机械现代设计与创新设计(ppt 34页)实用资料
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机械设计学课本
第一章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实用化设计、商品化设计。
2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重大发展（功能思想的提出和发展；人机学思想的形成和发展；工业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的角度将机械设计步骤归纳为哪三大步？（创意、构思、实现）5.“设计”是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。
机械产品设计的一般过程：认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。
6.机械设计学的研究对象：机械设计学研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其他机械设计的共性技术。
7.功能是产品的核心和本质。
第二章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动力和运动转变，以执行人们预期的工作，在人或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或几种功能。
2.从不同角度看机器的组成：从机构学的角度看：各种基本机构，自由度=原动机数；从结构学的角度看：各种基本零件；从专业的角度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调工作实现了实现了机器的总功能。
又可进一步分为：工作机（工作头、执行机构）传动机原动机控制器。
4.从功能的观点看机器的分类可分为：工艺类机器：对物料进行工艺性加工的机器，主要特征是具有专用的工作头并进行独特的工艺加工动作；非工艺类-不对任何物料进行工艺性加工，只实现某些特殊的动作性的机器。
5.家用缝纫机是一种典型的工艺类机器。
工艺方式：一是采用针尖引线的方法代替针尾引线；二是采用双线互锁交织的方法代替反复穿刺。
功能分析：（1）总功能：将线按一定规律缝于缝料上，它可使一根线或多根线通过自连、互连、交织，在缝料上形成一定形式的线迹。
（2）主要功能：引面线造环功能，勾面线扩环供给和收回面线的功能，输送缝料的功能。
机械创新设计(较完整版)
第一讲1、机械创新设计与现代设计、常规设计有什么差异和关联？创新设计方法:充分发挥设计者的创造力,利用人类现有相关科学技术知识,实现创新构思,获得新颖性、创造性、实用性成果.特点：强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖。
独特的设计方法，获得具有创新性、新颖性、实用性的成果。
现代设计:以计算机为工具，运用各类工程应用软件及现代设计理念进行的机械设计。
常规设计：常规设计是以应用公式、图标为先导，已成熟的技术为基础，借助设计经验等常规方法进行设计关联：机械常规设计始终是最基本的机械设计方法，在强调现代设计、创新设计时不可忽视其重要性。
创新设计的基础——常规、现代设计方法的综合、灵活运用。
现代设计方法仅仅借助了先进、高效的计算机应用手段，提高了设计过程的效率，但没有脱离常规设计的思维。
2.现代创新人才应具备那些基本素质？(1) 具备必须的基础知识和专业知识(2) 不断进取与追求的精神(3) 合理的创新思维方式（突破传统定式）(4) 善于捕捉瞬间的灵感（创新的必备条件）(5) 掌握一定的创新技法3.学习机械创新设计的内容有那些？1.机构的创新设计2.机构应用创新设计3.机构组合设计产生新机构系统4.机械结构的创新设计5.利用反求原理进行创新设计6.利用仿生原理进行创新设计第二讲1简述创造性思维四大特性(方法的开放性；过程的自觉性；解决问题的顿悟性；结果的独特性)。
影响创造性思维形成与发展的主要因素包括哪些？(1)天赋能力：与生俱来的所有神经元(2)生活实践：后天实践活动具有的重大意义(3)科学地学习与训练科学、简单易行的专业学习与训练2．了解和阐述创造性思维、创造活动、创造能力三者的关系。
3.理解综合、分离创造原理的特性和基本实施途径。
概念：有目的的将复杂对象分解，提取核心技术，并利用于其他新事物。
特征：1）与综合创造原理对立，但不矛盾；2）冲破事物原有形态的限制，在分离中产生新的技术价值；3）实质上综合法与分离法两者无明显界限，实践中常常相互贯穿，共同促成新事物。
《机械制造实习专题》PPT课件
硬度是在外力作用下材料抵抗局部塑性变形 的能力。常用的硬度有布氏硬度、洛氏硬度和维 氏硬度。
布氏硬度原理
洛氏硬度原理
维氏硬度原理
硬度指标
符号
压头类型 单位
应用特点
HB 淬火钢球、 MPa 测量结果准确、但压痕大，不适合
粉末冶金球
成品检验
HR 淬火钢球、 无量纲 测量操作简便，压痕小，适合成品
金刚石圆锥
智能CAD系统
CAD系统的三层 结构
成形加工------获得零件初步外形的毛坯。基本工艺有： （1）铸造成形，如曲轴、箱体、床身等 （2）压力加工成形（锻造、冲压等） ，锻造如齿轮、轴等，冲压如车 身、仪器壳体等 （3）焊接成形，船体、桥梁等
热处理
预备热处理：赋予 毛坯良好的加工 性能，如锻件、 铸件的退火
3.含碳量对钢组织和性能的影响
随着含碳量的 增加，钢的硬 度、强度呈直 线上升，而塑 性则相应降低。
当含碳量超过 1.0% 时 ， 钢 变 得硬而脆，且 强度下降。
4.钢和铸铁
(1)钢中常存杂质
常存杂质 Mn
Si
对钢的影响
是有利元素。产生固溶强化；与硫化合成 MnS，减轻热脆现象。
是有利元素。能产生固溶强化。
第三讲 常用工程材料
