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CAD/CAM 技术

CAD/CAM 技术. 任课教师：飞行器制造工程系 课程性质：一级学科基础课 课程编号： 071305 课程学时： 32 （ 1 － 10 周） 课程学分： 2. 第二讲. 现代设计理论与方法. Contemporary Design Theory and Methodology. 主讲人 刘继红. 工学博士 / 教授博导 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院飞行器制造工程系. 第一节 绪 论. Introduction. 决定竞争力的因素和手段. 质量 设计. 数量 制造. 品种 技艺. 设计与产品开发时间. 设计. 制造.

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Presentation Transcript

  1. CAD/CAM技术 任课教师：飞行器制造工程系 课程性质：一级学科基础课 课程编号：071305 课程学时：32（1－10周） 课程学分：2

  2. 第二讲 现代设计理论与方法 Contemporary Design Theory and Methodology 主讲人 刘继红 工学博士/教授博导 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院飞行器制造工程系

  3. 第一节 绪 论 Introduction

  4. 决定竞争力的因素和手段 质量 设计 数量 制造 品种 技艺

  5. 设计与产品开发时间 设计 制造 时间 百分比（%)

  6. 70 60 50 40 30 20 10 0 设计 生产准备 与加工 原材料与 外购件的采购 管理和销售 对成本的影响 所需的工时成本 设计与产品开发成本

  7. 60 发生错误 修改错误 50 40 80% 成本 % 30 75% 20 10 0 产品定义 产品设计 工艺规划 制造 检验 应用 设计与修改工作 • 75%的修改工作由产品设计阶段引起 • 80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段完成

  8. 启 示 在设计越来越显示其重要性的今天，掌握新的设计思想、应用新的设计方法和技术、采用新的设计工具，对于提高企业产品竞争力，具有非常重要的意义。

  9. 设计理论与方法论DTM 设计理论与方法论是关于设计本质和设计方法的系统理论，目的在于揭示设计过程的本质规律，探索各种有效的设计方法，为实际的设计工作提供指南。

  10. Design Theory and Methodology • Design science uses scientific methods to analyse the structure of technical systems and their relationships with the environment. The aim is to derive rules for the development of these systems from the system elements and their relationships. • Design methodology is a concrete course of action for the design of technical systems that derives its knowledge from design science and cognitive psychology, and from practical experience in different domain.

  11. DTM相关领域

  12. DTM研究方向 1、描述性设计过程模型 2、规范化设计过程模型 3、可计算设计过程模型 4、设计语言与表达 5、支持设计的分析方法 6、面向整个生命周期的设计DFX

  13. 设计理论与方法论

  14. 第二节 发展简史 History

  15. 2.1萌芽期 十九世纪  二十世纪四十年代

  16. 1861年，德国的F.Reuleaux著书 “Konstrukteur”（机械设计者） • 1875年又发表“理论机构学”一书 • 1877年，英国的W.C.Unwin著书 “The Elements of Machine Design”

  17. 2.2 成型期 二十世纪五十年代  二十世纪六十年代

  18. 欧 洲 • 1962年，在伦敦举行了第一届设计方法会议，主要围绕系统设计方法研究，探讨了设计过程的全面管理的系统方法和用于设计过程的系统技术，如运筹学、质量管理、价值工程等研究成果。 • 1968年，在英国，The Design Council成立。

  19. 美 国 • 1968年，在美国波士顿的MIT举行了“环境设计与规划中的新方法”会议，着重探讨了设计的复杂性问题，理解设计者如何用传统的设计方法解决设计问题。 • 大量关于创造论、设计论，以及工程设计的著作面世。 • M.Asimov－“Introduction to Design”(1962) • T.T.Woodson－“Introduction to Engineering Design”(1966) • J.R.Dixon－“Design Engineering”(1966) • D.Morrison－“Engineering Design”(1968)

  20. 日 本 • 渡边茂所著“设计论”（I，II，III）出版（1968）

  21. 2.3 成熟期 二十世纪七十年代

  22. 欧 洲 • 德国W.G.Rodenacker的著书“Methodisches Konstruieren”（方法论的设计）(1970)、瑞士V.Hubka(1973)、德国K.Roth (1981)、G.Pahl and W.Beitz(1977)等学者的著作相继问世，确立了以德国为代表的欧洲设计理论与方法论流派，即系统设计方法论。 • 70年代后期，欧洲成立了设计研究组织WDK（Workshop Design-Konstruktion）。 • 1979年，在英国出版发行了设计研究国际刊物“Design Studies”。

  23. 美 国 • 1978年，美国麻省理工学院机械系的N.Suh、A.Bell、D.Gossard等人在“Journal of Engineering for Industry”上发表论文，提出了面向制造系统的设计公理，确立了美国流派的设计理论与方法论，即设计原理。

  24. 日 本 • 1971年，由北乡薰等人编著的“设计工学系列丛书”出版发行，比较全面地论述了设计方法和技术。 • 1979年，日本东京大学吉川弘之教授在日本精密机械杂志上发表“一般设计学序说”一文，提出了一般设计学理论，从而成为日本设计理论与方法论研究的代表人物。

