综合设计理论与方法在产品开发中的应用.pptx

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1、综合设计理论与方法综合设计理论与方法在产品研究与开发中的应用在产品研究与开发中的应用东北大学东北大学 机械工程与自动化学院机械工程与自动化学院 闻邦椿闻邦椿=综合设计理论与方法在产品研究与开发中的应用综合设计理论与方法在产品研究与开发中的应用=2023/4/161基于系统工程的综合设计理论与方法在产品基于系统工程的综合设计理论与方法在产品研究与开发中的应用研究与开发中的应用 0 0、引言、引言 1 1、产品的、产品的设计质量及功能与性能的含义设计质量及功能与性能的含义 2 2、产品的、产品的设计理论与方法的分类设计理论与方法的分类 3 3、产品设计三个阶段及、产品设计三个阶段及7D7D总体设计

2、规划模型总体设计规划模型 4 4、面向产品广义质量的、面向产品广义质量的 1+3+X 1+3+X 综合设计法综合设计法 5 5、以非线性理论为基础的、以非线性理论为基础的深层次综合设计法深层次综合设计法 6 6、理论与方法的、理论与方法的具体应用具体应用 00 00、结语、结语2023/4/1620.0.引言引言0.1 0.1 装备制造业在国民经济发展中的地位装备制造业在国民经济发展中的地位 装备制造业装备制造业是国民经济的物质基础和产业主体，是国民经济的物质基础和产业主体，是富民强国之本，是富民强国之本，是推进信息化的主导产业是推进信息化的主导产业,是科学技术的基本载体，是科学技术的基本载体

3、，是实现技术创新的主要舞台是实现技术创新的主要舞台,是国家竞争力的重要体现，是国家竞争力的重要体现，是国防建设的是国防建设的“装备部装备部”，它决定着我国在国际分工中的地位。它决定着我国在国际分工中的地位。我国是制造大国我国是制造大国,是世界工厂是世界工厂,但还不是制造强国。但还不是制造强国。2023/4/163表表1 1 我国我国GDPGDP与制造业工业增加值与制造业工业增加值(表表2)2)年份年份当年价（亿元）当年价（亿元）GDP制造业工业增加值制造业工业增加值制造业的比重（制造业的比重（%）19526798913.0719783624127935.2919858964284031.681

4、995584782057835.202000894423225536.0620021023983615135.302023/4/164图图1 1 中德日美四国制造业增加值变化情况中德日美四国制造业增加值变化情况 2023/4/1650.2 0.2 我国制造业的优势、劣势、机遇、威胁分析我国制造业的优势、劣势、机遇、威胁分析优势优势较低的劳动力成本较低的劳动力成本广阔的潜在消费市场广阔的潜在消费市场比较完善的制造业体系比较完善的制造业体系经济持续健康协调快速增长经济持续健康协调快速增长以改革开放为核心的政府政策以改革开放为核心的政府政策支持支持劣势劣势技术创新能力薄弱技术创新能力薄弱市场经济发育

5、不完善市场经济发育不完善国有企业总体活力不足国有企业总体活力不足缺少具有国际竞争力的大型企业缺少具有国际竞争力的大型企业包括具有总承包能力的工程公司包括具有总承包能力的工程公司机遇机遇发达国家的制造业向发展中国发达国家的制造业向发展中国 家转移步伐加快家转移步伐加快以信息技术为代表的高技术与以信息技术为代表的高技术与 制造业的融合提供了制造业水制造业的融合提供了制造业水 平提升的机遇平提升的机遇城市化建设加快，人民生活水城市化建设加快，人民生活水 平和消费能力持续提高平和消费能力持续提高威胁威胁资源短缺、水资源危机、生态环境资源短缺、水资源危机、生态环境 恶化恶化国际贸易保护主义加剧，技术壁垒

6、国际贸易保护主义加剧，技术壁垒加重加重庞大的人口带来巨大的就业压力庞大的人口带来巨大的就业压力国内市场与国际市场接轨，竞争加剧国内市场与国际市场接轨，竞争加剧2023/4/1660.3 0.3 我国装备制造业存在的不足我国装备制造业存在的不足 新新中中国国成成立立5050多多年年来来,我我国国制制造造业业得得到到了了长长足足的的发发展展,已已取取得得了了重重大大成成就就,目目前前我我国国已已成成为为制制造造业业的的大大国国、世世界界制制造造工工厂厂。但但我我国国与与制制造造强强国国相相比比还还有有较较大大差差距距。原原因因是是多方面的，以下几点应引起重视：多方面的，以下几点应引起重视：(1)(

