1、机械制造装备设计,机械工程 学院 机制 教研室 陈 君 宝 电话：13872821175 61175,本课程主要讲述内容,第一章 绪论 第二章 机械制造装备的设计方法 第三章 金属切削机床设计 第四章 机床夹具设计 第五章 金属切削刀具与刀具系统设计 第六章 物流系统及其自动化装置 第七章 工业机器人设计,机械制造装备设计方法 功能要求分析 一般功能（精度、刚度、热稳定性、耐用度等）、精密、柔性、自动、绿色等 设计的类型 创新设计、变型设计、模块化设计 设计的方法 典型设计步骤 产品规划、方案设计、技术设计、工艺设计 系列化设计（促进“三化”，步骤为） 主参数和主要性能确定、参数分析、制定系列
2、型谱 模块化设计 根据需求分析明确任务、建立功能结构与模块划分、确定系列型谱和参数、模块之间的组合、模块的计算机管理系统。 合理化工程 机械制造方法的评价 技术经济评价、可靠性评价、人机工程评价、 结构工艺性评价、产品造型评价、标准化评价,设计方法概述,2. 机械制造装备设计方法功能要求,一般功能要求 加工精度（尺寸精度、表面形状精度、位置精度、粗糙度等）；影响因素有：几何精度、传动精度、运动精度、定位精度、运动平稳性（工作精度、重复定位）等。 强度、刚度及抗振性要求； 加工稳定性要求，（切削热、摩擦热、环境热）；减少发热量、散热和隔热，均热、热补偿、控制环境温度等。 耐用度要求（磨损导致间隙
3、，精度丧失），设计、工艺、材料、热处理、使用等方面考虑减少磨损、均匀磨损、磨损补偿。 技术经济要求，成本分摊！ 柔性化 产品结构柔性化；（装备产品的系列化） 功能柔性化；（少量调整或修改软件，改变功能） 如：备用主轴、位置可调主轴、工夹量具成组化、工作程序软件化、数控化等。 精密化 微米级亚微米级纳米级；装备自身精度已无法凑效，需误差补偿； 热变形、几何误差、传动误差、运动误差、定位误差和工艺性的弹性变形等建模。,2. 机械制造装备设计方法功能要求,机床生产率和自动化程度 凸轮控制、程序控制、数字控制、适应控制等。 机电一体化 充分考虑机械、液压、启动、电力电子、计算机软硬件特点，进行合理功能
4、搭配，按系统工程和整体优化的方法，有机地组成最佳技术系统。 节材（加法设计） 符合工业工程的要求（包括机床的宜人性） 开发阶段：充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳工艺方案，选择合理制造设备，减少工时与材料消耗； 合理进行装备总体布局，优化操作步骤和方法（对作业程序进行分析，取消不必要操作，合并和简化重复和繁琐的工作，缩短操作路线和事件，合理分配两手负荷等），减少操作过程中工人体力消耗； 对市场和消费者进行调研，保证产品合理的质量标准； 符合绿色工程要求（考虑全生命周期）,企业进行机床设计需准备的技术文件，指明了部分工作流程,2. 机械制造装备设计方法设计类型,1、近些年
5、来对设计新的提法： 2、工业产品设计应具有以下特征： 1）需求特征 2）创造性特征 3）程序特征 4）时代特征 3、设计进程大致经历了如下四个阶段： 1）直觉设计阶段 2）经验设计阶段 3）半理论半经验设计阶段 4）现代设计阶段 4、现代设计与传统设计 传统设计方法是以 静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动 为特征的设计方法。 现代设计是以 动态分析、精确计算、优化设计、计算机辅助设计 为特征的设计方法。,2. 机械制造装备设计方法设计类型,创新设计 创新设计必须有创造性思维（直觉思维和逻辑思维） 技术发展到今天，单纯直觉思维很难，须站在巨人肩膀，集成创新是主要形式。 从市场调研和预测开始，
