现代机械设计方法的分类
现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。现代设计方法有 :并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化。
现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的 ,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托 ,以多种科学方法及技术为
手段 ,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。现代设
计方法有 :并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计一、并行设计并行设计是一种对产品及其相关过程（包括设计制造过程和相关的支持过程）
进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。并行设计作为现代设计理论及方法的范畴，目前已形成的并行设计方法基本上可以分为两大类：（I）基于人
员协同和集成的并行化。就是把组成与产品方面有关的，针对给定设计任务的专门的、综合性的设计团体（企业）协同起来。丰田的产品开发过程有四个主要内容：一个产生主要
设计的概念论文的规划阶段 , 同步设计的系统设计阶段 , 一个具有设计标准的详细设计阶段一个精益生产的样机模具阶段。广泛地协调，不仅仅在设计而且还有生产以及销售协调从概念到市场完整的项目
,概念创造以及概念支持者,规格、成本目标、设计以及主要
部件选择，确信产品概念精确地被转换为车型的技术细节 ,直接地、经常地与设计师以及工程师交流 ,建立与顾客直接接触（产品经理办公室实施它自己的市场调查，除了通过市场营销进行的定期市场调查）。前端设计设计环节与供应商实现设计的集成多部门协调研发以客户为中心降低批量规模
（2）基于信息、知识协同和集成的并行化。该方法基于
计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改各零部件的设计模型，直至整个机电产品完成为止。可以采用面向制造（DFM）和面向装配（DFA）的设计方法，涉及CAX技术、产品信息集成（PDM）技术以及与人员协同集成有关的信息技术。当然，这两种机电产品并行设计方法并不是相互独立的。在实际应用过程中，它们往往是紧密结合在一起的。实例：
并行工程应用于整车项目开发案例研究在组织机构上，建立一支跨部门矩阵式的开发团队，团队全体成员共同对团队的目的和目标负责，每一个成员都能理解其职责。它确定团队活动的焦点，包括服务和产品。全体成员相互依赖，在协同环境中工作，实施信息预发布、设计评审及反馈，定期组织团队会议，进行信息交流、讨论，进行团队决策，确保团队计划向前推进。结构上可将开发团队划分成若干小组（IPT）。并行工程所需的体系结构通常
由工程设计、质量管理、过程管理、软件环境和生产制造等 5 个系统组成（见图 1）。一
般地，汽车整车产品开发共有 4 个大的阶段，即策划阶段、设计阶段、样品试制阶段和小批试制阶段。并行工程在实施过程中对设计进度和质量控制都可分多级并行循环体，对开发进行协同、配合、反馈和修改的循环工作。设计部门与技术支持、工艺、质量、制造、销售、计算机仿真和供应商等部门形成一个大的循环体，各部门内部又有各专业小组之间的小循环体，根据需求不同可建立不同的循环体（见图
2）。 1. 在整车项目开发周期管理中的作用
图 3 所示为整车开发过程的大计划，纵向列出全部工作内容，横向列出整体开发的时间，在
什么时间完成什么内容，是什么部门完成一目了然。大计划通过各部门充分讨论，达成共识、会签，并经总经理签字下发。各部门再根据大计划编制各部门更详细的计划，然后按计划并行实施。从图中可以看出，大部分工作下游部门都提前几个月介入，这是缩短开发周期的关键，即所谓的并行，而传统的开发流程总是需要上游部门完成后再进行下游部门的工作。以模、夹具的开发为例，运用并行工程，其与车身工程设计几乎同时进行，从整个计划第 4 个月开始介入，在整个开发周期的第22 个月完成。而运用串行工程，其在车身工程设计完
成后进行，从整个计划第 15个月才介入，在整个开发周期的第 34 个月才完成。运用并行工程开发时间上节约近 36%，整个产品开发周期可以缩短40%?50%。设计部门不断预发
布、评审、输出，相关部门评审、验证意见和建议不断反馈，然后设计不断更改，通过预发布和设计评审、修改若干个循环，这样可以把不必要的失误和不足消灭在设计阶段，同时优化设计。在各系统设计输出评审的时候，相关部门的意见至关重要。在产品开发的早期阶段解决设计问题，所冒的风险和损失最小。各系统的设计和预发布评审都需相关部门的工
程师参加，反馈意见马上修改。造型设计，预发布评审需邀请设计部门的领导、设计总师、设计工程师、工艺工程师、模具工程师、制造工程师和销售人员等。总布置设计，需邀请
车身、底盘、电器以及内外饰各系统工程师、整车安全法规工程师等参与预发布评审。小批试制阶段，小批试制是批产前的关键过程，所有的问题必须在此阶段解决，无论是技术性的还是生产性的问题，设计、工艺、模具、夹具、制造和质量工程师必须全程跟踪，发现问题及时修改、验证。公告认证、安全气囊匹配验证和ABS匹配验证等的验证工作大都选
用这阶段生产的车，因为时间上可以提前，可并行完成，车况上与量产车非常接近。总
之，在整车开发的各个过程中，相关的部门都是提前渗入、协同工作、及时反馈、及时修改，使开发全过程方案更改次数减少 50%以上，质量达到最佳，为质量的“零缺陷”打下基础。
二、虚拟设计在达到产品并行的目的以后，为了使产品一次设计成功，减少反复，往往会采用仿真技术，而对机电产品模型的建立和仿真又属于是虚拟设计的范畴。所谓的虚拟制造(也叫拟实制造 )指的是利用仿真技术、信息技术、计算机技术和现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，发现制造过程中可能出现的问题，在真实制造以前，解决这些问题，以缩减产品上市的时间，降低产品开发、制造成本，并提高产品的市场竞争力。虚拟设计能实现在产品加工制造之前，建立产品的功能、结构模型，并能对其进行修改和评审，以满足不同客户的要求。它不仅继承了传统CAD设计的优点也具备了仿真技术可视化
的特点，更能支持协同工作和并行设计，从而缩短了产品开发周期并通过各先进技术的利用和补充，使产品保持技术上的优势。汽车车辆虚拟设计与制造技术应用实例 (1) 车
身设计阶段使用 One-Step 仿真软件进行快速冲压成形性校核，可大大减少设计返回带来巨大损失。(2) 模具设计阶段采用 Increment 仿真软件进行冲压仿真分析，可大大减少模具调试时间。汽车研发典型流程中，实际工作中，经常出现某些车辆冲压件成形困难不得不返回设计部门更改设计现象，不得不牺牲总体性能来解决局部设计问题。解决该问题最好办法是对车辆件设计后立刻进行成形性校核，发现问题及早解决。由此产生了一步逆成形
