工程設(shè)計(jì)學(xué) -緒論

1、工程設(shè)計(jì)學(xué)工程設(shè)計(jì)學(xué) 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 陳興陳興 副教授副教授 660473 (短號(hào)短號(hào)) 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 主要教材及參考書主要教材及參考書v王安麟,姜濤,等. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法M. 武漢：華中科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 2010.v孟憲頤. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.v張鄂. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法M. 北京：科學(xué)出版社, 2007.v（德）G.帕爾, W.拜茨, 張直明等(譯). 工程設(shè)計(jì)學(xué)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1992.寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工

2、程設(shè)計(jì)理論概述機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展歷史機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展歷史v遠(yuǎn)古機(jī)械時(shí)期 簡(jiǎn)單工具的出現(xiàn) v古代機(jī)械時(shí)期 功能、結(jié)構(gòu)的多樣化v近現(xiàn)代機(jī)械時(shí)期 大型、復(fù)雜產(chǎn)品，覆蓋到 人類生活的方方面面寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論的發(fā)展歷史工程設(shè)計(jì)理論的發(fā)展歷史v工業(yè)化之前無(wú)設(shè)計(jì)理論 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要依靠技術(shù)的傳承 和經(jīng)驗(yàn)的積累 杰出的代表：達(dá)芬奇達(dá)芬奇寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論的發(fā)展歷史工程設(shè)計(jì)理論的發(fā)展歷史v工業(yè)化時(shí)期設(shè)計(jì)理論的原始積累階段 萊登巴林及其學(xué)生萊登巴林及其學(xué)生：提出了

3、若干重要的特征標(biāo)志和基本原理； 巴赫及里特勒巴赫及里特勒：提出了材料和制造工藝與強(qiáng)度之間的關(guān)系； 勞定勞定：提出了機(jī)器零件中的力流的提示。寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論的發(fā)展歷史工程設(shè)計(jì)理論的發(fā)展歷史v上世紀(jì)20年代至今設(shè)計(jì)理論的形成及繁榮時(shí)期 埃更斯埃更斯：提出了首個(gè)現(xiàn)代意義上的設(shè)計(jì)方法學(xué)觀點(diǎn)：一種分步的設(shè)計(jì)進(jìn)程，各步驟之間力求達(dá)到相互聯(lián)系，以不斷檢查和權(quán)衡優(yōu)劣作為設(shè)計(jì)特征。 韋格鮑爾韋格鮑爾：設(shè)計(jì)方法學(xué)的理論起點(diǎn)，提出將總?cè)蝿?wù)分解為若干分任務(wù)(驅(qū)動(dòng)任務(wù)和執(zhí)行任務(wù))，并對(duì)設(shè)計(jì)中的多種影響因素之間的相互關(guān)系作了描述。寧波大學(xué)機(jī)

4、械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述設(shè)計(jì)學(xué)理論形成中的重要貢獻(xiàn)者 凱塞林凱塞林：提出了五個(gè)優(yōu)先結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理； 曲赫納曲赫納：提出了四個(gè)設(shè)計(jì)基本要素； 馬托賽克馬托賽克：提出了設(shè)計(jì)中的四個(gè)重要影響因素； 萊葉萊葉：建立了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 什么是現(xiàn)代設(shè)計(jì)什么是現(xiàn)代設(shè)計(jì)? ? 以市場(chǎng)需求為驅(qū)動(dòng)、以知識(shí)獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計(jì)以市場(chǎng)需求為驅(qū)動(dòng)、以知識(shí)獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期和人、機(jī)、環(huán)境相容

5、性等因素的設(shè)計(jì)。期和人、機(jī)、環(huán)境相容性等因素的設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法就是研究設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠更加高效、高質(zhì)量、快速地完成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法。（以計(jì)算機(jī)為輔助工具）寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 什么是現(xiàn)代設(shè)計(jì)什么是現(xiàn)代設(shè)計(jì)? ? 以市場(chǎng)需求為驅(qū)動(dòng)、以知識(shí)獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計(jì)以市場(chǎng)需求為驅(qū)動(dòng)、以知識(shí)獲取為中心、以現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周思想、方法和現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期和人、機(jī)、環(huán)境相容性等因素的設(shè)計(jì)。期和人、機(jī)、環(huán)境相容性等因素的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的概念及三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)？設(shè)計(jì)