6、明确产品的创新设计任务，经过产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段，还应试制试验验证产品技术可行性，小批量验证制造工艺及装备。 变型设计 在原有“成熟”产品基础上，按照一定规律演变出各种不同规格的参数、布局和附件的产品，扩大原有产品的性能和功能，形成产品系列。 模块化设计 按照设计要求，选择适当的功能模块，形成“组合产品”“集成设计” 模块化设计有时是制造资源规划（MRPii)驱动的； 机械制造装备产品中一大半属于变型产品和组合产品，创新产品占比小，但很重要。,2. 机械制造装备设计方法典型设计,创新设计最典型，可分为四个阶段： 产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计 产品规划阶段（
7、十分重要，将需求与本厂生产要求相结合） 市场调研基础上识别产品需求，进行可行性分析，制定任务书 1）需求分析 立意最重要（如作文、科研选题），产品也如是，识别需求是一个创造性的过程。需要高度重视。 及时找到和预测市场需求，及时研发并投放市场。（如多点触控） 包括对销售市场和原材料市场的分析： 面向的社会消费群体，对产品功能、技术性能、质量、数量、价格需求； 现有类似产品的功能、技术性能、价格、市场占有情况及发展趋势； 竞争对手在技术、经济方面的优劣势分析及发展趋势； 主要原材料、配件、半成品等的供应市场、价格及变化趋势等。,目标市场的社会环境、有的经济技术政策,2. 机械制造装备设计方法典型设
8、计,产品规划阶段（续） 2）调研包括市场调研、技术调研和社会环境调研 市场调研 用户需求产品功能、性能、质量、使用、保养、维修、外观、颜色、风格、需求量和价格等； 产品情况产品在生命周期线的位置，新老产品交替的动向分析（如胶卷） 同行情况同行产品经验销售情况和发展趋势。市场占有率与差距等。 供应情况原材料、配件、半成品的质量、品种、价格、供应（如IPAD) 技术调研 产品技术的现状及发展趋势（如智能手机操作系统） 行业技术与专业技术的发展趋势； 新型元器件、新材料、新工艺的应用及发展动态； 竞争产品技术特点分析； 竞争企业的新产品开发动向； 环境要求等。 社会环境调研 目标市场的社会环境、有关
9、的经济技术政策、社会风俗习惯等（如快背车）,2. 机械制造装备设计方法典型设计,产品规划阶段（续） 3）需求预测 定性预测； 定量预测； 4）可行性分析 对产品开发中重大问题进行充分的技术经济论证，判断是否可行？ 包括技术分析、经济分析、社会分析！ 可行性报告包括： 产品开发的必要性，市场调查及预测情况；（研究意义） 同类产品国内外技术水平、发展趋势；（国内外研究现状分析） 从技术上预期产品开发能达到的技术水平；（研究目标） 设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题；（研究内容） 投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计；（进度安排） 现有条件下开发的可能性及准备采取的措施（研究方案
10、，关键问题）,2. 机械制造装备设计方法典型设计,产品规划阶段（续） 5）编制设计任务书,产品设计任务书是 指导产品 设计的基 础性文 件， 其主 要任务是 对产品进 行选型， 确定最佳 设计方 针。,2. 机械制造装备设计方法典型设计,方案（概念）设计阶段（第二阶段） 根据设计任务书的要求，进行产品功能原理的设计。 群策群力，方法多样，开拓创新，探索多种方案并仔细论证筛选。 1设计任务抽象化确定总功能 设计师应对设计任务进行抽象，抓住主要要求，兼顾次要要求，避免由于知识和经验的局限性，思想上的种种框框，误导设计方案的制订。 对设计任务进行抽象是对设计任务的再认识，通过功能关系和与任务相关的主
