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机械工程专题研讨讲授：李钦奉张胜文基于机电产品的研究与讨论1江苏科技大学课程主要内容：（根据机械工程专题研讨课程教学大纲）一、机电产品研究与设计方法二、机电产品研究与设计常用软件三、机电产品开发专题研讨四、计算机辅助制造专题研讨2江苏科技大学一、产品开发概述u新产品开发是指从研究、选择适应市场需要的产品开始到产品设计、工艺制造设计，直到投入正常生产的一系列决策过程。u从广义而言，新产品开发既包括新产品的研制也包括原有老产品的改进与换代。1、什么是新产品开发？3江苏科技大学 2、产品开发的重要性：u新产品开发是企业获取持续经营优势和实现绩效目标的不二法宝。通用电气、微软、思科、英特尔、宝洁、杜邦等获得持续成功的国际性企业无一例外都在产品创新方面成为行业领导者。u我国的许多企业也正在逐步摆脱低水平的模仿，开始走上自主创新之路。u一项国际权威研究表明：在新产品开发活动中，平均每7个新产品创意，有4个进入开发阶段，有1.5个进入市场，只有1个能取得商业化成功。新产品开发的失败率之高可见一斑。u纵观众多失败或成功的案例，新产品开发成败的关键因素有三个方面：战略、流程和团队。4江苏科技大学u战略。战略决策是指路明灯，它决定了企业新产品开发的方向和范围。战略定位决定企业是否“做正确的事”。u流程。产品开发流程决定企业能否“正确地做事”。科学的流程是最佳实践的总结，是企业做事的规范。“多、快、好、省”地开发出新产品是新产品开发流程设计和实施的目的。u团队。优良的团队决定了由“正确的人”用“正确的方法”“做正确的事”。在明确方向和掌握方法的基础上，团队能力最终决定了企业的绩效水平。就新产品开发而言，企业团队需要具备的能力主要体现在三个方面：领导决策能力流程管理能力相关专业能力 5江苏科技大学 3、产品开发分类：按创新程度：全新产品。是指利用全新的技术和原理生产出来的产品。改进产品。是指在原有产品的技术和原理的基础上，采用相应的改进技术，使外观、性能有一定进步的新产品。换代产品。采用新技术、新结构、新方法或新材料在原有技术基础上有较大突破的新产品。6江苏科技大学 4、产品开发的方向：由于消费需求日益多样化和个性化，新产品开发呈现出多能化、系列化、复合化、微型化、智能化、艺术化等发展趋势。企业在选择产品开发方向时应考虑以下几点：(1)考虑产品性质和用途。在进行新产品开发前，应充分考察同类产品和相应的替代产品的技术含量和性能用途，确保所开发产品的先进性或独创性，避免“新”产品自诞生之日起就被市场淘汰。(2)考虑价格和销售量。系列化产品成本低，可以降价出售增加销售量，但是系列化产品单调，也可能影响销售量。因此，对系列化、多样化产品以及价格、销售之间的关系，要经过调查研究再加以确定。7江苏科技大学(3)考虑需求变化速度和变化方向。随着人们物质生活水平的提高，消费者的需求呈多样化趋势，并且变化速度很快。而开发一样新产品需要一定的时间，这个时间一定要比消费者需求变动的时间短，才能有市场，才能获得经济效益。(4)产品创新满足市场需求的能力。曾经代表中国民族通信旗帜的巨龙、大唐、中兴、华为四家企业，面对的市场机会差不多，起步差不多，但经过几年的时间，华为、中兴已远走在了前面，巨龙则几乎退出了通信市场。而决定四家企业差距的最关键因素就是各自推向市场的产品所包含的产品和技术创新的能力。(5)企业技术力量储备和产品开发团队建设。8江苏科技大学 5、产品开发的基本方式：（1）独创方式。自行设计、自行研制方式。这需要一支实力雄厚的研发队伍、一个深厚的技术平台和一个科学、高效率的产品开发流程。（2）引进方式。