1.2 设计任务、设计过程和全生命周期设计思想在线视频

同学们好

今天我们开始学习

现代设计方法学第一章绪论部分

那么在绪论部分里面

我们主要关注这样的几个内容

第一个是机械设计的任务类型

第二个是机械设计的一般过程

和主要原则

第三个呢

是机械产品全生命周期的设计思想

那么在这里我需要特别跟大家强调一下

机械产品的全生命周期的设计思想

是我们这门课程当中

非常非常重要的一个内容

也是在目前的现代设计当中

我们需要重点关注的一种设计思想

所以希望大家对这一节的内容呢

要重点关注

那么第四个呢

我们来做几点探讨

首先

我们先来看一下机械设计任务的三种类型

机械设计任务的三种类型

在不同的教材上

往往有不同的表达方式

那么在这里呢

我们把机械设计的任务类型

划分为三类

那么第一类

是开发性的设计

那么开发性的设计

大家从字面上就很容易来理解

它指的是一种原创性的设计

也就是从无到有的设计

比如说

目前没有5D打印机

那么我们自己做出来一个5D打印机

这样的一种设计过程

我们称之为开发性的设计

既然是一种原创性的设计

那么我们也都知道开发性的设计

应该是在所有设计任务类型当中

难度最大的一种设计

第二种设计任务类型是变异性设计

那变异性设计呢

我们也称之为改良性的设计

它指的是以基本型的产品为基础

在保持工作原理不变的情况下

我们开发出不同参数

不同尺寸或者说不同功能和性能的

一系列的一些产品

我们把它称之为变异性的设计

那么比如说像丝杠

我们有很多的系列

很多的尺寸系列

那么这样的一种设计就属于变异性的设计

第三种设计是叫反求设计

反求设计

在近些年人们应用的非常非常多

随着计算机技术的不断的发展

那么反求技术

尤其是我们的反求设计技术

得到了快速的发展

那么反求设计技术

主要针对的是已有产品的再设计

主要应用在我们引进的产品

那么我们引入了产品之后

我们在了解了产品的功能

以及它所存在的缺点之后

针对现有产品在设计当中的一些问题

我们进行的再设计 称之为反求设计

那么在反求设计当中

我们会要运用到反求测量

或逆向测量的一些相关的手段或工具

这些内容

我们会放在这门课程当中

后边的现代设计方法概论当中

给大家去做介绍

那接下来呢

我们来看一下第二个问题

有关机械设计的一般流程

对于机械设计的一般流程来说

我们通常是

首先提出任务

当然这个设计任务的提出

那么有可能是我们自己

也有可能是用户指定的设计任务

那么提出设计任务之后呢

接下来我们要分析对机器的要求

然后我们来确定任务要求确定

任务要求之后呢

接下来我们要进行机器的功能分析

那么机器的功能分析

我们最终是想要得到可能的解决方案

那么对机器的功能分析

是在我们现代方法学第一部分当中

非常重要的内容

那么这个呢

我们会放在第三章

在概念设计当中给大家具体来讲解

所以这部分内容呢

大家在后边在学习的过程当中也需要注意

这是设计方案拟定的一种非常重要

也非常有效的一种方法

那么我们提出了可能的解决方案之后

那接下来我们要进行

方案的组合以及方案的评价

那么在多种方案当中

我们如何来进行选择

这涉及到了我们设计方案的

评价与决策方法的选择

现在呢

有很多种方法

我们可以来选用

这在第三章

我们也会做详细的介绍

那么经过方案的评价和决策之后

我们得到了一个确定的方案

也就是我们最终选择的设计方案之后

那接下来我们要做的一件事情是

我们如何把现在的这样的一种设计方案

给它具体化 结构化的过程

所以接下来的这样一个过程

就是我们要明确构型的要求

我们来进行机构的构型的选择

也就说我们是利用齿轮机构

还是利用皮带机构

还是利用蜗轮蜗杆机构来实现

那么这涉及到我们机构的选型

机构选型完成之后

那接下来我们就要进行结构化的设计

在结构化的设计当中

我们需要进行材料的选择

尺寸的确定

需要进行零件的设计

部件的设计

总体的设计

那么在总体设计完成之后呢

接下来我们要进行技术文件的编写

技术文件的编写完成之后

那我们整个的设计过程也就结束了

所以

纵观我们机械设计的这样一个全过程

我们可以看到它是由这样的三部分来构成

