现代设计方法复习重点

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1、第一章1、产品的广义综合质量（时间、成本、环境、质量、服务）产品的广义综合质量，包括Q质量、C成本、T时间、E环境、S服务等2、现代设计的发展方向（四个：数字、并行、）集成化、自动化、数字化、网络化、绿色化3、现代设计方法和传统的相对性（以CAD为例说明）现代产品设计方法是传统设计方法的继承、延伸与扩展。 体现在设计原理、方法、思维、哲理等方面的创新静态的设计原理向动态的延伸经验的、 类比的设计方法向精确的、优化的方法延伸确定的设计模型向随机、模糊的设计模型延伸 单维思维模式向多维思维模式延伸 设计范畴在不断扩大传统设计通常只限于方案设计和技术设计，然而计算机技术的飞速发展与广泛应用深刻影响

2、着产品设计开发过程、制造过程、营销及售后服务过程，同时也促进着这些过程的交叉融合， 使设计内容与边界不断扩展： 两者在某种程度上共存于一体。例如：传统的运动学、动力学、机构学、结构力学、强度理论等基本原理与方法是现代设计技术的 数学建模及许多分支学科（如可靠性设计、疲劳设计、防断裂设计、健壮设计等）的基础。 许多现代设计方法是在吸收了传统设计方法中的思想、观点、方法之精华而发展起来的。 例如：CAD技术，相对于可靠性设计、疲劳设计等，可以认为是一种现代设计方法；但也 有传统CAD技术和现代CAD技术之分。传统CAD技术，主要指计算机辅助绘图在现代 CAD技术中，计算机能够为设计提供图形支持以外

3、的更多更广泛的支持，如概念设计、产 品数据管理PDM、分析、决策、预测、仿真等。现代CAD技术包括了 CAD技术在集成化、 网络化、智能化方面的最新成就。4、现代设计方法的特点（8个简要说明）综合性现代产品设计技术是现代科学技术综合应用于产品设计领域的产物，是一门综合性边缘性学 科。现代产品设计方法突破了传统、经验、类比的设计，采用逻辑、理论、系统的设计方法， 在系统工程、创造工程基础上运用信息论、控制论、相似论、可靠性、有限元、人机工程学 及价值工程、预测学等理论，采用集合论、矩阵论、图论等数学工具并利用计算机，总结设 计规律，提供多种解决设计问题的途径。（2）程式性现代产品设计方法研究设计

4、的全过程，要求设计者从产品规划、方案设计、技术设计等到试 验、试制进行全面考虑，按步骤有计划地进行设计。系统性强调用系统工程方法处理技术系统问题。设计时要分析各部分的有机联系，力求系统整体最优，不仅仅考虑产品本身，同时要考虑系统与外界的联系和系统对环境的影响，即考虑人一机一环境的大系统关系。系统工程的应用使设计由“技艺”走向“方法”、“理论”。创造性突出人的创造性，充分发挥设计者的创造性思维能力及集体智慧，运用各种创造技法，力求探寻更多的突破性方案，开发创新产品。优化性通过优化理论及技术，对技术系统进行方案优选、参数优化和结构优化，争取使技术系统达到整体最优，获得功能全、性能好、成本低、价值优

5、的产品。(6) 动态性在静态分析的基础上，考虑载荷谱、负载率等随机变量，根据概率论和统计学方法，进行动态多变量最优化设计。(对象动态性，动态分析，动态性能)(7) 计算机化全面引入计算机辅助技术，提高设计速度和质量。计算机不仅用于辅助计算和绘图，并在信息储存、分析、评价决策、动态模拟等方面也起着积极作用。(8) 社会性在开发新产品的整个过程中，从产品的概念形成到报废处理的全生命周期的所有问题都以面向社会、面向市场为指导思想来全面考虑解决，不仅考虑技术领域，还考虑经济、社会、环境效益宜人性强调产品内在质量的实用性，外观质量的美观性、艺术性、时代性，在保证产品功能的前提 下，要求对用户产生新颖、舒