11、要约束条件的分析，对“设计要求表”一步一步进行抽象，找出具有本质性的和主要要求，即本质功能，以便找到能实现这些本质功能的解，再进一步找出其最优解。 2.总功能的分解 总功能是表达输入量转变成输出量的能力。（物流、能量流、信息流） 总功能可逐级往下分解，分解到子功能要求比较明确，便于求解为止。 已有子功能，采用；没有的子功能，开发；重复出现，通用零部件。 分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构。,2. 机械制造装备设计方法典型设计,3.确定功能结构 功能间的联系存在三种基本结构型式： 串联结构如图a所示，又称顺序结构。 并联结构如图b所示。 环形结构如图c所示，是输出反馈为输入的循环结构
12、。 图e则是有选择性地进行反馈的循环结构。,2. 机械制造装备设计方法典型设计,方案设计阶段（第二阶段-续） 4产品的原理设计 寻求原理解与求解方法 原理解就是能实现某种功能的工作原理，和实现该工作原理的技术手段和结构原理，即所谓功能载体。 工作原理是科学原理和技术原理的统称。是设计中最关键、最富于创造性的一个环节。（综合运用机电液光等多种学科知识，例如：下图） 从技术上和结构上实现工作原理的功能载体是以它具有的某种属性来完成某一功能的。（如离合器的类型：牙嵌、摩擦、液力耦合、电磁）,2. 机械制造装备设计方法典型设计,方案设计阶段（第二阶段-续） 初步设计方案的形成 将所有子功能的原理解结合
13、起来，才能形成和实现总功能，可以得到多个初步设计方案，应采用合适的结合方法，常用方法有：,系统结合法：按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理解结合起来。具体方法是采用如图所示的图表。 原则：各子功能原理相容，协调； 原则：能全面满足设计要求表的内容； 初步设计方案先进，成本低。 数学方法结合法：当子功能原理解的物理和几何特征可以定量的形式表达时，有可能借助电子计算机，采用数学方法进行初步设计方案的组合。,2. 机械制造装备设计方法典型设计,方案设计阶段（第二阶段-续） 5.初步设计方案的形成、评价与筛选 (1)初步设计方案的初选：观察淘汰法和分数比较法。 (2)初步设计方案的具体化 绘出方案
14、原理图、整机总体布局草图、主要零部件草图；初步比较：空间占用量、质量、材料、制造工艺、成本、运行费等主要性能； 进行运动学、动力学和强度方面的粗算，初步定量反映工作特性； 进行必要的原理实验，验证原理可行性； 小比例模型，获得更全面技术数据；（如车） (3)对初步设计方案进行技术经济评价 简历目标系统和确定评价标准，确定重要性系数，按技术观点评分,2. 机械制造装备设计方法典型设计,技术设计阶段（详细设计阶段）（第三阶段） 将初步设计方案具体化，绘制装配草图，初选主要零件材料和工艺。 1.确定结构原理方案 (1)确定结构原理方案的主要依据，其中包括：决定尺寸的依据；决定布局的依据；决定材料的依
15、据；决定和限制结构设计的空间条件等。 (2)确定结构原理方案，在上述依据的约束下，对主要功能结构进行构思，初步确定其材料和形状，进行粗略的结构设计。 (3)评价和修改，对确定的结构原理方案经过技术经济评价提供依据。 2.总体设计（进一步具体化，可能给出多个总体设计方案供选择） (1)主要结构参数：尺寸参数、运动参数、动力参数等。 (2)总体布局：包括部件组成、各部件的空间位置布局和运动方向、操作位置、各部件相对运动配合关系，即：工作循环图 (3)系统原理图：包括产品总体布局图、机械传动系统图、液压系统图、电力驱动和控制系统图等。 (4)经济核算：包括成本和运行费估算、回收期、资源再利用等。 (
