第二讲 设计方法学

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1、第二章设计方法学概述技术系统及其确定系统化设计评价决策设计实例商品化设计思想及方法一、概述设计方法学涵义设计方法学是用系统的观点，考虑自然科学、社会科学、经济科学等各种现代因素，为获得质优价廉有创新的产品，研究产品的一般设计进程、设计规律、设计思维和工作方法、设计工具的综合性学科。各国设计方法学研究侧重点德国：设计的进程、步骤和规律，进行系统化的逻辑分析，并将成熟的设计模式、解法等编成规范和资料供设计人员参考。英美：创造性开发和计算机在设计中的应用。5个重要研究领域：设计中的定量方法和系统方法；方案设计（概念设计）和创新；智能系统和以知识为基础的系统；信息、综合和管理；设计学的人类学

2、接口问题。日本：创造工程，自动设计，价值工程设计方法学的研究对象设计对象－是一个能实现一定技术过程的技术系统；设计进程－研究设定技术过程及划定技术系统的边界，确定技术系统的总功能；设计评价设计思维设计工具现代设计理论与方法的应用二、技术系统及其确定作业对象技术系统技术过程1技术系统技术系统及其确定作业对象物料、能量和信息技术过程的确定确定作业对象及其主要转换要求确定主要转换的工作原理明确实现技术过程的环境和约束条件确定主要技术过程和其他辅助过程根据高效、经济等原则，初步划定技术系统的边界技术系统及其确定技术过程的完成人－技术系统－环境技术系统的单元作业单元动力单元控制单元检测单元结构

3、单元技术系统及其确定情报部门开发部门制造部门营销部门公关部门社会部门2信息集约技术系统及其确定市场调研－用户对象，用户需求，产品的市场位置，同行，外购件供应；技术调研－现有产品存在的问题，新材料，新工艺，新技术，相关科技成果，标准，法规，专利，情报。社会环境调研－国家政策，产品使用环境，用户社会心理与需求；企业内部调研－开发能力，生产能力，供应能力，营销能力；3调研预测技术系统及其确定产品开发的必要性和可能性产品国内外现状及水平确定产品的技术规格、性能参数和约束条件提出该产品的技术关键和解决途径预期达到的技术、经济、社会效益预算投资费用及项目进度、期限4可行性报告设计任务书作为可行性

4、报告的附件，设计任务书的原则是详细而明确，先进而合理。三、功能分析设计法例车床加工零件1功能分析和总功能分解把多余材料从毛坯上分离出去获得合格表面车削强力磨削激光加工成型挤压冷轧用抽象的概念来表述系统的功能，才能深入认识需求的本质。丝杠冷轧机的功能树冷轧轧制力测量控制坯料轧制运动自动停止夹紧松开运动径向轴向旋转取信号转换放大显示启动停止运动到位超载总功能分功能分功能功能元径向轴向旋转三、功能分析设计法选择工作原理－不应局限于机械学科选择先进的工作原理:磁力轴承代替液压轴承，带编码器的伺服电机代替带交流电机的齿轮轴系，激光器代替切削机床等。必须分析工作条件：普通钢材在超低温的冷脆性使强

5、度大大降低，而在超高压下的高塑性使硬度大大降低。脆性材料在高振频下加工。构思功能载体2功能元求解检索集成：耐拉纤维和耐高温陶瓷有机结合成为高强度陶瓷，多功能收音机，多功能手拉行李车。缩放：机器人缩小到进入血管，成为微机械。变换：电动机的部分矽钢片变换为永磁材料，成为高响应特性的控制电动机。功能分析例1齿轮加工方法无屑加工(精密铸造、粉末冶金成型、滚压成型)、切削加工(成型法、展成法)、成型法加工的盘状齿轮铣刀和指状齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿。例２糖果包装机设计例３自动输送料板的装置纽结式折叠式接缝式机械推拉平板摩擦工艺动作分解与运动方案选择有着密切关系。实现同一机器功能时，应尽可能

6、采用动作简单、工序少数的动作过程。例４加工内孔摩擦轮底部气吸顶部气吸车床镗床钻床拉床例５加工平面牛头刨床－刀具往复运动龙门刨床－工件往复运动即使对于同一功能原理，也会有不同的运动方案。三、功能分析设计法3方案综合功能元功能载体aa1a2…akbb1b2…bk…bl……………nn1n2…nk…nl…nm功能原理方案的形态学矩阵加压执行机构功能形态学矩阵方案综合各功能元解必须相容，不相容者淘汰；淘汰与国家政策，民族习性有矛盾的解；优先选择主要功能元的技术先进的解。φ100.8冲床功能分解：送料冲制退回冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速；送料功能细分：间歇送料；1）往复运动、增力、急

7、回功能元可用以下两种机构来实现：凸轮机构六杆肘杆机构例：2）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；▲两级带传动；▲两级齿轮传动；▲一级带传动一级齿轮传动；3）为了实现间歇送功能料，可以采用如下方案；间歇滚轮传动棘轮机构推勾式送料机构将上述各种机构进行组合，就能得到多种方案。三、功能分析设计法设计目录4设计工具对象目录：提供有关物理、几何、材料、工艺等设计对象的知识和信息。作业目录：提供各种单项设计工作步骤和工作过程及其使用条件和判断准则等，如构形规则、