(One-Step Forming)软件，如瑞士 AutoForm. Eng公司 AutoForm/One-Step、加拿大 FTI公司Fast3D 法国SIMTECH公司SIMEX以及我们自主开发 KMAS/One-Step软件等。一步
成形也称逆成形法(In verse Approach-I.A.)°与传统增量法由坯料到冲压件成形顺序相反，它是由制件逆成形方向反推到坯料。它可以模拟一步或多步成形、翻边等成形过程。一步成形计算速度非常快(中等件小于 20 分钟)，能够比较准确预示制件成形性，为结构和碰撞分析提供真实信息(厚度、应力
等) ，将它作为预警系统用于车型开发早期阶段。汽车制造
中瓶颈问题之一是车辆模具设计与制造，特别是拉延模设计。为解决这一问题，近十年来国内外汽车模具行业广泛采用了虚拟设计技术，即采用增量分析软件进行冲压过程仿真。这类软件如法国 ESIPAM-STAMP、美国 LS-DYNA、瑞士 AutoForm. Eng. 公司 AutoForm
/Increment 和我们自行开发 KMAS/Increment 软件等。三、绿色设计绿色设计是指以环境资源保护为核心概念的设计过程，其基本思想就是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳人产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小产品的绿色设计主要包括以下内容 : (l) 产品材料的选择和管理。产品的材料不仅要满足传统设计的使用和性能要求，也包括对环境约束准则的考虑。
(2)产品可拆卸性和可回收性设计。可拆卸性设计是将废弃淘汰产品的连接按照需要和回收目标拆开而将零部件相互分离，及用利于产品拆卸的连接方式代替传统的连接方式;可回
收性设计则是将产品中的可重用零部件及材料按照其性质进行分类，以便实现零部件重用或材料循环的一种设计思想和方法。(3)绿色产品成本分析和设计数据库的建立。对产品的
成本分析不仅包括了产品原始成本的分析，还包括产品环境成本的分析，以便设计出更绿色、成本更低的产品。而产品绿色设计数据库包括与产品寿命周期中环境、经济等有关的基础数据，以及各类评判标准。(4)产品的绿色包装设计。除了设计出能满足客户要求和喜爱的
产品造型和样式之外，还要充分考虑包装对环境的影响因素。产品设计的基本流程为：市场调研 --草图构思 --方案设计。具体到绿色设计在产品设计中的应用，其过程可分为四个阶段：1、市场调研在市场调研阶段，将产品的绿色因素作为调研时的一项重点
内容。在此阶段，对产品在人、资源与环境等方面存在的绿色缺陷做出调查研究，并进行分析，形成理性的调研报告。通过市场调研，可以发现产品中所蕴含的绿色机遇。可以利用前文所述的产品绿色因素，对市场做出合理的关于绿色因素的调研。同时评估出未来产品的绿色设计需求，指出现有产品与目标产品的差距。2、概念设计在具体的产品设
计流程中，将通过市场研究所得来的绿色机遇，通过草图设计-方案筛选 -方案设计流程，把
功能、造型、色彩、人机等诸因素融入到产品设计中去。使产品满足绿色设计的三大要求： Reduce(节约)Reuse (回收利用)Recycle (循环)；二是通过产品设计中的造型、色彩、人机等因素的协调设计，使得用户在使用绿色产品的时候，能够感受到产品的绿色因素。 3、方案确定对概念设计方案进行评估，得到最终确立方案。对方案的评估有两个方
面，一是在设计、制造、包装、运输、消费、报废和回收过程中，废弃物的量作为衡量标准，尽可能的减少该过程中废弃物的量，二是看产品的在使用过程中，是否能够很好的让消费者感受到产品的绿色因素，可着重于考察产品的人机、形态和色彩。4、详细设计
在产品的详细设计阶段，继续深化产品的绿色因素，进行详细的产品设计。细致分析产品的生命周期，从其加工的原材料，制造、销售、使用到回收利用的每一个阶段，该产品所有与人、资源、环境相关的因素都要经过细致的分析与设计。在此设计阶段可以借助虚拟技术进行产品开发，可以在虚拟的环境下，进行产品设计，生成软产品模型以进行形态和功能的评价与测试，这样就可避免生成硬模型带来的能源和资源上的浪费，有利于缩短产品开发周期，降低成本，减少污染。四、可靠性设计机电产品的可靠性设计可定义为 :产品在
规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计是以概率论为数学基础，从统计学的角度去观察偶然事件，并从偶然事件中找出其某些必然发生的规律，而这些规律一般反映了在随机变量与随机变量发生的可能性(概率 )之间的关系。用来描述这种关系的模
型很多，如正态分布模型、指数分布模和威尔分布模型。可靠性常用的数值标准有:可靠度(Reliability)、失效率(FailureRate)平均寿命(MeanUfe)。机电系统的可靠性不仅与组成系统单元(机械单元、
电气单元或混合单元 )的可靠性有关，还与组成该系统各单元间的组合方式和相互匹配有关。通常机电产品的可靠性设计包括以下几个方面的内容：(I)明确机电产品中机械部件
和电气部件的设计制造要求。(2)系统可靠性建模。系统常用的可靠性建模方式有:串联系
统建模、并联系统建模、混联系统建模、 k/n 系统建模和储备系统建模。可通过这些数学模型并采适当的算法来计算出机电系统的可靠性。(3)可靠性可预测。预测单元 (机械单元、
电气单元或混合单元 )的可靠性，首先要确定单元的基本失效率，它们是在一定的环境条件下得出的，设计时可以从相关的手册、资料中查得。然后根据公式入=k 入 b 来确定各单元
的应用失效率， k 为修正系数，可由专门的资料中查得。对于不同的机电系统，其可靠性预测的方法也不同，常用的有元器件统计法、数学模型法和故障树分析法等方法。(4)可靠
性的分配。根据机电产品各单元技术水平、复杂程度、重要程度以及相关费用等条件来决定，总的来说都是为了获取系统最高的可靠性。现在常用的分配方法有等分发、再分发、Agree
分配法和相对失效法和相对概率法。五、智能优化设计随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。而实现的手段有
(I)模糊设计。模糊设计是以模糊数学为理论基础，它首先通过对设计对象的各项性能指标建立满足某些模糊集合的隶属度函数，并按其重要性乘以不同的加权引子，然后按一定的算法得到综合模糊集合的隶属函数，再通过优化策略，把模糊问题向非模糊化转化，从而实现寻优的过程。现在机电产品中涉及到模糊理论的场合很多，如模糊冰箱、模糊洗衣机、模糊微波炉，它们正悄然地改变着人们的生活方式。
(2)神经网络优化设计。神经网络是一种模