16、5)其它，外协、工艺、周期等,2. 机械制造装备设计方法典型设计,技术设计阶段（第三阶段）续 3.结构设计 主要任务是在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，绘制产品总装图、部件装配图；提出初步的零件表，加工和装配说明书；对结构设计进行技术经济评价。 必须遵守有关国家、部门和企业颁布的标准规范，通常要经过设计、审核、修改、再审核、再修改多次反复，才可批准投产。 经常采用诸如有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等现代设计方法，来解决设计中出现问题。 工艺设计阶段（设计实施阶段）（第四阶段） 零件图设计（尺寸、公差、材料、工艺、标准等） 完善装配图（根据零件设计对装配图进行修订，零件
17、企业标注号） 商品化设计（价值设计、降低成本，外观、包装） 编制技术文档（全套资料及规定） 试生产阶段,2. 机械制造装备设计方法系列化设计,系列化设计 市场对待加工件的尺寸、结构和材料、精度等要求多样，单一规格产品无法满足市场需求。 需要设计制造出：尺寸规格、功率参数和精度不同的系列产品投放市场。 概念：在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型的产品为基型，以它为基础，设计出其它各种尺寸参数的产品，构成产品基型系列。 需编制反映基型系列和派生系列关系的产品系列型谱。 系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化”原则，结构的典型化”即所谓的“四化”原则。 系列化设计是产品
18、设计合理化的一条途径，是提高产品质量、降低成本、开发变型产品的重要途径之一。 系列化设计优缺点 优点：1）减少品种规格，隐形提高批量；2）基础性减少风险，缩短周期；3）产品相似，工装减少；4）便于维修；5）变型设计技术基础 缺点：产品覆盖一定谱宽，谱宽设计准确比较难，用户体验不完美。,2. 机械制造装备设计方法系列化设计,2. 机械制造装备设计方法系列化设计,3. 制订系列型谱 系列型谱通常是二维甚至多维的，其中一维是主参数，其它维是主要性能指标。通过系列型谱的制订，确定产品的品种、基型和变型、布局，各产品品种的技术性能和技术参数等。 在系列型谱中，结构最典型、应用最广泛的是所谓的“基型产品”
19、，产品的系列设计通常从基型产品开始。 系列型谱内的产品是在基型产品的基础上经过演变和派生而扩展成的。扩展的方式有纵系列、横系列和跨系列扩展三类。 纵系列：功能、工作原理和结构相同，尺寸和性能参数不同； 如：CK6136与CK6140/1000（C：车床；K：数控；61：卧式，62：马鞍;40最大回转直径400；1000代表最大工件长度） 横系列：增减、更换或修改某些零部件，实现功能扩展的派生产品； 如：卧式车床无尾架短床身车床（轴承套圈）、马鞍形车床（大直径） 跨系列：采用相同的主要基础件及通用部件的不同类型产品； 如：坐标镗床-坐标磨床、坐标电火花成形（改造主轴箱及控制系统）,2. 机械制造
20、装备设计方法模块化设计,模块化设计 为了开发多种不同功能结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造多种产品。 模块上具有特定的联接表面和联接方法，以保证组合的互换性和精确度。 模块化设计是产品设计合理化的另一条途径，是提高产品质量、降低成本、加快设计，进行组合设计重要途径。 模块化系统多数是属于模块和非模块的混合系统。 优点 便于用新技术设计性能更好的模块取代原有旧的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加快产品的更新换代。 可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期。 推动了整