6、系統(tǒng)的概念及三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)？ 什么叫設(shè)計(jì)系統(tǒng)？什么叫設(shè)計(jì)系統(tǒng)？ 設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有三維空間，是由時(shí)間維、邏輯維和方法維設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有三維空間，是由時(shí)間維、邏輯維和方法維組成的三維系統(tǒng)。組成的三維系統(tǒng)。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，有哪些特點(diǎn)？現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，有哪些特點(diǎn)？ 產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化、產(chǎn)品質(zhì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化、產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化、產(chǎn)品工況分析的動(dòng)態(tài)化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程量分析的可靠性化、產(chǎn)品工況分析的動(dòng)態(tài)化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的高效化和自動(dòng)化的高效化和自動(dòng)

7、化 現(xiàn)代設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)體系由現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)體系由基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)主體技術(shù)、支撐技術(shù)支撐技術(shù)和和應(yīng)應(yīng)用技術(shù)用技術(shù)四個(gè)層次組成。四個(gè)層次組成。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程步驟系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程步驟寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程模型系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)程模型寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述主流工程設(shè)計(jì)理論主流工程設(shè)計(jì)理論vPahl和Beitz的工程設(shè)計(jì)

8、學(xué)理論(德國(guó))vNam P. Suh的公理化設(shè)計(jì)理論(Axiomatic Design) (美國(guó))vAltshuler的發(fā)明問(wèn)題解決理論(TRIZ) (蘇聯(lián))vYoshikawa的通用設(shè)計(jì)理論(GDT) (日本) 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述 Pahl和和Beitz的的 工程設(shè)計(jì)學(xué)理論工程設(shè)計(jì)學(xué)理論寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述Suh的公理化設(shè)計(jì)理論的公理化設(shè)計(jì)理論(Axiomatic Design) 美國(guó)MIT的Suh提出的公理化設(shè)計(jì)理論，該理論認(rèn)為設(shè)計(jì)過(guò)程是用戶域功能域物理域過(guò)

9、程域的映射。在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段，從功能需求到設(shè)計(jì)參數(shù)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，功能與設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)滿足獨(dú)立性和最小信息兩條公理。若這兩條公理滿足，原理解才是優(yōu)化的解。 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述Altshuler的發(fā)明問(wèn)題解決理論的發(fā)明問(wèn)題解決理論(TRIZ) 前蘇聯(lián)學(xué)者Altshuler及其領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在分析世界各國(guó)250萬(wàn)件專利的基礎(chǔ)上，提出了發(fā)明問(wèn)題解決理論(TRIZ)。TRIZ理論以解決技術(shù)系統(tǒng)的沖突為目標(biāo)，認(rèn)為發(fā)明問(wèn)題求解的過(guò)程是對(duì)問(wèn)題不斷描述、不斷程式化的過(guò)程。TRIZ將技術(shù)系統(tǒng)沖突主要分為物理沖突和技術(shù)沖突。寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院

10、寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述Yoshikawa的通用設(shè)計(jì)理論的通用設(shè)計(jì)理論(GDT) 日本學(xué)者Yoshikawa提出了通用設(shè)計(jì)理論（GDT），認(rèn)為設(shè)計(jì)的本質(zhì)是功能空間到屬性空間的映射，并且指出這一映射過(guò)程是一項(xiàng)知識(shí)密集工程（Knowledge Intensive Engineering）。基于這一過(guò)程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜知識(shí)表達(dá)和推理的智能CAD（Intelligent CAD）成為當(dāng)今CAD發(fā)展的重要方向。 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基本內(nèi)容現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基本內(nèi)容 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 工業(yè)造型設(shè)計(jì)工業(yè)造型設(shè)計(jì) 有限元法

11、有限元法 虛擬設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì) 價(jià)值工程價(jià)值工程 模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì) 反求工程反求工程 健壯設(shè)計(jì)健壯設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì) 綠色設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)掌握基本概念掌握基本概念工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)-評(píng)定評(píng)定-再設(shè)計(jì)再設(shè)計(jì)從多種方案中從多種方案中選取較好方案選取較好方案優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)重視系統(tǒng)綜合，在重視系統(tǒng)綜合，在各種約束條件下用各種約束條件下用計(jì)算機(jī)求解計(jì)算機(jī)求解在最短時(shí)間內(nèi)尋求在最短時(shí)間內(nèi)尋求最佳設(shè)計(jì)方案最佳設(shè)計(jì)方案 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧

12、波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 正方形鐵板xaxmax V 最優(yōu)化問(wèn)題的舉例最優(yōu)化問(wèn)題的舉例工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 關(guān)于最優(yōu)化問(wèn)題的解法，軟件開發(fā)者開發(fā)出了各種最優(yōu)關(guān)于最優(yōu)化問(wèn)題的解法，軟件開發(fā)者開發(fā)出了各種最優(yōu)化計(jì)算軟件，供工程設(shè)計(jì)人員使用?；?jì)算軟件，供工程設(shè)計(jì)人員使用。但是，作為使用者必須了解各種最優(yōu)化方法的特點(diǎn)，才但是，作為使用者必須了解各種最優(yōu)化方法的特點(diǎn)，才能針對(duì)實(shí)際問(wèn)題選擇出合適的最優(yōu)化方法解決問(wèn)題。能針對(duì)實(shí)際問(wèn)題選擇出合適的最優(yōu)化方法解決問(wèn)題。一項(xiàng)設(shè)計(jì)常常在一項(xiàng)設(shè)計(jì)常常在一定的技術(shù)條件一定的技術(shù)條件下，要求取得一個(gè)技術(shù)下，

13、要求取得一個(gè)技術(shù)指標(biāo)的指標(biāo)的最佳的設(shè)計(jì)方案最佳的設(shè)計(jì)方案，以期達(dá)到最佳的，以期達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)，如，如重量、成本、性能、承載能力等。重量、成本、性能、承載能力等。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 數(shù)學(xué)模型是實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題的抽象數(shù)學(xué)模型是實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題的抽象,一個(gè)完整的數(shù)學(xué)模型一個(gè)完整的數(shù)學(xué)模型包括包括:一個(gè)設(shè)計(jì)方案有一個(gè)設(shè)計(jì)方案有n個(gè)設(shè)計(jì)變量個(gè)設(shè)計(jì)變量）（nTnRXxxxX,21在滿足在滿足), 2 , 1(0),()(21muxxxgXgnuu), 2 , 1(0),()(21npvxxxhXhnvv求目標(biāo)函數(shù)求目標(biāo)函數(shù)),()(21

14、nxxxFXF)(minXFnRX工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 例例 行星輪系的優(yōu)化設(shè)計(jì)行星輪系的優(yōu)化設(shè)計(jì)行星輪系機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖行星輪系機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1）目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量）目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量32212mm)2(419635. 0)(CibZmXFCmbzxxxxX14321影響目標(biāo)函數(shù)的獨(dú)立參數(shù)均可作為設(shè)計(jì)影響目標(biāo)函數(shù)的獨(dú)立參數(shù)均可作為設(shè)計(jì)變量，即變量，即目標(biāo)函數(shù)可改寫為目標(biāo)函數(shù)可改寫為) 2(419635. 0)(222123CixxxXF工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 017)(1小zXg

15、010)(22xXg2）約束條件的建立）約束條件的建立 保證小齒輪不根切保證小齒輪不根切 限制齒寬最小值，得限制齒寬最小值，得 限制模數(shù)最小值，得限制模數(shù)最小值，得02)(33xXg 模數(shù)和齒寬之間要求模數(shù)和齒寬之間要求mbm175017)(05)(235324xxXgxxXg工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 保證各行星輪之間齒頂不相碰撞，應(yīng)滿足保證各行星輪之間齒頂不相碰撞，應(yīng)滿足0)sin1)(2(21sin)(116CixCxXg0/1 ()(22327）大小小小zzTAxxzXgH0)(2238FFYTAxzxXg小小 滿足接觸強(qiáng)度要求

16、，應(yīng)有滿足接觸強(qiáng)度要求，應(yīng)有 滿足輪齒彎曲強(qiáng)度要求，應(yīng)有滿足輪齒彎曲強(qiáng)度要求，應(yīng)有3）選用合適的優(yōu)化方法求解，得）選用合適的優(yōu)化方法求解，得5 . 453221mbzX工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 選用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方選用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法和計(jì)算機(jī)程序法和計(jì)算機(jī)程序?qū)⒃O(shè)計(jì)問(wèn)題的將設(shè)計(jì)問(wèn)題的物理模型轉(zhuǎn)化物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型為數(shù)學(xué)模型通過(guò)計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)求解得到最求解得到最佳設(shè)計(jì)方案佳設(shè)計(jì)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 CAD能夠幫助我們完成機(jī)械設(shè)計(jì)中的圖形設(shè)計(jì)（制圖）能夠幫

