《现代设计方法在工程设计中的意义.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代设计方法在工程设计中的意义.（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、现代设计方法在工程设计中的意义专业：材料工程 学号： 姓名： 指导老师：毛志伟摘要：现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在涉及领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。目前它的内容主要包括：计算机辅助设计、有限元设计、反求工程设计、优化设计、并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、动态设计、模块化设计、人机学设计、疲劳设计等。关键词：多元交叉；知识群体；设计Abstract: the modern design method is with the rapid development of modern science a
2、nd technology and the wide application of computer technology in the field of development of a new multi - dimensional cross discipline. It is a generic term for a general knowledge group to design products as the goal. At present its contents mainly include: computer aided design, finite element de
3、sign, reverse engineering design, optimization design, concurrent design, virtual design, green design, reliability design, dynamic design, modular design, ergonomics design, fatigue design, etc.Key words: multiple cross; knowledge group; design第一章 引言各国研究的设计方法在内容上各有侧重，但共同的特点都是总结设计规律，启发创造性，采用现代化的先进理论
4、和方法使设计过程自动化、合理化，其目的是为了提高设计水平和质量，设计出更多功能全、性能好、成本低、外形美的产品,以满足社会的需求和适应日趋尖锐的市场竞争。 我国在20世纪80年代不断吸收引进国外研究成果，开展了现代设计方法的理论和应用研究，并取得了一系列成果。目前我国的工程机械已进入快速发展时期 , 由以前的仿制为主转为自主创新 、自主研发阶段 , 但工程机械产品大都结构复杂 、庞大 , 由几千个甚至几十万个零部件组成 , 有的重量高达上千吨 , 若采用传统的设计计算方法和手段 , 设计周期长 、设计成本高 , 无法满足市场需求 , 而先进的三维数字化设计 、虚拟仿真等现代设计方法以其准确 、
5、快捷和高质量的特点被越来越多的企业所采用 。因此 , 培养高素质创新人才是时代对高等学校工程机械专业提出的迫切要求 , 需要从培养目标 、培养方案和教学组织管理等方面对工程机械专业的创新人才培养模式进行研究与实践 , 加强计算机三维辅助设计 、优化技术 、有限元分析技术 、动态仿真模拟等技术理论和实践能力培养 , 满足社会对应用型 、复合型 、创新型工程机械专业人才的培养要求 。为此 , 必须对 “工程机械 ”专业方向的课程体系进行整体优化 , 建立以现代设计方法为核心的课程群 。第二章 现代设计方法概述现代设计方法（Modern Design Technigue）是新理论与计算机应用相结合的
6、产物。它是以思维科学、设计理论系统工程为基础,以方法论为手段,以计算机为工具的各种方案、图样和程序的总和。 对此定义作出以下解释: :迄今为止, 尚未阅读或检索到有明确给出过现代设计方法的定义, 尽管这种叫法、书名有很多, 或偶尔见到有对现代设计方法(技术)作过某种解释, 但很难视之为对这一概念的定义。:虽有文献报道, 在机械设计理论、设计技术等方面出现的新领域中, 已有设计方法学- 是研究科学的设计思想、设计步骤和设计组织等的方法。及设计系统学- 是研究对于同一问题所能取得几种设计方案的科学方法, 可也未提到现代设计方法。：于是, 借助于各种字词典, 对现代设计方法做出上述定义寻找依据:“现
7、代”、是个泊来词，是指现在这个时代(中国多指 1919 年至现在)。“设计”、为了满足人类和社会的功能需求，将预定的目标通过人们创造型思维经过一系列规划、分析和决策产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件。以取得最满意的社会与经济效益。 “方法”多指解决问题的门路、程序等。如工作方法、思想方法。综合以上解释, 加之考量现代设计方法领域的实际, 成为定义现代设计方法依据。基于以上依据而给出上述现代设计方法的这个定义, 只是个人认识, 不一定完全正确, 也不一定十分科学, 仅供参考, 并请大家讨论。第三章 现代设计方法应用一、CADCAD（计算机辅助设计）。他是把计算机技术引入设计过程并用来
8、完成计算、选型、绘图及其他作业的一种现代设计方法。 计算机、绘图积极其他外围设备构成CAD硬件系统，而操作系统、语言处理系统、数据库管理系统和应用软件等构成CAD的软件系统。通常所说的CAD系统是只由系统硬件和系统软件组成，兼有计算、图形处理、数据库等功能，并能综合利用这些功能完成设计作业的系统。机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多。计算机辅助设计的过程,首先进行功能设计,选择合适的科学原理或构造原理,
