《现代制造系统》PPT课件

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1、第三章先进制造系统的设计与分析基础第一节设计的基本概念1.1现行设计技术与实践存在的问题从第一次工业革命开始至今，由于科学技术的快速发展，工农业生产、市场与经济得到空前发展。同时，人们也被大量的问题、冲突与风险所包围。设计技术与实践缺乏创新是其中最重要的问题。这类设计问题包括：可以引发功能、质量与使用性能故障或存在潜在危险的产品与服务设计解决方案；由于无法满足顾客与社会的需求，使产品与服务变成没有顾客价值的设计；现行设计技术与实践存在的问题导入时间长的新产品与服务项目；制造周期长、质量问题多、安全性与可靠性差的设

2、计；高维护与修理成本的设计；多故障、高成本又不便于应用的设计等。这类设计产生了许多“不良”的产品、服务、过程、系统或软件。1.2问题存在的根源与面临挑战造成这些不良设计的根本原因是：广泛利用的经验或对比设计技术与方法，极大地限制了设计水平的提高。设计技术与方法面临的主要挑战：如何跨越基于经验与对比和技艺的设计阶段，实现设计科学和技艺的完美结合？在已建立的现代设计科学理论与方法基础上，如何使设计技术与方法真正成为科学，可以通过教育与培训为大多数学生和现行设计工程师所掌握？1.3设计人员进行的活动设计小组与人员在完成

3、每项设计任务时必须进行的设计活动有：1.需求分析与定义。捕捉需求，在分析的基础上，定义符合顾客、企业与社会要求的需求。2.定义问题。定义满足顾客需求所必须解决的设计问题。3.概念设计。在深入理解顾客需求与概念设计要求的基础上进行技术与产品(或服务)的改进与创新，生成多个概念，再通过分析与综合形成多个概念化的设计解决方案。设计人员进行的活动4.优化解决所提问题的设计解决方案。5.详细设计。完成设计问题解决方案的详细设计与必要的原型试验，检查最终设计方案能否达到“使顾客完全满意”和“使受益者完全满意”。6.理解设计的

4、涵义。在设计前、进行中和完成后都应该充分理解“设计”是从“我们想要得到或期望得到什么？”到“我们如何达到我们的期望”的一种映射。1.4设计的概念从工程学角度讲，设计是将顾客的需求或革新的要求转换成为满足顾客和企业期望的产品、过程/流程或服务。从数学设计学的观点看，设计就是一个把顾客“需求域”的顾客需求CNS映射到“功能域”上的系统功能要求FRS，又从FRS映射到“物理域”上的设计参数DPS，再从“物理域”将DPS映射到“过程域”上的过程变量PVS的连续映射过程，以创造“使顾客完全满意”的最佳综合解。1.5设计过程

5、设计过程是由把功能集合变换成经营的产品、过程与服务(的时间经历)各阶段组成。设计过程是从建立满足需求与期望集合变换为功能域的功能要求集合{FRs}开始，到生成满足{FRs}的实体集合(设计参数与过程参数集合)结束的过程。设计过程①设计过程从辨识社会需求(顾客、企业与社会的需求与期望)开始，经过对社会需求系统地结构化导出功能要求FRS与设计约束的集合。功能要求由设计人员借助于“需求分析”与/或“质量功能展开”等工具完成其生成、选择、设定与定义。②完成功能要求集合{FRs}的系统表达和生成产品、服务、过程或组织的构想

6、(概念)后，在必要的产品分析与/或原型试验的支持下经反馈网络与原始设定的FRS进行比较。设计过程③当产品分析与/或原型试验证明不能满足规定的功能要求集合{FRs}时，必须重新生成概念以更精确地满足功能要求的集合，或重新修订{FRs}，如此反复迭代，直到概念设计的构思完全满足顾客需求的集合{CNs}为止。④随后按照概念设计得出的技术要求与技术条件进行详细设计与/或原型试验。⑤在经历产品开发和生产后，上市的产品与服务再经受市场实践反馈网络的检验，修正不满足市场需求的东西，直到实现顾客/企业/社会完全满意为止。设计过程

7、产品的设计与开发过程包括以下几个阶段：概念设计、初步设计与详细设计、建造或制造生产、系统使用与后勤支持、系统退役等。设计过程完成概念设计过程后，经过设计管理决策与批准，设计过程进入详细设计阶段。在详细设计阶段，设计小组或设计师确定详细的设计几何要求，选取原材料，完成整机或产品、零部件与制造过程的设计，确定交互作用和时空的变换关系。设计的结果以设计工程图、电路图、软件和描述设计与转换过程要求、使用说明文件等形式或介质表达出来。1.6概念设计所谓概念设计是指生成与配置表征系统与产品基本构思的思维过程。概念设计旨在生成

8、新产品或新系统的设计原则、概念与框架。概念设计阶段是产品设计过程中最富于改进与创新的阶段。实践证明，成功的概念设计应该解决两个关键问题：一是生成较多的设计解概念，而不是一个；二是经过可行性分析，选择、综合、改进或创新最优概念。概念设计概念设计主要包括两个阶段：可行性研究：顾客、企业与社会需求的捕捉、辨识与分析、系统运行的要求和系统维护的概要。产品规划：产品寿命期的分析、新