7、1)目前我国许多重大装备还大量依赖进口目前我国许多重大装备还大量依赖进口;(2)(2)许许多多难难度度较较大大产产品品的的质质量量与与性性能能与与国国外外的的相相比比,还有较大差距还有较大差距;(3)(3)自主开发的产品还较少自主开发的产品还较少,有的还不能制造有的还不能制造;(4)(4)总的来看总的来看,产品的技术含量有待提高。产品的技术含量有待提高。本本世世纪纪初初我我国国正正在在依依靠靠科科学学技技术术进进步步，开开拓拓出出一一条条发发展制造业及通向制造强国之路。展制造业及通向制造强国之路。2023/4/1670.4 0.4 应该采取的措施应该采取的措施 （1 1）掌握国内外需求情况和产

8、品开发的切入点）掌握国内外需求情况和产品开发的切入点 （2 2）把握产品国内外的发展水平及国际前沿）把握产品国内外的发展水平及国际前沿 （3 3）建立强有力的产品研究和开发的队伍）建立强有力的产品研究和开发的队伍 （4 4）在产品研发中开展自主创新设计）在产品研发中开展自主创新设计 （5 5）创建试验研究的良好条件和环境）创建试验研究的良好条件和环境 （6 6）重视产品研究开发过程中的五大要素）重视产品研究开发过程中的五大要素 （7 7）把提高产品设计质量放到首要的地位）把提高产品设计质量放到首要的地位 （8 8）采用先进的产品设计理论与方法）采用先进的产品设计理论与方法2023/4/168

9、近近几几年年,我我对对产产品品的的设设计计理理论论与与方方法法进进行行了了研研究究,提提出出了了一一种种基于系统工程的产品设计理论与方法，基于系统工程的产品设计理论与方法，该方法的特点是：该方法的特点是：以以用户需求用户需求为前提，为前提，以以多科学的理论与技术的交叉融合多科学的理论与技术的交叉融合为基础，为基础，以以科学发展观的思想和产品自主创新思想科学发展观的思想和产品自主创新思想做指导，做指导，以提高以提高产品广义质量（五大要素）产品广义质量（五大要素）为目标，为目标，以以功能设计和结构、使用和制造性能设计功能设计和结构、使用和制造性能设计的内容，的内容，以以功能优化动态优化、智能优化和

10、可视优化及数字化功能优化动态优化、智能优化和可视优化及数字化为方法，为方法，提出了一种提出了一种基于系统工程的产品设计理论与方法基于系统工程的产品设计理论与方法。在我写的多部著作中已做了叙述在我写的多部著作中已做了叙述:(1)(1)面向产品广义质量的综合设计理论与方法，面向产品广义质量的综合设计理论与方法，科学出版社科学出版社,20062006(2)(2)产品的全功能和全性能的综合设计，产品的全功能和全性能的综合设计，共本，机械工业共本，机械工业出版社出版社,2008,2008,（已出版本）（已出版本）2023/4/169 1 1、产品的设计质量及功能与性能的含义、产品的设计质量及功能与性能的

11、含义 主功能主功能转变加工对象（被加工物件、转变加工对象（被加工物件、物体或物质）的物体或物质）的几何形态、物理几何形态、物理状态、化学组成、生理机能和进状态、化学组成、生理机能和进行信息的传输与处理行信息的传输与处理等工作。等工作。辅助功能辅助功能为实现基本功能需完成的辅助为实现基本功能需完成的辅助工作，例如，加工对象（物件、工作，例如，加工对象（物件、物体或物质）的物体或物质）的转运、装卸和固转运、装卸和固定定等；工作机构需获得所需的等；工作机构需获得所需的运运动形式动形式；系统需获得所需的；系统需获得所需的动力动力；操纵操纵指令信号指令信号的发出及执行；工的发出及执行；工况信息的采集、测

12、试与系统的况信息的采集、测试与系统的控控制制等。等。运动传输运动传输信息传输信息传输能量传输能量传输物质输出物质输出指令传递指令传递能量输入能量输入信息采集信息采集物质输入物质输入运动输入运动输入指令输入指令输入图图1 1 产品的主功能与辅助功能产品的主功能与辅助功能 1.1 1.1 产品的主功能与辅助功能产品的主功能与辅助功能2023/4/1610 1.1 1.1 产品功能的内涵及主要特性产品功能的内涵及主要特性 图图2.2 功能功能结结构构简图简图和和对对功能的要求及其主要特性功能的要求及其主要特性图图2 2 产品功能要求及主要特性产品功能要求及主要特性1 1、结构布置结构布置实现主、辅功