17、助我們完成機(jī)械設(shè)計(jì)中的圖形設(shè)計(jì)（制圖）及部分分析計(jì)算。（以計(jì)算機(jī)為工具）及部分分析計(jì)算。（以計(jì)算機(jī)為工具）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)人工計(jì)算、繪圖人工計(jì)算、繪圖設(shè)計(jì)精度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)精度、穩(wěn)定性和效率有限，修改和效率有限，修改不方便不方便 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖。計(jì)算、繪圖。提高了設(shè)計(jì)精度、提高了設(shè)計(jì)精度、穩(wěn)定性和效率，修穩(wěn)定性和效率，修改方便改方便工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 常用的計(jì)算輔助設(shè)計(jì)軟件有常用的計(jì)算輔助設(shè)計(jì)軟件有:AUTOCAD、PROE、UG和和CATI

18、A等。等。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 CAD提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、工藝參數(shù)提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、工藝參數(shù)等工程數(shù)據(jù)。等工程數(shù)據(jù)。 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 實(shí)際零件實(shí)際零件 加工過(guò)程模擬加工過(guò)程模擬CAD還具有設(shè)備工作過(guò)程模擬和零件加工過(guò)程模擬的功能。還具有設(shè)備工作過(guò)程模擬和零件加工過(guò)程模擬的功能。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)以模塊化設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)思想，以快速、提高可靠性和

19、降以模塊化設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)思想，以快速、提高可靠性和降低成本為主要目的，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)。低成本為主要目的，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)。 主要目標(biāo)是用盡可能少的種類和數(shù)量的模塊組成盡可能多主要目標(biāo)是用盡可能少的種類和數(shù)量的模塊組成盡可能多的種類和規(guī)格的產(chǎn)品。的種類和規(guī)格的產(chǎn)品。專用部件專用部件若干若干標(biāo)準(zhǔn)的、系列標(biāo)準(zhǔn)的、系列的模塊化部件的模塊化部件各類模塊化超精各類模塊化超精密加工機(jī)床密加工機(jī)床根據(jù)武器研制和生產(chǎn)的需要根據(jù)武器研制和生產(chǎn)的需要解決解決幾個(gè)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)十幾種十幾種多臺(tái)多臺(tái)超精密機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)舉例超精密機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)舉例工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)

20、學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 超精密機(jī)床系列和型號(hào)的擬定；超精密機(jī)床系列和型號(hào)的擬定； 模塊的劃分；模塊的劃分；模塊的組配模塊的組配 ；單元模塊有限元力學(xué)分析；單元模塊有限元力學(xué)分析；靜剛度與動(dòng)剛度；靜剛度與動(dòng)剛度；結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及功能模型。結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及功能模型。通用和專用模塊的組合與集成；通用和專用模塊的組合與集成；虛擬裝配；虛擬裝配；關(guān)鍵部件工程化制造。關(guān)鍵部件工程化制造。系統(tǒng)測(cè)試；系統(tǒng)測(cè)試；實(shí)驗(yàn)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 整體技術(shù)方案整體技術(shù)方案模塊化超精密機(jī)床導(dǎo)軌及工作臺(tái)系統(tǒng)主軸系統(tǒng)環(huán)境控制系統(tǒng)導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)微量進(jìn)給系統(tǒng)床身系統(tǒng)位置檢測(cè)系統(tǒng)控制系統(tǒng)其他系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)

21、機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 超精密機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)超精密機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)低成本、快速、高可靠性超精密機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)主軸模塊導(dǎo)軌模塊導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)微量進(jìn)給模塊環(huán)境控制模塊位置檢測(cè)模塊床身模塊數(shù)控模塊其他模塊空氣靜壓主軸液體靜壓主軸單坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)超精高速主軸空氣靜壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌滾珠絲杠直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓電陶瓷進(jìn)給磁致伸縮進(jìn)給振動(dòng)控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)雙頻激光干涉系統(tǒng)光柵測(cè)量系統(tǒng)臥式床身結(jié)構(gòu)龍門立式結(jié)構(gòu)電機(jī)刀架吸盤工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 超精密車床和銑床結(jié)構(gòu)示意圖超精密車床和銑床結(jié)構(gòu)示意圖車床模

