现代设计理论总结

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1、分数安排分数安排一、填空题 10 分（20 个空，每空 0.5 分） 二、判断 10 分 （判断 0.5，改正 0.5） 三、简述题3-4 道 共 10 分（例内点外点法区别、公式）四、大判断加分析图或一段话5-6 道30 分 五、五、优化设计例数学建模 10-12 分 （建模三要素） 六、六、可靠性 20 分 3-4 道题1 1 1 1、设计概念设计概念将指定任务转化为满足该任务要求的技术系统。 （就机械系统和结构而言， 从给定的合理的目 标参数出发，通过各种手段和方法创造出一个所需的优化系统或结构的过程） 把各种先进科学技术成果转化为生产力的一种手段和方法2 2 2 2、狭义设计，广义设计

2、（白书狭义设计，广义设计（白书 p1p1p1p1）3 3 3 3、设计方法基本阶段（发展过程）设计方法基本阶段（发展过程）1,直觉设计阶段 2,经验设计阶段3,传统设计阶段（半理论半经验设计阶段） 4,现代设计阶 段4 4 4 4、系统设计与现代设计的区别系统设计与现代设计的区别区别（区别（1 1 1 1）“现代设计”是将“传统设计”中的经验、类比法设计提高到逻辑的、理性的、系统的新设计方法。两种体系：两种体系：德国提倡的“设计方法学” 。以“功能原理结构”框架为模型，是从抽象到具体的思维方法。 （P例题：车系统的组成） 功能抽象具体原理横向变异和纵向组合形成各种结构运用计算机构造设计目录在多

3、种方案中优化、选出最佳方案。 美国提倡的“创造性设计方法学” 。以”创造性技法”为构思。 功能在知识、手段和方法不充分的条件下（先抽象） ，运用创造性技法充分发挥想象，进行辨证思 维，形成新的构思或设计。 （P例题：新动物）功能功能原理原理结构结构运用创造性技法运用创造性技法区别（2） 现代设计”是在静态分析的基础上，考虑载荷谱、负载率等随机参量，进行动态多变量的最优化。 传统设计：载荷和应力是集中的，只考虑设计中的安全系数。但是，往往加大安全系数并不一定能 提高产品的可靠性。 现代设计：从概率论和统计学方法出发，针对载荷、应力的离散性，运用简化、降额设计、冗余设 计、热设计、漂移设计等方法进

4、行可靠性设计。区别（3） “现代设计”把“传统设计”的自然优化过程转变为科学的最佳寻优过程。 现代优化设计产品设计时，在各种限制条件下（技术、性能、经济指标、制造工艺、使用条件 等） ，运用最优化方法，通过计算机迭代计算，寻求最佳的设计参数值。而“传统设计”仅是通过设 计评定再设计等一系列设计过程（凭设计人员的知识、经验和判断力进行的） ，因此，只是“自 然优化”。 （汽车的流线造型、数控加工等） 区别（4） “现代设计”与“传统设计”相比，设计的准确性、稳定性和设计效率大大提高，且修改方便。 现代设计运用计算机及语言，首先将设计产品建立数学模型，然后将变量输给计算机，自动进行计 算机辅助设计

5、（包括绘图） 。 区别（5） “现代设计”从系统论的观点入手，运用系统工程的观点和定型化方法来研究设计过程。 它的基本特征是重视系统的综合及对性能的定量描述， 将设计要求和目的经过各阶段的设计， 逐步 将设计方案趋向最优化。 区别（6） “现代设计”强调产品内在质量的实用性、外观质量的美观性、时代性、艺术性，使产品造型有一 定的艺术感染力，满足使用者的精神功能。区别总结：区别总结：传统的：静态的、经验的、手工的、类比的、孤立的传统的：静态的、经验的、手工的、类比的、孤立的。现代的：动态的、理性的、自动的、逻辑的、系统的。现代的：动态的、理性的、自动的、逻辑的、系统的。 第二部分第二部分、系统设