9、然后进行产品总图的初步设计、产品选型和外型的初步设计;从总图派生出零件,对零件的造型、尺寸、色彩等进行设计,对零件进行有限元分析,使其结构及尺寸与应力状态相适应;对零件进行加工模拟,对其性能做出评价、分析和优化,最终完成零件的工作图;在计算机上制定零件制造工艺,在相应的设备上制造出零件。如各种建模软件， solidworks、solidedge、UG、proE、 AutoCAD等。二、有限元法设计 有限元法（Finite Method）是以电子计算机为工具的一种数值计算方法。目前，该方法不仅能用于工程中复杂的非线性问题、非稳态问题（如结构力学、流体力学、热传导、电磁场等方面的问题）的求解，而且
10、还可以用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力学分析，并能准确地计算复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有利分析工具。三、反求工程设计反求工程设计（Reverse Engineering）是消化吸收并改进国内外先进技术的一系列工作方法和技术的总和。它是通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、解剖、试验，了解其材料、组成、结构、性能、功能，掌握其工艺原理和工作机理，已进行消化仿制、改进或发展、创造新产品的一种方法和技术。它是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的组合。四、优化设计随着与机电一体化技术不断的发展和光反运用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统
11、的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。优化设计（Optimal Design）是根据设计方法学理论，把最优化数学原理应用于工程设计问题，以计算机为实现手段，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构，与控制论、信息论、决策论相结合，对产品进行开发设计，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。在进行工程优化设计时，首先把工程问题按优化设计所规定的格式建立数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进行寻优求解，得到工程设计
12、问题的最优设计方案。在建立优化设计数学模型的过程中，把影响设计方案选取的那些参数称为设计变量；设计变量应当满足的条件称为约束条件；而设计者选定来衡量设计方案优劣并期望得到改进的指标表示为设计变量的函数，称为目标函数。设计变量、约束函数、目标函数组成了优化设计问题的数学模型。优化设计需要把数学模型和优化算发放到计算机程序中用计算机自动寻优求解。常用的优化算法有：0.618法、鲍威尔（Power）法、变尺度法、复合型法、惩罚函数法。而实现的手段有:(l)模糊设计。模糊设计是以模糊数学为理论基础，它首先通过对设计对象的各项性能指标建立满足某些模糊集合的隶属度函数，并按其重要性乘以不同的加权引子，然后
13、按一定的算法得到综合模糊集合的隶属函数，再通过优化策略，把模糊问题向非模糊化转化，从而实现寻优的过程。现在机电产品中涉及到模糊理论的场合很多，如模糊冰箱、模糊洗衣机、模糊微波炉，它们正悄然地改变着人们的生活方式。(2)神经网络优化设计。神经网络是一种模仿人类大脑结构、功能的信息处理智能系统，一般由多输人单输出非线性单元组成神经元，各神经元按一定的模式连接，并构成各种连接模型。它通过反复的训练和学习以及自身的适应能力来完成对复杂信息的处理，使输出达到最优。神经网络的重要特征就是具有很强的自适应、自组织、自学习的能力和强容错性。为实现机电产品智能化的功能，还有一个途径就是利用专家系统的框架。通过提
14、取人类成熟的操作经验和知识，以知识库为核心，配以特征知识处理，并采用不同的匹配法则和推理机制，构成完整的最优决策系统。五、并行设计并行设计(Parallel Design)是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。并行设计作为现代设计理论及方法的范畴，目前已形成的并行设计方法基本上可以分为两大类：(l)基于人员协同和集成的并行化。就是把组成与产品方面有关
15、的，针对给定设计任务的专门的、综合性的设计团体(企业)协同起来。(2)基于信息、知识协同和集成的并行化。该方法基于计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改各零部件的设计模型，直至整个机电产品完成为止。可以采用面向制造(DFM)和面向装配(DFA)的设计方法，涉及CAX技术、产品信息集成(PDM)技术以及与人员协同集成有关的信息技术。当然，这两种机电产品并行设计方法并不是相互独立的。在实际应用过程中，它们往往是紧密结合在一起的。实例：并行工程应用于整车项目开发案例研究在组织机构上，建立一支跨部门矩阵式的开发团队，团队全体成员共同对团队的目的和目标负责，每一个成员都能理解其职责。它确定团队活动的焦点，包括服务和产品。全体成员相互依赖，在协同环境中工作，实施信息预发布、设计评审及反馈，定期组织团队会议，进行信息交流、讨论，进行团队决策，确保团队计划向前推进。结构上可将开发团队划分成若干小组（IPT）。并行工程所需的体系结构通常由工程设计、质量管理、过程管理、软件环境和生产制造等5个系统组成。一般地，汽车整车产品开发共有4个大的阶段，即策划阶段、设计阶段、样品试制阶段和小批试制阶段。
