2011级机械八班陈相羽 20111025
本文介绍机械设计中动态设计、绿色设计面向x的设计、价值工程和健壮设计的主题思想、概念、应用及其发展前景。
dfx（面向产品生命周期各某环节的设计），动态设计，绿色设计，面向x的设计（dfx），价值工程，健壮设计。
随着社会的高速发展，科技对设计提出了更高的要求。本文从动态设计，绿色设计，面向x的设计（dfx），价值工程，健壮设计介绍了当今先进的设计方法。
一）、动态设计（kinetic design；dynamic design ）
随着生产和科学技术的高速发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展，产品的结构日趋复杂，对其工作性能的要求也愈来愈高。为了使这些产品和设备安全可靠的工作，其结构系统必须具有良好的静、动态特性。 现代机械结构动态设计就是在这个背景下应运而生的一种科学设计方法，也是近年来振动工程界开展的最广泛的研究领域之一。
当前，为了提高我国机械产品在国际市场中的竞争能力，如何保证产品的高性能、高质量和低成本，是机械产品设计面临的新问题。为此，要求在设计阶段能预估机械结构的静、动特性。因此，机械动态设计方法已成为设计人员必须掌握的设计手段。
研究机械动态设计分析技术具有很重要的现实意义。
1、动态设计的定义。
1）、在动态作用下，以结构构件动力状态反应为依据的设计。有时可采用动力系数方法简化为静态设计。
2）所谓“动态设计”是指机械结构和机器系统的动态性能在其图纸的设计阶段就应得到充分考虑，整个设计过程实质上是运用动态分析技术、借助计算机分析、计算机辅助设计和**来实现的，达到缩短设计周期、提高设计效率和设计水平的目的。
2、动态设计的内容。
）建立一个切合实际的机械系统动态力学模型，从而为进行机械系统动态力学特性分析提供条件；
）选择有效的机械系统动态优化设计方法，以获得一个具有良好的机械系统动态性能的产品结构设计方案。
动态分析的主要理论基础是模态分析和模态综合理论。采用的主要的方法有：有限元分析法、模型试验法及传递函数分析法。
模态分析法具体包括两个方面：系统固有特性分析和动态响应分析。
系统固有特性包括系统的各阶固有频率、模态振型和模态阻尼比等参数。
进行固有特性分析是为了避免系统在工作时发生共振或出现有害的振型，并且为系统进一步的响应分析作准备；
动态响应分析是计算系统在外部激振力作用下的各种响应，包括位移响应、速度响应和加速度响应，并将它控制在一定的范围内。系统对外部激振响应会导致系统内部产生动态应力和动态位移，从而影响产品的使用寿命和工作性能，或产生较大的噪声。
机械系统的建模方法分为两大类：
理论建模法。
实验建模法。
1) 理论建模法按机械系统不同而采用不同的技巧，因而有多种方法（一般主要采用有限元方法和传递矩阵法）；
2) 实验建模法是指对机械系统（实物或模型）进行激振（输入），通过测量与计算获得表达机械系统动态特性的参数（输出），再利用这些动态特性参数，经过分析与处理建立系统的数学模型。
3、机械系统动态设计的基本原则和步骤。
动态设计的目标是在保证机械系统满足其功能要求的条件下具有良好的动态性能，使其经济合理、运转平稳、可靠。因此，必须把握机械结构的固有频率、振型和阻尼比，通过动态分析找出系统的薄弱环节来改进设计。
一、动态设计的原则是：
1)防止共振；
2)尽量减小机器振动幅度；
3)尽量增加结构各阶模态刚度，并且最好接近相等；
4)尽量提高结构各阶模态阻尼比；
5)避免零件疲劳破坏；
6)提高系统振动稳定性，避免失稳。
具体设计时，以上述为基本原则，应根据具体设备的要求，给出动态设计指标。
二、机械系统动态设计基本工作步骤如下：
1) 建立动力学模型。
根据机械结构或机械系统的设计图纸，建立系统动力学模型或应用试验模态分析技术（如有限元分析）建立结构的试验模型。
2) 动态持性分析。
建立出结构的动力学模型后，求解自由振动方程得到结构的振动固有特性；引入外部激励进行动力响应分析；进行振动稳定性分析。
3) 动态设计指标的评定。
根据机械系统或结构在设计时提出的动态设计原则，对机械系统或结构的动态性能进行评定。
4) 结构修改和优化设计。
如果结构的某些指标没有满足动态设计原则的要求，要进一步改善其动态性能，则根据要求改进原来的设计，转到步骤(1)重新开始动态设计，直至达到要求为止。
二）、绿色设计。
1、绿色设计的起因及形成：
当今人类面临着人口增长迅速、自然资源短缺、环境污染严重等问题，人类无节制地开发利用自然资源，给自身生存环境造成危机。除了工业、农业等生产过程造成的破坏之外，人们日常生活中制造的大量垃圾也给生态环境造成极大的破坏。家庭日常生活资源消耗的大幅度增加。
不仅是由于人口的增加，还由于人均物资消费量的增加。有证据表明，地球上50％以上的人在近40年里依然希望生活水平有所提高，这就意味着将消耗更多的资源，产生更多的废弃物。
在过去的几十年中，环保技术在制造过程中的运用已取得了相当大的进步，如采用适当技术和清洁生产等。现在人们逐渐认识到设计对环保所起的重要作用，“绿色设计”成为关注的焦点。传统的产品设计理论与方法，是以人为中心，从满足人的需求和解决问题为出发点进行的，而无视后续的产品生产及使用过程中的资源消耗以及对环境的影响。