13、能所对应的结构实现主、辅功能所对应的结构2 2、机构机构驱动、驱动、2 2动、工作机构动、工作机构3 3、参数参数 几何参数、工艺参数几何参数、工艺参数运动参数、动力参数运动参数、动力参数4.4.系统系统物质转运系统、运动形式转换系统、能量传输物质转运系统、运动形式转换系统、能量传输系统、指令输入系统、状态控制系统系统、指令输入系统、状态控制系统功能设计四项内容功能设计四项内容 用用1、2、3、4加以概括加以概括2023/4/1611 1.2 1.2 产品的三大性能产品的三大性能 图图3 3 现代机械产品的三大性能现代机械产品的三大性能系统可靠性系统可靠性 工作可靠性工作可靠性 人机安全性人机

14、安全性 材质造应性材质造应性 工作耐久性工作耐久性 结构紧凑性结构紧凑性 环境无害性环境无害性 造型艺术性造型艺术性 设计经济性设计经济性结构性能结构性能Q Q 狭义质量狭义质量C C 价格价格T T 生产周期生产周期E E 环境环境S S 售后服务售后服务机械产品机械产品设计质量设计质量工效实用性工效实用性工作稳定性工作稳定性指标优越性指标优越性设备动力性设备动力性状态测控性状态测控性故障可诊性故障可诊性操作宜人性操作宜人性使用经济性使用经济性制造工艺性制造工艺性零件规范性零件规范性容差合理性容差合理性生产时间性生产时间性设备维修性设备维修性装运可行性装运可行性废品回收性废品回收性制造经济性

15、制造经济性 工作性能工作性能 工艺性能工艺性能2023/4/1612 1.3 1.3 产品质量与设计质量的定义产品质量与设计质量的定义 早早期期把把产产品品质质量量理理解解为为产产品品技技术术特特征征符符合合规规定定要要求求的的程程度度(质质量的量的“符合性符合性”定义定义).).2020世世纪纪6060年年代代，美美国国质质量量管管理理专专家家朱朱兰兰提提出出了了“质质量量是是满满足足顾客需求的程度顾客需求的程度”的观点，被称为质量的的观点，被称为质量的“适用性适用性”定义。定义。ISOISO于于19861986将将质质量量定定义义为为“产产品品或或服服务务满满足足规规定定或或潜潜在在需需要

16、要的的特征和特性的总和特征和特性的总和”。ISOISO于于19941994质质量量定定义义:反反映映实实体体满满足足明明确确和和隐隐含含需需求求的的能能力力的的特性总和特性总和。ISO ISO于于20002000质量定义质量定义:一组固有特性满足要求的程度一组固有特性满足要求的程度。作作者者认认为为产产品品质质量量的的定定义义因因不不同同的的前前提提条条件件而而有有所所区区别别，产产品质量分为产品的使用质量、设计质量、制造质量和包装质量等。品质量分为产品的使用质量、设计质量、制造质量和包装质量等。产产品品使使用用质质量量，或或产产品品的的质质量量Q Q的的定定义义应应是是:执执行行或或完完成成

17、使使用用的工作要求所能表现的能力的工作要求所能表现的能力(或所能达到的水平或所能达到的水平)。产产品品设设计计质质量量的的定定义义应应是是:执执行行产产品品设设计计的的工工作作要要求求所所能能表表现现的能力的能力(或所能达到的水平或所能达到的水平),产品设计质量产品设计质量=功能功能+性能性能.2023/4/16132 2 产品设计理论与方法及其分类产品设计理论与方法及其分类2.1 2.1 产品的设计方法产品的设计方法（多数采用分析思维模式）（多数采用分析思维模式）(1)(1)比较著名的设计理论与方法比较著名的设计理论与方法:1)1)前苏联的前苏联的TRIZTRIZ理论理论 2)2)德国普适理

18、论德国普适理论(物质流、能量流、信息流物质流、能量流、信息流)3)3)美国的四个映射域公理设计理论美国的四个映射域公理设计理论(需求域、功能域、需求域、功能域、物理域、物理域、过程域过程域)4)4)日本的日本的QFDQFD设计法和三次设计法等设计法和三次设计法等 我国也进行了大量研究，取得了许多重要成果。我国也进行了大量研究，取得了许多重要成果。(2)(2)最近发展的主要设计理论与方法最近发展的主要设计理论与方法:1)1)创新设计创新设计,概念设计概念设计 2)2)数字化设计数字化设计,虚拟设计虚拟设计 3)3)全生命周期和全性能优化设计全生命周期和全性能优化设计 4)4)材料与结构等一体化设

