第二章_设计方法_功能分析法

现代设计方法

第二章 现代制造工程设计技术

第二节 功能设计

现代设计方法

第一节 现代制造工程设计技术特点

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。市场/客户 需求 产口设计 规范 设计人员的创 造性思维 技术文件 取得社会与 取得社会与 经济效益 经济效益

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。

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现代制造工程设计技术特点

1、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。 2、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。 3、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。 4、动态化与最优化。通过计算机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。 模拟系统真实工作情况，以得到符合实际情况的最佳解。

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现代制造工程设计技术特点

5、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。

6、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。

7、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。

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第二节 设计方法学

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。 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。

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工程设计的内容

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。1.产品规划：提出详细的设计任务书 2.原理方案设计：作出产品功能原理方案图 3.技术设计：把产品的最优原理方案具体化 4.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。

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功能分析法

功能——指产品技术系统的用途或所具有的特 定工作能力。 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。

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功能分析法设计步骤和各阶段的应用方法明确任务 黑箱法 分析

总功能功能树 功能元 功能元解 创造性方法 解法目录 形态学矩形 功能原理解

综合

评价决策

评价法 最佳功能原理方案

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1.总功能分析

只研究功能，不涉及实现功能的方法。 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。

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2.功能分解

将复杂的总功能分解为简单的功能单元 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。

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物料运送解法目录(图2-4)

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3.功能元求解

功能元分类：(1)物理功能元：反映能量、物质、信息变化的基本物理 作用。 (2)逻辑功能元 ： “与”、“或”、“非”三种，用于 功能的逻辑运算与控制。 (3)数学功能元：有加减、乘除、乘方开方、积分微分等 四类。

求解方法(1)参考有关资料或利用各种创造性方法开阔去探寻解法 (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

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4.求系统原理解

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。 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。 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 x…ni…xnm

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系统解的形态学矩阵(表2-1)

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例：行走式挖掘机的形态学矩阵

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

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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： 打印范围分：全部、当前幻灯片、给定范围共 三种情况； 打印内容分：幻灯片、讲义、备注页、大纲视 图共四种方式； 打印颜色/灰度分:颜色、灰度、黑白共三种设 置； 打印效果分：幻灯片加框和幻灯片不加框两种 方式。