装备设计方法Word文档格式.docx

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为了避免变型产品品种繁多，带来的生产混乱和成本增高，变型设计不应无序地进行，应在原有产品的基础上，按照一定的规律演变出各种不同的规格参数、布局和附件的产品，扩大原有产品的性能和功能，形成一个产品系列。

三、组合设计：

组合设计又称模块化设计，是按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的“组合产品”。

进行组合产品的设计，应首先在对一定范围内不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过这些模块的组合，构成不同类型或相同类型不同性能的产品，以满足市场的多方面需求。

组合产品是系列产品的进一步细化，组合产品中的模块也应按系列化设计的原理进行。

据不完全统计，机械制造装备产品中有一大半属于变型产品和组合产品，创新产品只占一小部分。

创新设计的重要意义是：

采用创新设计方法不断推出崭新的产品，是企业在市场竞争中取胜的必要条件；

变型设计和组合设计是在基型和模块系统的基础上进行的，而基型和模块系统也是采用创新设计方法完成的。

第二节 

机械制造装备设计方法

一机械制造装备设计的典型步骤

（一）产品规划阶段

产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制订设计技术任务书。

在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。

1.需求分析 

产品设计是为了满足市场的需求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。

需求分析的任务是将这些需求具体化和恰到好处，明确设计任务的要求。

需求分析本身就是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且自始至终指导设计工作的进行。

开发新产品最困难的不是技术问题，而是确定需要开发什么样的产品。

需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析，如：

1）新产品开发面向的社会消费群体，他们对产品功能、技术性能、质量、数量、价格等方面的要求；

2）现有类似产品的功能、技术性能、价格、市场占有情况和发展趋势；

3）竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向；

4）主要原材料、配件、半成品等的供应情况、价格及变化趋势等。

2.调查研究 

调查研究包括市场调研、技术调研和社会环境调研三部分

（1）市场调研一般从以下几方面进行调研：

用户需求——有关产品功能、性能、质量、使用、保养、维修、外观、颜色、风格、需求量和价格等方面的要求。

产品情况——产品在其生命周期曲线中的位置，新老产品交替的动向分析等。

同行情况——同行产品经营销售情况和发展趋势，本企业产品的市场占有率与差距，主要竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向。

供应情况一一主要原材料、配件、半成品等的质量、品种、价格、供应等方面的情况及变化趋势等。

（2）技术调研

一般包括产品技术的现状及发展趋势；

Ø

行业技术和专业技术的发展趋势；

新型元器件、新材料、新工艺的应用和发展动态；

竞争产品的技术特点分析；

竞争企业的新产品开发动向；

环境对研制的产品提出的要求，如使用环境的空气、湿度、有害物质和粉尘等对产品的要求；

为保证产品的正常运转，研制的产品对环境提出的要求等。

（3）社会调研

一般包括:

企业目标市场所处的社会环境和有关的经济技术政策，如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全等方面的法律、规定和标准；

社会的风俗习惯；

社会人员的构成状况、消费水平、消费心理和购买能力；

本企业实际情况、发展动向、优势和不足、发展潜力等。

3.预测 

预测分定性预测和定量预测两部分：

（1）定性预测

在数据和信息缺乏时，依靠经验和综合分析对未来的发展状况作出推测和估计。

采用的方法有走访调查、查资料、抽样调查、类比调查、专家调查等。

（2）定量预测

对影响预测结果的各种因素进行相关分析和筛选，根据主要影响因素和预测对象的数量关系建立数学模型，对市场发展情况作出定量预测。

采用的方法有时间序列回归法、因果关系回归法、产品寿命周期法等。

4.可行性分析 

可行性分析一般包括技术分析、经济分析和社会分析三个方面。

技术分析是对开发产品可能遇到的主要关键技术问题作全面的分析，提出解决这些关键技术问题的措施；

通过经济分析，应力求新产品投产后能以最少的人力、物力和财力消耗得到满意的功能，取得较好的经济效果；

社会分析是分析开发的产品对社会和环境的影响。

经过技术、经济、社会等方面的分析，和对开发可能性的研究，应提出产品开发的可行性报告。

可行性报告一般包括如下内容：

1）产品开发的必要性。

2）同类产品国内外技术水平，发展趋势。

3）从技术上预期产品开发能达到的技术水平。

4）从设计、工艺和质量方面解决关键技术问题。

5）投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计。

6）现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。

5.编制设计任务书

经过可行性分析后，应确定待设计产品的设计要求和设计参数，编制“设计要求表”，表2-l所列内容可供参考。

在“设计要求表”内要列出必达要求和希望达到的要求。

表中所列的各项要求应排出重要程度的名次，作为对设计进行评价时确定加权系数的依据。

各项要求应尽可能用数值来描述其技术指标。

产品设计任务书是指导产品设计的基础性文件，其主要任务是对产品进行选型，确定最佳设计方针。

在设计任务书内，应说明设计该产品的必要性和现实意义，产品的用途描述、设计所需要的全部重要数据、总体布局和结构特征、应满足的要求、条件和限制等。

这些要求、条件和限制来源于市场、系统属性、环境、法律法规与有关标准、以及制造厂自身的实际情况，是产品设计、评价和决策的依据。

在上述基础上，结合本厂的技术经济和装备实际情况，编制产品设计任务书。

（二）方案设计阶段

方案设计实质上是根据设计任务书的要求，进行产品功能原理的设计。

方案设计的质量将严重影响到产品的结构、性能、工艺和成本，关系到产品的技术水平及竞争能力。

1.对设计任务的抽象 

设计师应对设计任务进行抽象，抓住主要要求，兼顾次要要求，才能避免由于知识和经验的局限性，思想上的种种框框，误导设计方案的制订。

对设计任务进行抽象是对设计任务的再认识，从众多应满足的要求中，通过功能关系和与任务相关的主要约束条件的分析，对“设计要求表”一步一步进行抽象，找出具有本质性的和主要的要求，即本质功能，以便找到能实现这些本质功能的解，再进一步找出其最优解。