19、计材料与结构等一体化设计,多学科交叉综合设计多学科交叉综合设计2023/4/1614 3、产品的设计方法及其分类、产品的设计方法及其分类 2.2 2.2 产品的设计方法的分类产品的设计方法的分类（分析思维模式与综合思维模式的结合）（分析思维模式与综合思维模式的结合）图图4 4 现代机械设计方法的分类现代机械设计方法的分类方方案案设设计计结结构构设设计计机机构构设设计计几几何何参参数数设设计计工工艺艺参参数数设设计计造造型型设设计计传传动动设设计计摩摩擦擦学学设设计计运运动动学学设设计计动动力力学学设设计计可可靠靠性性设设计计强强度度设设计计试试验验设设计计工工艺艺设设计计监监测测系系统统设设计

20、计诊诊断断系系统统设设计计容容差差设设计计控控制制系系统统设设计计基基础础设设计计三三化化综综合合设设计计1+3 3+X X设设计计面面向向产产品品结结构构性性能能的的动动态态优优化化设设计计面面向向产产品品工工作作性性能能的的智智能能优优化化设设计计面面向向产产品品工工艺艺性性能能的的可可视视优优化化设设计计三三次次设设计计全全生生命命周周期期优优化化设设计计面面向向产产品品总总体体质质量量的的广广义义优优化化设设计计创创新新设设计计基基于于系系统统工工程程的的设设计计概概念念设设计计发发明明解解决决问问题题稳稳健健设设计计改改型型设设计计优优化化设设计计智智能能设设计计虚虚拟拟设设计计网网

21、络络设设计计反反求求设设计计并并行行设设计计可可视视化化设设计计协协同同设设计计相相似似性性设设计计数数字字化化设设计计快快速速反反应应设设计计集集成成设设计计柔柔性性化化设设计计融融合合设设计计模模块块化化设设计计模模糊糊设设计计优优势势设设计计C CA A设设计计公公理理化化设设计计系系统统化化设设计计过过程程常常规规设设计计过过程程和和谐谐设设计计绿绿色色设设计计面面向向产产品品质质量量的的设设计计基基于于价价值值工工程程的的设设计计功功能能设设计计全全性性能能设设计计现代机械设计方法汇总表现代机械设计方法汇总表 设计过程设计过程 设计方法设计方法 设计思想设计思想 组合型设计组合型设计

22、 设计目标设计目标 设计环境设计环境 设计内容设计内容2023/4/1615 3 3 产品设计的三个阶段与产品设计的三个阶段与7D7D总体设计规划总体设计规划设设计计思思想想域域DI设设计计环环境境域域DE 设设计计目目标标域域DO 设设计计过过程程域域D 设设计计内内容容域域DC 设设计计方方法法域域DM 质质量量检检验验域域DA 主观主观能动能动效应效应客观客观环境环境要求要求用户信息用户信息获取功能获取功能需求实现需求实现 功能与性能功能与性能的需求实现的需求实现功能功能性能性能评价评价全局全局性态性态规划规划一一 规划阶段规划阶段二二 实施阶段实施阶段三三 检验阶段检验阶段图图5 5

23、产品设计的产品设计的 三个阶段三个阶段3.1 3.1 产品设计的三个阶段：产品设计的三个阶段：规划、实施与检验阶段规划、实施与检验阶段2023/4/1616 基于系统工程的产基于系统工程的产品全功能和全性能品全功能和全性能的设计规划的设计规划面向产品广义质量面向产品广义质量或全功能全性能优或全功能全性能优化化设计思想设计思想以以科科学学发发展展观观和和自自主主创创新新思思想想作作指指导导。贯贯彻彻绿绿色色设设计计、创创新新设设计计或或基基于于系系统统工工程程的的设计思想设计思想设计目标设计目标产产品品广广义义质质量量（功功能能+性性能）能）Q Q、C C、T T、E E、S S拟拟选选用用全全

24、功功能能设设计计法法、全全性性能能设设计计法法或或QFDQFD设设计计法等。法等。设计质量检验设计质量检验拟拟选选用用产产品品质质量量可可靠靠性性评评估估方方法法、模模糊糊评评估估法法、价价值值评评估估法法或或系系统统工工程程评评估法等估法等设计方法设计方法拟选用优化设计、可视化拟选用优化设计、可视化设计、虚拟设计、数字化设计、虚拟设计、数字化设计、智能设计、协同设设计、智能设计、协同设计、并行设计、网络设计计、并行设计、网络设计或集成设计等或集成设计等设计环境设计环境要要充充分分考考虑虑产产品品的的设设计计环环境境对对产产品品设设计计提提出出的的要要求求如如政政治治、经经济济、社社会会、人人

