设计方法学

1.设计：在有限的时空范围内，在特定的物质条件下，人们为了满足一定的需求而进行的一种创造性思维活动的实践过程。2.设计的特征（1）有限时空特征—所有的设计活动都受到时间与空间的限制（2）物性特征—所有的设计活动都是在特定的物质条件约束下进行的（3）需求性特征—所有的设计活动都是为了满足某种需求（4）创造性特征—所有的设计活动都是为了取得创造性成果（5）过程性特征—所有的设计活动都不是一蹴而就的。3.设计方法的发展历程（1）原始设计方法，特点是：简单思维、时间长、水平低。（2）传统设计方法，特点是：复杂思维＋计算＋模型试验。（3）计算机集成设计方法，特点有：程序性、创造性、系统性、优化性、综合性、CAD。4.设计方法学是研究产品设计规律、设计程序及设计思维和工作方法的一门综合性学科。是研究设计中的一般过程及解决具体设计问题的方法和手段。系统(system)是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。5.技术系统是实现技术过程各项转化的人造系统。6.有关技术系统的概念：功能：一个系统所要达到的目标；功能关系：总系统内部各子系统之间的关系；要素：又称单元，或元素。是系统的组成部分，是分析研究对象的具体单元。解：技术系统的设计方案或设计结果。6.技术系统的特征：有序性，有界性，动态性。7.抽象的目的:确定设计任务的核心，突出本质功能，忽略次要或不必要的限制，解放设计师的思维，以便其致力于解决本质问题。抽象方法要抓住2点：（1）陈述问题要高度概括，尽是避开表面、次要的问题；（2）以设计表为基础，对设计任务进行多次概括，并逐次抽象。抽象应注意的问题（1）抽象是逐次完成的，不要一劳永逸，毕全功于一役（2）准确，言简意赅（3）检查。8.功能结构设计有关概念:功能：系统把输入量变成输出量的能力总功能、部分功能（子功能）;功能结构：部分功能及其间关系的总和多种结构;功能结构图：用图形和线条表示的功能结构功能表述对求解将会产生极其重要的影响。机械常见功能元有：物理功能元、逻辑功能元、数学功能元。9.建立功能结构图的要求：体现功能元或分功能之间的顺序关系，各分功能或功能元的划分及排列要有一定的理论依据或经验支持，不能遗漏必要的分功能或功能元，尽可能简单明了建立功能结构图的步骤：技术分析、划定系统边界、写出总功能，划分功能及功能元，建立功能结构图，评比，选出最佳方案。三种流程：材料流、能量流、信息流；依托这三种流程建立的部分功能间的关系称之为基于物理关系的功能结构。10.原理解：能实现某种功能的物理原理以及与之相应的原理结构图示。初步方案的形成：系统结合法，数学方式结合法，形态学矩阵。方案评价：简单评价（观察淘汰法，分数比较法），技术经济评价(建立目标系统，确定评价标准,确定重要性系数,按技术观点确定评价分数,技术经济评价,对评价结果的评估)。11.技术经济评价无权重总价有权重总价1njjiiGWW1njiijiiGWggWmax1jtjG总技术价总经济价总价数直线法：双曲线法：总经济价和总技术价相差较大时用双曲线法更为合理！12.经过检索得到的信息，一般需要经过变异都能满足设计要求,常用的变异方法有5种:扩大与缩小,增加与减少,组合与分解,逆反,置换。13.结构设计的主要目标：保证功能，提高性能，降低成本。结构设计的主要任务：材料选择，零件、部件结构形状、尺寸、空间位置，加工工艺、公差、粗糙度，安装、运输、操作方法及技术规程。结构设计阶段的特点：客观性更强，主观性和创造性趋弱，计算机技术的大量介入，可能出现较多的反复。结构设计阶段的工作步骤：粗略设计，寻求辅助设计，检查主辅功能的配合及相互影响，详细设计，补充、改进，技术评价。构件形状的四要素：表面形状，表面形状的相对位置，表面数目，表面尺寸。结构设计的基本条件和要求：机械系统的功能要求，使用者和环境条件，工艺条件，市场及其他。结构设计三原则：明晰，简单，安全。结构设计应遵循的原理：（一）力传导原理：力流连续性原理（短路径传导原理,力流转向平缓）,等结构强度原理,调整变形原理,力均衡原理；（二）任务分配原理；（三）自助原理（自补偿原理）：自增强，自平衡，自保护；（四）稳定的工作原理。14.提高静强度的结构设计：加大截面系数W或Wk，采用空心轴提高强度或刚度，承受转矩的轴截面必须封闭，避免悬臂梁伸出端过长，等结构强度设计。提高疲劳强度的结构设计：降低应力集中，改善表面状况（降低表面粗糙程度，表面处理提高疲劳强度）。拉、压强度计算公式弯曲强度计算公式扭转强度计算公式提高接触强度的结构设计：增大综合曲率半径，以面接触代替点、线接触，采用变位齿轮传动提高齿面接触强度。提高刚度的结构设计：用拉、压代替弯曲，合理布置支承，合理设计断面形状。提高抗冲击强度的结构设计：适当减小刚度提高吸收冲击能力，在产生冲击的部位设置缓冲器，增加承受冲击的零件数，提高材料的冲击韧度。