第二章 现代制造工程设计技术第二节 功能设计第一节 现代制造工程设计技术特点l现代制造工程设计是指把整个产品的开发过程 看成以下过程。l现代制造工程设计技术：制造领域应用科学知 识和现代技术手段进行的工程设计。取得社会与 经济效益市场/客户 需求产口设计 规范取得社会与 经济效益技术文件设计人员的创 造性思维现代制造工程设计技术特点l1、社会性与环保性。产品设计向前向后延伸，以面 向社会、面向市场为指导思想进行全面考虑，强调顾 客参与设计过程，重视环保。l2、并行化与设计、制造一体化。设计与制造采用统 一的数据模型，不再是简单的串行工作方式。l3、计算机化与智能化。将计算机全面地引入设计。 利用计算机强大的计算功能，将设计进行整合与优化 。或借助于人工智能，由计算机模仿人设计出产品。l4、动态化与最优化。通过计算机l进行动态多变量最优化处理，寻求最优解决方案和设计参数。l模拟系统真实工作情况，以得到符合实际情况的最佳解。现代制造工程设计技术特点l5、系统性与综合性。采用逻辑的系统的设计方法，综 合运用自然科学理论和社会科学理论，同时采用数学工具和电子 计算机技术，总结设计规律，提供多种解决设计问题的科学途径 。l6、宜人性。传统设计是训练用户来适应机器的要求，而现 代工程设计则能为用户提供新颖舒畅、愉快、兴奋等精神功能， 满足“人机环境”的协调关系。l7、质量控制。重视产品在设计阶段的质量控制活动，全程 监控质量问题，避免设计出来的产品在质量上存在先天不足的缺 陷。第二节 设计方法学l设计方法学：以系统论的观点研究产品的设计 程序、设计规律和设计中的思维与工作方法的 一门综合性科学。l研究目的是：总结设计的规律性，启发设计人 员的创造性，在给定条件下，实现高效、优质 的设计。工程设计的内容l工程设计一般包括产品规划、原理方案设计、 技术设计和施工设计四项内容。l1.产品规划：提出详细的设计任务书l2.原理方案设计：作出产品功能原理方案图l3.技术设计：把产品的最优原理方案具体化l4.施工设计：把技术设计的结果变成加工过程所需的 技术文件。 以上工程设计中应尽可能地实现CAD/CAM一体化 ，从而缩短产品生产周期，提高产品质量。 功能分析法l功能指产品技术系统的用途或所具有的特 定工作能力。l功能分析法探寻功能方案的主要方法。这 种方法将复杂系统的总功能分化为简单的功能 单元，再对每个功能无求解，然后进行组合， 得到系统多种总方案，然后分析比较，最后得 到最佳功能方案。功能分析法 设计步骤和各阶段的应用方法形态学矩形黑箱法评价法功能树创造性方法 解法目录最佳功能原理方案功能元解明确任务总功能功能元功能原理解分析综合评价决策1.总功能分析l只研究功能，不涉及实现功能的方法。l黑箱法：将待求的产品设计系统看成是一个具 有未知数内容的黑箱。示意图如图2-2所示。2.功能分解l将复杂的总功能分解为简单的功能单元l功能树：用树状表示的功能关系图。树根表示总 功能，树枝表示分功能，树叶表示功能元。例：行走挖掘机的总功能是取运物料，对它 的总功能 进行分解而形成的功能树如图2-3所示。物料运送解法目录（图2-4）3.功能元求解l功能元分类：l(1)物理功能元：反映能量、物质、信息变化的基本物理 作用。l(2)逻辑功能元 ： “与”、“或”、“非”三种，用于功能的逻 辑运算与控制。l(3)数学功能元：有加减、乘除、乘方开方、积分微分等 四类。l求解方法l(1)参考有关资料或利用各种创造性方法开阔去探寻解法l(2)利用解法目录求解。如图2-4所示为物理功能中的物料运送解法目录 4.求系统原理解l将各功能元解进行合理组合，就可以得到系统 的多个原理解。l进行功能元解的组合时常采用形态综合法。以 功能元为纵坐标，各功能元解为横坐标，构成 形态学矩阵。如表2-1所示。l从每项功能元中取出一种解进行有机组合，即 得到系统的一个原理解。如果有m个功能元， 第i个功能元有n个功能元解，则可能的原理解 个数为：N=n1 x n2 xnixnm系统解的形态学矩阵（表2-1）例：行走式挖掘机的形态学矩阵l系统原理解的可能方案数为：N=6 X 5 X 4 X 4 X 3=1440 如：A1+B4+C3+D2+E1 为电动履带式挖掘机A5+B5+C2+D4+E2 为液压轮胎式挖掘机练习：根据以下描述列出形态学矩阵PowerPoint软件打印功能描述如下：l打印范围分：全部、当前幻灯片、给定范围共 三种情况； l打印内容分：幻灯片、讲义、备注页、大纲视 图共四种方式；l打印颜色/灰度分:颜色、灰度、黑白共三种设 置；l打印效果分：幻灯片加框和幻灯片不加框两种 方式。5.求最优原理方案比较法l粗筛选：把与设计要求不符的或各功能元解不 相容的方案去除。 如:行走挖掘机，若动力源为电动机，则与液力耦合器、 气垫、液压缸传动等功能元解不相容，不能能成可实 现的方案，必须去除。l定量评价l选择最佳方案功能分析法的优点l设计步骤明确l规律性强l有利于采用计算机进行设计l有利于提高设计质量和效率容易掌握功能分析法The End