25、文文和和法法律环境的要求律环境的要求设计内容设计内容拟选用功能设计、结构设拟选用功能设计、结构设计、参数设计、动态设计、计、参数设计、动态设计、强度设计、传动设计、造强度设计、传动设计、造型设计、摩擦学设计或控型设计、摩擦学设计或控制系统设等制系统设等设计过程设计过程由用户需求、产品由用户需求、产品功能优化、性能优功能优化、性能优化、工艺优化及产化、工艺优化及产品检验等组成的五品检验等组成的五个过程个过程图图6 6 产品设计的产品设计的 7D 7D 总体规划模型总体规划模型(60(60多设计法都可以找到它们自己的位置多设计法都可以找到它们自己的位置)2023/4/1617 3.2 3.2 产品

26、设计的产品设计的 7D7D 总体规划总体规划 （1 1）明确设计思想：）明确设计思想：在科学发展观和自主创在科学发展观和自主创新思想指导下完成产品设计工作；新思想指导下完成产品设计工作；（2 2）考虑设计环境：）考虑设计环境：如政治、经济、人文环如政治、经济、人文环境、法律环境、社会环境（指国际与人际环境）、境、法律环境、社会环境（指国际与人际环境）、生态环境、技术环境的要求等；生态环境、技术环境的要求等；（3 3）确定设计目标：）确定设计目标：也就是本书所指的面向也就是本书所指的面向产品的广义质量和实现产品功能和性能的优化产品的广义质量和实现产品功能和性能的优化 （4 4）拟订设计步骤：）拟

27、订设计步骤：设计过程和步骤是用户设计过程和步骤是用户需求获取、制订设计任务书、产品概念设计、详细需求获取、制订设计任务书、产品概念设计、详细设计、工艺设计；设计、工艺设计；2023/4/1618 （5 5）规规划划设设计计内内容容：设设计计内内容容就就是是面面向向产产品品功功能能和和三三大大性性能能的的功功能能优优化化设设计计、动动态态优优化化设设计计、智能优化设计和可视优化设计等；智能优化设计和可视优化设计等；（6 6）选选择择设设计计方方法法：如如选选择择广广义义优优化化设设计计法法、可视优化设计法、数字化设计法等；可视优化设计法、数字化设计法等；（7 7）检检验验设设计计质质量量：建建立

28、立产产品品质质量量的的可可靠靠性性评评估估体体系系，采采用用模模糊糊评评价价法法、价价值值工工程程评评价价法法等等对对产产品品设设计计质质量量进进行行评评估估，克克服服产产品品设设计计工工作作中中的的随随意意性性，进进而而可可提提高高产产品品的的设设计计质质量量，使使企企业业产产品品的的设设计计质质量量得得到到有有效效的的保保证证。此此外外，还还要要通通过过试试验验及及在产品使用过程中来检验产品质量。在产品使用过程中来检验产品质量。2023/4/16193.3 3.3 产品设计规划应是一个完整的技术系统产品设计规划应是一个完整的技术系统 产产品品设设计计总总体体规规划划的的7 7个个映映射射域

29、域与与产产品品设设计计的的 7D7D总总体体规规划划模模型型:(1):(1)明明确确设设计计思思想想；(2)(2)考考虑虑设设计计环环境境；(3)(3)确确定定设设计计目目标标；(4)(4)拟拟订订设设计计过过程程；(5)(5)规规划划设设计计内内容容；(6)(6)选择设计方法；选择设计方法；(7)(7)检验设计质量检验设计质量.。产品设计应是一个完整的技术系统：产品设计应是一个完整的技术系统：(1)(1)对产品设计工作进行全面系统的规划；对产品设计工作进行全面系统的规划；(2)(2)对具体的设计过程制出订完整细致的计划；对具体的设计过程制出订完整细致的计划；(3)(3)对设计结果进行评价与检

30、验。对设计结果进行评价与检验。完完整整的的技技术术系系统统可可以以保保证证技技术术工工作作得得到到全全面面、系系统统、协协调调、稳稳定定、高高速速、可可持持续续地地实实现现克克服服产产品品设设计计工工作作中常常出现的中常常出现的随意性、片面性、主观性、盲目性等。随意性、片面性、主观性、盲目性等。非非完完整整的的技技术术系系统统会会产产生生许许多多不不良良的的结结果果，如如设设计计目标未能实现，设计延期，反工，误工，造成浪费等。目标未能实现，设计延期，反工，误工，造成浪费等。2023/4/1620序号序号1 12 23 34 45 56 67 7规划规划内容内容设计设计思想思想设计设计环境环境设