21、个企业技术、生产、管理和组织体制的改革。有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高质量，又降低成本。 模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需更换有关模块，维护修理更为方便，对生产影响少。,2. 机械制造装备设计方法模块化设计,模块化设计的步骤 1明确任务（用户需求分析） 为了能以最少的模块组合出数量最多、总功能各不相同的产品，需要对市场需求进行深入调查，对所有欲实现的总功能加以明确，摒弃市场需求很少而又需要付出很大设计和制造代价的那些总功能。 表1-3是以车床的市场需求为例。尾座可特殊模块化；米制基本功能,2. 机械制造装备设计方法模块化设计,2. 建立功能结构（
22、模块化之2） 划分模块是模块化设计的关键问题！ 模块少，则每个模块的功能和性能多，结构复杂;（劣） 模块少，则每个产品的功能冗余多，整个系统柔性化程度低；（劣） 模块少，通用化程度高，加工批量大，成本更低。（优） 划分模块的出发点是功能分析。根据产品的总功能分解为分功能、功能元，求相应的功能模块，再具体化为生产模块。 分功能包括基本功能、辅助功能、特殊功能和附加功能等,2. 机械制造装备设计方法模块化设计,以车床为例： 市场需求分析，明确任务后，绘出下图所示功能结构； 根据功能分析的结构，建立右图所示模块系统，共9类28种模块； 功能模块基础上确定生产模块，有：部件式、组件式、零件式（灵活性依
23、次上升）。,2. 机械制造装备设计方法模块化设计,3. 合理确定产品的系列型谱和参数（遵循系列化设计原理） 纵系列模块系统中模块功能及原理方案相同，结构相似，而尺寸参数有变化。随参数变化对系列产品划分合理区段，同一区段内模块通用。 横系列是在一定基型产品基础上更换或添加模块，得到扩展功能变型 跨系列包括具有相近动力参数的不同类型产品功能模块。 4模块的组合 设计要考虑模块组合，用较少种类的模块组合出尽可能多的组合产品。 模块系统分开式和闭式两类。闭式系统有限，开式系统无限组合。 组合时要考虑使用需要、工艺及相容关系，实际组合数大大小于理论数。 要精心设计结合部的结构，结合部位的形状尺寸配合精应
24、尽量标准。 5. 模块的计算机管理系统 1)对模块进行编码，以便进行计算机管理； 2)给出模块系统最多可组合的产品数；对于某一设计要求： 分析是否存在一种有效的组合方案； 在满足要求的几种组合方案中进行评价，选择最佳的组合方案； 若无有效的组合方案满足用户要求，为新的模块设计提供信息； 3)给出已选方案的模块组装图、明细表及价格表。,2.4 机械制造装备设计的基本要求,1. 装备设计应满足的基本要求 (1)功能性要求； (2)可靠性要求； (3)经济性要求； (4)劳动保护要求； (5)其他特殊要求 。 2. 机械零件设计应满足的基本要求 (1)强度、刚度及寿命要求； (2)结构工艺性要求；
25、(3)可靠性要求； (4)经济性要求； (5)质量小的要求。,2.4 机械制造装备设计的基本要求,3.装备设计的方法 (1)理论设计； (2)经验设计； (3)模型实验设计 ； 4. 装备设计的一般步骤 (1)动向预测； (2)方案设计； (3)技术设计； (4)施工设计； (5)试生产。,2. 机械制造装备设计方法合理化工程,合理化工程是一种管理哲理，适用于合同型企业。（老概念，90年代） 目的是采用先进的信息处理技术，缩短产品的开发周期，提高产品设计质量，缩短产品的生产周期，提高产品的质量，降低产品的成本，改善售后服务。,产品结构的重组是进行系列产品和组合产品的开发、产品编码和产品技术文件
26、的系统化，从而减少零部件的类别数。 产品设计开发过程的重组是将产品的设计开发过程分成两部分：全新产品设计进行的是换代产品和创新产品的设计。合同产品设计是进行变型设计或组合设计。 为了实现产品结构和产品开发过程的重组，企业必须采用CADCAM和MRP一技术，并实现两者之间的信息集成。,2. 机械制造装备设计方法评价,设计过程是通过分析、创造和综合而达到满足特定功能目标的一种活动。 设计是一种综合的过程，经常需要妥协和平衡。 过程中需要不断评价设计方案，根据评价结构进行修改，逐渐实现特定的功能目标。 评价方法有： 1、技术经济评价（技术先进、经济合理） 2、可靠性评价 3、人机工程评价 4、结构工
