机械产品方案的现代设计方法及发展趋势.doc

机械产品方案的现代设计方法及发展趋势1前言科学技术的飞速发展,产品功能要求的日益增多,复杂性增加,寿命期缩短,更新换代速度加快。然而,产品的设计,尤其是机械产品方案的设计手段,则显得力不从心,跟不上时代发展的需要。目前,计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究,并初见成效,而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此,作者在阅读了大量文献的基础上,概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法,并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点,将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能四种类型。指出四种方法的特点及其相互间的有机联系,提出产品方案设计计算机实现的努力方向。2系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是:将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统,每个设计要素具有独立性,各个要素间存在着有机的联系,并具有层次性,所有的设计要素结合后,即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出,他们以系统理论为基础,制订了设计的一般模式,倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上,制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。制定的机械产品方案设计进程模式,基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外,我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想,其中具有代表性的是: (1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础,从产品开发的宏观过程出发,利用质量功能布置方法,系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。(2)将产品看作有机体层次上的生命系统,并借助于生命系统理论,把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求,形成产品功能系统结构。(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题:一是把要设计的产品作为一个系统处理,最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统,根据设计目标,正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同,进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。而系统化设计方法又有一些典型的设计法,如:1 设计元素法;2 图形建模法;3 “构思”—“设计”;4 矩阵设计法;5 键合图法等。 3、结构模块化设计方法从规划产品的角度提出:定义设计任务时以功能化的产品结构为基础,引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务,即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解,这样,能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾,早期预测生产能力、费用,以及开发设计过程中计划的可调整性,由此提高设计效率和设计的可靠性,同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层,(1)产品→(2)功能组成→(3)主要功能组件→(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录,对功能元件进行更为具体的定性和定