目前较常用的方式。可以很快地掌握新产品制造技术，减少研制经费和投入的力量，从而赢得时间，缩短与其他企业的差距。（3）改进方式。以现有产品为基础，根据需要，采取改变性能、变换型式或扩大用途等措施来开发新产品。这种方式开发费用低，成功把握大。（4）综合方式。将几种开发方式结合起来的开发方式。9江苏科技大学二、产品开发流程u新产品开发是一项极其复杂的工作，从根据用户需要提出设想到正式生产产品投放市场，其中经历许多阶段，涉及面广、科学性强、持续时间长，因此必须按照一定的程序开展工作，这些程序之间互相促进、互相制约，才能使产品开发工作协调、顺利地进行。u由于行业的差别和产品生产技术的不同特点，特别是选择产品开发方式的不同，新产品开发所经历的阶段和具体内容并不完全一样。10江苏科技大学1、产品规划 a.需求分析 b.调查研究 c.发展预测 d.可行性分析2、方案设计分析解决问题的各种方法，筛选出一种理想的方法。u传统产品开发流程：11江苏科技大学3、技术设计对方案设计具体化。总体设计，相关计算，重要功能及部件的结构图。重点是分析、计算。4、工程设计完成全套图纸、工艺及工装设计5、产品试制6、定型投产12江苏科技大学现代新产品的开发流程与传统流程没有本质的区别，主要体现在计算机技术、现代管理技术、现代生产技术等在开发过程中的应用。例如如下技术在开发过程中的介入：u虚拟企业；u协同设计；u并行工程；u模块化设计；u三维建模、虚拟装配、运动仿真；u动力学与运动学分析、优化；uCAD/CAM/CAPPu现代产品开发流程：13江苏科技大学14江苏科技大学15江苏科技大学16江苏科技大学三、产品开发案例介绍1、方太厨具（全面调整制胜）u企业何去何从?方太厨具有限公司前身是飞翔集团，以生产电子点火枪为主，市场占有率曾达90%，由于市场竞争引发的价格大战，使飞翔集团面临严重的挑战!（茅忠群父亲创）u市场分析。1995年，企业重新分析点火市场。全国几路调查结果是转向厨房用品，理由是人们对厨房越来越重视，配套设备越来越齐全。厨房有二个重要用品：微波炉、吸油烟机。u微波炉，不是每个家庭都必须具备，而且市场上已有了格兰仕(市场占有率达70%)，但浙江还未有好品牌的微波炉。油烟机，市场上有帅康、玉立、老板等国内品牌，国外品牌少。二者取谁？（500万独立创新）17江苏科技大学u正确决策。为决策进行第二次调研，在调研中发现，由于现代房子装修美观，油气污染很大，吸油烟机正进入每家每户，而正使用的吸油烟机有六大缺点：造型单一、滴油漏、擦洗不便、噪音大、吸力弱，只要能在吸油烟机进行创新，一定会有市场，由此吸油烟的研制和生产就开始了!u技术、流程与团队。在开发过程中，参照国外先进结构，按照国际上先进的开发流程，针对市场上吸油烟机的六大缺点，组织优势人力，在1996年1月18日成功地开发出了国内第一代大圆桶模型吸油烟机，基本解决了滴油和漏油问题。u全面包装。外树企业形象，内抓规范管理。较早导入CI企业形象工程，建立了一套规范的CI系统。u商标由“飞翔”-“方太”。全方位宣传产品，特别是产品的六大优点。18江苏科技大学u1996年方太一炮打响，半年就卖出5万台，刮起第一次“方太旋风”。同年把人工智能无人控制的系统应用到油烟机，自动排除煤气、自动报警。新产品一上市，马上一抢而光，刮起第二“方太旋风”。到1997年推出“厨后”，又刮起了第三次“方太旋风”。u1996年销售额近3000万元，1997年达9000万元，1998年达2亿元，1999年突破3亿元。19江苏科技大学现在的方太方太厨房专家u2003年4月，方太公司正式宣布将品牌名由“方太厨具”更名为“方太厨房专家”，进一步明确了以“专心、专注、专业”的理念致力于厨房领域的战略。