27、艺性评价 5、产品造型评价 6、标准化评价,2. 机械制造装备设计方法评价,1）技术经济评价 技术与经济往往互斥，需深入分析 （1）建立目标系统和确定评价标准 将“设计要求表”中的必达目标按层次 分级，形成树状目标系统。 （2）确定重要性系统 每个评价标准影响程度用重要性系数表示， 取值范围是01。 左面的数字表示隶属于同一上级目标的各同级目标之间的相对重要性系数，其总和应等于1，一般由设计人员或设计组共同商定； 右面的数字表示每一个评价目标在目标系统中所居的重要程度，简称重要性系数。=该目标左侧数*上级目标左侧数。 （3）确定各设计方案的评价分数 如表1-4所示，确定评价分数。4-5列为每个
28、评价标准的特征说明及计算方法。如轻量化设计的评价指标可为产品质量或单位功率质量。 特征值为根据标准算出的特征值；评价数为（0-4或0-9）排序打分；加权值为：评价数*评价标准重要性系数。,同级,同级,（4）总权重值 （5）技术评价(相对值） 理想方案为1； 0.6以下不合格； l0.6之间为技术上可行方案。 如果技术上可行的设计方案， 其个别评价标准的评价数特别低， 说明该设计方案在这方面有明显弱点， 应认真地对这些弱点进行分析，判断这些弱点 将来有无可能祸及全局，可能，必须对设计方案进行修改， 排除弱点，重新参与评价，再考虑能否作为初步优选方案。 （6）经济评价 经济评价是理想生产成本与实际
29、生产成本之比。 产品成本主要包括材料成本和开发制造成本两大部分。 具体估算方法根据本企业情况与算法相结合决定。 （7）技术经济评价，可用均值法或双曲线法等结合，0.65以上,2. 机械制造装备设计方法评价,2. 机械制造装备设计方法评价,可靠性评价 可靠性指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定任务的能力 规定条件：使用、维护、环境、操作等条件； 规定时间：规定时间或重复次数、距离等； 规定任务：产品应具有的技术指标。 可靠性特征量,2. 机械制造装备设计方法评价,可靠度（产品规定条件与时间内，完成规定任务的概率R(t)） 可靠度观测值指规定时间终了，完成规定任务的产品数与产品总数之比； 累
30、计失效概率（与可靠度之和为1） 失效率（某时刻尚未失效的产品，在之后单位时间内失效的概率，也叫故障率） 观测值：在某时刻后，单位时间内失效的产品数 与 工作到该时刻尚未失效的产品数之比。 平均寿命（Mean Time To Failures）与平均无故障时间（Mean Time Between Failures） 可靠寿命：给定的可靠度所对应的时间 维修度：规定时间及方法维修时，保持和恢复到能完成规定任务状态的概率。 修复率：某时刻未修复产品，该时刻后单位时间内完成修复的概率。 平均修复时间： 瞬时有效度：产品在某一时刻t所具有或维持其规定任务的概率，记为A（t） 平均有效度：某规定时间区间内
31、（t1-t2）有效度的平均值。 极限有效度：时间无限大，瞬时有效值的极限值，(稳态有效度）,2. 机械制造装备设计方法评价,可靠性预测 发现薄弱环节，提供方案比较、修改、优选和进行可靠性分配的依据，并对产品的维修费用以至全寿命运行费用作出估计。 包括单元可靠性预测和系统可靠性预测。 有许多方法，如：统计分析法、失效模式影响分析 (FMECA)、故障树分析法(FTA)、可靠性逻辑框图法及近似值法等。 可靠性逻辑框图法 分析系统组成单元，各单元在可靠性功能上的联系等。,2. 机械制造装备设计方法评价,可靠性指标的分配 1)对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握达
