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1、2023/3/23,1,浅谈科学发展观指导下的产品设计方法学,东北大学 机械工程与自动化学院 闻邦椿,=浅谈“产品设计方法学”=,2023/3/23,2,科学发展观及其对指导产品研发和设计的意义,科学发展观指导下产品设计方法应有的特点科学发展观的特点是全面、稳定、协调和可持续发展:1.全面性与系统性(综合设计与系统化设计)产品设计要求是多方面的,用单一方法设计很难满足各方面要求,综合地运用各种设计方法进行产品设计是时代要求。2.科学性与实践性(各种科学的设计方法及产品试验)必须努力贯彻实践是检验真理唯一标准的基本原则。3.继承性与创新性(创新设计与概念设计)尽最大可能在前人取得研究成果的基础上
2、开展创新研究。4.协调性与稳定性(和谐设计)处理好事物内部及和外部环境的协调,事物才能稳定发展。5.可持续性与长期性(绿色设计)必须做好环境保护和资源的合理利用,才能持续发展。6.以人为本:任何工作都是靠人来完成的,人是决定因素。,2023/3/23,3,浅谈科学发展观指导下的产品设计方法学,0 科学发展观及其对指导产品研究开发的重要意义 新体系产品设计方法学的创建 1 产品功能与性能的内涵 2 产品设计方法分类及其研究的重要性 3 产品设计的四个阶段 3.1 产品设计的调研阶段：3I产品设计调研 3.2 产品设计的规划阶段:7D设计总体规划 3.3 产品设计的实施阶段:1+3+X 系统设计
3、3.4 产品设计的检验阶段:3A设计质量检验 4 产品系统设计法在某些产品设计中的应用00 进一步完善产品设计方法学及其推广与应用,2023/3/23,4,科学发展观指导下的产品综合设计理论与方法,所介绍的内容主要引自以下两部著作：面向产品广义质量的综合设计理论与方法.科学出版社，2006 基于系统工程的产品设计理论与方法系列著作，共册1 产品的全功能与全性能综合设计2 产品的主辅功能与功能优化设计3 产品的结构性能与动态优化设计(机械工业出版,2008)产品的使用性能与智能优化设计(机械工业出版,2009)产品的制造性能与可视优化设计(机械工业出版,2010)6 机械产品设计质量的检验与评估
4、,2023/3/23,5,0 科学发展观及其对指导产品研发的意义,0.1 研究科学发展指导下的产品设计方法人类已进入知识经济时代，以知识为依托的经济发展模式正在形成与逐渐推广。产品的研究与开发是企业争得市场的重要条件，也是企业生存与发展的关键因素。产品的设计可赋于产品“先天特优、先天良好、先天一般和先天不足”的本质特性，产品设计是产品质量的“灵魂”，因此,研究现代的产品设计方法学具有十分重要的意义。产品设计方法学的研究已有一百多年的历史，科学工作者已提出了数十种产品设计方法，为产品设计提供了良好的条件，但不足的是产品设计方法的研究多数只局限于具体方法的研究，还缺少从设计方法的体系的研究上下功夫
5、，甚至到目前为止,对70多种方法也未能进行分类。,2023/3/23,6,0.1 研究科学发展观指导下的产品设计方法 产品设计的五大要素:Q,C,T,E,S：质量Q、成本C、时间T、环境E、服务S正向产品设计的六大要素:K,Q,C,T,E,S：知识K、质量Q、成本C、时间T、环境E、服务S 转变。产品设计已由传统设计向现代设计方向转变:传统设计的特点是:手工操作、近似计算、串行作业、依托经验、较少考虑环保、局部考虑。现代设计的特点是:机器操作、精确计算、串并结合、依托智力、考虑环保、全局考虑。,0 科学发展观及其对指导产品研发的意义,2023/3/23,7,图1 传统设计与现代设计的对比,0
6、科学发展观及其对指导产品研发的意义,2023/3/23,8,0.2 产品研究和开发中的几个关键问题：（1）如何适应时代的发展创建新的产品设计方法学（2）如何在科学发展观指导下开展产品研究开发和设计工作？（3）如何在产品设计中开展自主创新设计？（4）产品功能与性能的内涵是什么？（5）产品设计理论与方法有多少种及如何分类？（6）对产品设计工作应如何进行总体规划？什么是完整技术系统？什么是非完整技术系统？（7）如何有效地利用系统化设计方法开展产品设计工作？（8）研究系统化设计法的意义何在？（9）深层次的设计理论与方法的含义？（10）如何将广义优化技术、信息技术、虚拟技术和数字化技术应用于产品设计中？