仿人类大脑结构、功能的信息处理智能系统，一般由多输人单输出非线性单元组成神经元，各神经元按一定的模式连接，并构成各种连接模型。它通过反复的训练和学习以及自身的适应能力来完成对复杂信息的处理，使输出达到最优。神经网络的重要特征就是具有很强的自适应、自组织、自学习的能力和强容错性。为实现机电产品智能化的功能，还有一个途径就是利用专家系统的框架。通过提取人类成熟的操作经验和知识，以知识库为核心，配以特征知识处理，并采用不同的匹配法则和推理机制，构成完整的最优决策系统。. 六、计
算机辅助设计机械计算机辅助设计(机械CAD)技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多。
现代机械设计方法试题-----复习使用 考试形式：闭卷（带计算器与尺） 一、图解题 1．图解优化问题：min F (X)=(x 1-6)2+(x 2-2)2 s ．t ． 0．5x 1+x 2≤4 3x 1+x 2≤9 x 1+x 2≥1 x 1≥0, x 2≥0 求最优点和最优值。 最优点就是切点坐标：X1=2.7,x2=0.9 最优值：12.1【带入公式结果】 2．若应力与强度服从正态分布，当应力均值μs 与强度均值μr 相等时，试作图表示两者的干涉情况，并在图上示意失效概率F 。 参考解： 3 ．已知某零件的强度r 和应力s 均服从正态分布，且μr >μs ,σr <σs ，试用图形表示强度r 和应力s 的分布曲线，以及该零件的分布曲线和可靠度R 的范围。 参考解： f (s) f (r) Y >0安全状态；Y <0安全状态；Y =0极限状态 f (Y)
强度r 与应力s 的差可用一个多元随机函数Y =r -s =f (x 1,x 2,…,x n )表示，这又称为功能函数。 设随机函数Y 的概率密度函数为f (Y )，可以通过强度r 与应力s 的概率密度函数为f (r )和f (s )计算出干涉变量Y =r-s 的概率密度函数f (Y )，因此零件的可靠度可由下式求得： Y Y f Y p R ?∞ =>=0d )( )0( 从公式可以看出，因为可靠度是以Y 轴的右边对f (Y )积分，因此可靠度R 即为图中Y 轴右边的阴影区域。而失效概率F =1-R ，为图中Y 轴左边的区域。 4．用图表示典型产品的失效率与时间关系曲线，其失效率可以分为几个阶段，请分别对这几个阶段进行分析。 失效率曲线：典型的失效率曲线。失效率（或故障率）曲线反映产品总 体寿命期失效率的情况。图示13.1-8为失效率曲线的典型情况，有时形象地 称为浴盆曲线。失效率随时间变化可分为三段时期： (1) 早期失效期，失效率曲线为递减型。产品投于使用的早期，失效率较高 而下降很快。主要由于设计、制造、贮存、运输等形成的缺陷，以及调试、 跑合、起动不当等人为因素所造成的。当这些所谓先天不良的失效后且运转 也逐渐正常，则失效率就趋于稳定，到t 0时失效率曲线已开始变平。t 0以前 称为早期失效期。针对早期失效期的失效原因，应该尽量设法避免，争取失 效率低且t 0短。 (2) 偶然失效期，失效率曲线为恒定型，即t 0到t i 间的失效率近似为常 数。失效主要由非预期的过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清楚的偶 然因素所造成。由于失效原因多属偶然，故称为偶然失效期。偶然失效期是 能有效工作的时期，这段时间称为有效寿命。为降低偶然失效期的失效率而 增长有效寿命，应注意提高产品的质量，精心使用维护。加大零件截面尺寸 可使抗非预期过载的能力增大，从而使失效率显著下降，然而过分地加大， 将使产品笨重，不经济，往往也不允许。 (3) 耗损失效期，失效率是递增型。在t 1以后失效率上升较快，这是由于产品已经老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗损的原因所引起的，故称为耗损失效期。针对耗损失效的原因，应该注意检查、监控、预测耗损开始的时间，提前维修，使失效率仍不上升，如图13.1-8中虚线所示，以延长寿命不多。当然，修复若需花很大费用而延长寿命不多，则不如 报废更为经济。
单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的 序号填在题干的括号内。) 1. f(x)在区间［x 1,x 3］上为单峰函数，x 2为区间中的一点，x 4为利用二次插值法求得的近似极值点，若x 4-x 2＜0,且f(x 4)≥f(x 2)，则新的搜索区间为( D ) A. ［x 1,x 4］ B. ［x 2,x 3］ C. ［x 1,x 2］ D.［x 4,x 3］ 2.对于平面桁架中的杆单元，每个节点在整体坐标系中的位移分量个数为（B ） A1 B2 C3 D4 3.应用四节点等参数单元时，由整体坐标系到自然坐标系单元的映射关系是（C ） A 任意四边形→任意四边形 B 正方形→任意四边形 C 任意四边形→正方形 D 正方形→正方形 4.在任何一个单元内（ D ） A 只有节点符合位移模式 B 只有边界点符合位移模式 C 只有边界点和节点符合位移模式 D 单元内任意点均符合位移模式 4.若强度r 的概率密度函数为f r (r)=λr e r r -λ,则知其分布为（ C ） A 正态分布 B 对数正态分布 C 指数分布 D 威布尔分布 6.标准正态分布的均值和标准离差为（ D ） A μ=1,σ=0 B μ=1,σ=1 C μ=0,σ=0 D μ=0,σ=1 7.若组成系统的诸零件的失效相互独立，但只有某一个零件处于工作状态，当它出现故障后，其它处于待 命状态的零件立即转入工作状态。这种系统称为（ C ） A 串联系统 B 工作冗余系统 C 非工作冗余系统 Dr/n 表决系统 8已知方程组5611327121 2x x x x +=+=??? ()()12，用高斯消元法对式(2)进行向前消元一步运算后，结果为（ C ） A. -=245652x B. x x 122373+= C.-=85252x D. -=-243343 2x 9.Powell 修正算法是一种（ D ） A 一维搜索方法 B 处理约束问题的优化方法 C 利用梯度的无约束优化方法 D 不利用梯度的无约束优化方法 10.某产品的寿命服从指数分布，若知其失效率λ=0.002，则该产品的平均寿命为（C ） A.200 B.1000 C.500 D.2000 11.下列优化方法中，不需计算迭代点一阶导数和二阶导数的是（ B ） A 可行方向法 B 复合形法 C DFP 法 D BFGS 法 11.表示机电设备的一般失效曲线(浴盆曲线)中，偶然失效期的失效密度f(t)服从（ B ）
