绪论工程机械设计理论与方法

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1、 机械设计及理论研究所School of Mechanical Engineering, Tongji University 机械与能源工程学院 孙远韬 工程机械设计理论及方法第1章 绪论: 现代设计工程机械设计理论及方法 第1章-绪论教学目标教学目标 了解现代工程机械设计理论的基础知识，熟练掌握机械优化的基本理论、模型和计算方法，并能结合Matlab等工具利用有限元软件进行一定程度的工程应用。工程机械设计理论及方法 第1章-绪论考核方式考核方式 1 1、平时（、平时（20%20%）；）； 2 2、使用有限元软件、使用有限元软件APDLAPDL语言进行优化设计语言进行优化设计 得到分析结果；（

2、得到分析结果；（15%15%） 3 3、闭卷考试、闭卷考试 （65%65%）工程机械设计理论及方法 第1章-绪论教材教材- -参考书目参考书目l陈立周陈立周. . 机械优化设计方法机械优化设计方法. . 冶金工业出版社冶金工业出版社（教材）（教材）l龚纯龚纯 , ,王正林王正林. .精通精通MATLABMATLAB最优化计算最优化计算l张鄂，买买提明张鄂，买买提明 现代设计理论与方法现代设计理论与方法. . 科学出版社科学出版社l刘惟信刘惟信. . 机械最优化设计机械最优化设计. . 清华大学出版社清华大学出版社l陈秀宁陈秀宁. .机械优化设计机械优化设计. .杭州：浙江大学出版社杭州：浙江大

3、学出版社l田福祥田福祥. .机械优化设计理论与应用机械优化设计理论与应用. . 冶金工业出版社冶金工业出版社. .工程机械设计理论及方法 第1章-绪论4设计广义的概念指的是发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节及达到的目标等的安排。 例如：BIM（Building Information Modeling）是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对工程机械设计理论及方法 第1章-绪论5 狭义的概念指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，各种

4、产品包括机械产品的设计即属此种。 工程机械设计理论及方法 第1章-绪论 设计的设计的内容内容、要求要求、理论理论和和手段手段不断更新，设计不断更新，设计的的内涵内涵和和外延外延也在不断扩大也在不断扩大 设计不再仅仅是考虑构成产品的设计不再仅仅是考虑构成产品的物质条件物质条件和和能够满足的功能够满足的功能需求能需求，而是综合了，而是综合了经济经济、社会社会、环境环境、人机工程学人机工程学、人的人的心理心理、文化层次文化层次等多种因素的系统设计等多种因素的系统设计 从设计内容上看，设计贯穿了产品从孕育到消亡的整个生从设计内容上看，设计贯穿了产品从孕育到消亡的整个生命周期，涵盖了命周期，涵盖了需求获

5、取需求获取、概念设计概念设计、技术设计技术设计、详细设计详细设计、工艺设计工艺设计、营销设计营销设计及及回收设计回收设计等设计活动，并把等设计活动，并把实验实验、研研究究、设计设计、制造制造、安装安装、使用使用、维修维修作为一个整体来进行规作为一个整体来进行规划划工程机械设计理论及方法 第1章-绪论1.设计理论和实践的变化过去，在理论上主要以过去，在理论上主要以力学力学为基础，在实践上主为基础，在实践上主要以要以经验经验作为基础作为基础现在，作为基础的理论远不止力学，还有系统论现在，作为基础的理论远不止力学，还有系统论、控制论、信息论、传感理论、信号处理理论、控制论、信息论、传感理论、信号处理

6、理论、电子学、计算机等等，作为实践的基础远不止经电子学、计算机等等，作为实践的基础远不止经验，而且还涉及各有关的学科，同时，自身也在验，而且还涉及各有关的学科，同时，自身也在形成自己的学科体系形成自己的学科体系制造理论、工艺理论。制造理论、工艺理论。 工程机械设计理论及方法 第1章-绪论（1）设计对象由）设计对象由单机走向系统单机走向系统；（2）设计要求由）设计要求由单目标走向多目标单目标走向多目标；（3）设计所涉及的领域由）设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域单一领域走向多个领域；（4）承担设计工作的人员从）承担设计工作的人员从单人走向小组单人走向小组；（5）产品更新速度加快，设计周期缩短

