《现代设计方法 修改》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代设计方法 修改（372页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章：绪 论,一设计与设计过程,设计就是提出或拟订把某些人工制品组装起来的方案，或者是对人工制品提出改进的措施，以便最佳地满足人们某些特殊的需求。（如机械设计，工业造型设计等) AUTOCAD,VG,SOLIDEDGE,任何设计活动都具有如下特征：1). 时空性（设计活动受到时间空间的限制）2). 设计活动的物质性（所有的设计活动都是在特定的物质条件约束下进行的，如工程材料，资源）3). 设计的需求性特征（科学研究和工程设计的最大区别）4). 创造性5). 设计活动的过程性,设计过程： 将物资资源转化为技术装置以满足客观需求的实践活动就是一个设计过程。,二设计方法的发展,设计方法的研究包括设
2、计步骤和程式以及与之相联系的解决具体设计问题的方法和手段的研究。设计的发展分为四个阶段: 1. 直观发展阶段（设计过程是凭当事人的智力和灵感，是一种具有很大偶然性的自发设计） 2. 经验发展阶段（传统设计阶段） 建立在经验与技巧能才的积累上。,3. 中间试验辅助设计阶段 局部试验，模拟试验，作为设计过程的辅助手段。通过中间试验可取得可靠的数据，选择合适的结构，从而缩短试制周期，提高设计的可靠性。4. 现代设计阶段 现代设计方法：即研究现代设计规律，方法，程式等的学问，是一门多元性的新兴交叉学科,传统的设计方法和现代设计方法的比较： 静态的，经验的，手工的方法。 动态的，科学的，计算机的方法（C
3、AD，CAE等）,三现代设计方法的范畴,主要介绍狭义的现代设计方法：从一件产品的设计角度来看，可理解为各个环节具体应用的现代方法和技术 具体包括：1）信息论方法 2）系统论方法 3）控制论方法 4）优化论方法 5）对应论方法,6）智能论方法 7）功能论方法 8）离散论方法 9）模糊论方法 10）突变论方法 11）艺术论方法,四现代设计方法的主要内容,1.计算机辅助设计. 1）现代CAD技术的内涵及其主要内容 2）工程数据处理及数据库技术（LISP等） 3）绘图基本原理（图形学）及工程图的绘制2.产品设计理论与方法,3.计算机辅助工程（CAE） 1）弹性力学基本知识 2）有限元法 3）应用有限元
4、软件4.最优化设计5.可靠性设计,五.目前常用的设计方法有：,技术预测法.创造性设计.小统论设计法.信号分析法.相似设计法.模糊设计法.动态分析法.有限单元法和边界元分析设计.优化设计法.可靠性设计.CAD与艺术造型设计法.,六.学习现代设计的意义与任务,降低制造成本，保证产品使用性能和使用寿命，增强产品的市场竞争力，降低制造与使用能耗，减少制造与使用过程对环境的负面影响，便于资源回收与再利用，有利于可持续发展。任务：掌握理论与相关原理，了解其作用与局限性，解决实际问题。,第二章 计算机辅助设计（CAD）,1概述,CAD是采用硬件与计算机软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设
5、计、绘图、工程分析、文档制作等设计活动，是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用技术。 现代CAD的研究内容： （1）研究现代设计理论与方法学； （2）研究与设计环境相关的技术。 当前，CAD的应用主要有以下几个方面：工程设计与分析、几何造型、绘图、工程数据库和设计文档。,1.工程计算与分析.在产品或工程设计中，往往包含着大量而复杂的分析计算工作.如产品性能分析、强度及刚度计算、机构参数计算等。CAD系统往往包含或者连接某些功能强大的工程分析软件，如有限元分析、优化设计、动力学分析等软件，利用这些软件可以对机械零件以及整机进行结构应力应变场.温度场以及流体内部的压力场速度场等的分析计算，从而
6、大大提高设计精度。,2.几何造型把物体的形状及其属性转变为计算机的内部表示。对于机械CAD系统，几何造型是其核心功能。几何造型分为线框造型、曲面造型和实体造型。 3.绘图绘图工作量占设计工作的50-60，用计算机绘图代替传统的手工绘图可提高速度和质量，是CAD技术的重要应用。,4.工程数据库在产品或工程设计中的信息量很大，信息的形式、属性、关系复杂多样。CAD中利用数据库技术建立各种数据库，统一管理工程数据和图形，为设计过程提供各种基本数据及保存结果5.设计文档许多设计属性需制成文档说明或输出报表，有些设计参数需用文档直方图、饼图或线图等表示，由专门软件完成。,2 工程数据的计算机处理,在计算