因此，对传统产品开发设计的理论与方法必须进行改革与创新，绿色设计由此而生。
2、“绿色设计”方法及其发展
与“绿色设计”接近和相关的名称不少，本文中沿用人们常见的概念，统称从环境角度考虑设计的设计方法为“绿色设计”。 绿色设计”主要关注对自然的影响和解决某些单独的问题，如资源和能量的利用率，通过**减少废弃物等。在一些发达国家，废弃的金属和塑料等大多已可以分类**，或为重新利用而进行了分拣。
为加强家庭垃圾分拣而“应运而生“的废弃物处理方面的产品设计，成为当代工业设计的热点之一。
生态设计也称之为生命周期设计，即利用生态学的思想，在产品生命周期内优先考虑产品的环境属性，除了考虑产品的性能、质量和成本外，还要考虑产品的**和处理。同时也要考虑到产品的经济性、功能性和审美等因素。产品生态设计其基本理论基础是产业生态学中的工业代谢理论与生命周期评价。
可持续性的设计是一个比前者范围更广的设计方法。涉及更多的方面，诸如民族未来的发展相与之分享资源的后代的发展，如何在保证产品的功能的同时，减轻整个星球的负担。典型的理论是，提高产品的效率的同时，推动与之相关的服务系统的发展：
考察产品对于用户的必要功能，延长产品的寿命；对于产品整个系统的可持续性的发展的设计，比只对产品本身的设计更为重要。可持续性产品设计的重点在于影响产品生命周期的外部因素的分析。
此外，还有其它产品设计的优化方法．如环保材料(可**和循环利用的材料)的使用。研究表明，为了改变对环境产生影响的挥霍性消费的现状，向地球资源可持续发展的消费水平发展，我们的长远目标应是努力同产品建立起更强的长久的联系。为了这些原由，在环保产品的开发中延长产品的寿命比其它的策略更重要，与此同时也要鼓励在消费者中形成可持续、长期的消费方式。
3、未来“绿色设计”的风格和趋势
设计师同时也是设计风格和品位的缔造者，产品的视觉形象对环境保护也会产生间接的影响。主要体现在产品寿命期限相对材料的选择两个方面。由于人们以往的生活方式造成大量的产品品种的过时，以及产品频繁更换的速度对环境保护产生了不好的影响，如果能延长产品寿命期限，就可以减少对资源无谓的浪费。
研究表明，在促成现有产品过时方面，消费者的心理因素和材质具有重要的作用。在物质经济相对繁荣的今天，往往消费者的好恶直接决定着一些产品的“寿命”。
从某些角度看，“绿色设计”不能被看作是一种风格的表现。成功的“绿色设计”的产品来自于设计师对环境问题的高度意识，并在设计和开发过程中运用设计师和相关组织的经验、知识和创造性结晶。目前大致有以下几种设计主题和发展趋势：
1)使用天然的材料，以“未经加工的”形式在家具产品、建筑材料和织物中得到体现和运用。
2)怀旧的简洁的风格，精心融入“高科技”的因素，使用户感到产品是可亲的、温暖的。
3)实用且节能。
4)强调使用材料的经济性，摒弃无用的功能和纯装饰的样式，创造形象生动的造型，回归经典的简洁。
5)多种用途的产品设计，通过变化可以增加乐趣的设计，避免因厌烦而替换的需求；它能够升级、更新，通过尽可能少地使用其它材料来延长寿命；使用“附加智能”或可拆卸组件。
6)产品与服务的非物质化。
7)组合设计和循环设计。
我们并不可以简单地认为采用明显的可**材料的产品就一定是“绿色产品”，因为产品可**性有可能成为加快产品废弃速度的借口，人们对可**材料的外观的认可程度也可能会对产品的销售产生影响。当“绿色设计”渐渐融入主流产品的设计时，设计师所面对的不只是少数的“绿色狂热分子”，而是普通消费者。如果设计仅注重功能性，而忽视用户的审美需求，则无法延长产品寿命。
4.绿色设计的发展现状（国内）
绿色设计是一个比较新的研究领域，国内在该领域的研究起步比较晚，国内。
一些高等院校和研究院所在国家科委、国家自然科学**会和有关部门的支持下。
对汽车产品绿色设计技术进行了广泛的研究探索l。
机械科学研究院己完成了国家科委“九五"攻关项目——清洁生产技术选择与数据库的建立、机械工业**项目——绿色设计技术发展趋势及对策研究。围绕机械工业中九个行业对绿色技术需求和绿色设计技术自身发展趋势进行了调研，在国内首次提出适合机械工业的绿色设计技术发展体系，同时还进行了车辆的拆卸和**技术的研究。
环境技术认证(environmental technology verification，etv)是美国、日本、加拿大等发达国家推行的一类基于第三方技术验证的技术评价体系。即**认可的第三方机构受**或技术开发方委托，完全独立地对具有商业化潜力的创新环境技术进行科学的测试和验证，并将验证的全过程数据和结果公开，作为**示范、推广新技术的参考。目前，国家环境保护总局已委托中国环境保护产业协会开展中国etv的试点工作。
正在开展的国家自然科学**项目“环境绿色技术评价体系的研究"以环境保护绿色技术评价体系为研究载体，将etv评价技术导入机械制造业的绿色设计、绿色制造，建立制造业的绿色概念、描述方法和etv评价体系。
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