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1、现代设计方法教学大纲一、 课程基本信息开课单位机械工程学院课程代码课程名称现代设计方法英文名称Advanced Design Method课程性质专业方向课（选修）学分1.5总学时24先修课程计算机绘图、机械原理、机械设计、有限元技术等开课学期5适应专业工科本科机械类专业二、课程概述本课程是机械设计方面高年级学生的一门专业方向课（选修）。通过系统讲授现代设计的基本理论和方法，使学生掌握现代设计方法的基本原理，掌握现代设计方法的使用。通过本课程的学习，使学生对现代设计和生产实际的关系有初步的了解，并能够指导产品方案设计、优化设计、有限元分析和可靠性设计。三、 课程内容（一） 课程教学目标1、通过
2、现代设计理论方法的学习，能够灵活运用设计理论方法对具体复杂机械工程问题进行阐述说明和设计。2、深入掌握从事机械工程工作所需的优化建模、多元函数求解和概率统计等现代设计方法方面的专业知识，并能将上述知识用于解决机械工程中设计相关的复杂问题。3、能够应用现代设计的基本原理和方法对相关的复杂机械工程问题进行提炼、定义、建模、分析和评价。4、能够综合运用所学的科学原理，针对可靠性分析、稳健设计、动态设计等相关的复杂工程问题，设计合适的研究方案，并建立合适的数学模型，确定模型参数。5、能够应用有限元软件、互联网等现代工具，对复杂机械工程问题进行分析计算，以及查询工程问题相关的研究资料。6、深入掌握优化设
3、计和可靠性设计理论和应用，并能够对复杂机械工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响做出评价。7、针对具体的学习内容布置、提醒、自觉进行相关的预习、复习、总结与改进，使其具有时间观念和效率意识，培养学生终生教育意识和继续学习能力。（二） 基本教学内容序号教学内容教学重点及难点教学要求理论学时实验学时对应教学目标1第一章 绪论1. 现代设计方法概述2. 现代设计方法的主要内容3.国内外现代设计方法的新发展1. 讲述本课程的教学目标以及本课程在本专业人才培养的地位、作用和任务2. 理解现代设计方法的概念和主要内容3. 了解现代设计方法的国内外最新发展21、72第二章 优化设计1. 优化设计概念
4、2. 优化方法的数学基础3. 一维搜索方法4.多维无约束优化方法5.约束优化方法1. 掌握优化问题的数学建模以求解方法2. 掌握黄金分割、二次插值等常用一维搜索方法3.掌握坐标轮换、鲍威尔、梯度、牛顿和变尺度法等多维无约束优化方法4.掌握复合形法和罚函数法等约束优化方法91、2、4、6、73第三章 可靠性设计1可靠性设计概念和特征2可靠性设计常用分布函数3可靠性设计原理4机械强度可靠性设计5.系统可靠性设计1.理解正态分布、对数正态分布、威布尔分布等常用可靠性分布函数2. 掌握应力-强度干涉模型可靠度计算方法3. 掌握机械零部件静强度、疲劳强度的可靠性设计4. 能够根据可靠性设计理论，分析和预
5、测元件和系统可靠性82、3、4、6、74第4章 动态设计1.概述2.有限元方法的分析过程3.弹性力学平面问题的有限元方法4. 有限元方法的工程应用1. 了解弹性力学的平面问题和基本方程2. 了解有限元法的分析过程3. 能够根据有限元方法的基本原理对典型工程结构的力学模型进行简化4.了解有限元软件的使用52、3、4、5、7四、 考核方式期终考试（闭卷笔试）课程成绩=平时成绩30%+期终考试成绩70%1、 平时考勤及课堂讨论成绩：15%。主要考查学生到堂听课情况，以及考核学生发现、分析和解决问题的能力，口头及文字表达能力。2、 平时作业与测试讨论：15%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和阶段知
6、识点的掌握程度。3、 期终考试成绩：70%。主要考核本课程基本概念、基本分析计算的掌握程度。五、 持续改进1、 不断完善先进教学方法与手段；2、 各个章节布置一定量的作业；3、 机械工程中相关的复杂问题还要具体分析和评价。六、 教材及参考书教材：王安麟主编，现代设计方法，华中科技大学出版社，2010参考书：张维刚、钟志华主编现代设计方法（双语），机械工业出版社，2005孟宪颐主编现代设计方法基础，机械工业出版社，2009刘惟信主编机械可靠性设计，清华大学出版社，1996七、 授课手段1、课堂教学采用多媒体教学，注重课堂互动，课程实验，课堂讨论等。2、课程主要以理论教学为主，不断融合教学团队在机
7、械设计领域的最新研究成果，实时关注国内外研究动态，多方位传授理论知识。八、 附课程教学目标-毕业要求关系表序号毕业要求指标点关联度1工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题1.1掌握从事机械工程工作所需的数学和自然科学基本知识，具有将上述知识应用于相关工程问题的能力M1.2掌握从事机械工程工作所需的力学、材料学、电工电子学等学科专业基础知识，能用于机械工程问题的建模、计算和分析M1.3掌握从事机械工程工作所需的设计、制造和控制等专业知识，能用于解决复杂机械工程问题M2问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，
