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1、现代设计方法现代设计方法教学大纲教学大纲课程编码课程编码 B1049 学学 分分 2 学分 总总 学学 时时 32 适用专业适用专业 工业工程 先修课程先修课程 本课程的先修课程有：高等数学、画法几何与机械制图、理论力学、材料力学、机 械原理、机械设计、公差与技术测量、工程数学、计算机应用基础与程序设计。 一、课程的性质、目的与任务课程的性质、目的与任务： 随着科学技术的飞速发展，现代社会对生产与生活、物质与精神提出了更多更高的要求， 这就需要设计人员学习和掌握现代科学设计理论和方法，开拓思路，提高现代设计能力，使所 设计的产品具有先进性、可靠性、经济性、及时性。本课程是本科专业的一门选修课，
2、其主要 任务是简要阐明设计领域中普遍运用的科学理论、方法及其设计规律。并通过几种常用现代设 计理论与方法的介绍和学习，达到拓宽学生视野，增强学生创新意识的目的。 本课程讲述了现代设计方法的基本设计思想、设计过程以及应用，讲解了部分设计方法学 的新理论、新方法和新手段，包括项目策划及功能分析设计方法、创造及创新设计方法、反求 工程及反求设计、相似设计与模块化设计、概念设计等设计方法该课程属于专业选修课范畴。 通过本课程的学习，使学生深入研究设计过程的本质，以系统的观点研究设计进程和解决具体 设计问题。通过总结设计规律，启发设计师的设计灵感及创造性，指导设计师正确运用现代技 术手段和理论方法，以实
3、现设计过程的科学化、自动化和合理化。以计算机为手段，能应用几 种具体的现代设计方法解决产品设计中的主要问题，获得解决实际工程问题的能力； 二、教学基本要求二、教学基本要求： 本课程的特点是具有综论性。现代设计方法涉及面广，而课堂教学学时有限，这就需要学 生不仅要结合课堂学习来掌握一些基本的现代设计方法，而且还需课外自学浏览去更多地了解 在课内尚未具体介绍的某些常规现代设计方法。要求学习后能对现代设计方法的总体情况有一 个全面的了解，对主要常用设计方法能比较熟悉，以便今后在学习工作中能自觉地运用这些方 法去不断地创造新的科学知识和新的技术成果。学好本门课程，还需具备高级计算机算法语言 编程上机能
4、力和概率与数理统计及数值分析方面的初步知识。 三、教学内容三、教学内容： 第一章第一章绪论绪论 4 学时 本章教学目标：使学生了解设计的作用和地位，对设计方法学的概念基本理解，掌握现代设计 的原则。 本章教学基本要求：1、了解现代设计方法的概念与特点。 2、了解机械产品设计的三个阶段和一般进程。 3、了解九种现代设计方法，扩大知识范围。 本章教学重点：现代设计方法学的概念和设计基本原则。 本章教学难点：常用现代设计方法。 第一节 现代设计的概念与特点 第二节 机械产品设计的一般进程。 第三节 常用现代设计方法 第二章第二章 设计方法学设计方法学 4 学时 本章教学目标：使学生掌握基本设计方法的
5、涵义，能够采用正确的方法进行设计。 本章教学基本要求： 1、了解设计方法学的涵义及研究对象。 2、理解并能够确定技术系统。 3、掌握系统设计的原理、方法与步骤；掌握评价决策方法中的技术经济评价法和模糊评价法。本章教学重点：设计方法学的基本知识。 本章教学难点：创新思维与技法。 第一节 设计方法学 第二节 技术系统及其确定 第三节 系统化设计、评价决策 第四节 创新思维与技法 第五节 设计实例 第三章第三章 优化设计优化设计 4 学时 本章教学目标：对优化设计的理论能够较深入的了解，掌握优化设计的步骤。 本章教学基本要求： 1、 熟悉优化设计的定义、数学模型和分类；掌握数学模型、设计变量与设计空
6、间、约束条件、 可行域及目标函数等常用术语。 2、理解函数的方向导数和梯度的基本概念，无约束与有约束目标函数达到最优解的规律； 3、了解一维搜索的基本概念，掌握黄金分割法和二次插值的原理及计算步骤； 4、了解无约束优化算法的特点，理解梯度法、共轭梯度法、牛顿法的基本原理，掌握其迭代 方法，掌握共轭方向的基本溉念、性质和如何在迭代中形成共轭方向。理解复合形法的本 质及迭代过程，罚函数法的概念及运算方法。 本章教学重点：优化设计基本知识。 本章教学难点：优化设计的基本算法。 第一节 优化设计概述 第二节 一维搜索方法 第三节 无约束优化算法 第四节 约束优化算法 第五节 应用实例 第四章第四章 可