第一部分是计划阶段

第二部分是方案设计阶段

第三部分是技术设计阶段

这是我们的第二个问题

那接下来呢

来看一下第三个问题

第三个问题是机械产品

全生命周期的设计思想

这是在现代设计理论当中的最新的进展

也就是说在我们原来的传统设计当中

我们关注的是产品它的功能

关注产品的强度

它的刚度的问题

在现代设计方法当中

我们现在关注产品的全生命周期

那么这个全生命周期在这里面

大家需要注意的是

生命周期这样的四个字

生命周期它实际上有两层的含义

或者我们说生命周期

它包括这样的两种类型

那么第一种叫物理的生命周期

第二种是商业的生命周期

商业的生命周期大家非常好理解

也就是一个产品

从进入市场到退出市场的这样一个过程

我们称之为产品的商业生命周期

那么比如说

大家知道的诺基亚手机

某一个型号的产品从进入市场到退出市场

这样一个过程

我们称之为它的商业生命周期

但是对于它的物理生命周期来说

或者说

我们在现在的标题当中

大家看到的机械产品的全生命周期

这里的生命周期指的是物理生命周期

它的物理生命周期

实际上指的是一个循环

也就是从自然界当中

我们去获取它的原材料

到回归自然的这样一个过程

像我们现在看到的

这个图当中的这一圈

我们称之为一个完整的物理生命周期

在这个生命周期当中

大家可以看到它除了我们材料的问题

设计过程当中的问题

制造过程当中的问题

我们还要考虑它的

使用过程当中的一些问题

我们还要考虑它的维修

它的回收再利用这样的一些阶段

所以对现代产品的设计来说

我们不再仅仅关注于

它的功能的实现

而是我们要考虑

在功能实现的这样一个过程当中

它是否方便我们后续的维修

是否方便用户的使用

是否方便未来的拆解

所以我们在基于全生命周期的设计思想下

我们在产品设计当中

需要考虑的因素会更多

所以这是我们在这里大家看到的

第三个问题

第四个问题

我想在这里给大家做几点探讨

那么第一个探讨是什么叫机械设计

谈到机械设计

大家可能会觉得

我们在机械设计的课程设计当中

我们完成过减速器的这样一个设计

那么减速器的设计

有同学认为它就叫机械设计

原因是因为它就是

机械设计这门课程当中的课程设计的题目

那么接下来我们来看这样的一个问题

核桃在我们的日常生活当中

我们大家是非常常见的

那么对于核桃来说

它在长在树上的时候

大家看到是那种青皮的这种核桃

但是我们在日常生活当中

我们在使用的过程当中

我们吃的是它的核桃仁

所以从青皮核桃

到核桃仁的这样的一个生成的过程

它是如何来实现

当然有同学可能会提到

我们可能自己手工的把它敲开

然后我们把仁取出来

但是大家想对一个我们的食品公司

我们需要用到大量核桃仁的

这样的企业来说

它如何去得到呢

我们如何把青皮的核桃

到我们的带壳的核桃

到我们核桃仁这样一系列的过程

如果用机器的方式来实现

我们如何来完成

那么这样的一个过程

是不是我们在这里提到的机械设计

那么再有一个

大家看最下边的这样的两副图

最下面的两幅图大家可以看到

有的人会说这是两个什么样的产品呢

那么这两个产品我告诉大家

他针对的是我们刚才提到的

设计题目当中的路灯灯杆灯清洗装置

大家可以看到这样的两种设计方案

它有着非常大的差别

首先我们大家可以看到从体型上

就会有非常大的差别

那么另外我们可以看到

从它的这个原理

方案的实现上也有很大的区别

那么这些是不是算

我们这里提到的机械设计呢

所以带着这样一个问题来寻找一下答案

那么这个大家可以看到

我们是从维基百科当中

给大家找到的关于设计的定义

那么从这个设计的定义当中大家可以看到

这个设计实际上就是一个物体

或者说一个系统

来满足某种行为或过程的规划

那么最终的成果呢

我们可能会以原型

或者说以产品或者以过程的形式来呈现

当然在设计的过程当中

我们会受到各种约束条件的限制

所以我们大家可以看到

刚才我们提到的减速器的设计

核桃仁的生成过程的这样一个设计

还有路灯灯杆的清洗装置的设计

它都属于我们机械设计的范畴

第二个问题我们来看一下

那机械设计的过程又是什么样的呢

机械设计的过程

我们刚才给大家展示了