7、,2023/3/23,9,0.产品设计工作的重要性及其核心因素,产品的自主开发首先依赖于设计，产品的设计可赋予某种产品“先天性”的本质特性。对产品质量的贡献率可达70%。有的专家说，产品设计是产品质量的“灵魂”。据日本某部门的统计，发现因设计造成设备故障的比例占50%，因元件、材料原因造成故障的比例为33%，因制造不良造成设备故障的比例为17%。全产品成本水平的70%-80%取决于产品的设计。产品设计不仅能够提高产品的质量，还能缩短产品开发周期，降低设计与制造成本，可以满足用户提出的各方面的需求（即广义综合质量，即综合性能）。产品的6大要素:知识K、质量Q、价格C、生产周期T、环境E 和售后服
8、务S。,2023/3/23,10,1 产品功能与性能及产品广义质量的含义,1.1 概述 1.2 产品的主辅功能 1.3 产品的三大性能 1.4 产品的质量与设计质量的内涵,2023/3/23,11,1.1 概述,对产品设计工作者来说，设计产品所追求的首要目标是产品质量，假如某种产品的质量达不到要求，就会显著降低它的使用价值,甚至完全丧失使用价值，它就会在市场中缺乏竞争力，最终将会被市场所淘汰。产品设计工作者所考虑的问题不只是产品的质量（指的是使用质量），他们所要考虑的问题要比与使用质量相关的内容要多得多，即应该考虑包括产品的质量在内的六大要素:知识K、质量Q（狭义的）、成本C、设计制造周期T、
9、环境E和售后服务S等所有要求，这些要求可以概括为用户、企业及社会对产品设计工作提出的各种质量要求。,2023/3/23,12,1.2 产品的主功能的辅助功能,2023/3/23,13,1.3 产品三大性能:结构性能、使用性能、制造性能,2023/3/23,14,1.4 产品的使用质量与设计质量,在新产品开发中，要充分考虑用户的需求，使产品具有良好的质量（Q）（狭义的），较低的价格（C）、较短的交货时间或生产周期（T）、（可把前两者作为制造性能来考虑）、优良的环境保护（E）及良好的售后服务（S）这5个要素(广义目标)和前面所提出的技术目标:主辅功能与三大性能.,此外,产品的设计质量也可以概括为主
10、辅功能和三大性能的综合，通过功能与三大性能的表示产品的设计质量更为具体。产品的质量与产品的设计质量是不相同的,产品的质量主要体现用户的要求,而产品的设计质量应体现用户、企业和社会的所有要求。,2023/3/23,15,2 产品设计理论与方法的分类,2.1 概述 2.2 产品的设计理论与方法简介 2.3 产品的设计理论与方法的分类,2023/3/23,16,2.1 概述,对产品设计工作者来说，设计产品所追求的首要目标是产品质量。假如某种产品的质量达不到要求，就会显著降低它的使用价值，甚至完全丧失使用价值，它就会在市场中缺乏竞争力，最终将会被市场所淘汰。产品设计工作者所考虑的问题不只是产品的质量（
11、指的是使用质量），他们所要考虑的问题要比与使用质量相关的内容要多得多，即应该考虑包括产品的质量在内的五大要素，质量Q（狭义的）、成本C、设计制造周期T、环境E和售后服务S等所有要求，这些要求可以概括为用户、企业及社会对产品设计工作提出的各种质量要求。,2023/3/23,17,3.3 产品的设计理论与方法的分类,2.产品的设计理论与方法的分类,2023/3/23,18,2.设计理论与方法的 7 种分类,分为七大类(1)设计思想类:TRIZ发明解决问题、创新设计、概念设计(2)设计环境类:绿色设计、和谐设计(3)设计过程类:常规设计、公理化设计、QFD设计(4)设计目标类:QFD设计、功能设计、
12、全性能设计、基于价值工程的设计(5)设计内容类:动态设计、控制系统设计、工艺设计(6)设计手段或方法类:优化设计、智能设计、虚拟 设计、可视化设计、网络设计、协同设计(7)综合类:综合设计、结构与材料一体化设计、多 学科交叉融合设计,2023/3/23,19,2023/3/23,20,3.1 产品的设的第一阶段:调研阶段,调研的三项内容：（1）用户需求：要了解用户对所设计产品的需求，对产品的功能要求。（2）产品环境：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）、生态环境、技术环境、资金环境、市场环境与政策环境的要求等。（3）风险调查：产品投产的风险大小，产品投产处于产品的上升