《机械创新设计》课程教学大纲 课程名称：机械创新设计 英文名称：Machinery Innovation Design 课程代码： 一、课程基本情况 1．学分：2 学时：32 （理论学时：28 实验学时：4 ） 2．课程类别：专业限定选修课 3．适用专业：机械设计制造及其自动化 4．适用对象：本科 5．先修课程：机械原理机械设计机械制图 6．教材与参考书目 教材：《机械创新设计》，高志刘莹编著，清华大学出版社，2009 年。 二、课程介绍 机械创新设计的目的和任务是帮助学生建立创新设计的思想，从创新的理论出发, 重点掌握机械创新设计中有效的创新方法，通过对机械设计中常用的表达方法进行详细介绍, 以及创新设计的实例的引入, 使学生对创新的方法有了更全面的了解. 从而获得掌握机械创新设计问题的初步能力. 此外通过创新失误的原因了解, 提高从事创新设计的实践成功率.在教学中彩用多媒体辅助教学方法、实物教学等教学手段。本门课在专业教学计划中起到及其重要的作用，创新是人类文明进化，发展的动力，是科技进步、发展的动力，是人类社会发展的动国力，所以在大学中必须开设创新课程。 三、课程内容、学时分配及教学基本要求 第一章（单元）绪论（共2 学时） （一）教学内容： 第一节创新的含义 知识要点：，创新的实用性和新颖性 第二节创新的意义 知识要点：创新是一个民族发展的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力 第三节创新与设计 知识要点：创新是设计的本质属性 第四节创新学与创新教育 知识要点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为。 第五节设计理论与教育 知识要点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系。
浅谈现代机械设计及其发展趋势 【摘要】现代机械设计是一项系统性很强的综合性技术，是一个国家制造水平的重要标志，是一个国家经济发展的关键内容。机械制造要与社会发展相互促进，了解机械制造技术的现状与发展趋势，敢于创新，才能把握机遇。本文就这话题展开探讨，以增进对现代机械制造的了解，促进经济发展。 【关键词】机械设计；产品制造；现状；发展趋势 不论是发达国家还是发展中国家，都在大力发展机械制造技术。机械制造成为了衡量一国工业水平的重要标准，也成为了各个国家之间科技竞争力的重大内容。现代机械制造技术在传统制造技术的基础上，与计算机技术、信息技术、自动控制技术等完美结合，是集机械、电子、信息、材料与管理技术于一体的综合性技术。一个国家的制造水平是一个国家的经济支柱，是工业得以发展的基础，是影响国民经济发展的关键性因素。目前，我国正处于经济发展的关键时期，作为一个发展中的工业大国，我们最薄弱环节是机械制造技术。展望未来制造业的发展，必须与人类和社会的进步同步，但是无论怎样发展都必须与自然界保持和谐，这样才可以保证国民经济的可持续发展。对于我国的机械制造业而言，了解我国机械制造技术的发展现状，把握现代机械制造的发展趋势，抓住发展机遇，不断的更新理念，把机械制造技术放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，我国由制造业大国向制造业强国过渡的伟大目标才有可能尽早实现。 1.现代机械制造技术的发展历程 自从我国工业时代的兴起到现在，机械制造业不断在发生变化。从手工到机械，机械手工相结合，到自动化、智能化等等，并且随着科学技术的更新进步不断的发展新的机械制造技术。根据生产方式的变化，可以分为五种类型：第一类是劳动密集型生产方式，这包括早期的工业生产和手工制造业。第二类是随着工业化的发展，生产社会化的不断加快，设备密集型的生产方式出现，汽车制造业和轴承等这样的大批量流水线生产业被研发，这些均属于设备密集型。第三类是信息密集型生产方式，这类生产方式是指新型机电一体化设备的加工生产，它实现了人与机器设备之间的信息交流，机器能够通过获得的信息实现快速准确的加工。第四类是知识密集型生产方式，制造理念的飞跃即属于此类生产方式，其典型代表有计算机集成制造和柔性制造在内的较少信息参与的加工，柔性制造系统计算机集成制造系统。第五类是智能密集型生产方式，敏捷制造和智能制造是这类生产的主要内容，它是一种全新的生产方式，目前正在被研究和实施智能密集型生产方式的技术可以快速响应市场的变化，超前地开发产品，从而实现多品种产品的全过程管理。 2.现代机械制造技术的现状及其特点 近年来，我国虽然不断采用先进的制造技术，并且积极引进国外先进技术，
现代设计方法试卷1及答案 一、单项选择题 1.属于无约束优化问题求解算法中的直接法是（ C ） A. 梯度法 B.牛顿法 C.POWELL法 D.变尺度法 2.按类型划分，惩罚函数法属于（ D ） A.一维优化方法 B.无约束优化方法 C.直接法 D.约束优化方法 3.对于只含有不等式约束的优化问题，满足每一个设计约束的设计点，称为 （D） A.边界点 B.非可行点 C.外点 D.内点 4.坐标轮换法以为搜索方向。（C） A.梯度方向 B.共轭方向 C.坐标轴方向 D.负梯度方向 5.一个多元函数F（X）在点X*附近偏导数连续，则该点为极小值点的充分条件是（ B ） A.▽F（X*）=0 B. ▽F（X*）=0,H（X*）正定 C. H（X*）=0 D. ▽F（X*）=0,H（X*）负定 6.在有限元分析中，将构件分割成单元的方法称之为( C ) A.有限化 B.单元化 C.网格化 D.分割化 7.平面问题的弹性矩阵与材料的（ D） A.弹性模量有关，泊松比无关 B.弹性模量无关，泊松比有关 C.弹性模量和泊松比都无关 D.弹性模量和泊松比都有关 8.当零件材料的强度均值小于应力均值时，零件的平均安全系数为n，等效概率为F，则（A ） A.n<1，F>50% B. n>1，F>50% C. n<1，F<50% D. n>1，F<50% 9.串联系统的失效模式大多服从（ D ）
A.正态分布 B.对数正态分布 C.指数分布 D.威布分布 10.抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小 时又有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度为（ C ） A. 0.006 B. 0.004 C. 0.01 D. 0.12 二、填空题 11.单元刚度矩阵具有对称性、 分块 性和奇异性。 12.机电产品零件失效曲线分为三个区域，分别为： 早期失效区域 、正常工 作区域和功能失效区域。 13.函数()223212221+-+=x x x x x F 在点（1，0）处的梯度为 [6,-2]T 。 14.组成并联系统的零件的可靠度与该并联系统的可靠度相比较， 并联系统 的可靠度高。 15.一批产品从投入运行到发生失效的平均时间称为 平均寿命 。 16.可靠度是对产品可靠性的 概率 度量。 17.设某系统由10个零件串连组成，每个零件的可靠度均为0.95，系统的可靠度为 0.599 。 18.根据处理约束条件的方式不同，求解约束优化问题的方法分为 直接法 和间接法。 19.根据是否满足约束条件可以将设计点分为：可行点和 不可行点 。 20.利用目标函数的一阶导数或二阶导数信息构成搜索方向的方法称为 导数法 。 三、名词解释 21、（定义）可靠度：指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率，用R 表示。 22、（定义）失效率：又称故障率，产品工作t 时刻时尚未失效（或故障）的产品，在该时刻
