03-设计的本质、现状和再思考幻灯片
37页1、机械设计基础II -设计的本质、现状和再思考朱爱斌博士 西安交通大学机械工程学院 *设计的本质n设计是在要达到什么 和我们要如何达到它 之间的互动。n因此,一个严格的设 计必须由一个明确的 说明“我们要达到什 么”开始和以一个清 楚的描述“我们将如 何达到它”结束。nDesign Everything: 有没有不需要设计的 东西?nDesign Right thing VS Design thing Right设计过程新产品开发是一个从“需要什么功能”到 “如何达成此功能”的映射 设计正确的产品(选择具有创新的产品功能需求) 正确地设计产品(提出有创造性的产品设计概念) 详细工程技术设计(制订最佳的工程技术及生产规格)用户偏好自然物理学功能指定(市场)(技术)(市场-技术)什么?如何?如何?市场需求功能需求设计结构生产参数谁?为什么?概念设计细节设计功能指定(1)(2)(3)什么?一个实例n背景:2002年4月18日,加拿大部队正在阿富汗南部的坎大哈市 以南的基地进行夜间实弹演习。突然,一架美军的F-16型战斗机 飞临上空,对准加拿大军队投下一枚重达227公斤的激光制导炸 弹,当场造成
2、4名加拿大军人死亡,8人受伤。n分析:让飞行员克服长时间远程奔袭疲劳,在飞行时保持清醒状 态,美国空军要求飞行员在执行战斗任务时服用安非他明(冰毒) 。这两名飞行员在向地面的加拿大部队投弹射击时,正处于服用 安非他明后的精神高度亢奋时刻。n问题分析:矛盾分析,服用药品来在飞行期间保持清醒状态,同 时过于亢奋,影响战斗的决策能力,同时造成药物依赖和成瘾的 问题n中国军队在长途运输军车的驾驶员疲劳问题的解决方案:n大家讨论设计的现状n设计的成功n把人送上月球 1969年 壮举 VS 骗局n把空间探测器送到火星n.n设计的失败或者缺陷n挑战者号的失事 1986年1月28日n哥伦比亚号航天飞机的失事 2003年2月1日n.n设计的成功或者失败n中国核潜艇,1974年竣工,88年才战斗值班登月火星探测器火星探测器“勇气号”2004年1月4日登陆火星挑战者号失事n尽管在发射前夕有宇航工程师再三 发出警告:不要在寒冷的气候中发射,否则低温环境下容易使O型密 封圈失效。n助推火箭由4节组成,每两节之间由 钢钉铆牢,再由两道合成橡胶密封圈密封起来。“挑战者”号发射时气 温只有7,而橡胶密封圈的在19 以
3、下就开始减弱弹性。由于密封圈 弹性减弱,不能封住航天飞机发射 时巨大压力,在火箭两节钢套接缝 处留下缝隙,致使固体燃料燃烧后 产生的火焰从缝隙处冒了出来,摄氏3000多度的火舌越窜越长,后来 吞没了外部燃料箱,因此引起了爆 炸。n调查委员会确认,“挑战者”爆炸是 由于右侧固体火箭助推器连接处因 设计上的缺陷和气温过低,密封垫 圈失效引起的。 哥伦比亚号失事哥伦比亚号左翼上的裂纹哥伦比亚号起飞2003年造成“哥伦比亚”号失 事的直接原因是航天飞机外挂 燃料箱外表面脱落的一块泡沫 材料撞击航天飞机左翼前缘的 热保护部件形成裂孔,当航天 飞机重返大气层时,超高温气 体从裂孔处进入机体,造成航 天飞机解体。核潜艇中国核潜艇n1959年,“核潜艇一万年也要搞出来”n1964年,原子弹爆炸n1966年,在滇池开始研发模型n1967年建造,74年竣工n美国、前苏联的经验n我们的教训-核反应堆主泵泄漏, 高温高压高剂量的 放射性物质泄漏、噪音太大n目前“长征1号”和“长征2号”几乎已处于瘫痪状态,长 年停靠在码头。n1988年,我国战略核潜艇水下发射洲际导弹成 功,正式进入战斗值班n74-88年,14
4、年形成战斗力设计缺陷的后果n危险,浪费金钱,限制产品的用途和延误 新产品的应用;n许多产品被召回。一些产品的保修成本在 销售价中占很大比重;(各种召回)n设计不良的装备需要维修,浪费宝贵的时 间,有的失效导致财产甚至生命损失;n许多构思和设计不良的开发项目遭受严重 推迟,超支,在有些情况下完全失败;设计缺陷的原因n设计依然是在试错的基础上靠经验来做的;n这个问题并不限于某个国家或某个公司,它到处存 在;n教育中缺乏通用化的、规范化的和系统化的设计知 识;n设计却曾经被认为是不能用科学办法处理的主题;n设计被认为是依靠直觉和天赋理由而不是科学的研 究;n设计领域中最大的挑战之一就是去克服这种接受设 计是一个艺术主题而不是一个艺术及科学主题的观 念;谁是设计师?n机械工程师们经常设计产品,因此当他们讲到设计时,他们通常是 指产品设计。n制造工程师们把设计想成是新的制造过程和系统(即工厂和制造单 元)。n电气工程师们,设计意味着开发模拟或数字电路,通讯系统和计算 机硬件n系统工程师们则把设计理解为技术系统或组织系统,其中许多部分 必须共同工作并形成一个达到预定目标的系统。n软件工程师,认为他
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