6、畅等精神功能。(10) 设计范畴的扩展化(11) 设计过程的并行化(12) 设计过程智能化(13) 设计手段的拟实化三维造型技术、仿真技术、虚拟现实技术、快速成形技术，使得人们在零件被制造出来之 前就可以看到它，可以大大改进设计的效果。5、如何理解现代设计方法的范畴是不断扩大的？传统设计通常只限于方案设计和技术设计，然而计算机技术的飞速发展与广泛应用深刻影响 着产品设计开发过程、制造过程、营销及售后服务过程，同时也促进着这些过程的交叉融合， 使设计内容与边界不断扩展6、网络设计、绿色设计、并行设计的优点包括(3点)网络设计使分布在不同地点的产品设计人员以及其他相关人员，通过网络，采用各种各样的

7、计算机辅 助工具，协同地进行产品设计活动，实现产品信息的共享和交换、设计方案的讨论、设计结 果的检查与修改，使产品设计工作能够跨越时空进行。绿色设计通过合理的材料选择和结构设计等措施，使产品具有良好的可拆卸性、可维护性、可回收性、 重复利用性。并行设计是一种集成产品开发全过程的系统化方法，它要求产品开发人员从设计一开始即考虑产品生 命周期中的各种因素。通过组建由多学科人员组成的产品开发队伍，改进产品开发流程，利 用各种计算机辅助工具等手段，使产品开发的早期阶段能考虑下游的各种因素。目标：提高 产品设计、制造的一次成功率，缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，从而增 强企业竞争能力。第二

8、章1、数学模型的基本概念、组成数学模型是对实际问题的数学描述和概括，是进行优化的基础。现代设计的数学模型由设计变量、目标函数、约束条件三部分组成。2、优化设计的两个基本问题（建立、求解）两个基本问题：数学模型的建立和数学模型的求解数学模型的建立用数学表达式对优化问题进行数学描述数学模型的求解利用合适的优化方法求解数学模型，得到最优解必须正确描述实际优化问题，否则会导致根据数学模型得到的计算结果偏离实际要求，得出 与实际问题不一致甚至相互矛盾的结果。3、优化设计模型目标/约束函数的作用约束条件的作用是对设计变量的取值加以限制。4、惩罚函数的基本原理和分类惩罚函数的基本原理是将约束优化问题转化为无

9、约束优化问题求解的一种算法惩罚函数法可以分为外点惩罚函数法、内点惩罚函数法、混合惩罚函数法三种，简称为外点 法、内点法、和混合法。5、根据搜索方向无约束分解方法（导数法、模式法）各优缺点利用目标函数的一阶和二阶导数的信息构造搜索方向的算法，称为导数法，优点：由于导数是函数变化率的具体描述，因此导数法的收敛性和收敛速度都比较好。通过几个已知点上函数值的比较构造搜索方向的算法，称为模式法，如鲍威尔法。由于构成搜索方向的信息仅仅是几个有限点上的函数值，因此难以得到较理想的搜索方 向；但该方法免去了对目标函数求导，对于较复杂的目标函数优化是有利的。6、黄金分割法、二次插值法哪个收敛更快，分析原因二次插

10、值法的收敛速度比黄金分割法快，黄金分割每次区间缩小的比率是完全相等的，二次 插值法的中间插入点包含了函数在三个点上的函数值信息，因此这样的插入点比较接近函数 的极小点。7、什么是一维搜索，两个求解步骤在优化设计的迭代运算中，在搜索方向s（k）上寻找最优步长a（k）的方法称一维搜索法 求解步骤：1在方向s（k）上确定一个包含极小点的初始区间2采用缩小区间或插值逼近的方法逐步得到最优化步长和一维极小点8、单目标优化问题（为何多目标优化问题困难）答：（1）各个分目标相互矛度 多目标优化设计问题要求各分量目标都达到最优，如能获 得这样的结果，当然是十份理想的，但是，一般比较困难，尤其是各个分目标的优化