《机械设计基础课程设计》课程教学大纲 一、课程与任课教师基本信息 二、课程简介 《机械设计基础课程设计》是非机械类各专业学生在学习了《机械设计基础》课程后进行的一个重要的实践性教学环节，其目的是使学生综合运用《机械设计基础》课程以及有关先修课程的知识，进行一次较全面的机械设计基础能力训练。 三、课程目标 1、通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力； 2、学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律； 3、进行较为全面的机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范等的训练。 四、与前后课程的联系 先修课程有：高等数学、普通物理、机械制图、工程力学。 后续课程：专业课程及专业选修课程、毕业设计等。 五、教材选用与参考书 1、选用教材：杨可桢等主编.《机械设计基础》（第六版）.高等教育出版社，2013年.
2、王昆等主编.《机械设计/机械设计基础课程设计》. 高等教育出版社, 2011年. 六、课程设计进度表 七、教学方法 本课程设计的教学方法是以教师课堂讲解和设计过程的现场指导相结合，通过具体的设计对象和任务，使学生进一步巩固机械设计基础课程中学习的机器设计以及机械零件设计的相关知识，并进行机械设计工作基本技能的训练，使学生具备简单机械的设计能力。 八、对学生的学习要求 1、学习本课程的方法 本课程是在机械设计基础课程结束后的一个综合训练环节。要结合具体的设计任务，掌握机器设计程序和通用零件的设计原理和方法。要多熟悉和运用设计资料（如标准、规范等），认真地进行机械设计工作基本技能的训练。 2、学生完成本课程须耗费的时间 为掌握本课程的主要内容，要求学生投入全部精力到为期2周的课程设计中，达到具备简单机械的设计能力的目标。 3、学生的上课、讨论、计算说明书等方面的要求 认真听好设计指导课，做好笔记，积极参与教学互动；在设计过程中，主动与老师探讨问题；针对课程设计题，积极思考，培养自己的分析和计算能力。设计完成后，提交合格的设计图纸和课程设计说明书。 九、成绩评定方法及标准 学生在教师指导下，按任务书的要求，在指定课室集中时间独立完成；成绩评定：根据学生完成的轴系基本参数计算步骤及结果、主要零件的设计与校核结
一、绪论 1.设计活动的特征有哪些？ 时空性、物质性、需求性、创造性、过程性 2.试比较传统设计和现代设计的区别？ 传统设计师静态的、经验的、手工的方法，在设计过程中被动地分析产品的性能；而传统设计师动态的、科学的、计算机化的方法，在设计过程中可以做到主动地设计产品参数。 3.简述现代设计方法的主要内容和基本特点。 主要内容：设计理论是对产品设计原理和机理的科学总结。设计方法是使产品满足设计要求以及判断产品是否满足设计原则的依据。 现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、可靠性设计 基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性 二、设计方法学 1.设计过程包括哪几个阶段？ 计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段 2.常用的创造性技法有哪些？ 智力激励法、提问追溯法、联想类推法、组合创新法、反向探求法及系统搜索法6类 3.运用功能分析法进行系统原理方案设计的主要步骤有哪些？ 三、相似理论及相似设计方法 1.相似三定理的内容和用途各是什么？ 相似定理是用来判断两个现象相似的充分必要条件及其所应遵循的法则 内容： 第一定律：对于彼此相似的现象，其相似指标为1，相似判据为一个不变量； 第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即 π，π，，，，，，π 第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。 用途： 第一定理：介绍相似现象的属性； 第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π； 第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。 2.相似准则的导出方法及基本依据是什么？ 导出方法：方程分析法、量纲分析法 基本依据：表示各物理量之间关系的方程式，其各项量纲必须是相同的 3.相似准则有哪些特点和性质？ 如果两个现象相似，则这两者的无量纲形式的方程组和单值条件应该相同，具有相同的无量纲形式解。 出现在这两者的无量纲形式的方程组及单值条件中的所有无量纲组合数对应相等。 4.白炽灯的功率为其主要技术参数。现在要求在10~100W之间按几何级数分级设计六种型号。试确定其 功率系列（将计算值按0.5圆整） 解： 四、有限单元法 1.试简述有限单元法的主要思路、具体步骤及其依据。 核心思想：将复杂结构分解成形状简单、便于方程描述的规则单元，列出方程组求解 基本思路： “分”：用有限个规则单元代替原来的各种各样的连续系统，并用近似方程对每个单元的行为加以描述。 “和”：根据一定的规则，把关于单元的方程组合起来构成方程组，并引入外载及约束条件进行求解。 三个步骤：结构的离散化、单元分析、整体分析 2.单元刚度矩阵的物理意义是什么，具有哪些主要特征？
现代设计方法模拟试卷 一、单项选择题（本大题共２0小题。每小题１分。共2０分) 1.ＣＡD 一词已经成为世界通用的名词,它是指（ ） A.计算机辅助工程 B ． 计算机辅助设计 C ．计算机辅助制造? D ．计算机辅助工艺规程设计 2．实验测试了自变量为3,4,５,6，７，８时的函数值，现要用抛物线插值法计算５.８处的函数值,选择下列哪组自变量及其对应的函数值进行插值计算较为合理( ） Ａ．3，4，5 Ｂ．４，5,6 C ．5，６,7?Ｄ．6,7,８ 3．设备坐标系的维数一般为（ ） Ａ．一维 B ．二维 C 三维 Ｄ.四维 4.将平面图形沿Ｘ方向平移１０个单位,沿Y 方向平移１5个单位,其坐标变换矩阵为( ） A.??????????11510010001 B.??????? ???--11510010001 Ｃ.???? ? ?????101001500010D ．???? ??????10 10015000 1 5．在三维几何实体的实现模式中，有一种方法其基本思想是：几何实体都是由若干边界外表 面包容而成的,通过定义和全面存储这些边界外表面信息就可以建立实体几何模型,该方法是（ ) A ．