13、阶段，还是处在下降时期。,2023/3/23,21,3.2 产品的设的第二阶段:规划阶段,规划的七项内容：1）明确设计思想：在科学发展观和自主创新思想指导下完成产品设计工作；2）考虑设计环境：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）、生态环境、技术环境的要求等；3）拟订设计步骤：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、详细设计、工艺设计；,2023/3/23,22,3.2 产品设计的第二阶段:规划阶段,4）确定设计目标：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 5）规划设计内容：设计内容就是面向产品功能和三大性能的功能优化设计、动态
14、优化设计、智能优化设计和可视优化设计等；6）选择设计方法：如选择广义优化设计法、可视优化设计法、数字化设计法等；7）检验设计质量：如通过评估、产品试验、用户试用等.,2023/3/23,23,3.3 产品设计的第三阶段:深层次综合设计法,2023/3/23,24,3.4 产品设计的第四阶段：检验阶段,检验设计质量：建立产品质量的可靠性评估体系，采用模糊评价法、价值工程评价法等对产品设计质量进行评估，克服产品设计工作中的随意性，进而可提高产品的设计质量，使企业产品的设计质量得到有效的保证。此外，还要通过试验及在产品使用过程中来检验产品质量。产品设计质量的检验：以试验方法为依据，以用户需求为驱动，
15、以理论方法为参考。例如，最近发生的有含三聚氰胺有毒奶粉事件，有数千名儿童受害，由于没有严格的检验制度，生产奶粉的厂家只顾企业自己的利益。,2023/3/23,25,2023/3/23,26,2023/3/23,27,4.综合设计理论与方法的应用,4.1 已应用于大型离心压缩机的设计中,图7 沈阳鼓风压缩机股份有限公司4.8万kW 煤液化用大型气体离心压缩机轴系的扭振、弯曲振动与弯扭耦合振动计算 功率；48000 kW；转速：高速轴：8100 r/min，低速轴：4700 r/min；流量：48000 m3;气体出口压力：8.7 M Pa,2023/3/23,28,4.综合设计理论与方法的应用,
16、4.2 已应用于香港华建公司振动桩机的设计中,利用振动原理可使 750 吨重的振动桩机来替代1200 吨重的 静压桩机，在同样 工作要求的条件下 每台机器的机重可减少 450 吨。,图8 机重达750吨的新型振动桩机,2023/3/23,29,4.综合设计理论与方法的应用,4.3 已应用于河南某厂3090振动筛的设计中,图9 3090大型自同步振动筛,2023/3/23,30,4.综合设计理论与方法的应用,4.4 已应用于振动压路机的设计中,创新点是应用我们研究得出的分段慢变与双参数慢变的非线性动力学理论研究振动压实过程，并采用调节工作频率的方法使该机获得最佳的工作点,2023/3/23,31
17、,4.综合设计理论与方法的应用,4.5 将在核电站水泵的设计中应用,核泵的主要参数：流量：11750-25700 m3/h；扬程：60-125 m；工作压力：14.95 M Pa工作温度：287.9o C转速：1490 r/min额定功率：4000-13000 kW 高 度：8 m价 格：9000 万元,图11 与某厂的合作研究的 0.4-1.3 万 kW 核电站主泵,2023/3/23,32,4.综合设计理论与方法的应用,4.6 将在380km/h高速铁路动车的设计中应用,2023/3/23,33,（6）将在380km/h高速铁路动车的设计中应用,动车组主要组成部分,动车组关键技术主要包括：动车组总成、车体、转向架、制动、牵引传动与控制等。,2023/3/23,34,