32、到较高水平的单元，可分配较高的可靠度； 2)对较简单的单元，组成单元的零部件数量少，装配容易保证质量或故障后易于修复的单元，可分配较高的可靠度； 3)对重要的单元，该单元的失效将引起严重的后果，或该单元失效会导致全系统失效，应分配较高的可靠度； 4)对整个任务时间内需连续工作，或工作条件严酷的单元，应分配较低的可靠度。 分配方法 等同分配法； 按比例分配法；,2. 机械制造装备设计方法评价,人机工程学评价 人的因素 制订出相应的指导性设计规范GBl0000-88。其中包括我国成年人人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸和人体水平尺寸等。百分位的概念！ 人体动态尺寸是指人在工作位置上的活动空间
33、尺度，主要包括立姿时人的活动空间和坐姿时人的活动空间。每种活动空间又包括上体不动时的活动空间和上体一起动时的活动空间。这些可以在GBl0000-88标准的基础上分析出来。 人在操作和使用机器时需作一些操作动作。在通常情况下，操作应轻快、灵活，但也不能过于轻快，以至承受不起人体肢体的静重而产生误操作。相反，有些不需要或只有在特殊情况下才容许人进行操作的部位，例如紧急停车、电气控制柜门把等，其操作力应设计得大一些，甚至非得借助工具才能动作。 视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛自然可见的空间范围，常以度()来表示。正常人的视野在水平面内约左右60，有效区域为左右1020；垂直面内向上50；
34、向下70，有效区域向上30，向下40。视距是指人在操作过程中正常的观察距离。一般操作视距范围在380760mm之间。 人的听觉器官也是重要的信息接受器。人们对来自听觉的信息反应较来自视觉信息的反应大约快3050ms。可以听到的声音频率范围在202000Hz之间，可以听到的声强级范围在0120db之间。当超过110130db时人们会感到不舒服。,2. 机械制造装备设计方法评价,人机工程学评价 机器因素 1、信号显示装置设计应根据人的生理和心理特征进行设计，使人接受信息速度快、可靠性高、误读率低，并减轻精神紧张和身体疲劳。 2、操纵装置有手动和脚动两类。人们逐渐形成了一套习惯进行产品设计时，必须遵
35、循这些操作习惯。设计时应注意其形状、大小、位置、运动状态和操纵力的大小等，这些都应符合生物力学和生理学的规律，以保证操纵时的舒适和方便。 3、保证系统本身的安全性，应自动设置安全工作区限，设计互锁安全操作，工作环境条件监测监控，非正常工作状态的自动停机，对操作失误的自动安全处理等。为保证人员的安全性，应采取各种保障人身安全的措施，如漏电保护、报警指示、急停操作和快速制动等，同时对危险工作区要设置自动光电栅栏和工作区自动防护及有害物和危险物的自动封闭等。 4、人体舒适性和使用方便性。1)作业空间能使操作者感到舒适和安全，要照顾到不同操纵者的身体尺寸；2)操作过程中避免差错，提高工作效率；3)显示
36、装置和操纵装置的布局要既紧凑又可区分；4)人作业时，四肢分担的作业要均衡，避免身体局部超负荷作业；5)要根据机器设备的功能特点、外观形态来进行合理的布局，以适应人作业时的各种心理、生理感知特性。 环境因素及人机系统,2. 机械制造装备设计方法评价,结构工艺性评价 （一）加工工艺性 1、产品结构的合理组合 根据工艺要求，设计时应合理地考虑产品的结构组合，把工艺性不太好或尺寸较大的零件分解成多个工艺性较好的较小零件。 产品结构的合理组合也包括设计时把多个结构简单、尺寸较小的零件合并为一个零件，以减轻重量，减少联接面数量，节省加工和装配费用，改善力学性能。 有些零件上各工作面的工作条件不同，常采用不