  25. 2.4 普及期 二十世纪八十年代以后

  26. 欧 洲 • 在欧洲设计研究组织WDK的组织下，1981年在意大利罗马举行了第一届国际工程设计会议ICED (International Conference on Engineering Design) 。之后，成为隔年主要在欧洲举行的设计研究交流盛会。 • 1984年，德国G.Pahl和W.Beitz的英文版著作“Engineering Design-A Systematic Approach”由The Design Council出版，成为系统设计方法论的代表作。

  27. 美 国 • 1985年，美国国家科学基金委员会NSF正式启动设计理论与方法论研究计划。 • 1987年，美国机械工程师协会ASME设计分会设立设计理论与方法论委员会。 • 1988年6月，举行了“The 1988 NSF Grantee Workshop on Design Theory and Methodology（简称Design theory‘88）”会议。 • 1989年，第一届国际设计理论与方法论会议举行。随后该年会成为设计理论与方法论研究交流的又一个重要会议 • 1990年，N.P.Suh著作“The Principles of Design”由Oxford University Press出版。

  28. 日 本 • 1983年，日本精密工学会设立“设计理论与CAD（D&C）专门委员会”。 • 1991年，日本机械学会设立“设计工程·系统部门”。 • 从1991年起，每年7月份的第2周被定为“设计研究会议周”，其间连续举行三个关于设计的国内国际会议。

  29. 第三节 一般设计学 General Design Theory

  30. 关于一般设计学 • 一般设计学是 • 以阐明在所有设计行为中普遍反映的人类智能活动的机理为基本课题， • 以提出对所有技术领域的设计部门共同有用的指导原理为应用课题 • 的领域。

  31. 研究对象 设计对象 静态构造 设计过程 动态过程

  32. A  B A B A B A  B 研究方法 演 绎 归 纳

  33. 一般设计学理论体系 静态构造 动态过程 公理论 设计学 公理论 设计过程 演绎 设计 实验学 功能/机械 解剖 归纳

  34. 3.1 公理论的设计学 以关于人类智能的普遍得到承认的性质为假说或法则，用演绎的方法推导关于设计中的概念构造的定理。

  35. 基本概念(一) 实体 可以科学手段认知其属性的存在 如：自然界的万物、人工物、信息实体等 概念 将实体以语言、符号、图形来表达的结果

  36. s1 s2 s3 熏肉设计：例 假定 只有鲜肉、腐肉、风干肉三种自然物 S={实体}={s1, s2, s3}

  37. 熏肉设计：例 人类从存在的实体认识其特性，形成概念，进行记忆和认识。换言之，人类具有将实体按照共同特性进行分门别类的能力。 T1=s1,s2 = “随时间肉质变化” T2={s2,s3} = “不能吃”

  38. T1T2=s1,s2s1=s1 T1T2=s3s2,s3=s3 熏肉设计：例 “随时间肉质变化而且能吃”的肉 T1T2=s1,s2s2,s3=s2 “随时间肉质变化而且不能吃”的肉 “肉质不随时间变化而且不能吃”的肉

  39. T1T2=s3s1=  熏肉设计：例 WHAT ? 熏 肉 ！ “肉质不随时间变化而且能吃”的肉

  40. 基本概念(二) 实体集合 所有实体的集合 属性 实体具有的各种物理和化学性质 功能 在某种环境下，实体的作用

  41. 基本概念(三) 实体概念 人们通过体验实体的存在而确立的概念 抽象概念 人们按照意义或价值对实体概念进行分类所得到的关于各类的概念

  42. 抽象概念 功能概念 属性概念 抽象概念

  43. 关于设计的公理系 公理一：认识公理 人们可以通过属性、功能等认识或描述实体 公理二：对应公理 实体集合与（理想）实体概念集合为1:1对应 公理三：操作公理 抽象概念集合是实体概念集合的拓扑

  44. 公理与设计概念三角形 实体 认识公理 对应公理 抽象概念 实体概念 操作公理

  45. 关于设计的定义 设计要求 用户用抽象概念所指定的设计解的性质 设计解 包含在设计要求中，并拥有所有制造所需信息的实体概念 设计 功能空间到属性空间的映射

  46. 设计 以功能概念为拓扑的 实体概念集合 以属性概念为拓扑的 实体概念集合

  47. 关于设计的定理 设计要求可用抽象概念集合的适当的要素的积表示 设计解是属性概念集合中适当的要素的积

  48. 3.2 公理论的设计过程 以关于人类智能的普遍得到承认的性质为假说或法则，用演绎的方法推导关于设计过程的定理。

  49. 关于设计过程的定理 在理想知识环境下，对应设计要求的详细化过程，存在实体概念的要素的序列，并且收敛于一点 T1T1T2T1T2T3 s1 s2 s3 T2 s2 T1 s3 s1 T3

  50. 对应型设计过程模型 全数对应模型 计算模型 产生式模型 收敛型设计过程模型 范例模型 设计过程模型(一)

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