ＣSG 法 ? B ．B-rep 法 ?Ｃ.光线投影法? D.扫描表示法 6．若函数Ｆ(x)在Dl 上具有连续二阶导数（Ｄ是Dl 内部的凸集),则F(ｘ)为D 上的凸函数的充分必要条件是F （x)的H ｅss ｉａn 矩阵( ) Ａ.半正定?B ．正定?C.半负定 D ．负定 7．编码裁剪法(C ｏｈe ｎ-Sutherland 法)中，某点在窗口右方,则其代码应为( ） A.００01 B ．0010 C.0１０0 D.100０ ８．在单峰搜索区间[x 1,x 3］(ｘ１ 《机械设计基础》教学大纲 课程编号： 课程名称：机械设计基础A 英文名称：The Fundamental of Machine Design 学分：7 学时：112 （其中实验学时20） 适用对象：四年制机械电子专业 一、目的与任务 1、课程性质：必修 2、课程类别：专业基础课 3、目的与任务： 本课程是机械电子工程专业的一门综合性和实践性都很强的专业基础课，是研究机械共性问题的专业主干课程。本课程结合应用力学、机械理论和生产知识，解决常用机构及通用零部件的分析和设计问题，为学生进行机电产品的设计开发、技术创新、维修维护以及后续专业课学习奠定基础。本课程在教学内容方面注重基本知识、基本理论和基本方法；在培养学生能力方面着重设计构思和设计技能的基本训练。使学生经过必要的基本技能的训练，具备分析和解决生产实际中问题的综合能力。本课程突出应用能力和综合素质的培养，侧重理论和技能两者并重、相互结合。所以本课程在专业培养计划中占据重要的地位与作用，是一门专业核心课程。 学习本课程的目的是使学生掌握机械常用机构的结构、特性，初步具备分析、选用常用机械机构的能力；掌握机械中通用零件的工作原理、特点、应用及设计计算的工程方法；初步具有运用标准、规范、手册等技术资料的能力；获得实验技能的初步训练。 本课程的主要任务是使学生掌握常用机械传动和通用机械零部件的工作原理、基本结构及选用的基本方法，初步具有分析和设计常用机械零件和简单传动装置的能力；并进而具备向新技术渗透和联接的接口能力。 二、教学内容及学时分配（理论学时92+实验学时20） 第1讲绪论（3学时+0） 熟悉机器与机构，零件与构件的基本概念，了解本课程内容、性质和任务，介绍本课程的学习方法。了解机械设计的内容、步骤及基本要求，熟悉零件的机械物理特性。 现代机械设计技术方法与发展探析 发表时间：2018-10-25T12:09:04.683Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第18期作者：刘勇刘红亮[导读] 现代机械设计，在综合各学科知识，各学科技术交叉对设计进行改进和最佳化方面有独到的长处。武汉圣禹排水系统有限公司湖北省武汉市 430057 摘要：机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要的因素。现代机械设计应与最先进的科学技术和理念相结合，不断开拓创新，本文综述了目前常用的几种现代机械设计方法并展望了未来的机械设计方法的发展趋势。关键词：机械设计；技术；方法；发展趋势现代机械设计，在综合各学科知识，各学科技术交叉对设计进行改进和最佳化方面有独到的长处。在未来绿色化，智能化的趋势下，现代机械设计技术必将进一步发展，设计出质优价廉的产品，从而促进社会发展和进步。1现代机械设计的特点机械设计是对机械的结构，工作原理，运动形式，和零件的规格尺寸进行测量研究及计算，从而将其转变成详细具体的描述方式，以之为机械制造的依据和参照。机械设计的目的是为了优化设计，也就是为了在特定的条件下组织构建出造价、性能、质量都最佳的机械。 现代机械设计有其鲜明的特点，即不但要求设计对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、物流技术、各零部件的材料、形状、尺寸、润滑方法等进行构思、分析、计算，而且还需融通多门科学知识，如创造性工程、美学、仿生学、控制论、机械电子学、价值工程等，使设计出的产品在市场中具有竞争力。现代社会对机械系统提出了更高的要求，为了使产品能够立足于市场，机械系统不仅需要能够在实现预期功能的基础上，还需要设计的机械系统满足物美价廉、操作方便、安全性能高、污染小等特点。2机械设计的常用现代设计方法为了寻求能够保证设计的质量、加快设计的速度、减少和避免设计失误的方法、措施，并能够适应科学技术发展的要求，使得设计工作现代化，从而引发了对现代设计方法的研究。若把现代设计的方法应用到机械设计中，就称其为现代机械设计方法。现今，经常采用上述方法论中的创造性设计法、技术预测法、信号分析法、系统设计法、相似设计法、动态分析设计法、模糊设计法、有限元和边界元分析设计法、可靠性设计法、优化设计法、CAD计算机辅助设计法、艺术造型设计法等。 2.1专业的现代机械设计方法由于计算机计算速度快，计算量大，且具有智能的逻辑判断能力，已经成为机械设计中不可缺少的重要组成部分，它能够在机械设计的计算，决策，分析，综合以及数据图形处理方面均起到重要作用。随着现代科技技术的不断进步和高速发展，由计算机系统专业从业人员和专业的机械设计人员共同协作开发设计的计算机应用软件，使的该应用软件可以快速准确的反应机械产品在工况中的损伤、失效以及破坏机理，根据这些数据定量出针对各零件和机械的动态行为的分析，形成稳定的机械设计程序，即专业的现代机械设计方法。例如：摩擦学设计、强度设计和温度场分析等。这些软件都是在传统的设计方法基础上应用计算机技术开发出来的。 2.2通用的机械设计方法由于计算机发展的水平所限，一般专业的现代机械设计方法适用范围较小，一般的机械设计方法只能通过计算机辅助，对设计进行系统分析和计算，此种设计方法，称为通用的机械设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、cad等。这些方法并不只是针对机械产品去研究还有其自身的科学理论和方法。 ⑴优化设计。优化设计可以成功地解决解析法等其他方法难以解决的复杂问题，它是建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算出一切可能的方案，并在一切可能的方案中寻求最优方案，使期望的指标达到最优的设计方法。 ⑵模糊设计。它是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。它的最大特点是可以将各因素对设计结果的影响进行全面定量地分析得出综合的数量化指标作为选择决断的依据。模糊数学的研究领域非常广泛，其包括模糊变换、模糊综合评判、模糊模式识别、模糊决策、模糊拓扑、模糊专家系统等综合理论。在机械设计中，一般将模糊技术与其它设计方法相结合，对机构进行研究。如利用模糊综合评判进行机械制造、机械设计参数、传动方案等的优化选择；将模糊技术与可靠性设计、优化设计相结合，形成了模糊可靠性设计、模糊优化设计、模糊可靠性优化设计等方法。 ⑶有限元设计。随着计算机技术的发展，有限元设计在各个工程领域中不断得到深入的应用。有限元法的基本思想是将结构离散化并用有限个容易分析的单元来表示，通过有限个节点来连接各个单元，然后根据变形协调条件综合求解。由于节点的数目也是有限的，单元的数目是有限的，所以称为有限元法。这种方法只要改变单元的数目，灵活性很大，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。 ⑷仿真与虚拟设计。虚拟技术的本质是以计算机支持的仿真技术为前提在产品设计阶段实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等从而提高产品设计的一次成功率。这种方法不但缩短产品开发周期也实现了缩短产品开发与用户之间的距离。 ⑸可靠性设计。在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为零件的可靠性设计。将常规设计方法中所涉及的设计变量如材料强度、疲劳寿命、尺寸、应力等，看成服从某种分布的随机变量是可靠性设计的主要特征。然后根据产品的可靠性指标要求，用概率统计的方法得出零部件的主要结构参数和尺寸。3现代机械设计的发展趋势3.1 绿色化所谓绿色设计，就是指通过高效的利用能源、资源来获得绿色产品的设计。具体而言，就是在产品设计的整个过程中，把产品的环境属性列在首位，在满足环境要求的同时，来保证产品的质量、基本功能与经济性。绿色产品是既具有特定的功能，又对人体健康以及周围的环境没有危害的产品。绿色设计既是实现人类能够享受美好健康生活，以及可持续发展的必然要求，也是未来技术发展的趋势，具有能够提高工作的效率，减少企业的投资风险，提高产品的市场竞争力的意义。 3.2智能化 机械设计基础课程设计教学大纲 一、实践教学课程基本信息 实践课程名称：机械设计基础课程设计教学大纲 课程编码：1030403 周数： 4 周学分：4分 开设学期：第六学期类型：集中进行 适用专业：机械设计制造及其自动化本科 二、实习的目的和任务 机械设计基础课程设计是《机械设计基础》课程的最后一个重要教学环节，也是机械类专业学生第一次较全面的设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。其基本目的是： 1．综合运用机械设计基础及其有关先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，培养理论联系实际的设计思想，从而巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识； 2．对学生在计算、绘图（装配图）、运用设计资料（包括手册、标准和规范等）等方面的能力训练； 3．学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计过程和方法，培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。 三、实习的内容和要求 1．实习内容：设计带式运输机上的两级斜齿圆柱齿轮减速器（具体要求见课设计任务书）设计带式运输机上的两级圆锥—圆柱齿轮减速器（具体要求见课设计任务书）2．每个学生应完成的设计要求： （1）装配图一张（A0号图） （2）零件图2张A2图纸。（传动零件、轴） （3）书写设计说明书一份，内容包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（与齿轮配合处按弯扭合成强度计算）、键的强度校核，选择联轴器等，约6000-8000字。 四、实习地点与时间分配 五、实习组织方式及要求 1．组织方式：集中进行； 2．对教师职责的要求： （1）课程设计的进行方式是在教师指导下由学生独立完成的； （2）提供必要的参考资料； （3）教师应及时掌握学生的进度，及时答疑、督促检查； （4）严格对学生的考勤，引导学生发挥主观能动性，鼓励创新。 3．对学生的要求：每个学生都应该明确设计任务和要求，并拟定设计计划，注意掌握进度，按时完成。设计分段进行，每一阶段的设计都要认真检查，没有原则错误时才能继续进行下一段设计，以保证设计质量，循序完成设计任务。设计过程中要独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计，反对照抄照搬或依赖教师。要求设计态度严肃认真，有错必改，反对敷衍塞责、容忍错误存在。只有这样才能保证课程设计达到教学基本要求，在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练。 六、实践考核方式及成绩评定方法 （一）考核方式：考查 （二）成绩评定： 总成绩构成：平时表现占30%+设计质量占50%+答辩占20% 平时成绩构成：以做课程设计时的表现为主要依据 七、实践课程参考书目 [1]机械设计课程设计（第四版）陈秀宁施高义主编杭州：浙江大学出版社，2004 [2]机械设计课程设计指导书（第二版）龚溎义主编北京：高等教育出版社，1990 [3]机械设计基础课程设计陈立德主编北京：高等教育出版社，2007 关于现代机械设计理论与方法研究进展的综述 金陵科技学院机电工程学院孙志会 摘要：现代机械设计理论是现代机械设计的基础与核心，而现代机械设计方法是现代机械设计的手段和目的。现代机械设计具有动态的、科学的、计算机化的特点，在技术上体现智能化、经济性和精确性。在现代设计理论与方法的研究方面，我国与发达国家还存在一定的差距，主要表现在材料科学的研究及制作技术两个方面差距最大。 关键词：机械设计理论与方法研究前景分析 机械设计是机械产品开发设计的一个重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素，从古至今的科技发展，无一不包含机械设计理论的成果。现代机械设计理论是对现代机械产品原理和机理的科学总结，而现代机械设计方法是使现代机械产品满足以及判断现代机械产品是否满足设计原则的依据。现代机械设计方法是基于现代机械设计理论形成的，现代机械设计理论是现代机械设计的基础与核心。因此，掌握机械设计理论的程度将直接反映机械设计的水平。随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，社会对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进，同时，科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。 现代机械具有的特征 ①机械应是一种有“头脑”的手足延长；②不仅仅只处理物质和能量，而且更关注处理信息；③满足人们的综合需求；机械将具有更强 的智能。正因为现代机械具有以上特征，因此，现代机械设计在设计思想、设计准则和设计过程上与传统机械设计都有所不同。