7、靠性设计可靠性设计 4 学时 本章教学目标：对可靠性设计的基本理论深入理解，掌握可靠性设计步骤。 本章教学基本要求： 1、理解可靠性的基本概念和可靠性设计中常用的特征量。 2、掌握应力-强度干涉理论和零部件可靠性设计的基本方法，能够用这些方法对机械零部件进 行可靠性设计与计算。 本章教学重点：可靠性设计的基本知识。 本章教学难点：可靠性设计的应用。 第一节 概述 第二节 应力-强度干涉模型和零件可靠性设计 第三节 系统的可靠性设计 第四节 机械系统的故障树分析 第五章第五章 有限元法有限元法 4 学时 本章教学目标：掌握有限元法的基本思想，掌握平面刚架有限元分析的基本原理及计算步骤。 本章教学
8、基本要求： 1、理解“先分后合”的基本思路，了解它在工程中广泛应用。 2、掌握有限元法的基本原理与步骤，对常用的一维、二维单元进行有限元分析。 3、理解形函数的概念，熟悉单元方程的建立过程及其表达形式，理解单元刚度矩阵与总体刚 度矩阵等基本概念。 4、了解有限元程序及其应用。 本章教学重点：有限元的基本知识。 本章教学难点：创新思维与技法。 教学要点：使用 ANSYS 对简单问题进行优化设计。 第一节 概述 第二节 有限元法的基本步骤 第三节 二维线弹性问题 第四节 会使用 ANSYS 对简单问题进行优化设计 第六章第六章 计算机辅助集成设计计算机辅助集成设计 4 学时 本章教学目标：对计算机
9、辅助设计的基本方法深入了解。本章教学基本要求： 1、了解集成化 CAD 技术的基本方法。 2、熟悉 PDM 与 STEP 标准 本章教学重点：计算机辅助集成设计的基本知识。 本章教学难点：创新思维与技法，工程设计的信息集成。 第一节 集成化 CAD 技术的基本方法 第二节 产品共享信息模型的创建 第三节 产品数据管理（PDM）与交换技术（SETP）简介 第四节 工程设计的信息集成 第七章第七章 协同设计方法协同设计方法 4 学时 本章教学目标：掌握协同产品设计的基本思想和步骤。 本章教学基本要求： 1、了解产品协同设计的概念。 2、理解协同产品设计的信息交换与数据共享。 3、熟悉协同产品设计过
10、程冲突管理技术。 本章教学重点：协同设计方法的基本知识。 本章教学难点：协同产品设计过程。 第一节 产品协同设计的基本概念 第二节 协同产品设计的信息交换与数据共享 第三节 协同产品设计过程冲突管理技术 第八章第八章 智能设计方法智能设计方法 4 学时 本章教学目标：掌握智能设计的基本思想和应用。 本章教学基本要求： 1、了解神经元结构、计算过程，掌握反向传播网络的结构与误差计算。 2、了解遗传算法及其与传统搜索算法的异同，掌握遗产算法的复制运算和解决问题的基本步 骤。 3、熟悉智能工程的概念与研究内容，掌握知识的获取、表达、推理的基本方法，了解专家系 统设计方法。 本章教学重点：智能设计方法
11、的基本知识。 本章教学难点：智能设计过程。 第一节 人工神经网络计算方法 第二节 工程遗传算法 第三节 智能工程 第四节 专家系统的结构与应用。 四、考试要求说明四、考试要求说明 本课程考试采用大论文形式，论文内容为采用某种或几种现代设计方法进行设计的全过程。 论文成绩占 70%，平时作业及课堂情况占 30%。 五、教学参考书五、教学参考书： 1、赵松年等 现代设计方法 北京：机械工业出版社 1998 2、应锦春等 现代设计方法 北京：科学技术出版社 1991 3、现代设计方法系列丛书 北京：机械工业出版社 2001 4、钟志花、周彦伟 现代设计方法 武汉：武汉理工大学出版社 2001 5、童秉枢 现代 CAD 技术 北京：清华大学出版社 2000 6、周济等 智能设计 北京：高等教育出版社 1998执笔： 审核：