11、互相矛 盾时更是如此（2）任何两个解比较其优劣困难 在单目标优化问题中，任何两个解都可以比较其优劣，因 此是完全有序的，可是对于多目标优化问题，任何两个解不一定都可以比出其优劣，因此只 能是半有序的。9、现代设计技术的发展方向（分别简要说明）数字化，数字化是信息化的核心，数字化处理和模式化处理相比，有很多优点，信息准确， 信息安全，信息量大。并行化，并行设计是一种对产品及相关过程进行并行好集成设计的系统化工作模式。其思想 是在产品开发的初始阶段，即规划和设计阶段，就以并行方式综合考虑其寿命周期中所有后 续阶段。集成化，集成的含义是多角度的、多方面的、多层次的。包括，系统的集成，产品信息的集 成

12、，知识的集成，过程的集成智能化，智能化旨在为设计活动提供计算机化的只能支持，不但不排斥人类智能的作用，而 且非常重视发挥人的主观能动性，提倡人机智能的统一。10、现代机械产品的发展方向（56点）大型化与微型化增大设备和运载工具的容积，可以大大提高它的使用的效率与经济效益 由于工作的需要，不少微型机器人必须做得很小专用化与柔性化生产某种专用零件，只有在专用化的条件下才会较高生产率和较高的工效。 高速化与高效化 高速化是许多机械设备的发展趋向，因为高速化可以大大提高设备的工作 效率。精密化 对产品的精度的要求一方面是由于产品工作的需要，没有足够精度的产品，对它的结构性能（它的工作寿命）工作性能（工

13、作稳定性）都会产生不同程度的影响， 另一方面，有些机器的零部件的尺寸愈来愈小，没有足够的精度，就无法完成所要求的工作。 综合化 从产品的使用功能角度出发，一种产品如果在不增加太多零部件的情况下，可以完 成更多的功能，即有更多的用途，这往往是用户提出的和希望做到的。模块化 任何产品都是由其内部的零部件所组成，组成的方式可以是各种各样的，可以是整 体式的，也可以分成几个部份，更可以在几个分部中，再分成更小的部份。11、什么是多维优化方法（无约束优化的求解思路、多约束优化）多维优化方法是进行多变量优化设计的数值迭代法，有无约束优化方法和约束优化方法两方 面内容。12写出下降迭代法的迭代公式，并说明迭

14、代过程P162下降迭代法的迭代算式X（k+i）=X（k）+aS（k）S（k）-搜索方向a步长因子（1）给定一个初始点X（k）和收敛精度e（2）选取一个搜索方向S（k）（3）确定步长因子ak按上式得到新的迭代点（4）收敛判断：若X（k+1）满足收敛精度则以X（k+1）为最优点终止计算;否则以X（k+1）作为新的起 点转（2）进行下一轮迭代13、什么是绿色设计？如何实现？通过合理的材料选择和机构设计等措施，是产品具有良好的可拆卸性、可维护性、可回收性、 可重复利用性。基本思想：再设计阶段就将环境性能作为目标和出发点，力求对环境的影响 最小。14、梯度法的迭代特点是什么？梯度法的迭代特点是由梯度的性质决定的，因为梯度是函数在一点邻域内局部变化率的数学 描述。沿一点的负梯度方向前进时，在该点邻域内函数下降得最快，但是离开该邻域后，函 数就不一定继续下降得快，甚至不再下降共轭梯度法的收敛速度比梯度法快得多，共轭梯度法是以函数的梯度构造共轭方向的一种算 法，具有共轭方向的性质三个计算题1、求解初始区间P187习题5.72、黄金分割，二次差值考一个P169例5.53、梯度法P187例5.10（保留三位小数）求目标函数F（X）=x2+25x22的极小点