8、以获得有效结论2.1能够识别复杂机械工程问题中所涉及的数学、自然科学和工程科学的相关理论知识M2.2掌握文献检索、资料查询的基本方法，能够运用现代技术获取相关信息，具有信息分析和研究的能力，并用于机械工程问题的分析和推理L2.3能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理对机械工程问题进行提炼、定义、建模、分析和评价M3设计/开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素3.1掌握新产品、新工艺、新技术和新设备设计、开发的基本流程3.2了解机械工程前沿现状和发展趋势，
9、掌握基本创新方法，在解决复杂机械工程问题中具有追求创新的态度和意识L3.3能将自然科学、工程科学的基本原理和技术手段用于特定需求的机械系统、复杂零部件及工艺流程设计L3.4能够根据明确的需求，设计出针对复杂机械工程问题的解决方案，并能够考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素4研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论4.1能够综合运用所学科学原理，针对机械工程问题，设计合适的研究方案，并建立合适的数学模型，确定模型参数M4.2按照研究需要设计实验，能正确操作实验装置，安全开展实验，并正确采集、整理实验数据M
10、4.3参照科学的理论模型对比实验数据和结果，解释实验和理论模型的结果差异M5使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性5.1学会使用相关的网络、数据库等信息技术工具，查询分析解决机械工程问题所需的相关研究资料5.2能够针对机械工程问题，选择与使用恰当的技术手段和现代工程工具进行预测与模拟，并能够在实践过程中领会相关工具的局限性M6工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任6.1了解机械工
11、程专业相关的历史和文化背景，能够正确认识机械工程实践活动对客观世界和社会的相互关系和影响。熟悉与机械工程相关技术标准、知识产权、产业政策和法律法规6.2能够评价机械工程实践活动和复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任7环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响7.1了解机械工程实践活动对生态环境的影响，能充分考虑工程活动与环境保护的冲突问题7.2了解机械工程对人类社会可持续发展的影响，认识环境问题对机械工程发展的影响，树立绿色制造的理念8职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵
12、守工程职业道德和规范，履行责任8.1树立正确的世界观、人生观和价值观8.2理解工程技术的社会价值以及工程师的社会责任，自觉遵守工程师职业道德和行为规范9个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色9.1了解复杂工程问题的多学科技术背景特点，合理处理个人与团队的关系，按照明确的需求承担系统设计周期中的基本任务L9.2能够针对工程实践活动进行合理分工，领导完成整个设计周期任务，在团队中担任负责人角色L10沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和
13、交流10.1能够就机械工程问题的解决方案、过程与结果，与业界同行及社会公众进行交流，通过书面报告和口头陈述清晰地表达个人观点L10.2能够理解不同文化、技术行为之间的差异，具有在跨文化背景下进行沟通和交流的能力11项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用11.1掌握从事机械工程实践活动所需的经济学、管理学和项目管理等相关知识11.2了解复杂机械工程问题多制约因素的相互作用，能将工程管理原理与经济决策方法应用于解决方案12终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力12.1具有时间观念和效率意识，能够针对学习任务自觉开展预习、复习、总结与改进L12.2具有终生教育的意识和继续学习的能力，能够不断适应机械工程行业的发展L注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示课程与各项毕业要求的关联度。九、能承担此课的老师
