工程设计与创新

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1、工程设计与创新赵新明本讲主要内容工程设计的方法创新概念及创意设计一、工程设计的方法人类需求人类需求是推动人类社会发展与进步的原动力如人类的出行工具牛、马等动物手推车、自行车火车、汽车、电动车飞机、飞船等为获得更多、更好的产品，人类的思维活动、设计与制造方法和手段也不断发展和进步。一、工程设计的方法认识设计设计的过程就是要创造能满足人类需求的人工物。该人工物具有什么价值？完成现实世界到理想世界的转变。自行车既慢又耗体力，所以设计出机动车；夏天汽车里太热，所以设计了汽车空调；早期的信息传递太慢，所以设计出了电报；……一、工程设计的方法“工程设计”是为了满足社会需求而进行的系统、组件或工艺设计

2、过程。工程设计是一个决策过程，通常是一个循环往复的过程。在工程设计中，应用基础科学、数学以及工程科学，集成现有资源，最优化地达到预期的目标。一、工程设计的方法工程设计的创新过程离不开对科学技术的利用，而自然科学的进步则加快了工程发展的步伐。一、工程设计的方法设计的过程是一个从发散到收敛的过程一、工程设计的方法在发散阶段，我们必须对设计任务进行各方面进行充分的分析、分解，生成各种可能的解决方案。在收敛阶段，我们对所有方案进行筛选，进行系统的评估，并找到最符合要求的方案。通常在发散和收敛阶段中间，会加入一个转换阶段，把设计中的定性化指标转换成定量化指标。在发散和收敛阶段之间的转换方法有：质量

3、功能分解(QFD:QualityFunctionDeployment)面向制造的设计(DFM:DesignforManufacturing)面向最低成本的设计等一、工程设计的方法质量功能分解“质量功能分解”是一个非常有力的工具。它可以把客户需求和设计要求定量化。一旦某个概念（方案）被确定，就会进行数学建模和优化设计，进一步精细化设计方案，以便获得最终的设计。“面向制造的设计”则贯穿整个设计过程，是设计过程中必须始终遵循的准则。面向最低成本的设计则从经济的角度来权衡设计的价值。工程设计通常是一个循环和迭代的过程。工程师往往需要对设计出的产品方案进行不断修改和完善，在设计规定的周期里获得符合

4、要求的最佳产品。在工程设计中，除了要满足客户需求，还必须考虑很多其它因素，如安全、经济、环保、可持续发展等。一、工程设计的方法一、工程设计的方法工程设计一般包含四个步骤：（1）问题的提出(需求确定)（2）概念设计（3）详细设计（4）产品加工（1）问题的提出首先要了解工程设计的需求。需求包括：客户要求、新产品发布、维修需求、维修需求、资本扩展、现有产品的缺陷等。要想获得这些需求，必须进行市场调研。通过走访客户、咨询专家、了解同行等各种方法获取市场需求。当获得市场需求之后，就要通过转换方法，将其转换成工程需求。如通过质量功能展开方法，将市场需求转换成可量化的工程需求，便于工程实现。（1）问题

5、的提出如设计一种书写工具，如：铅笔市场需求为：易使用则可以转化的工程需求有：铅笔的长度铅笔的直径铅笔表面的粗糙度（2）概念设计概念设计又称方案设计。当工程设计问题的市场需求（客户需求）和工程需求获得之后，可以开始构思方案。设计人员可以根据市场需求和工程需求，在符合一定的规范的前提下，进行头脑风暴，开始形象思维过程。并将形象思维形成的方案以草图的形式予以表达。对一个设计问题，往往会形成多个设计方案。根据这些方案对需求的吻合程度，挑选出3-5个好的设计方案。再对这几个方案进行补充完善，并进行又一轮的挑选，选出最好的方案。也可以对这3-5个方案进行优势互补，从而形成最终的方案。（3）详细设计当

6、最终方案确定之后，就要对它进行详细的设计，包括：详细结构、形状、尺寸、公差、表面粗糙度等的确定。详细设计最终的结果是正式的工程图纸，还尽可能提供最终设计的三维模型。（4）产品加工当设计图纸完成后，整个设计将进入产品加工阶段。工程技术人员需要将设计图纸转换成加工图纸；需要对加工工艺进行设计；需要对加工过程进行模拟仿真；进而完成产品的加工实现。符合需求的产品工程设计人类需求创意思考过程工程设计程序创意→→←↑工程设计设计的类型设计是以社会需求为目标，在一定的设计原则约束下，在设计方法指导下，用设计手段开发出一种技术系统，将资源转变为产品的过程。设计的类型：原创设计再设计或变参数设计测绘与仿制

7、传统设计方法传统设计方法以生产经验为基础；运用力学和数学形成的一些公式、图表、手册等为依据；规范；按照各种产品的设计经验总结出有关的设计理论、步骤、方法等来开展设计活动。现代设计方法更新了设计手段---无纸设计丰富了产品表示方法---二维到三维拓展了设计理论及方法---有限元、摸态分析改变了设计工作方式---串行设计到并行设计实现了设计制造一体化---CAD、CAM、CAPP、CIMS提高了管理水平---高效、协同、安全组织模式更加