7、机辅助设计时，需将设计 中要引用的工程数据（实验曲线、图表、各种标准规范、零部件模型数据和加工工艺数据等）存入计算机内存、数据文件或数据库中去，以便在设计时由计算机按设计要求自动检索，结合程序进行运算、加工处理和输出。,一.数据组成数据是与现实世界中的某些客观实体相关。实体可以是某些具体的东西，也可以是可触及的抽象概念。我们把实体的特征称之为属性，标识属性的名称称之为属性名。每个属性所能测量或记录的值称之为属性值。数据是描述客观实体的数值、字符及其它符号的集合。,如齿轮是个实体，由编号、模数、齿数材、料牌号等几个属性描述。,如P13平键是个实体，由轴径、键宽、键高、轴、轮毂等几个属性描述（表2
8、.2）,从复杂性或层次级别来看，我们可将数据分为以下几种形式：1.字段 字段是数据中最基本的用来描述实体某个属性的数据元素，也称数据项，如一个零件名称或材料牌号（如40Cr）。2.记录 描述某个实体各个属性字段的集合，上表中每行各个字段的集合就构成了一条记录。,3.文件（记录的集合） 相同性质记录的集合就是文件。如一台机器中各个齿轮的记录集合就组成了这台机器的齿轮文件。4.数据库 一个组织内的数据库就是指其全部文件的集合，一般还包括对这些文件的组合管理，以便减少某些文件中的重复数据，增强文件间的联系。,二、数据公式化,在实际工程应用问题中，常将通过实验得到的一系列数据进行分析，然后再根据这些数
9、据建立经验公式。这种建立经验公式的过程称为数据公式化，或称曲线拟合。已知m个结点数据,用一个n次多项式Pn(x)拟合。,设方程式的形式为：则残差为,由线拟合问题可归纳为多元函数极值问题：令得,解出n+1个独立方程，可求得多项式Pn(x)中的各个系数aj,经实际测量，某发动机转速N与轴上转矩T的关系如表所示： 试编制程序用最小 法进行多项式拟合。设多项式形式为：,三、数据结构,数据结构是数据，是对数据对象及元素之间相互关系的描述。 1、数据的逻辑结构如车床的分级结构图，反映了一种逻辑上的结构关系。将数据元素之间可以抽象出的这种独立于数据的存储介质的逻辑关系称为逻辑结构。,（1）逻辑结构的两种表示
10、方法1）图形表示。把数据间的逻辑关系用符号组成的图表示，记录归结为图上的结点，用圆或方框表示，两记录之间关系用连线表示。2）关系表示。用关系代数的方法描述数据以及数据间的关系。,（2）数据逻辑关系的分类1）顺序关系的数据结构最简单，数据结点顺序排列如线性表 逻辑上表示为一个星期中的7天的名称(Mon,Tue,Wed,Thu,Fri,Sat,Sun)2）层次关系的结构 表层次的逻辑关系，常称之为树结构，如上表机床组成的数据结构就是一种树结构。,树结构的特点是：下一层中的结点只能有一边与它上一层的一个结点相连，上一层中的结点则可有几边与它下一层的几个结点相连，最高一层的结点只有一个，称为树根。3)
11、 网状关系的数据结构比树状结构更为复杂的一类结构。与树状结构相比，下一层结点与上一层几个结点同时相连。结点间的联系是任意的。,2. 数据的物理结构在作业过程中所使用的数据都要以一定的形式存人计算机系统。用户根据数据间的逻辑结构以一定的语言进行构造，把数据及其关系按一定的形式存人存储器，构成这些数据的物理结构既存储结构。把逻辑结构的物理结构的过程叫“映象”。在物理结构设计时，除考虑数据的逻辑结构外，还应考虑存储资源的充分利用，减少存取时间，便于数据的增加、删除、修改和可靠性等问题。,四、工程数据及其管理系统,在现代CAD系统中，为了适应CAD作业的需要，须把各类工程数据按照数据结构和文件组织方式建立起数据库及其管理系统。1.数据库的特点数据库是在文件系统的基础上发展起来的，是一个通用的、综合性的、减少冗余度的数据集合。数据库系统是实现有组织的、动态的存储大量的关联数据，方便多用户访问计算机软、硬件资源的系统。,特点：(1) 数据的物理存储独立于应用程序，数据扩充修改并不需要相应地修改应用程序。(2) 同一个物理存储数据可根据不同的需要用不同的路径来存取，因此可根据实体对象的某些属性来组织数据。 (3) 由于同一数据可组织在不同的文件中，因此每个数据在物理上只需存储一次，减少了数据的重复存储，充分利用了存储资源。,