金属材料：黑色金属（钢和铸铁等）、有色金属（铝、铜、钛等及合金）等 有机高分子材料：塑料、橡胶等 陶瓷材料：传统和现代陶瓷材料 复合材料：塑料基、 金属基、陶瓷基等
一、钢和铸铁（铁碳合金）
1.钢和铸铁的相结构与性能 2.Fe-Fe C相图
3
3.含碳量对钢和铸铁组织和性能 的影响
1. 电性能 （1）导电性能 （2）介电性能(材料在电场中的极化；介电常 数和介电强度；压电现象和电致伸缩现象；电铁 效应） 2. 磁性能（磁导率、磁化强度；抗磁性、顺磁 性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性；磁畴结构）
布氏硬度原理
洛氏硬度原理
维氏硬度原理
硬度指标
符号
压头类型 单位
应用特点
HB 淬火钢球、 MPa 测量结果准确、但压痕大，不适合
粉末冶金球
成品检验
HR 淬火钢球、 无量纲 测量操作简便，压痕小，适合成品
金刚石圆锥
智能CAD系统
CAD系统的三层 结构
成形加工------获得零件初步外形的毛坯。基本工艺有： （1）铸造成形，如曲轴、箱体、床身等 （2）压力加工成形（锻造、冲压等） ，锻造如齿轮、轴等，冲压如车 身、仪器壳体等 （3）焊接成形，船体、桥梁等
热处理
预备热处理：赋予 毛坯良好的加工 性能，如锻件、 铸件的退火
3.含碳量对钢组织和性能的影响
随着含碳量的 增加，钢的硬 度、强度呈直 线上升，而塑 性则相应降低。
当含碳量超过 1.0% 时 ， 钢 变 得硬而脆，且 强度下降。
4.钢和铸铁
(1)钢中常存杂质
常存杂质 Mn
Si
对钢的影响
是有利元素。产生固溶强化；与硫化合成 MnS，减轻热脆现象。
是有利元素。能产生固溶强化。
第三讲 常用工程材料
金属材料：黑色金属（钢和铸铁等）、有色金属（铝、铜、钛等及合金）等 有机高分子材料：塑料、橡胶等 陶瓷材料：传统和现代陶瓷材料 复合材料：塑料基、 金属基、陶瓷基等
一、钢和铸铁（铁碳合金）
1.钢和铸铁的相结构与性能 2.Fe-Fe C相图
3
3.含碳量对钢和铸铁组织和性能 的影响
1. 电性能 （1）导电性能 （2）介电性能(材料在电场中的极化；介电常 数和介电强度；压电现象和电致伸缩现象；电铁 效应） 2. 磁性能（磁导率、磁化强度；抗磁性、顺磁 性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性；磁畴结构）
现代机械设计理论与方法(PPT212页)
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
1) 师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
1) 图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
现代设计方法
注重产品设计的全过程 注重分析系统内部单元的相对关系 从功能分析入手解决产品方案设计
2.1 技术系统的组成和处理对象
系统的组成
系统单元 系统结构 边界条件 输入和输出的要素
2.2 系统分析设计方法
系统分析设计的内容
系统设计 系统制造 系统运行
系统分析设计涉及到产品开发和运行的所有环节，甚至包 括产品的售后服务和产品失效（报废）后处理，所以系统 分析设计不是单纯的产品设计。
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
4 设计要求的拟定
1) 产品功能和性能 2) 设计参数和相关的指标 3) 制造及使用等方面的限制条件
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
1 功能分析和原理方案拟定
1) 功能分析 2) 创造性设计 3) 分析——综合——评价
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
二十年来服装的变化趋势或潮流
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
4 依据功能的设计
1) 参考有关资料、专利或产品求解 2) 利用各种创造性方法以开阔思想来探寻解法 3) 采用形态综合 方案设计
5 功能分析设计法举例
1) 挖掘机的原理方案设计
2.2 系统分析设计方法
反向探求法
机械创新设计课件(PPT 91页)
(3)传动部分 传动部分介于原 动机与执行部分之间，用以 传递运动及动力。当原动部 分的速度大小不能满足执行 部分的需要时，传动部分用 机 以实现运动的增速或减速。
(4)控制和操纵部分 该部分的作 器 用是使机器上的原动部分、执行 部分和传动部分协调工作。控制 部分是指通过测量元件取得机器 运行的一定信息，并转换为控制 信息，交由控制器发出信号到操 纵部分，使被控制对象的运动情 况发生变化。
机械创新设计
第一节 创新与创新方法
一、创新的概念
1、发现：是指原本早已存在的事物，经过人们不断 努力和探索后被人们认知的具体结果。
2、发明：是指人们提出或完成原本不存在的、经过 人们不断努力和探索后提出的或完成的具 体结果。
2.5、创造：也是一种完成新成果的过程，但可能具有一定的 参照物，而不强调原本不存在的事物。
现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软 件为基础，运用现代设计理念进行的机械设计。
可靠性设计、优化设 计、有限元设计、计算机 辅助设计、虚拟设计等都 是常用的现代设计方法。
现代设计方法在强调运用计算机、 工程设计与分析软件和现代设计理念 的同时，其基本的设计内容是建立在 常规设计的基础上。
在强调现代设计方法的时候，不 可忽视常规设计方法的重要性。
1、群智集中法：群智集中法又称头脑风暴法 2、仿生创新法 3、功能设计创新法 4、移置技术创新设计法 5、类比求优创新设计法 6、反求创新法
第二节 常规设计、现代设计与创新设计
常规设计