机械设计的一般的流程

那有同学说

我遵循这样一个流程

这样的一个过程

就是我们机械设计的完整过程

那接下来我们来看

大家会有这样的几种误解

首先大家认为机械设计就是来画图

那么画我们现在看到

在屏幕上看到的这样一个

二维的这样一个图纸

我想大家在大一学习的过程当中

我们大家都完成过这样的一些

图纸的绘制的过程

还有的同学可能会认为

我们机械设计就是做计算

那么利用我们的手工的方式来做计算

或者利用我们现在

计算机辅助的方式来完成计算

那么还有同学可能会认为

我们机械设计的过程就是计算

再加上绘图

实际上大家可以看到机械设计的过程

是一个非常复杂的这样一个过程

在这个过程当中会存在一定的设计的迭代

那么就像我们刚才给大家提到的

这样的一个问题一样

实际上

现在的机械设计的这样一个过程

是基于机械产品全生命周期的

这样一个完整的一个设计过程

那接下来我们来看一下第三个问题

机械设计究竟要考虑哪些因素呢

那机械设计要考虑的因素是非常多的

我们要考虑它的美观

要考虑它的质量

要考虑它的性能

同时要考虑它的成本

那么在满足这么多的设计因素或设计要求的情况下

来完成我们一个机械系统的设计

所以从这一页的PPT当中

大家可以看到对机械系统的设计来说

它需要满足使用功能的要求

需要满足经济性的要求

需要满足劳动保护的要求

需要满足可靠性的这样一些要求

所以我们在这里需要关注

零件的失效 零件结构的工艺性

它的经济性及它的可靠性

等等一系列的问题

我们接下来来看一下第四个

需要探究的问题

那也就是大家现在关注的

我们这样一门课

叫现代设计方法学

和我们机械设计当中

学过的一些设计方法之间有什么区别呢

所以我们接下来来探讨这样一个问题

机械设计的理论与方法是否是一成不变的

那接下来呢

我们通过这样几个图来看

首先大家可以看到这是一个皮带传动

那么这个大家可以看到的是一个齿轮传动

那么后边我们再来看蜗轮蜗杆的传动

螺栓连接的设计

轴承的设计

轴的设计

我想大家学习完机械设计这一门课程之后

对于我们现在大家看到的

这六个零件的设计来说

或者说这六类零件的设计来说

应该是没有问题的

都可以来完成

但是我们接下来来看下面的三幅图

那么第一个大家可以看到

这是一个类似点阵或者类似于网状结构的

这些零件

并且大家可以看到这些零件都是金属的

那么再有一个大家可以看到

这是一个形状非常怪异的零件

那么我们先不说它的设计

我们说

从三维建模的角度上来说

建立它的三维模型就是非常困难的

那么对于它的制造来说更加的困难

那接下来我们来看

这是一个人体的植入物

那么人体植入物设计当中

我们需要考虑它的重量的问题

所以我们采用了金属零件

比如说像现在我们大量使用的钛合金

那么放在人体内的时候呢

我们需要考虑它的轻量化的问题

所以大家可以看到

它采用了镂空的结构

所以现在大家可以看到下面的三幅图

和上面的六幅图相比较而言

上面的六幅图是非常传统的

也是非常经典的这样一些零件

我们利用现有的设计理论

我们是可以完全把它设计出来的

但对下面的三幅图来说

我们没有任何的设计理论

可以去支撑我们这样一个零件的设计

那我们如何来做呢

那么这个地方大家就需要关注

所以机械设计的理论和方法

并不是一成不变的

随着我们技术的进展

那么它的设计理论和方法

也在不断地进行完善

所以这里面大家还可以看到

那么这些我们现在可以利用增材制造

也就是我们提到的3D打印的技术来实现

那么既然用增材制造的方式可以来实现

那么我们传统的设计方法

又无法来解决这样的一种设计过程

那怎么办呢

现在就出现了

基于增材思维的衍生式的设计方法

但是在这里我需要给大家澄清的一点是

有同学可能会看到设计理论和设计方法

在发生变化

那原来学过的

机械设计当中的设计理论和设计方法

是不是就没用了呢

那么这个地方大家一定要注意

即使我们的设计理论和设计方法

再发生怎样的变化

我们学过的在机械设计当中的

一些经典的机械零件的设计方法和设计理论

它是永远不过时的

现代设计理论和设计方法的出现

是为了使我们整个的设计过程

会更加的完善

那我们第二节的内容到此结束

谢谢大家