论文摘要
为搞好产品设计,近百年来国内外科技工作者进行了大量的研究,提出了数十种设计理论与方法,但这些方法只能在一定范围内适用于特定产品或是产品开发的某些阶段,还没有一种可以很好地覆盖整个产品开发周期的设计理论与方法,设计理论与方法仍存在很多不足和需要继续研究的问题。同时,面对纷繁复杂设计理论与方法,如何在产品设计过程中加以有效的选择和运用,实现不同设计方法的有机组合和最佳匹配,也一直是设计理论与方法研究的热点和难点问题。闻邦椿教授在总结多年设计经验的基础上,针对产品设计过程的复杂性,基于系统工程的理论,提出了面向产品全功能和全性能的现代产品设计规划,即从产品的设计思想、设计环境、设计过程、设计目标、设计内容、设计方法及设计质量评价方法7个方面来对产品的设计过程进行总体规划,简称7D设计规划。现代产品设计规划旨在克服以往传统设计的不足,以满足产品的质量、性能、时间、成本、价格和综合经济效益最优为目的,以计算机辅助设计为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,从系统工程的角度对设计进行全局把握。本文围绕现代产品设计规划的主要内容展开,以顾客需求为驱动,以产品的功能和性能为基本内容,重点研究了产品需求信息获取、产品的功能及功能优化设计、产品的性能及性能优化设计和产品设计质量评价等现代产品设计规划的关键理论问题,并将产品设计规划成功应用于大型压缩机转子振动试验台的设计中。本课题的研究得到了国家自然科学基金重点项目(50535010)、沈阳市机械振动与产品动态设计重点实验室和沈阳鼓风机有限公司国家技术中心的支持,对产品设计规划的丰富和推广应用有重要意义,具体研究内容如下：对产品设计理论与方法的研究现状进行概括,并对国内外主要设计理论与方法进行有效的分类和发展趋势分析,论述了现阶段产品设计理论与方法研究中的关键问题,强调了加强以科学发展观和自主创新为指导的产品设计理论与方法研究的重要性和必要性,阐明了本文的选题背景和研究的目的与意义。对现代产品设计规划的基础理论和主要内容进行深入研究。现代产品设计规划的基础理论包括质量的组成元素和质量方程、技术系统的完整性和目标、内容与方法的关联方程。现代产品设计规划的主要内容包括设计思想、设计环境、设计过程、设计目标、设计内容、设计方法和设计质量评价7个方面,分为三个阶段,即规划阶段、实施阶段和检验阶段,不仅适用于一般的机械设备,还适用于一些大型旋转机械、大型交通运输设备和大型工程机械等。从技术进化和市场调查两方面对产品需求信息进行分析。对于新产品的开发,首先从技术进化的角度寻求新的科学原理和技术突破,开发创造顾客的潜在需求；对于已有产品的改进,应从市场调查出发,对目标市场进行精确分类,确定产品改进的方向,打造适应于不同客户群体个性化产品。成功的需求分析与预测能够把握现在,立足未来,实现市场需求的创新,抢占领先地位,成为行业的引领者。建立了功能优化设计的目标、内容与方法的关联方程,产品的功能通过方案设计来体现,为选定可行的设计方案,应用灰关联度分析评价不同的设计方案,并对不同属性的敏感区间进行研究,结合振动筛的设计实例进行说明,对其进行设计方案分析,通过设计方案的分析与评价,为最终确定理想的功能实现方案提供依据。功能优化设计是现代产品设计规划的主要内容,在整个过程中占有重要的地位。对产品的性能及性能优化设计进行深入的研究,产品的主要性能包括结构性能、使用性能和制造性能,每个具体的性能分别对应8项子性能。性能优化设计包括动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计,分别保证产品结构性能、使用性能和制造性能。通过对产品进行性能优化设计,保证产品具有良好综合性能,为设计高质量的产品提供基础。以产品设计质量为目标,制定了产品设计质量评价的指标体系,结合质量评价的一般过程,从不同的角度,运用不同的方法对产品设计质量进行评价,包括：模糊综合评价法,灰色层次分析法和基于物元与组合权重的评价法等。实际评价过程中应根据不同的指标状态和已知条件选择不同的评价方法。以大型压缩机转子振动试验台为例,采用现代产品设计规划对其进行研究,通过设计总体规划完成对设计过程的统一部署,采用功能优化设计完成方案设计,运用三化设计(动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计)完成详细设计,保证了该试验台的主要功能、结构性能、工作性能和工艺性能得以实现。