正向设计 现代设计
机械设计方法
创新设计
反向设计 （反求设计）
1、常规机械设计
常规机械设计方法是依据力学和数 学建立的理论公式和经验公式为先导， 以实践经验为基础，运用图表和手册等 技术资料，进行设计计算、绘图和编写 设计说明书的过程。
机器人创新设计(PPT33页)
1～3名参评队员（包括解说员）进入场地 ❖ 答辩时间为3分钟
机器人创新设计参赛作品其他要求
❖参赛作品必须是自主开发制作的创新作品，且 未参加过其他任何比赛。
❖参赛队伍要提供一份正式报告，包括： 作品名称、作品简介、研制过程 选手基本情况 创意设计及结构搭建的新颖性、科学性、 实用性、先进性和未来价值 以及自我评价、指导教师评价和参考 参评作品不同角度外观彩色照片 研制过程图片或VCD 声像资料
机器人现场主题创作评审标准
机器人完成动作展示 (机器人搭建：35分/机器人编程：35分/动作展示： 30分)
机器人动作展示过程中脱离跑道运行或停止运行、 机器人所搬运的物体摆放在指定位置区域外（含压 黑色线）、机器人动作展示过程中所搬运的物体脱 落 (机器人搭建：35分/机器人编程：35分/动作展示： 0分)
历史典故或科幻
特洛伊木马和城堡
如何实现“作品的实用价值”
❖ 作品要符合科学性 ❖ 作品和现实生活想关联 ❖ 能给人的生活带来帮助
或改善
如何实现“深入了解机器人器材，做到结构独特”
❖ 多使用机器人器材，做到熟能生巧、融会贯通 ❖ 组成小组，互相讨论交流，共同提高，多向老师请教
链传动
履带传动
直齿传动
机器人作品创新设计分组进行 ❖小学组 ❖初中组 ❖高中组
机器人创新设计展示
❖机器人创新设计展示 的场地长3m、宽2m ❖ 机器人创新设计的道具不可超出长2m×宽1.5m ❖ 参加展示的机器人尺寸不超过50cm×50cm×50cm，
其型号、重量和数量等无任何要求
机器人创新设计比赛时间安排
❖ 参赛队应提前1小时进入展示场地 ❖ 在评比前各队有10分钟的准备时间 ❖ 陈述和演示时间不超过3分钟；演示时，允许
机器人创新设计参赛作品其他要求
❖参赛作品必须是自主开发制作的创新作品，且 未参加过其他任何比赛。
❖参赛队伍要提供一份正式报告，包括： 作品名称、作品简介、研制过程 选手基本情况 创意设计及结构搭建的新颖性、科学性、 实用性、先进性和未来价值 以及自我评价、指导教师评价和参考 参评作品不同角度外观彩色照片 研制过程图片或VCD 声像资料
机器人现场主题创作评审标准
机器人完成动作展示 (机器人搭建：35分/机器人编程：35分/动作展示： 30分)
机器人动作展示过程中脱离跑道运行或停止运行、 机器人所搬运的物体摆放在指定位置区域外（含压 黑色线）、机器人动作展示过程中所搬运的物体脱 落 (机器人搭建：35分/机器人编程：35分/动作展示： 0分)
历史典故或科幻
特洛伊木马和城堡
如何实现“作品的实用价值”
❖ 作品要符合科学性 ❖ 作品和现实生活想关联 ❖ 能给人的生活带来帮助
或改善
如何实现“深入了解机器人器材，做到结构独特”
❖ 多使用机器人器材，做到熟能生巧、融会贯通 ❖ 组成小组，互相讨论交流，共同提高，多向老师请教
链传动
履带传动
直齿传动
机器人作品创新设计分组进行 ❖小学组 ❖初中组 ❖高中组
机器人创新设计展示
❖机器人创新设计展示 的场地长3m、宽2m ❖ 机器人创新设计的道具不可超出长2m×宽1.5m ❖ 参加展示的机器人尺寸不超过50cm×50cm×50cm，
其型号、重量和数量等无任何要求
机器人创新设计比赛时间安排
❖ 参赛队应提前1小时进入展示场地 ❖ 在评比前各队有10分钟的准备时间 ❖ 陈述和演示时间不超过3分钟；演示时，允许
机械设计制造及其自动化教育的实践与创新
机械设计制造及其自动化教育的实践与创新摘要：本文探讨了机械设计制造及其自动化教育的实践与创新。
分析了机械设计制造及其自动化教育面临的挑战和机遇，提出了一系列创新的教学模式和方法，并结合案例进行了阐述和论证。
同时，本文还对机械设计制造及其自动化教育的未来发展进行了展望。
关键词：机械设计制造、自动化教育、创新、教学模式引言机械设计制造及其自动化教育是现代制造业的核心技术和重要组成部分。
随着科技的不断进步和社会的快速发展，机械设计制造及其自动化教育面临着新的挑战和机遇。
如何创新教学模式和方法，提高人才培养质量和水平，已经成为机械设计制造及其自动化教育关注的重点。
本文旨在探讨机械设计制造及其自动化教育的实践与创新，为相关教育工作者提供一定的参考和借鉴。
一、机械设计制造及其自动化教育面临的挑战和机遇（一）挑战1.技术更新换代快，教材更新滞后教育机构和课程编制往往落后于技术更新的速度。
快速发展的机械制造技术使得传统教材很快变得陈旧，无法涵盖新技术、新工艺的内容。
这导致学生在毕业后可能缺乏对最新技术的了解和实际应用能力，与行业需求脱节。
2.人才培养质量难以保证机械设计制造领域需要全面发展的人才，不仅需要技术储备，还需要实践能力和创新思维。
然而，教育体系在培养学生实践能力和解决实际问题的能力方面可能存在不足。
缺乏与工业实践的紧密结合可能导致毕业生在实际工作中遇到困难。
（二）机遇1.制造业转型升级带来新的需求和机会制造业正在经历数字化、智能化转型，对具备现代技能和知识的人才有着更高的需求。
这为教育机构提供了机会，使其调整课程、教学方法，更好地培养适应新时代需求的人才。
2.新技术、新材料、新工艺的应用拓展了机械设计制造领域的发展空间：先进技术如3D打印、人工智能、物联网等的应用，以及新材料的发展，为机械设计制造领域注入了新活力。
这为教育界提供了机会，能够引导学生更深入地研究和应用这些新技术、新材料，从而扩展了行业的发展空间。
机械设计制造及其自动化PPT课件
信息技术、自动控制技术的交叉 学科，主要任务是运用先进设计 制造技术的理论与方法，解决现 代工程领域中的复杂技术问题， 以实现产品智能化的设计与制造。
2020/2/25
3