u目标定位：树立“百年品牌”，成为中国厨房文化的代言人，新生活观念的倡导者，消费者心目中的“厨房专家”。20江苏科技大学现在的方太厨电专家u方太目前在全国已有员工近9000人u方太坚持每年将不少于收入的5%投入研发u拥有包含厨房电器领域顶尖专家在内的200余人的研发人才团队u2个国家级实验室(电气、燃气)u行业内唯一的国家级企业技术中心u拥有占地6000平米的世界上规模最大、设施最先进的厨电实验室u截止2011年年底，方太已拥有了400多项专利，其中42项发明专利。21江苏科技大学u诺基亚原是造纸企业，也从事过木材、物业、橡胶、机械、电缆、家电等行业。其产业漂移、面广。80年代开始企业陷入严重的竞争危机中，总裁自杀身亡。u1992年，具有敏锐洞察力和超凡胆识的奥利拉（原手机分部负责人）临危受命接任总裁，他认为“未来将属于通信时代”，并坚信移动通信必将高速发展，故，关、停、并转了属下其他企业，专心（90%的资金与人力）于移动通信与多媒体的研发。2、诺基亚的成功（专一的成功,保守的失败）22江苏科技大学u诺基亚认为，在激烈的竞争中生存的唯一途径就是永远走在别人的前面，为此，成立了庞大的研发团队（全球5.5万员工，研发占1.7万），开发新产品的速度由两年一个缩至一月多一个。1998年诺基亚成为世界上移动电话最大生产商。u大力投入研发经费（销售额的10%左右），1998年为13.5亿欧元，1999年为17.55亿欧元，预研时间810年。23江苏科技大学24江苏科技大学25江苏科技大学26江苏科技大学27江苏科技大学28江苏科技大学29江苏科技大学30江苏科技大学31江苏科技大学32江苏科技大学33江苏科技大学u随身听的出现始于偶然。1978年，录音机很盛行，索尼开发了一款便携式录音机，但样机录音效果不理想。当时，另一个部门正在开发耳机。3、随身听（不合常理的点子）34江苏科技大学u索尼公司的名誉主席井深大建议：不能便携录能否“随身听”？他建议将便携录音机与耳机结合，删去除播放以外的其他任何功能。u当时，这是一个不合常理的点子，因为当时不能录音的磁带播放机很难在市场上销售。但这个点子所出的产品却深受大家喜爱，“随身听”成了历史上最为成功的开发范例。它使索尼一跃成为业界领袖，并且为索尼的其他产品项目带来了雄厚的资金。35江苏科技大学u隧道式洗涤机又名洗涤龙，整个洗涤系统由多节（一般5节至20节）螺旋式洗涤机联接形成洗涤主体，在机器的一端由自动装载输送系统将各种织物输入，经过主体部分逐步完成初洗、主洗、过清、上浆等程序，完成洗涤工作。随后自动进入压干机，再自动进入烘干系统，最后经自动熨平、折叠完成。u要求：每2.5分钟洗涤完成60KG布草。4、隧道式洗涤机开发（研究生工作站项目）3637江苏科技大学38江苏科技大学39江苏科技大学40江苏科技大学41江苏科技大学42江苏科技大学基本模型：5、组合式液压锚铰机优化设计 43江苏科技大学有限元分析图：44江苏科技大学45江苏科技大学 6、雷达指挥车部分传动装置设计 46江苏科技大学 47 7、风电调装船主吊与桩腿研究 48江苏科技大学 u主吊系统：（1）最大起重量：300吨；（2）最大起升高度：100米；（3）幅度R（旋转臂架式起重机处于水平位置时，回转中心线与取物装置中心铅垂线之间的水平距离称为幅度）：Rmax=110m ,Rmin=20.83m实际工作幅度 Rmax=95.26m ,Rmin=20.83m49江苏科技大学 50江苏科技大学动臂设计根据吊机性能表和性能曲线、起重量、起重半径和吊重，动臂结构采用四肢主枝和三角形腹杆由5段拼装组成，长112m。