提高耐磨性的结构设计：降低摩擦面压强，避免局部剧烈磨损，自动调节与补偿。0min0.81wjjjHHWHH12()jtjwjjtjwj[]FA[]MW[]kTW提高抗腐蚀性的结构设计：表面的均匀腐蚀，局部腐蚀。15.系列化（相似）设计与模块化设计是产品变型设计的基本方法。系列化产品：技术参数按一定规律变化而形成的一系列不同规格的产品。系列化产品的好处：满足用户在多种条件的使用要求，产品开发周期短，可靠性易于保证，增加零件批量，降低成本，便于库存管理，操作、维护方便。系列化产品特点：工作原理相同，功能相同，几何参数和技术参数按一定规律变化，系列产品所用材料相同，应力状态相同，可靠性相同。16.物理现象相似原理：在几何相似的技术系统中，基于相同的物理原因，可测知的物理量（参数）将相似地发生变化。17常用相似关系几何基本量11110000LLXYZLXYZ系列产品相似比面积比例2111000ABLLABLABL体积比例311110000VBHLLVBHLVBHL重量比例311110000WLWVVWVV速度比例101100ddddLvtvssttv加速度比例22101222100ddddLatassttaWmgVg3FVgL18.系列产品构成要素:分级数n,产品规格数（n+1）,相似比19.标准数n—分级数，可为5、10、20、40，写作R5、R10、R20、R40，称为基本系列；m—标准数序号，为0、1、2……。当m=1时，各基本系列中的标准数即是各基本系列的级间比。10mnnZ例：如图所示的圆柱凸台，欲设计系列产品，已知基型尺寸l0=50mm，d0=80mm，L0=75mm，D0=150mm，采用R5系列，列出计算公式，给出计算过程。（1）求长度、表面积、体积的级间比；（2）求基型产品的表面积、体积；（3）求与基型产品相邻的放大、缩小一级产品的表面积和体积。解：（1）R5系列级间比5101.60所以231.602.54.0LALVL（2）基型产品参数21042222110442232()0.515080501502559690mm()0.2580500.2515025693114mmADdlDLlVdlDLl（3）放大一级产品参数210310596902.5149225mm6931144.02772456mmAVAAVV缩小一级产品参数24WgDH2422LLgDHWpAbd224224ssgDHWAd210310/59690/2.523876mm/693114/4.0173278.5mmAVAAVV20.产品生产成本估算按质量（重量）估算法:找出单位质量的生产成本，然后将其乘以所求产品的质量，即可估算出生产成本WCWfC—生产成本，元；W—产品质量，Kg；fW—质量成本系数（元/kg）材料成本折算法相似产品的成本估算:几何相似的产品可按相似关系对成本进行估算单件产品的生产成本：rfmCCCC生产准备成本,加工成本,材料成本生产准备成本与生产批量n0、n有关（n0、n分别为已知产品与所求相似产品的生产批量）。根据大量实例统计，各批相似产品的生产准备成本比与长度相似比有如下关系：0000.500.500rrLrrrrrLnCnCnnCCCnn加工成本与加工面积有关，根据相似理论可推出面积比是长度比的平方，故加工成本比是长度比的平方：0022ffLfffLCCCC材料成本决定于产品的体积，而相似产品的体积比是长度比的立方，故材料成本比是长度比的立方：0033mmLmmmLCCCC相似产品的成本：完整的产品成本包括生产成本、运行成本、维修成本。价值工程是通过各相关领域的协作，对所研究的对象的功能与费用进行系统分析，不断创新，旨在提高研究对象价值的思想方法和管理技术。功能是价值工程分析的核心。从技术系统的角度讲，功能是指把输入量变成输出量的能力。从使用者的角度来看，功能是产品满足用户某种需求的属性。具体说来，对产品而言，功能是指它的用途；对企业则指其变投入为产出的能力；对人来讲是指他的职责以及要求他应起到的作用。产品的功能可以分为必要功能和不必要功能。必要功能是指用户需求并予以承认的功能，它是不可缺少的；不必要功能则是指用户不需要或不承认的功能。一件产品从设计、制造、使用、维修到最后不能再修复使用最终报废为止的整个时期，叫做产品的自然寿命周期。许多产品，尤其是机械设备，往往提前停止使用。我们把这种从产品设计开始到用户停止使用为止的整个时期叫做产品的经济寿命周期。价值工程中所谓的寿命周期就是指产品的经济寿命周期。产品寿命周期成本，指的是用户为了满足某种需要，从购买产品开始，到使用以满足某种需要，在产品的整个寿命周期内所花费的全部费用。价值工程认为，按照用户的需求，能够以最低的寿命周期成本提供必要的功能，则价值最大。0000.5230rLfLmLnCCCCn