与管理企业所需的知识结构及潜能，也具有适应科研、 教育、经贸及行政管理等部门工作或继续深造的素质 和能力，能在机械工程及其自动化领域内从事设计制 造、科技开发、 应用研究、运行管理和经营销售等方 面工作的高级工程技术人才。 部分高校按以下专业方向培养： 机械制造及自动化 制 造自动化与测控技术 微电子制造装备及自动化 机电 模 具 数控 机电控制 机械电子 机械制造 汽车工程 设计制 造数控技术职教师资 机电一体化机械自动化机械电子 工程机械工艺技术先进制造技术 机电传动与控制机械 设计与制造流体传动及控制模具设计与制造数字化设 计制造
（6） 从事 机械设计与制造的现场技术管 理工作；
（7） 从事机电产品的销售和服务工作。
（8） 在高等学校、科研机构和国家机关从 事教学、科研和行政管理工作
（9）从事机械模具设计生产及制造相关工 作。
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7
Topic 3 开设高校
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8
本专业进去双 一流工程建设 的有:
清华大学，哈 尔滨工业大学， 上海交通大学， 浙江大学，华 中科技大学， 西安交通大学， 西北工业大学
2020/2/25
9
湖南大学 211 985 双一流大学B类
2016年 机械类 620分
2020/2/25
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3
与管理企业所需的知识结构及潜能，也具有适应科研、 教育、经贸及行政管理等部门工作或继续深造的素质 和能力，能在机械工程及其自动化领域内从事设计制 造、科技开发、 应用研究、运行管理和经营销售等方 面工作的高级工程技术人才。 部分高校按以下专业方向培养： 机械制造及自动化 制 造自动化与测控技术 微电子制造装备及自动化 机电 模 具 数控 机电控制 机械电子 机械制造 汽车工程 设计制 造数控技术职教师资 机电一体化机械自动化机械电子 工程机械工艺技术先进制造技术 机电传动与控制机械 设计与制造流体传动及控制模具设计与制造数字化设 计制造
（6） 从事 机械设计与制造的现场技术管 理工作；
（7） 从事机电产品的销售和服务工作。
（8） 在高等学校、科研机构和国家机关从 事教学、科研和行政管理工作
（9）从事机械模具设计生产及制造相关工 作。
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Topic 3 开设高校
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本专业进去双 一流工程建设 的有:
清华大学，哈 尔滨工业大学， 上海交通大学， 浙江大学，华 中科技大学， 西安交通大学， 西北工业大学
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湖南大学 211 985 双一流大学B类
2016年 机械类 620分
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2020/2/25
机械设计学(总结)
机械设计学第一章绪论1、机械设计学定义——是一门研究机械设计的共性的综合性学科。
如设计技术、设计理论和设计方法。
2、机械设计的目标：在满足需求的基础上，实现约束最优化设计。
3、机械是机器和机构的统称。
4、机械设计具有的主要特点：多解性、系统性和创新性5、机械设计学的学科由（机械产品设计的三个基本环节是）功能原理设计、实用化设计和商品化设计三大部分组成。
功能原理设计：针对产品的主要功能所进行的原理性设计实质：原理方案的构思和拟定过程。
设计方法：以简图或示意图来进行方案的设计。
实用化设计工作：设计结构、选择材料、确定尺寸要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般原理。
实用化设计的核心是要使产品具有优良的性能，好用。
商品化设计（技术、经济、社会）6、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现。
创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。
构思：重点在于创造．即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意。
实现：重点在于验证构思的合理性，可以通过模型或原理样机来检查构思的合理性。
7、创新需要充分发挥设计人员的三种能力：抽象思维（抓住问题的本质）创造性思维（求多解）形象思维（头脑设计阶段）8、信息的交流与综合是创新的前提9、设计过程是在约束条件下求优过程（约束优化问题）包括：方案优化、设计参数优化、结构形状优化和整体布局方案优化。
10、机械设计按其创新程度可分为创新设计、变型设计和适用性设计三种类型。
11、设计阶段的具体任务可分为四个阶段：可行性研究、初步设计、详细设计和改进设计。
12、机械设计的基本程序可分为四个阶段：设计规划、方案设计、技术设计和施工设计。
第二章机器的组成及典型机器的功能分析1、机器的定义：一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。
2、任何一台机器都是由原动机、传动机、工作机和控制器四部分组成。
第三章机械产品的功能原理设计1、功能原理设计定义：针对产品的主耍功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。
机械结构设计(实用)
5.1。
1机械结构设计的任务机械结构设计的任务是在总体设计的基础上,根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。