22、塊車床模塊銑床模塊銑床模塊寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 通用模塊與專用模塊的有效集成技術(shù)通用模塊與專用模塊的有效集成技術(shù) 超精密車床超精密車床空氣靜壓主軸（空氣靜壓主軸（ZZZZ） 空氣靜壓導(dǎo)軌（空氣靜壓導(dǎo)軌（DGDG）臥式床身臥式床身(CS) (CS) 直線電機(jī)（直線電機(jī)（QDQD）隔振系統(tǒng)隔振系統(tǒng)(HJ) (HJ) 溫度控制系統(tǒng)（溫度控制系統(tǒng)（HJHJ）雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)（雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)（SKSK） 雙頻激光干涉儀雙頻激光干涉儀(WZ)(WZ)主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)（主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)（QTQT） 空氣靜壓尾座空氣靜壓尾座壓電陶瓷機(jī)構(gòu)（壓電陶瓷機(jī)構(gòu)（WJWJ） 刀架（刀架（QT

23、QT） 超精密銑床超精密銑床 液體靜壓主軸（液體靜壓主軸（ZZZZ） 液體靜壓導(dǎo)軌（液體靜壓導(dǎo)軌（DGDG） 臥式床身臥式床身(CS) (CS) 滾珠絲杠（滾珠絲杠（QDQD） 隔振系統(tǒng)隔振系統(tǒng)(HJ) (HJ) 溫度控制系統(tǒng)（溫度控制系統(tǒng)（HJHJ） 主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)（主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)（QT） 導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)電機(jī)（導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)電機(jī)（QT） 寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 v超精密車床；v小型非球曲面磨床；v超精密內(nèi)表面磨床v光學(xué)零件超精密復(fù)合加工機(jī)床；v立式超精密鏜床 ；v臥式超精密鏜床 ；v超精密銑床

24、 ；v .可以組合的設(shè)備可以組合的設(shè)備工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 綜上所述模塊化設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：綜上所述模塊化設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)： 設(shè)計(jì)和制造時(shí)間短；設(shè)計(jì)和制造時(shí)間短； 有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā)；有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā)； 有利于降低成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，便于產(chǎn)品的維修。有利于降低成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，便于產(chǎn)品的維修。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 有限元法有限元法有限元法是以計(jì)算機(jī)為工具的一種現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法。有限元法是以計(jì)算機(jī)為工具的一種現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法。單元

25、特性分析單元特性分析與計(jì)算與計(jì)算結(jié)構(gòu)離散化結(jié)構(gòu)離散化單元組集求單元組集求解方程解方程有限元法的計(jì)算過(guò)程有限元法的計(jì)算過(guò)程工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于以下方面以下方面進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析計(jì)算復(fù)雜零件的應(yīng)力分布和變形計(jì)算復(fù)雜零件的應(yīng)力分布和變形零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算求解工程中復(fù)雜的非線性問(wèn)題、非穩(wěn)求解工程中復(fù)雜的非線性問(wèn)題、非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題態(tài)問(wèn)題常用的有限元分析計(jì)算軟件有常用的有限元分析計(jì)算軟件有IDEAS、ANSYS、MARC、ABAQUS等。等。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論

26、概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 可以分析應(yīng)力、變形、溫度場(chǎng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)、沖擊、隨機(jī)可以分析應(yīng)力、變形、溫度場(chǎng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)、沖擊、隨機(jī)響應(yīng)等。響應(yīng)等。轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的有限元分析轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的有限元分析工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，識(shí)別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，從而為轉(zhuǎn)臺(tái)可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，識(shí)別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，從而為轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。轉(zhuǎn)臺(tái)主軸軸系及臺(tái)面有限元分析轉(zhuǎn)臺(tái)主軸軸系及臺(tái)面有限元分析轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的動(dòng)態(tài)特性直接影響轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的動(dòng)態(tài)特性直接影響轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)

27、性和承載能力。性和承載能力。 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1XYZ NOV 2 200818:01:29AREASTYPE NUM600MW定子機(jī)座幾何模型工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1XYZ NOV 2 200817:39:06ELEMENTS600MW定子機(jī)座有限元網(wǎng)格工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1MNMXXYZ .233291.8736461.5142.1542.7953.4354.0754.7165.3565.99

28、6NOV 26 200816:23:07NODAL SOLUTIONSUB =1TIME=1USUMTOPRSYS=SOLUDMX =5.996SMN =.233291SMX =5.996600MW定子機(jī)座總體位移云圖（最大5.996mm） 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 1MNMXXYZ .01251853.2106.388159.575212.763265.95319.138372.325425.513478.7NOV 26 200816:28:17NODAL SOLUTIONSUB =1TIME=1SEQV (AVG)TOPDMX =