6、计系统设计1)1)1)1)系统设计要点系统设计要点：概念，单元，结构，特点，工程对象，方案设计（黑箱法） ，边界条件A) 系统分析设计法:是将工程设计任务（机电产品）看作技术系统，用系统工程方法对系统各要 素进行分析和综合，使系统内部协调一致，并使系统与环境相互协调，以获整体最优化设计 B) 技术系统的组成：系统单元、系统结构、边界条件、输入和输出要素 C)系统可分为封闭（与环境无联系）的和开放的（受环境影响） D)系统单元：是完成某种功能而无需进一步划分的单元，即系统相互联系和作用的基本组成要素E)系统结构：反映着系统内部各个单元之间的关系，即相互关系和作用的联结形式 F)工程技术系统处理对

7、象：能量、物料、信号等工程技术系统图 G）黑箱法：是根据系统的输入和输出的关系来研究实现系统功能的一种方法，即根据系统的某种 输入，要求获得什么样输出的功能要求，从中寻求找出某种规律来实现输入输出之间的转换， 得到相应的解决方法，从而推出“黑箱”的功能结构，是黑箱变成白箱的一种方法 H)确定边界的主要依据：在所研究的具体条件下，当该单元发生变化时，看是否对系统功能产生 决定性影响，看是否应当把某个或某些单元包括在系统内部 边界条件：是系统和外界环境作用的界面 I)系统的行为：通常表现为它与其外部环境的相互联系和作用，可以用该系统的输入输出来表征以自行车为例说明系统的组成以自行车为例说明系统的组

8、成工程技术系统输入能量物料讯号能量物料讯号对外界影响外界影响输出例二、采用功能综合法求解“挖掘机设计”的原理方案 1.功能分析2.功能元求解3.系统解方案例三、瓶盖整列装置的原理方案设计（p310 白书）第一步明确任务要求 第二步功能分析 1.总功能瓶盖整列，黑箱法2.功能分解功能树第三步 功能元求解创造性解法第四步系统解功能求解综合表第五步评价与决策评价法 “+”表示很好， “+”表示好“-”表示不好总计结果表明，方案 II 为较理想的方案 J）设计过程 系统或产品的设计过程可概括划分为:产品规划，方案设计，技术设计，施工过程等阶段 作业：蓝书作业：蓝书p23p23p23p232,32,32

9、,32,3 试分析自行车系统原理方案试分析自行车系统原理方案（蓝书（蓝书 7,87,87,87,8 页看看）页看看） 第三部分：创造性设计第三部分：创造性设计创造性设计要点创造性设计要点: : : :创造力，核心，创造性思维、技法，特点，创造力，核心，创造性思维、技法，特点，A A A A）创造力创造力：创造力是人的心理活动在最高水平上实现的综合能力，是保证创造活动得以实现的各种能力和积极个性心理特征的有机结合。包括智力因素和非智力因素。B B B B）创造力核心：）创造力核心：创造性思维（或想象力和思维能力）C C C C）创造性思维）创造性思维：（p314）是指有创见的思维，即通过思维，不

10、仅能揭示事物本质，且能在此基础上提出新的、具有社会价值的产物。它是智力高度发展的产物。 创造性思维五个特点：1）独创性 2）推理性 3）多向性 4）跨越性 5）综合性D D D D）创造性技法）创造性技法： （六大类会判断是哪类）（六大类会判断是哪类）1）智 爆法 2）提问追溯法 3）联想类推法 4） 列举法 5）反 向 探 求 法和 向前推演法 6）组 合法 （这个课件，白书，蓝书都不一样大家都看看，再问问老师）（这个课件，白书，蓝书都不一样大家都看看，再问问老师）第四部分、优化设计第四部分、优化设计优化设计要点优化设计要点：定义定义，数学建模数学建模（三要素三要素，例子加作业例子加作业）

11、，无约束无约束解法解法（0.6180.6180.6180.618 法法） ，迭代算法迭代算法（思想思想，公式公式，字母含义及收敛准则字母含义及收敛准则（3-53-53-53-5）个）个） ，* * * *作业作业PowellPowellPowellPowell 思想，内点外点区别及应用范围思想，内点外点区别及应用范围1 1 1 1） 、优化设计定义：、优化设计定义：1、以数学规划为理论基础 2.以计算机为计算工具 3、以充分考虑多种设计因素为前提 寻求满足某项预定目标的最佳方案。(p14 白书)2 2 2 2）数学模型建立步骤：数学模型建立步骤：A）设计变量 b）目标函数 c）约束条件（边界条