是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题.所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图,图纸只是表达设计方案的语言,综合技术的具体化是结构设计的基本内容。
5。
1。
2机械结构设计特点机械结构设计的主要特点有：（1)它是集思考、绘图、计算(有时进行必要的实验）于一体的设计过程,是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段,在整个机械设计过程中,平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。
（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的.（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节,常常需反复交叉的进行。
为此,在进行机械结构设计时,必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求5.2机械结构件的结构要素和设计方法5。
2。
1结构件的几何要素机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的.零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面,在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触,把这一部分表面称为功能表面。
在功能表面之间的联结部分称为联接表面。
零件的功能表面是决定机械功能的重要因素,功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。
描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。
通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。
5。
2.2结构件之间的联接在机器或机械中,任何零件都不是孤立存在的。
因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。
机械创新设计(第一章)
提高创造力应当从培养良好的创造心理，了解创新思 维的特点，掌握创造原理和创造技法等方面起步。
可以说，人人都有创造的潜能。关键在于这些潜能能否 被有效激发，并使之强化并形成持久的创造力。实践证明，
只要经过有意识的学习和训练，人的创造力就可以有 效地被激发，并在创造实践中使创造力逐步巩固和提 高。美国通用电器公司对有关科技人员进行创造工程 课程和实践训练，两年后取得很好的效果，按专利数 测算，这些人的创造力提高了三倍。 3、加强创造实践 创造能力的培养关键是加强实践训练。通过听课、阅 读等学习手段只能帮助大家了解创造的知识和技法，还不 能真正形成创造力。只有加强创造实践，用所学的知识去 观察分析客观现象，解决实际问题，设计出别出心裁的作 品，创造力才能形成。
第三节 机械创新设计的概念及过程
一、机械创新设计的概念： 1．机械创新设计（Mechanical Creative Design, MCD）： 充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术 成果（理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出 具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一 种实践活动。 2．机械创新设计包含两部分：一是改进完善现有机械产品的 性能；二是创造设计出新机器（产品）
6）积极解忧，不信天命。挫折、失败经常伴随在创新的 全过程中，创新需相信自己的好奇心，不随波逐流或听 天由命；
7）才思敏锐，激情迸发。创新人才思维敏锐，激情迸发 才能进入佳境。 2．非智力因素在创新能力培养中的作用
智力因素：注意力、观察力、想象力、思维能力、记忆力 非智力因素：智力因素以外的心理因素，主要指：兴趣、情感、 意志、性格 1）兴趣、情感；兴趣是人们积极探索某种事物或某种活 动的意识倾向，……兴趣可以使人的感官、大脑处于最活跃的 状态，使人能够最佳地接受教育信息，有效地诱发学习动机、 激发求知欲，兴趣是推动人们去寻求知识的一种力量。
可以说，人人都有创造的潜能。关键在于这些潜能能否 被有效激发，并使之强化并形成持久的创造力。实践证明，
只要经过有意识的学习和训练，人的创造力就可以有 效地被激发，并在创造实践中使创造力逐步巩固和提 高。美国通用电器公司对有关科技人员进行创造工程 课程和实践训练，两年后取得很好的效果，按专利数 测算，这些人的创造力提高了三倍。 3、加强创造实践 创造能力的培养关键是加强实践训练。通过听课、阅 读等学习手段只能帮助大家了解创造的知识和技法，还不 能真正形成创造力。只有加强创造实践，用所学的知识去 观察分析客观现象，解决实际问题，设计出别出心裁的作 品，创造力才能形成。
第三节 机械创新设计的概念及过程
一、机械创新设计的概念： 1．机械创新设计（Mechanical Creative Design, MCD）： 充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术 成果（理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出 具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一 种实践活动。 2．机械创新设计包含两部分：一是改进完善现有机械产品的 性能；二是创造设计出新机器（产品）