下图为其几何模型 51江苏科技大学 52江苏科技大学回转支承53江苏科技大学 u桩腿传动系统：（1）桩腿的主要尺寸及参数：总长 55m直径 3.1m 材料 E36（2）桩腿的外载荷计算风载荷 F=1005.951349 KN波浪载荷 F=408.3468 KN/m海流载荷 F=12.54 KN54江苏科技大学 55江苏科技大学 56江苏科技大学 8、多向弯管机57江苏科技大学 58江苏科技大学 59江苏科技大学 60江苏科技大学 9、喷涂系统61江苏科技大学 62江苏科技大学 63江苏科技大学四、机电产品专题研讨1、吊装船桩腿锁紧装置设计 64江苏科技大学65江苏科技大学6667江苏科技大学68江苏科技大学基本参数与结构：u每根桩腿承受重量：2000t。u动力为液压马达。u齿轮齿条传动，每条桩腿由六个升降单元来驱动，每个升降单元主要由马达、减速装置、齿条、小齿轮等组成。u升降速度：0.6m/min。69江苏科技大学齿轮齿条参数：70江苏科技大学专题研讨要求：1、方案原理及基本结构2、每组5人3、后1周，小组讨论方案原理等4、后2周，每组汇报设计和分析结果并交作业5、最后小结71江苏科技大学2、车载雷达传动装置设计 72江苏科技大学基本参数与要求：u雷达直径 3 m，重约60KG。u雷达具有展开和收藏功能，展开或收藏时间小于1.5min。u雷达展开状态能实现正反方位搜索旋转，转速为6r/min，定位精度为0.5。u抗风能力：10级风能正常工作，12级风可生存。u车内允许空间为：（长X宽X高）800X700X500。u车外工作温度：40，贮藏温度：6073江苏科技大学专题研讨要求：1、方案原理及基本结构2、每组5人3、后1周，小组讨论方案原理等4、后2周，每组汇报设计和分析结果并交作业5、最后小结74江苏科技大学3、喷砂房设计 75江苏科技大学基本参数与要求：1大型钢结构喷砂系统采用封闭式房屋结构，长10m，宽5m，高4m，配备2支喷砂枪。2被清理钢结构重约3000KG，清理等级Sa2.5。3砂粒材质为铸钢丸及钢丝段。4喷砂系统具有砂粒自动回收、分选、除尘装置。5系统除尘装置的气体排放应符合环保要求。6气源：压力0.5-0.7MPa，流量大于30m3/min。76江苏科技大学专题研讨要求：1、方案原理及基本结构（1）喷砂装备(一组)（2）砂料回收装备(一组)（3）除尘装备(一组)2、每组5人3、后1周，小组讨论方案原理等4、后2周，每组汇报设计和分析结果并交作业5、最后小结77江苏科技大学4、氧化镁板生产线设计 78江苏科技大学79江苏科技大学基本参数与要求：1模板尺寸3000X1200X5，材料为胶木板，每块重约20KG。2模板加料后重约70KG。3工作过程为：上板上油-加料切断整形进笼烘干去模。4生产速率为：1块/15秒。5生产线连续作业，尽量减少人工。80江苏科技大学专题研讨要求：1、方案原理及基本结构（1）上板装置(一组)（2）进笼装置(一组)2、每组5人3、后1周，小组讨论方案原理等4、后2周，每组汇报设计和分析结果并交作业5、最后小结81江苏科技大学5、异型钢筋自动滚焊装置设计 82江苏科技大学基本参数与要求：1异型钢筋骨架圆、椭圆、方形、矩形、三角形等。2断面最大对角（直径）尺寸5米，长8米。3最多纵筋数量：48根。4环钢筋最粗14毫米。5滚焊转动速度不小于0.5转/分。83江苏科技大学专题研讨要求：1、方案原理及基本结构（1）移动装置(3人)（2）变径装置(3人)（3）焊接装置(3人)2、后1周，小组讨论方案原理等3、后2周，每组汇报设计和分析结果并交作业4、最后小结84江苏科技大学85

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