31、计设计过程过程设计设计目标目标设计设计内容内容设计设计方法方法设计质设计质量检验量检验正面正面效应效应全面性、全面性、系统性、系统性、思想性思想性协调性协调性客观性客观性计划性计划性规范性规范性目的性目的性具体性具体性科学性科学性有效性有效性结果清晰结果清晰性性负机负机效应效应片面性片面性盲目性盲目性主观性主观性随意性随意性缺乏计缺乏计划性划性盲目性盲目性内容空洞内容空洞抽象抽象缺乏科缺乏科学性学性失效性失效性模糊性模糊性可能可能出现出现的的问题问题 1 1、功能和性能达不到要求；、功能和性能达不到要求；2 2、反工，误工，延期；、反工，误工，延期；3 3、产品出厂后出现问题；、产品出厂后出现

32、问题；4 4、产品经济性差，造成不必要的浪费。、产品经济性差，造成不必要的浪费。完整系统与非完整系统结果的比较完整系统与非完整系统结果的比较(表表3)3)2023/4/16214/16/202322 技技术术工工作作中中的的各各元元素素在在整整个个系系统统中中所所起起的的作作用用是是不不相相同同的的,它它们有不同的权重们有不同的权重,因此因此,可以用可以用权重影响系数权重影响系数 乘乘以以各各元元素素,使使各各个个元元素素在在系系统统中中根根据据其其作作用用大大小小实实现现其其等等价价性性的的原原则则。完整系统与非完整系统的质量完整系统与非完整系统的质量可分别表示为可分别表示为 完整系统与非完

33、整系统质量之差为完整系统与非完整系统质量之差为 完完整整的的技技术术系系统统可可以以使使技技术术工工作作得得到到全全面面、系系统统、协协调调、稳稳定、高速、可持续地定、高速、可持续地开展开展。非非完完整整的的技技术术系系统统会会产产生生许许多多不不良良的的结结果果，如如功功能能和和性性能能达达不不到到要要求求、返返工工、误误工工、延延期期、产产品品出出厂厂后后出出现现问问题题、产产品品经经济济性差性差、造成不必要的浪费造成不必要的浪费等等(表表3)3)。2023/4/16233.4 设计目标、设计内容与设计方法的关联性设计目标、设计内容与设计方法的关联性。产品设计目标设计内容与设计方法之间的关

34、系产品设计目标设计内容与设计方法之间的关系：F F 为设计目标矩阵为设计目标矩阵,；D D 为设计内容矩阵为设计内容矩阵；A A 为方法矩阵为方法矩阵，如果产品设计含有老如果产品设计含有老3 3个设计目标的话，则个设计目标的话，则设计方法矩阵设计方法矩阵为为 由前式可以求得由前式可以求得设计内容的元素设计内容的元素：对于线性系统对于线性系统 A，A A 为常数，对于非线性系统为常数，对于非线性系统不为常数不为常数.，如果如果 A A 是对角矩阵，那么是对角矩阵，那么这个求未知元素的方程是独立的，这个求未知元素的方程是独立的，未知元素与已知功能或性能的关系是未知元素与已知功能或性能的关系是 1

35、1 对对 1 1 的关系。的关系。2023/4/1624 4.4.面向产品广义质量的综合设计法面向产品广义质量的综合设计法 综综合合设设计计法法：考考虑虑单单一一设设计计方方法法的的局局限限性性，从从宏宏观观角角度度或或系系统统工工程程角角度度，在在现现有有的的一一些些主主要要的的方方法法中中找找出出对对产产品品总总体体质质量量有有重要影响的重要影响的 3 3、4 4或更多种方法，在设计中加以综合。或更多种方法，在设计中加以综合。A、三三种种设设计计方方法法综综合合在在一一起起的的设设计计法法：如如动动态态优优化化设设计计、智智能能化化设设计计和和可可视视化化设设计计等等3 3种种方方法法综综

36、合合在在一一起起的的设设计计方方法法，称称为为三化或三优综合设计法。三化或三优综合设计法。B B、四四种种设设计计方方法法综综合合在在一一起起的的设设计计法法：如如“产产品品质质量量功功能能化化设设计计、动动态态优优化化设设计计、智智能能化化设设计计和和可可视视化化设设计计等等 4 4 种种方方法法综综合合在在一一起起的的设设计计方方法法，可可以以称称为为四四化化综综合合设设计计法法或或称称为为 1+3 1+3 综综合合设设计法，其中计法，其中1 1为产品的方案设计，后面的为产品的方案设计，后面的 3 3 是三化综合设计法。是三化综合设计法。C C、更更多多种种设设计计方方法法的的综综合合：如