6）积极解忧，不信天命。挫折、失败经常伴随在创新的 全过程中，创新需相信自己的好奇心，不随波逐流或听 天由命；
7）才思敏锐，激情迸发。创新人才思维敏锐，激情迸发 才能进入佳境。 2．非智力因素在创新能力培养中的作用
智力因素：注意力、观察力、想象力、思维能力、记忆力 非智力因素：智力因素以外的心理因素，主要指：兴趣、情感、 意志、性格 1）兴趣、情感；兴趣是人们积极探索某种事物或某种活 动的意识倾向，……兴趣可以使人的感官、大脑处于最活跃的 状态，使人能够最佳地接受教育信息，有效地诱发学习动机、 激发求知欲，兴趣是推动人们去寻求知识的一种力量。
机器人技术概论PPT完整全套教学课件精选全文完整版
一、 机器人的诞生
由于当时技术条件的限制，这些玩偶都是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。
19世纪中叶自动玩偶分为2个流派，即科学幻想派和机械制作派，并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。1831年歌德发表的《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克鲁斯”。1870年霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅》。1883年科洛迪的《木偶奇遇记》问世。1886年《未来的夏娃》问世。在机械制作方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。
二、 现代机器人
图1-5所示为水下机器人。将机器人技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——智能化机器，如仿生机器人、可重构机器人等。当前与信息技术的交互和融合又产生了“软件机器人”“网络机器人”等新名词，这也说明了机器人所具有的创新活力。
“工欲善其事，必先利其器”，人类在认识自然、改造自然、推动社会进步的过程中，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中许多具有划时代的意义。作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。世间万物，人力是第一资源，这是任何其他物质不能替代的。我们完全有理由相信，像其他许多科学技术的发明发现一样，机器人也将成为人类的好助手、好朋友。
按机械结构
和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点：
（1） 无累积误差，精度较高；（2） 驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度快，动态响应好；（3） 结构紧凑，刚度高，承载能力大；（4） 完全对称的并联机构具有较好的各向同性；（5） 工作空间较小。
由于当时技术条件的限制，这些玩偶都是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。
19世纪中叶自动玩偶分为2个流派，即科学幻想派和机械制作派，并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。1831年歌德发表的《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克鲁斯”。1870年霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅》。1883年科洛迪的《木偶奇遇记》问世。1886年《未来的夏娃》问世。在机械制作方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。
二、 现代机器人
图1-5所示为水下机器人。将机器人技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——智能化机器，如仿生机器人、可重构机器人等。当前与信息技术的交互和融合又产生了“软件机器人”“网络机器人”等新名词，这也说明了机器人所具有的创新活力。
“工欲善其事，必先利其器”，人类在认识自然、改造自然、推动社会进步的过程中，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中许多具有划时代的意义。作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。世间万物，人力是第一资源，这是任何其他物质不能替代的。我们完全有理由相信，像其他许多科学技术的发明发现一样，机器人也将成为人类的好助手、好朋友。
按机械结构
和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点：
（1） 无累积误差，精度较高；（2） 驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度快，动态响应好；（3） 结构紧凑，刚度高，承载能力大；（4） 完全对称的并联机构具有较好的各向同性；（5） 工作空间较小。
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f(X)=f(x1,x2,….,xn)
在设计过程中要求寻找出使目标函数取得极小值（或 极大值）的设计方案。
③约束条件
约束条件是对设计变量的取值给予某些限制的数学 关系式。约束条件可分为边界约束和性能约束两类。边 界约束是考虑设计变量的取值范围，而性能约束是由某 种性能设计要求推导出来的一种约束条件。此外，约束 条件又可分为等式约束和不等式约束两类。工程中实际 优化问题的数学模型可表示为：
（3）综合性。在设计过程中，综合考虑、分析市场 需求、设计、生产、管理、使用、销售等各方面的因素； 综合运用优化及系统工程、可靠性理论、价值工程、技 术等学科的知识，探索多种解决设计问题的科学途径。