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 选题背景和课题研究的目的与意义1.1.1 选题背景1.1.2 课题研究的目的与意义1.2 产品设计理论与方法的研究现状1.2.1 产品设计理论与方法的发展概况1.2.2 产品设计的一般过程1.2.3 国内外主要的产品设计理论与方法1.3 产品设计理论与方法的分类1.4 产品设计理论与方法的发展趋势1.5 产品设计理论与方法研究中的关键问题分析1.6 本文的主要研究内容第2章 现代产品设计规划的基础理论2.1 概述2.2 产品质量与质量公式2.2.1 产品质量的定义2.2.2 产品质量组成元素公式2.2.3 产品质量系统组成元素的量与质2.2.4 各组成元素对产品质量的贡献率2.2.5 产品的质量与设计质量公式2.3 设计目标、内容与方法的关联方程2.3.1 关联方程的内涵2.3.2 关联方程设计实例2.3.3 关联方程的简单应用2.4 技术系统的完整性与非完整性2.5 本章小结第3章 产品需求信息获取研究3.1 概述3.2 产品需求分析的研究方法3.3 基于技术进化的需求信息分析与预测3.4 基于模糊聚类和遗传算法的产品需求分析3.4.1 模糊聚类分析3.4.2 基于遗传算法的模糊聚类分析3.4.3 算例分析3.5 基于HCM和粗糙集的关键需求属性分析3.5.1 数据离散化处理3.5.2 属性约简3.5.3 工程实例应用3.6 本章小结第4章 基于系统工程的现代产品设计规划4.1 概述4.2 产品设计规划4.2.1 产品设计规划研究现状4.2.2 产品设计规划的提出4.2.3 产品设计规划的层次结构4.3 产品设计规划的主要内容4.3.1 产品设计规划的设计思想4.3.2 产品设计规划的设计环境4.3.3 产品设计规划的设计过程4.3.4 产品设计规划的设计目标4.3.5 产品设计规划的设计内容4.3.6 产品设计规划的设计方法4.3.7 产品设计规划的设计质量评估与检验4.4 产品设计规划中质量的组成元素4.5 产品设计规划目标、内容与方法的关联方程4.6 产品设计规划的完整性4.7 本章小结第5章 产品的功能及功能优化设计5.1 概述5.2 产品的功能5.2.1 产品功能的定义5.2.2 功能的种类5.3 产品功能优化设计的目标、内容与方法的关联方程5.4 产品功能实现的方案设计5.4.1 设计方案制定5.4.2 设计方案的分析原则5.4.3 设计方案分析的一般方法5.5 产品功能设计举例5.5.1 振动筛设计方案的制定5.5.2 设计方案的评价5.5.3 设计方案灰色敏感区间分析5.6 本章小结第6章 产品的性能及性能优化设计6.1 概述6.2 产品的性能6.2.1 产品的结构性能6.2.2 产品的使用性能6.2.3 产品的制造性能6.3 产品的结构性能及动态优化设计6.3.1 结构性能及动态优化设计的主要目标、内容与方法6.3.2 深层次动态优化设计6.4 产品的使用性能及智能优化设计6.4.1 使用性能及智能优化设计的主要目标、内容与方法6.4.2 智能优化设计的内涵6.5 产品的制造性能及可视优化设计6.5.1 制造性能及可视优化设计的主要目标、内容与方法6.5.2 可视优化设计的内涵6.6 本章小结第7章 产品设计质量评价的研究及应用7.1 概述7.2 产品设计质量内涵7.3 产品设计质量评价7.3.1 产品设计质量评价的目标、内容与方法7.3.2 产品设计质量指标体系7.3.3 产品设计质量评价的一般过程7.4 产品设计质量的模糊综合评价7.4.1 改进的多级模糊综合评价模型7.4.2 评价权重的确定7.4.3 评价矩阵的确定7.4.4 评价结果定量化7.4.5 实例分析7.5 基于灰色层次分析的产品设计质量综合评价7.5.1 应用AHP确定评价权重7.5.2 评价灰类的计算7.5.3 实例分析7.6 基于物元模型和组合权重的产品设计质量评价研究7.6.1 物元分析基础7.6.2 组合权重确定的方法7.6.3 工程实例分析7.7 本章小结第8章 产品设计规划在转子试验台中的应用8.1 概述8.2 转子试验台的设计规划8.3 转子试验台的功能优化设计8.4 转子试验台的动态优化设计8.4.1 转子系统动力学模型建立8.4.2 转子系统临界转速的计算8.4.3 转子系统启机过程分析8.4.4 碰摩转子系统故障动态特性分析8.5 转子试验台的智能优化设计8.5.1 电机调速控制8.5.2 测试系统同步控制8.6 转子试验台的可视优化设计8.6.1 转子试验台装配可视化8.6.2 转子试验台动力学可视化8.7 本章小结第9章 总结与展望9.1 全文工作总结9.2 主要创新点9.3 展望参考文献致谢附录A 作者简介附录B 攻读博士期间获得荣誉与奖励附录C 攻读博士期间参加的科研项目附录D 攻读博士期间发表与录用的学术论文
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