37、如（1+31+3）+X+X 设设计计法法，1+3 1+3 和和前前面的相同，而面的相同，而 X X 考虑一些产品的特殊要求而采用的设计方法考虑一些产品的特殊要求而采用的设计方法。2023/4/1625机械产品深层次的机械产品深层次的（1+31+3）+X+X 综合设计法的内容与特点综合设计法的内容与特点现代机械动态优化设计现代机械动态优化设计动动态态优优化化设设计计动动态态可可靠靠性性设设计计工工作作参参数数智智能能控控制制工工作作过过程程智智能能控控制制产产品品装装配配可可视视化化设设计计工工作作过过程程可可视视化化图图7 7 现代机械产品的现代机械产品的 1+3+X 1+3+X 综合设计法的

38、内容与特点综合设计法的内容与特点 产品的产品的1+3+X 1+3+X 综合设计法综合设计法X X：依据产品特点而应该采用的设计方法，如轿车，要考虑造型设计等：依据产品特点而应该采用的设计方法，如轿车，要考虑造型设计等现代机械智能优化设计现代机械智能优化设计现代机械可视优化设计现代机械可视优化设计以功能优化设计为先导的设计以功能优化设计为先导的设计2023/4/1626 4.1 4.1 产品的功能优化设计产品的功能优化设计功能优化设计功能优化设计指指令令输输入入系系统统工工况况控控制制系系统统能能量量输输入入系系统统改改变变物物质质几几何何形形态态改改变变物物质质物物理理状状态态改改变变物物质质

39、化化学学组组成成转转换换信信息息表表示示形形式式改改变变物物质质生生理理机机能能物物质质输输送送功功能能运运动动形形式式转转变变物物件件装装夹夹功功能能系系统统能能量量输输入入指指令令信信号号输输入入控控制制信信息息转转换换辅辅助助功功能能主主功功能能目标目标内容内容图图8 8 功能设计的目标、内容与方法功能设计的目标、内容与方法方法与步骤方法与步骤优优化化设设计计智智能能设设计计可可视视化化设设计计机机器器整整体体结结构构物物质质输输送送系系统统运运动动学学参参数数动动力力学学参参数数工工艺艺参参数数几几何何参参数数驱驱动动机机构构型型式式传传动动机机构构型型式式工工作作机机构构型型式式运运

40、动动输输入入系系统统辅辅助助功功能能部部结结构构主主功功能能部部结结构构设设计计思思想想设设计计环环境境2023/4/1627 4.2 4.2 产品的动态优化设计产品的动态优化设计 图图9 9 动态优化设计的目标、内容与方法动态优化设计的目标、内容与方法内容内容方法与步骤方法与步骤目标目标动态优化设计动态优化设计方方案案设设计计结结构构设设计计机机构构设设计计运运动动学学设设计计摩摩擦擦学学设设计计动动力力学学设设计计强强度度设设计计可可靠靠性性设设计计造造型型设设计计参参数数设设计计驱驱动动系系统统设设计计传传动动系系统统设设计计优优化化设设计计智智能能设设计计可可视视化化设设计计有有限限元

41、元设设计计数数字字化化设设计计CACAE E设设备备创创新新性性工工作作耐耐久久性性安安全全可可靠靠性性材材质质适适应应性性结结构构紧紧凑凑性性环环境境协协调调性性造造型型艺艺术术性性设设计计经经济济性性设设计计思思想想设设计计环环境境 结结 构构 性性 能能2023/4/16284.3 4.3 产品的智能优化设计产品的智能优化设计 图图10 10 控制系统及智能优化设计的目标、内容与方法控制系统及智能优化设计的目标、内容与方法工工效效实实用用性性指指标标优优越越性性工工作作稳稳定定性性设设备备动动力力性性状状态态测测控控性性故故障障可可诊诊性性操操作作宜宜人人性性使使用用经经济济性性设设备备

42、创创新新性性环环境境协协调调性性方方案案设设计计结结构构设设计计机机构构设设计计运运动动学学设设计计试试验验设设计计动动力力学学设设计计参参数数设设计计监监测测系系统统设设计计控控制制系系统统设设计计诊诊断断系系统统设设计计方法与步骤方法与步骤目标目标使使 用用性性 能能内容内容控制系统及智能优化设计控制系统及智能优化设计优优化化设设计计虚虚拟拟设设计计智智能能设设计计数数字字化化设设计计C CA AE E设设计计思思想想设设计计环环境境2023/4/1629 4.4 4.4 产品的可视优化设计产品的可视优化设计优优化化设设计计智智能能设设计计可可视视化化设设计计有有限限元元设设计计数数字字化