（4）程式性。研究设计的一般进程，包括一般设计 战略和用于设计各个具体部分的战术方法。要求设计者 从产品规划、方案设计、技术设计、施工设计到实验、 试制，按步骤有计划地进行设计。
（1）优化设计的数学模型 设计变量、目标函数和约束条件是优化设计数学模型
的三个要素。 ①设计变量 设计变量是一些相互独立的基本参数。基本参数是一
些对该项设计性能指标好坏有影响的量。设计时，设计变 量是待定的参数。若有n个设计变量，一般表示为：
X=[x1,x2,….,xn]T ②目标函数 目标函数是设计变量的函数，即
现代设计是将传统设计中的经验、类比法设计提高 到逻辑的、理性的、系统的新设计方法，是在静态分析 的基础上，进行动态多变量的最优化。现代设计既体现 了更高层次的学科，又是方法科学。
现代设计主要面向功能目标，将技术、经济和社 会环境因素结合在一起统筹考虑，把设计作为系统工程 对待，强调创造能力的开发，注重综合分析的设计，重 视设计方案的选择，考虑对多种方案的评价，其思维方 式是发散型的思维。现代设计是学科综合化、统一化在 方法科学上的一次突破，它是一门新兴的交叉学科。现 代设计与传统设计比较，有下列几个特征：
2.1.1.2 传统设计与现代设计
传统设计即常规设计，传统设计分为初步设计、技 术设计、施工设计三个步骤。传统设计往往采用类比法、 经验法、模仿法，它的思维方式是收敛式思维，多是利 用设计手册中有关数据，采用较大安全系数，强调零部 件计算。传统设计法的优点是比较简单，设计费用低廉。 传统设计面向的问题偏重于技术。
（11）艺术论方法，如艺术造型等。
CAD等许多专题的培训班和讨论会，并在高校开设 有关现代设计方法等专题课程。德国、瑞士的学者比较 重视设计程序的研究：明确设计任务，对设计任务进行 抽象化的功能分析和求解（设计目录），将开发新产品 的内容要求转化为产品图纸。这种方法思路清晰。
英国自1963年开始提出工程设计思想后，广泛开展 设计竞赛，加强设计过程中的创造性开发和技术可行性、 可靠性、价值分析方面的研究，从而改变了设计水平低 的局面。
日本自1960年以来开始有关现代设计方法的研究， 提高设计人员素质，开展工程技术教育。现在日本在产 品开发中的更新速度受到全世界的关注，其产品的竞争 能力已给许多国家造成巨大威胁。
美国的学者强调“创造性设计”，提倡设计中创造 能力的开发，把设计活动分为创造—分析—决策三个步 骤。在美国的设计工作中,产品设计图纸基本上由计算机 绘制，设计者可以摆脱常规的技术工作，集中精力进行 创造性设计。我国对现代设计方法的研究是从上世纪80 年代开始的，通过派留学生到国外进修学习和请国外专 家来讲学，组织各种类型的讲习班，培训班、开展国内 外学术交流等，来推广和普及现代设计的基本知识。由 于世界各国对设计方法的研究越来越重视，目前已成为 一项国际性学术活动。有关国家组织了关于现代设计方 法的国际会议，比如国际工程设计会议（ICED）就是其 中之一。
（2）系统论方法，如系统分析法，人机工程等。 （3）控制论方法，如动态分析法等。 （4）优化论方法，如优化设计等，它是现代设计法 的目标。 （5）对应论方法，如相似设计等。 （6）智能论方法，如计算机辅助设计、计算机辅助 计算等。
（7）寿命论方法，如可靠性和价值工程等。 （8）离散论方法，如有限元及边界元方法等。 （9）模糊论方法，如模糊评价和决策等。 （1
（1）系统性。把设计对象看作一个系统，同时考虑 系统与外界的联系，用系统工程概念进行分析和综合， 通过功能分析、系统综合等方法，力求系统整体最优， 使人机之间的功能相互协调。
（2）创造性。现代设计强调创造能力开发和充分发 挥人的创造性；重视原理方案的设计、开发和创新产品。 只有创新才能有所发明。但是，今天的科学技术已经高 度发展，创新往往是在已有技术基础上的综合。有的新 产品是根据别人的研究实验结果而设计，有的是博采众 长，加以巧妙地组合。
第2章 机械现代设计 与创新设计
2.1 现代设计的概念 2.2 创新设计
2.1 现代设计方法
2.1.1 现代设计的概念
2.1.1.1 设计 人类在改造自然的历史长河中，一直都在不断地进
行设计活动。设计是复杂的思维过程，设计过程蕴涵着 创新和发明的机会。设计是根据客观的需求，提高人们 的创造性思维，将指定的任务转化为满足该任务要求的 技术系统的一种活动。设计不仅只是围绕产品图纸和有 关文件进行的一系列工作，其目的是将预定的目标，经 过一系列规划与分析决策，产生一定的信息（文字、数 据、图形），形成设计。设计是把各种先进技术转化为 生产力的一种手段，是先进生产力的代表，反映了社会 的生产力水平。
2.1.2 现代设计方法的特点和范畴
现代设计方法是现代广义设计和分析科学方法学的 简称，现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应 用。冠以“现代”二字是为了强调以引起重视，其实有 些方法也并非是现代的。经分析，可归纳为下列具有普 遍意义的方法：
（1）信息论方法，如信息分析法，技术预测法等， 它们是现代设计方法的前提。
2.1.4 现代设计方法简介
2.1.4.1 优化设计
优化设计是现代设计方法的重要内容之一，它以数 学规划为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑 各种设计约束的前提下，寻求满足某些预定目标的最优 设计方案。优化设计建立在最优化数学理论和现代计算 技术基础之上，其任务是应用计算机自动确定工程设计 的最优方案。优化设计的关键是建立数学模型和选择优 化方法。
在设计过程中要求寻找出使目标函数取得极小值（或 极大值）的设计方案。
③约束条件
约束条件是对设计变量的取值给予某些限制的数学 关系式。约束条件可分为边界约束和性能约束两类。边 界约束是考虑设计变量的取值范围，而性能约束是由某 种性能设计要求推导出来的一种约束条件。此外，约束 条件又可分为等式约束和不等式约束两类。工程中实际 优化问题的数学模型可表示为：