7、；）产品更新速度加快，设计周期缩短；（6）产品设计由）产品设计由自由发展走向有计划的发展自由发展走向有计划的发展；（7）设计的发展要）设计的发展要适应科学技术的发展适应科学技术的发展，特别是适，特别是适应计算机技术的发展。应计算机技术的发展。2.产品功能要求的变化工程机械设计理论及方法 第1章-绪论传统设计与现代设计传统设计与现代设计1. 传统设计传统设计 人类的设计活动经历人类的设计活动经历了了直觉设计阶段、经验设直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶段、半理论半经验设计阶段，计阶段，即所谓的传统设即所谓的传统设计阶段。计阶段。工程机械设计理论及方法 第1章-绪论机械产品传统设计过程

8、机械产品传统设计过程产品规划产品规划（明确设计任务）（明确设计任务）原理方案设计原理方案设计设计任务书设计任务书任务书分析任务书分析确定设计参数确定设计参数同类机械的调研和资料分析同类机械的调研和资料分析总体结构方案拟定总体结构方案拟定方案论证方案论证结构设计、绘图结构设计、绘图编写技术文件编写技术文件结束结束条件协商条件协商更改设计更改设计调整调整技术设计技术设计施工设计施工设计工程机械设计理论及方法 第1章-绪论1）传统设计过程分析）传统设计过程分析传统设计的每一个环节都是依靠设计者采用人工方式传统设计的每一个环节都是依靠设计者采用人工方式完成的。完成的。首先凭借设计者直接的或间接的首先凭

9、借设计者直接的或间接的经验经验，通过，通过类比分析类比分析或经验公式或经验公式来确定方案，方案的拟定在很大程度上取来确定方案，方案的拟定在很大程度上取决于设计人员的个人经验。决于设计人员的个人经验。分析计算受人工计算条件的限制，只能用分析计算受人工计算条件的限制，只能用静态的、近静态的、近似的似的方法，参考数据偏重于经验的概括和总结，往往方法，参考数据偏重于经验的概括和总结，往往忽略了一些难解或非主要的因素，设计结果近似性大。忽略了一些难解或非主要的因素，设计结果近似性大。工程机械设计理论及方法 第1章-绪论12工程机械设计理论及方法 第1章-绪论2）传统设计的缺陷和局限性）传统设计的缺陷和局

10、限性设计方案的拟定在很大程度上取决于设计者的个人设计方案的拟定在很大程度上取决于设计者的个人经验经验，即使同时拟定了有限的几个方案，也难以获得，即使同时拟定了有限的几个方案，也难以获得最优方案最优方案分析计算过程中，受人工计算条件的限制，只能采分析计算过程中，受人工计算条件的限制，只能采用用静态或近似的方法静态或近似的方法而难以按动态的方法精确计算，而难以按动态的方法精确计算，计算结果未能完全反映零部件的真正工作状态，影响计算结果未能完全反映零部件的真正工作状态，影响了设计质量了设计质量工程机械设计理论及方法 第1章-绪论2. 现代设计现代设计（1）现代设计方法的概念）现代设计方法的概念 现代

11、设计是过去长期的传统设计活动的延伸和现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是传统设计的深入、丰富和完善。随着设计发展，是传统设计的深入、丰富和完善。随着设计实践经验的积累、设计理论的发展以及科学技术的实践经验的积累、设计理论的发展以及科学技术的进步，特别是计算机技术的高速发展，设计过程产进步，特别是计算机技术的高速发展，设计过程产生了质的飞跃。为区别过去常用的传统设计理论方生了质的飞跃。为区别过去常用的传统设计理论方法、人们把这些新兴理论和方法称为现代设计方法。法、人们把这些新兴理论和方法称为现代设计方法。工程机械设计理论及方法 第1章-绪论（3）现代设计方法的基本特点）现代设计方法的