43、化设设计计C CA A目标目标工结使工结使艺构用艺构用性性性性性性能能能能能能方法与步骤方法与步骤图图 11 11 可视优化设计的目标、内容与方法可视优化设计的目标、内容与方法可视优化设计可视优化设计容容差差设设计计方方案案设设计计结结构构设设计计机机构构设设计计运运动动学学设设计计动动力力学学设设计计强强度度设设计计参参数数设设计计监监测测系系统统设设计计控控制制系系统统设设计计装装配配设设计计工工艺艺设设计计工工装装设设计计诊诊断断系系统统设设计计使使用用性性能能结结构构工工艺艺性性容容差差合合理理性性机机器器规规范范性性生生产产时时间间性性装装运运可可行行性性设设备备维维修修性性报报废废

44、回回收收性性结结构构性性能能制制造造经经济济性性设设备备创创新新性性环环境境协协调调性性设设计计思思想想设设计计环环境境内容内容2023/4/1630 图图12 12 深层次深层次的综合设计法的综合设计法深层次深层次综合设计法的内容与特点综合设计法的内容与特点产品功能优化设计产品功能优化设计工工作作参参数数智智能能控控制制工工作作过过程程智智能能控控制制装装配配可可视视化化设设计计工工作作过过程程可可视视化化高维高维非线性非线性不确定不确定时变时变强耦合强耦合深层次深层次的综合设计法的特点的综合设计法的特点 5 5 深层次深层次的综合设计法的综合设计法多变量多变量动动态态可可靠靠性性设设计计动

45、动态态优优化化设设计计现代机械动态优化设计现代机械动态优化设计现代机械智能优化设计现代机械智能优化设计现代机械可视优化设计现代机械可视优化设计2023/4/1631 理论与方法的具体应用理论与方法的具体应用 原始创新原始创新和和集成创新集成创新,可以采用由十方面创新内容可以采用由十方面创新内容组成的创新体系：组成的创新体系：(1)(1)发现发现新原理新原理(2)(2)研究研究新结构新结构 (3)3)发明发明新机构新机构 (4)(4)拓展拓展新系统新系统 (5(5)建立建立新模型新模型 (6)(6)发展发展新理论新理论 (7(7)研发研发新技术新技术(8)8)提出提出新工艺新工艺 (9(9)开拓

46、开拓新方法新方法 (10)(10)研制研制新机器新机器 最终目标最终目标:在国际上在国际上研究和开发出研究和开发出新机器和新产品新机器和新产品.综合设计法综合设计法在产品创新设计中在产品创新设计中的作用的作用2023/4/16324/16/202333 理论与方法的具体应用理论与方法的具体应用研究轿车振动与噪声消减措施研究轿车振动与噪声消减措施(已完成该项目的测试、分析和计算，提出了若干具体措施已完成该项目的测试、分析和计算，提出了若干具体措施)图图20 20 白车身第白车身第8 8阶模态振型在阶模态振型在Z Z方向投影图方向投影图图图17 17 白车身第白车身第1 1阶模态振型在阶模态振型在

47、Y Y方向投影图方向投影图图图18 18 白车身第白车身第3 3阶模态振型在阶模态振型在Y Y方向投影图方向投影图图图19 19 白车身第白车身第5 5阶模态振型在阶模态振型在Y Y方向投影图方向投影图2023/4/16340000、结语、结语(1)(1)我国装备制造业的我国装备制造业的薄弱环节及应采取的措施薄弱环节及应采取的措施(2)(2)产品的产品的功能与性能及设计质量功能与性能及设计质量(3)(3)产品的产品的设计理论与方法的分类设计理论与方法的分类(4)(4)产品设计的产品设计的7D7D总体设计规划模型总体设计规划模型(5)(5)面向产品广义质量的面向产品广义质量的1+3+X1+3+X

48、综合设计法综合设计法(6)(6)基于非线性理论的基于非线性理论的深层次的综合设计法深层次的综合设计法如如何何用用“科科学学发发展展观观”的的思思想想和和“自自主主创创新新”的的理理念念开开展展产产品品的的研研发发和和设设计计工工作作是是一一个个很很值值得得大大家思考的问题，家思考的问题，不管是企业还是高校都有应考虑不管是企业还是高校都有应考虑在在“现现代代设设计计理理论论与与方方法法”课课程程的的教教学学中中，如如果采用上述方法，将有助于学生几个能力的培养。果采用上述方法，将有助于学生几个能力的培养。2023/4/1635本资料来源n更多资料请访问精品资料网(xcnshux)2023/4/1636