（3）综合性。在设计过程中，综合考虑、分析市场 需求、设计、生产、管理、使用、销售等各方面的因素； 综合运用优化及系统工程、可靠性理论、价值工程、技 术等学科的知识，探索多种解决设计问题的科学途径。
（4）程式性。研究设计的一般进程，包括一般设计 战略和用于设计各个具体部分的战术方法。要求设计者 从产品规划、方案设计、技术设计、施工设计到实验、 试制，按步骤有计划地进行设计。
（1）优化设计的数学模型 设计变量、目标函数和约束条件是优化设计数学模型
的三个要素。 ①设计变量 设计变量是一些相互独立的基本参数。基本参数是一
些对该项设计性能指标好坏有影响的量。设计时，设计变 量是待定的参数。若有n个设计变量，一般表示为：
X=[x1,x2,….,xn]T ②目标函数 目标函数是设计变量的函数，即
现代设计是将传统设计中的经验、类比法设计提高 到逻辑的、理性的、系统的新设计方法，是在静态分析 的基础上，进行动态多变量的最优化。现代设计既体现 了更高层次的学科，又是方法科学。
现代设计主要面向功能目标，将技术、经济和社 会环境因素结合在一起统筹考虑，把设计作为系统工程 对待，强调创造能力的开发，注重综合分析的设计，重 视设计方案的选择，考虑对多种方案的评价，其思维方 式是发散型的思维。现代设计是学科综合化、统一化在 方法科学上的一次突破，它是一门新兴的交叉学科。现 代设计与传统设计比较，有下列几个特征：
2.1.1.2 传统设计与现代设计
传统设计即常规设计，传统设计分为初步设计、技 术设计、施工设计三个步骤。传统设计往往采用类比法、 经验法、模仿法，它的思维方式是收敛式思维，多是利 用设计手册中有关数据，采用较大安全系数，强调零部 件计算。传统设计法的优点是比较简单，设计费用低廉。 传统设计面向的问题偏重于技术。
（11）艺术论方法，如艺术造型等。
CAD等许多专题的培训班和讨论会，并在高校开设 有关现代设计方法等专题课程。德国、瑞士的学者比较 重视设计程序的研究：明确设计任务，对设计任务进行 抽象化的功能分析和求解（设计目录），将开发新产品 的内容要求转化为产品图纸。这种方法思路清晰。
英国自1963年开始提出工程设计思想后，广泛开展 设计竞赛，加强设计过程中的创造性开发和技术可行性、 可靠性、价值分析方面的研究，从而改变了设计水平低 的局面。
日本自1960年以来开始有关现代设计方法的研究， 提高设计人员素质，开展工程技术教育。现在日本在产 品开发中的更新速度受到全世界的关注，其产品的竞争 能力已给许多国家造成巨大威胁。
美国的学者强调“创造性设计”，提倡设计中创造 能力的开发，把设计活动分为创造—分析—决策三个步 骤。在美国的设计工作中,产品设计图纸基本上由计算机 绘制，设计者可以摆脱常规的技术工作，集中精力进行 创造性设计。我国对现代设计方法的研究是从上世纪80 年代开始的，通过派留学生到国外进修学习和请国外专 家来讲学，组织各种类型的讲习班，培训班、开展国内 外学术交流等，来推广和普及现代设计的基本知识。由 于世界各国对设计方法的研究越来越重视，目前已成为 一项国际性学术活动。有关国家组织了关于现代设计方 法的国际会议，比如国际工程设计会议（ICED）就是其 中之一。
（2）系统论方法，如系统分析法，人机工程等。 （3）控制论方法，如动态分析法等。 （4）优化论方法，如优化设计等，它是现代设计法 的目标。 （5）对应论方法，如相似设计等。 （6）智能论方法，如计算机辅助设计、计算机辅助 计算等。
（7）寿命论方法，如可靠性和价值工程等。 （8）离散论方法，如有限元及边界元方法等。 （9）模糊论方法，如模糊评价和决策等。 （1
（1）系统性。把设计对象看作一个系统，同时考虑 系统与外界的联系，用系统工程概念进行分析和综合， 通过功能分析、系统综合等方法，力求系统整体最优， 使人机之间的功能相互协调。
（2）创造性。现代设计强调创造能力开发和充分发 挥人的创造性；重视原理方案的设计、开发和创新产品。 只有创新才能有所发明。但是，今天的科学技术已经高 度发展，创新往往是在已有技术基础上的综合。有的新 产品是根据别人的研究实验结果而设计，有的是博采众 长，加以巧妙地组合。
第2章 机械现代设计 与创新设计
2.1 现代设计的概念 2.2 创新设计
2.1 现代设计方法
2.1.1 现代设计的概念
2.1.1.1 设计 人类在改造自然的历史长河中，一直都在不断地进
行设计活动。设计是复杂的思维过程，设计过程蕴涵着 创新和发明的机会。设计是根据客观的需求，提高人们 的创造性思维，将指定的任务转化为满足该任务要求的 技术系统的一种活动。设计不仅只是围绕产品图纸和有 关文件进行的一系列工作，其目的是将预定的目标，经 过一系列规划与分析决策，产生一定的信息（文字、数 据、图形），形成设计。设计是把各种先进技术转化为 生产力的一种手段，是先进生产力的代表，反映了社会 的生产力水平。
2.1.2 现代设计方法的特点和范畴
现代设计方法是现代广义设计和分析科学方法学的 简称，现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应 用。冠以“现代”二字是为了强调以引起重视，其实有 些方法也并非是现代的。经分析，可归纳为下列具有普 遍意义的方法：
（1）信息论方法，如信息分析法，技术预测法等， 它们是现代设计方法的前提。
2.1.4 现代设计方法简介
2.1.4.1 优化设计
优化设计是现代设计方法的重要内容之一，它以数 学规划为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑 各种设计约束的前提下，寻求满足某些预定目标的最优 设计方案。优化设计建立在最优化数学理论和现代计算 技术基础之上，其任务是应用计算机自动确定工程设计 的最优方案。优化设计的关键是建立数学模型和选择优 化方法。