29、5.996SMN =.012518SMX =478.7機(jī)座的等效Von.MiseS應(yīng)力云圖工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 l 大變形有限元本構(gòu)方程的建立大變形有限元本構(gòu)方程的建立例例 切削深度對(duì)超精密切削過(guò)程影響的有限元分析切削深度對(duì)超精密切削過(guò)程影響的有限元分析l 有限元模型的建立和邊界條件的確定有限元模型的建立和邊界條件的確定l 切屑分離準(zhǔn)則的選取切屑分離準(zhǔn)則的選取l 超精密切削過(guò)程有限元分析超精密切削過(guò)程有限元分析有限元模型有限元模型工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 切削力的變化切削

30、力的變化等效應(yīng)力的變化等效應(yīng)力的變化等效塑性應(yīng)變的變化等效塑性應(yīng)變的變化 切屑和工件溫度分布切屑和工件溫度分布工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 工業(yè)設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)是以工業(yè)產(chǎn)品為表現(xiàn)對(duì)象，在滿足工業(yè)屬性的前工業(yè)設(shè)計(jì)是以工業(yè)產(chǎn)品為表現(xiàn)對(duì)象，在滿足工業(yè)屬性的前提下，用藝術(shù)手段，創(chuàng)造出實(shí)用、美觀和經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。提下，用藝術(shù)手段，創(chuàng)造出實(shí)用、美觀和經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。工業(yè)設(shè)計(jì)的目的是工業(yè)設(shè)計(jì)的目的是保證產(chǎn)品的造型質(zhì)保證產(chǎn)品的造型質(zhì)量，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品量，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品具有批量性、創(chuàng)造具有批量性、創(chuàng)造性、實(shí)用性、藝術(shù)性、實(shí)用性、藝術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。性和經(jīng)濟(jì)性。工程設(shè)計(jì)

31、理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 不但保證產(chǎn)品的外部特征，還要考慮結(jié)構(gòu)、功能與材料不但保證產(chǎn)品的外部特征，還要考慮結(jié)構(gòu)、功能與材料的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)和整體效能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)和整體效能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 價(jià)值分析（價(jià)值工程）價(jià)值分析（價(jià)值工程）價(jià)值分析最終目的是價(jià)值分析最終目的是尋求功能與成本的最尋求功能與成本的最佳比例佳比例 。工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 價(jià)值分析是產(chǎn)品獲得最大價(jià)值的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

32、價(jià)值分析是產(chǎn)品獲得最大價(jià)值的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。以開發(fā)創(chuàng)造性以開發(fā)創(chuàng)造性為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)以功能分析以功能分析為核心為核心以科學(xué)分析以科學(xué)分析為工具為工具價(jià)值分析價(jià)值分析尋求功能與成本的最佳比例尋求功能與成本的最佳比例工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 成本分析和功成本分析和功能價(jià)值計(jì)算能價(jià)值計(jì)算確定價(jià)值分析確定價(jià)值分析的對(duì)象的對(duì)象運(yùn)用最新科運(yùn)用最新科技成果技成果價(jià)值分析的一般過(guò)程價(jià)值分析的一般過(guò)程選出最佳設(shè)計(jì)選出最佳設(shè)計(jì)方案方案對(duì)現(xiàn)有的功對(duì)現(xiàn)有的功能原理和方能原理和方法進(jìn)行革新法進(jìn)行革新達(dá)到提高產(chǎn)達(dá)到提高產(chǎn)品價(jià)值的最品價(jià)值的最終目的終目的工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 相似設(shè)計(jì)相似設(shè)計(jì)相似設(shè)計(jì)是相似性理論在機(jī)械領(lǐng)域的具體應(yīng)用，相相似設(shè)計(jì)是相似性理論在機(jī)械領(lǐng)域的具體應(yīng)用，相似設(shè)計(jì)是工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。似設(shè)計(jì)是工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。 工程設(shè)計(jì)理論概述工程設(shè)計(jì)理論概述寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 對(duì)它進(jìn)行最佳對(duì)它進(jìn)行最佳方案的設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì) 先選定某一檔先選定某一檔型號(hào)的產(chǎn)品為型號(hào)的產(chǎn)品為模型模型定出其材料定出其材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸尺寸 相似設(shè)計(jì)過(guò)程相似設(shè)計(jì)過(guò)程再通過(guò)相似性原理再通過(guò)相似