37、同的材料，可将多个零件的坯件用不可拆方式联接在一起，如热压配合、铆接、粘接或螺纹联接等，然而再整体地进行加工，可取得很好的效果。 2、零件的加工工艺性 零件的结构形状、材料、尺寸、表面质量、公差和配合等确定了其加工工艺性。 加工工艺性的评价应依据制造厂现有的生产条件，没有一个绝对的标准。 这些生产条件概括起来包括如下几个方面：传统的工艺习惯，本企业的加工设备和工装条件，外协加工条件，与老产品结构的通用，材料、毛坯和半成品的供应情况和质量检验的可能性等。(祥见书上举例）,2. 机械制造装备设计方法评价,(二)装配工艺性 1、便于装配的产品结构 (1)装配操作的分解，平行装配，缩短装配周期。 (2
38、)装配操作的压缩，合并零件。 (3)装配操作的统一，统一的工具、装配方向与方法。 (4)装配操作的简化 2、便于装配的零件结合部位结构 3、便于装配的零件结构 (三)维修工艺性 1)平均修复时间短； 2)维修所需元器件或零部件的互换性好，并容易买到或有充足的备件； 3)有宽敞的维修工作空间； 4)维修工具、附件及辅助维修设备的数量和种类少，准备齐全； 5)维修技术的复杂性低； 6)维修人员数量少； 7)维修成本低； 8)采用状态监测和自动记录,2. 机械制造装备设计方法评价,五、产品造型评价 机械产品的造型的总原则是经济、实用、美观大方。 “经济”指的是造型成本低。 “实用”指操作方便、舒适、
39、符合人体的生理和心理特征，人机和谐。 “美观大方”是指产品的外观形象给人的心理、生理及视觉效应良好。 审美观点不同，但有规律，产品造型设计和产品色彩两方面。 产品造型设计 尺度与比例（产品与人之间比例叫尺度，产品自身之间比例 对称与均衡（对称和均衡是取得良好视觉平衡的两种基本形式） 安定与轻巧（安定是靠地的部分重而大，显得安全） 对比与调和（对比是重点处理某些部分，避免平淡，如书上例子） 过渡与呼应 节奏与韵律（某些要素做有规则的变化与重复） 重点与一般 产品色彩（色调要适于人的心理、生理要求。配色要和谐）,2. 机械制造装备设计方法评价,标准化评价 标准化定义： 在经济、技术、科学及管理等社
40、会实践中，对重复性事物和概念通过 对标准的制订、发布和实施，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益。 标准化的目的： 1)合理简化产品的品种规格； 2)促进相互理解、相互交流，提高信息传递的效率； 3)在生长、流通等方面，能够全面地节约人力和物力； 4)在商品交换与提高服务质量方面，保护消费者利益和社会公共利益； 5)在安全、卫生、环境保护方面，保障人类的生命、安全与健康； 6)在国际贸易中，消除国际贸易的“技术壁垒”。 标准分类 如右图，按性质、特征、级别分类 三类性质：技术、工作、管理； 四种方法 七个层次,企业标准体系结构 标准体系是由层次结构和领域结构组成。层次结构 表明各级标准 之间的纵
41、向联系；领域结构表明行业之间的横向联系。 按标准体系的适用范围可分为国家标准体系、行业标准体系和企业标准体系。 产品设计标准化 企业标准的审查 设计文件审查 工艺文件的审查 工装设计文件审查,本章小结,机械制造装备设计方法 功能要求分析 一般功能（精度、刚度、热稳定性、耐用度等）、精密、柔性、自动、绿色等 设计的类型 创新设计、变型设计、模块化设计 设计的方法 典型设计步骤 产品规划、方案设计、技术设计、工艺设计 系列化设计（促进“三化”，步骤为） 主参数和主要性能确定、参数分析、制定系列型谱 模块化设计 根据需求分析明确任务、建立功能结构与模块划分、确定系列型谱和参数、模块之间的组合、模块的计算机管理系统。 合理化工程 机械制造方法的评价 技术经济评价、可靠性评价、人机工程评价、 结构工艺性评价、产品造型评价、标准化评价,