12、件，性能条件） （白书例 2.1，例 2.2，例 2.3） * * * *3 3 3 3）优化设计的一般步骤）优化设计的一般步骤A） （1）.设计课题分析： （2）建立数学模型： （3）选择优化计算方法： （4）上机电算择优：（课件例题：单级标准圆柱齿轮减速器优化设计，书中例题（课件例题：单级标准圆柱齿轮减速器优化设计，书中例题， 加加作业题）作业题）c c c c）根据数学模型是否有约束：约束优化问题）根据数学模型是否有约束：约束优化问题无约束优化问题无约束优化问题d)d)d)d)对于约束优化问题，按目标函数与约束函数的特性：对于约束优化问题，按目标函数与约束函数的特性：线性规划问题线性规划

13、问题非线性规划问题非线性规划问题e e e e）按照设计约束的性质不同约束有：性能约束，边界约束两大）按照设计约束的性质不同约束有：性能约束，边界约束两大类类4 4 4 4）迭代算法）迭代算法: : : :a)a)a)a)迭代算法的基本思想：搜索，迭代，逼近迭代算法的基本思想：搜索，迭代，逼近b b b b）基本迭代格式（）基本迭代格式（P24P24P24P24 页白书）页白书）C C C C）迭代计算终止准则（）迭代计算终止准则（p25p25p25p25 白书）白书）d d d d）字母含义）字母含义*5*5*5*5）黄金分割法）黄金分割法(0.618(0.618(0.618(0.618 法

14、法): ): ): ):（例（例 2.82.82.82.8 白书）白书）6)6)6)6)多维无约束优化法分类多维无约束优化法分类： （p46p46p46p46 白书可能出论述题）白书可能出论述题）间接法:（概念，特点）收敛速度快，计算量大需计算偏导数 直接法： （概念， 特点） 收敛慢， 计算量小包括黄金分割法， 二次插法， 坐标轮换法（降 维法） ，鲍威尔法(共轭方向法)7)基本鲍威尔法实质是共轭方向法（p48,49 白书可能考概念） 8)约束优化法： a） 复合型法是求解约束优化问题的一种重要直接解法 B）惩罚函数法是求解约束优化问题的一种重要间接接解法 （内点法，外点法,应用范围及区别混

15、合法应用范围）91919191 页页 2,3,4,72,3,4,72,3,4,72,3,4,7 题题白书白书 75757575 页例题页例题第五部分、有限元：第五部分、有限元：定限元要点：定义，思想定限元要点：定义，思想 F=K*qF=K*qF=K*qF=K*q，有限元分析过程基本思路，有限元分析过程基本思路，1）定义：有限元（分析）法是一种伴随着使用计算机而发展起来的高效数值计算方法，目前在工程中应用最为广泛。 （或白书 189 页第一句） 2）有限元分析过程基本思路：1.连续体（物体）的离散化 2.单元特性分析 3.单元组集（整体分析） （利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结

16、构重新联接起 来，形成整体的有限元方程F=Kq，F为整体总节点载荷阵列；K为整体结构的刚 度矩阵或称总刚度矩阵；q是整体结构的所有节点的位移阵列） 4.求解未知节点位移 5.计算应力 （和书里不太一样都看看白书 189-191） 3）189 页单元，节点概念 4）作用在单元上的力（表面力，体积力，集中力） 第六部分、可靠性设计第六部分、可靠性设计可靠性设计要点：可靠性定义，可靠度定义，传统设计与可可靠性设计要点：可靠性定义，可靠度定义，传统设计与可靠性设计的本质区别靠性设计的本质区别， 可靠性设计常用指标可靠性设计常用指标， 平均寿命平均寿命， 失效率失效率， ，浴盆曲线，浴盆曲线，指数公式（记指数公式（记） ，正态分布（，正态分布（* * * *例例 3.53.53.53.5） ，威布尔分布威布尔分布，失效曲线失效曲线传统设计与可靠性设计的本质区别传统设计与可靠性设计的本质区别1 1 1 1）