2.建立功能结构

经过对设计任务的抽象，可明确设计产品的总功能。

产品的总功能通常是比较复杂的，较难直接看清楚输入和输出之间的关系。

犹如设计产品通常由部件、组件和零件组成，与此相对应，设计产品应满足的总功能，也可分解成分功能和多级子功能，它们按确定的关系结合起来，以实现总功能。

分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构，可用如图2-1所示的图形表示。

图2-1中的方框是一个“黑箱”，代表一个系统，只知道其输入和输出特性，其内部结构在这阶段暂不细究。

通过对“黑箱”及其与周围环境的联系，了解其功能、特性，进一步寻求其内部的机理和结构。

总功能可逐级往下分解，分解到子功能的要求比较明确，便于求解为止。

3.寻求原理解与求解方法

对设计任务进行了抽象，确定了最本质的功能，建立了功能结构，将复杂的总功能分解为比较简单的、相互联系的分功能。

如何实现这些功能以及它们之间的联系，这就是求解问题。

所谓原理解就是能实现某种功能的工作原理，和实现该工作原理的技术手段和结构原理，即所谓的功能载体。

4.初步设计方案的形成

将所有子功能的原理解结合起来，才能形成和实现总功能。

原理解的结合是设计过程中很重要的环节。

（1）系统结合法

所谓系统结合法就是按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理解结合起来。

如图2-3所示的图表。

图表中子功能自上而下按功能结构的树状顺序排列，每个子功能可能有多个原理解，分别填写在子功能所在的行中。

结合时，自上而下在每个子功能所在行中选出合适的原理解，用线将它们串起来，形成一种初步设计方案。

产生的初步设计方案通常不止一个，可在图表中用不同的线型表示多种初步设计方案。

以图2-3为例，理论上可产生mn个初步设计方案，但图2-3原理解系统结合法中许多方案是不可取的，甚至是行不通的。

（2）数学方法结合法

当子功能原理解的物理和几何特征可以定量的形式表达时，有可能借助电子计算机，采用数学方法进行初步设计方案的组合。

在方案设计阶段，如子功能的原理解还不够具体，定量表达原理解的特征有困难或不够精确时，采用数学方法形成初步设计方案是不可行的，甚至会导致错误的结果。

变型设计、模块化设计或电路设计，各子功能的物理和几何特性可精确的定量表达，采用数学方法，如逻辑推理、图论和布尔代数等，将可能结合出合适的初步设计方案，并从中优选出较好的方案。

5.初步设计方案的评价与筛选

原理解的结合可以获得多种，有时多达几十种初步设计方案，应对这些方案进行评价与筛选，找到较优的方案。

（1）初步设计方案的初选

当形成的初步设计方案比较多的情况下，应首先对初步设计方案进行初选，淘汰那些明显不好的方案。

初步设计方案的初选采用如下方法：

1）观察淘汰法2）分数比较法

（2）初步设计方案的具体化

由原理解结合成的初步设计方案还比较抽象，缺乏必要的信息，难以对初选后这样的初步设计方案作进一步评价和筛选，应将初选后的初步设计方案进一步具体化，在空间占用量、重量、主要技术参数、性能、所用材料、制造工艺、成本和运行费用等方面进行定量化。

（3）对初步设计方案进行技术经济评价

初选后的初步设计方案进行具体化后，可对它们进行技术经济评价，做出取舍的最后决策。

（3）技术设计阶段

⏹在技术设计阶段是将方案设计阶段拟定的初步设计方案具体化，确定结构原理方案；

⏹进行总体技术方案设计，确定主要技术参数，布局；

⏹进行结构设计，绘制装配草图，初选主要零件的材料和工艺方案，进行各种必要的性能计算；

⏹如果需要还可以通过模型试验检验和改善设计；

⏹通过技术经济分析选择较优的设计方案。

⏹在技术设计阶段将综合运用系统工程学、价值工程学、力学、摩擦学、机械制造工程学、优化理论、可靠性理论、人机工程学、工业美学、相似理论等理论和方法，来解决设计中出现的问题。

1.确定结构原理方案 

（1）确定结构原理方案的主要依据

根据初步设计方案，在充分理解原理解的基础上，确定结构原理方案的主要依据，其中包括：

⏹决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等；

⏹决定布局的依据，如物流方向、运动方向和操作位置等；

⏹决定材料的依据，如抗腐蚀能力、耐用性、市场供应情况等；

⏹决定和限制结构设计的空间条件，如距离、规定的轴的方向、装入的限制范围等。

（2）确定结构原理方案

在上述