品开发的效率。

Theproductmodeltostrengthenthedesignandmanufacturetwolinkconnection,improvetheefficiencyofproductdevelopment.

⑥管理水平的提高产品设计是一个复杂的系统工程,设计过程中涉及大量设

6.Theimprovementofmanagementlevelofproductdesignisacomplicatedsystemengineering,involvesalotofsetinthedesignprocess

计数据和设计行为的管理。

数据库技术的发展改变了传统的手工管理模式,各种

Themanagementofmeterdataanddesignbehavior.Thedevelopmentofdatabasetechnologyhaschangedthetraditionalmanualmanagementmode,allkindsof

MIS、PDM系统的广泛应用大大提高了设计的管理水平,保证了设计过程的高效、协同和安全。

ThewideapplicationofMIS,PDMsystemgreatlyimprovesthedesignofmanagementlevel,ensuretheefficient,collaborative,andsafetyofthedesignprocess.

⑦组织模式的开放网络技术的发展加快了数据通讯速度缩短了企业之间的

Openalllandownersorganizationmodeofthedevelopmentofnetworktechnologytospeedupthedatacommunicationsshortenedbetweenenterprises

距离。

传统的局限于企业内部的封闭设计正在变为不受行政隶属关系约束的、多

Distance.Theencloseddesignofthe