传统机械设计更多地靠经验和借鉴，关注机械系统对象，以经典力学、强度等准则，过程为任务→方案→样机→试验→修改→（重复）；现代机械设计则更多地运用最新技术、大系统论，以广义力学、可靠性等准则，过程为虚拟样机→评价→优化参数→设计与制作。现代机械设计在技术上体现智能化，其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。 现代机械的设计方法 现代机械设计方法具有的范畴：1.信息方法论，如信息分析法、技术预测等；2.系统论法，如系统分析法、人机工程等；3.控制论法，如动态分析法等；4.优化论法，它是现代设计法的目标；5.对应论方法，如相似设计等；6.智能论方法，如CAD、计算机辅助分析等； 7.寿命论方法，如可靠性和价值工程；8.离散论方法，如有限元和边界元方法；9.模糊论方法，如模糊评价和决策等；10.突变论方法，如创造性设计等；11.艺术论方法，如艺术造型等。 在生产实际中常用的现代设计方法有：1.技术预测法，2.创造性设计，3.系统设计法，4.信号分析法，5.相似设计法，6.模糊设计法，7.动态分析设计法，8.有限元和边界元方法，9.优化设计法，10.可靠性设计法，11.计算机辅助设计法，12.艺术造型法。 国内外现代设计理论和方法主要流派 1.德国、北欧机械设计方法学流派特点：强调系统总体设计，层次细、规范详细。 一、绪论 1.设计活动的特征有哪些 时空性、物质性、需求性、创造性、 过程性 2.试比较传统设计和现代设计的区别 传统设计师静态的、经验的、手工的 方法，在设计过程中被动地分析产品 的性能；而传统设计师动态的、科学 的、计算机化的方法，在设计过程中 可以做到主动地设计产品参数。 3.简述现代设计方法的主要内容和基本 特点。 主要内容：设计理论是对产品设计原 理和机理的科学总结。设计方法是使 产品满足设计要求以及判断产品是否 满足设计原则的依据。 现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、 可靠性设计 基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性 二、设计方法学 1.设计过程包括哪几个阶段 计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段 2.常用的创造性技法有哪些 智力激励法、提问追溯法、联想类推 法、组合创新法、反向探求法及系统 搜索法6类 3.运用功能分析法进行系统原理方案设 计的主要步骤有哪些 三、相似理论及相似设计方法 1.相似三定理的内容和用途各是什么 相似定理是用来判断两个现象相似的 充分必要条件及其所应遵循的法则 内容： 第一定律：对于彼此相似的现象，其相似指标为1，相似判据为一个不变量； 第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即 第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。用途： 第一定理：介绍相似现象的属性； 第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π； 第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。 2.相似准则的导出方法及基本依据是什 《现代设计方法》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。 一、计算题 1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε 3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。 4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε 5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε 6. 用梯度法求解无约束优化问题： 168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。 7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(= ，1.0=ε。 8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。 9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222 121+-+-=x x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(=，计算精度1.0=ε。 10. 用梯度法求解1212221422)(m in x x x x x X f --+=,[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。（请迭代两次） 11. 有三个可靠度均为0.9的子系统组成的并联系统，试比较纯并联及2/3[G]表决系统的可靠度。 12. 一个由2个子系统组成的系统，其可靠度指标为0.85，试按等同分配法分配子系统的可靠度：（1）组成串联系统，（2）组成并联系统。 13. 已知某零件的应力和强度均呈正态分布，零件强度：MPa 516=δμ（均值），MPa S 2.24=δ（标准差），应力：MPa 378=σμ（均值），Mpa S 5.41=σ（标准差），试计算零件的可靠度与失效概率。 14. 由应力分析表明，某零件所承受的应力是拉应力，可用正态分布来描述，MPa T 3500=μ，标准差MPa S T 400=。该零件在制造过程中所引起的残余应力也可用正态分布来描述，其均值MPa C 1000=μ，标准差MPa S C 150=。由强度分析表明，该零件的强度也服从正态分布，其均值MPa 5000=δμ。现要求出当保证该零件的可靠度不低0.999时，零件强度的标准差的最低值应为多少? 15. 由应力分析表明，某零件所承受的应力是拉应力，可用正态分布来描述，MPa T 3500=μ，标准差MPa S T 400=。该零件在制造过程中所引起的残余应力也可用正态分布来描述，其均值MPa C 1000=μ，标准差MPa S C 150=。由强度分析表明，该零件的强度也服从正态分布，其均值MPa 5000=δμ。现要求出当保证该零件的可靠度不低0.999时，零件强度的标准差的最低值应为多少? 液压与气动技术专业课程教学大纲 《机械设计基础》课程教学大纲 年月日 执笔者：宋敏编写日期： 本课程是一门技术基础课。其目的是培养学生的工程计算能力和简单机械零部件的设计能力，同时也为后续课学习打下基础。主要任务是： （1）能熟练地运用力系平衡条件求解简单力系的平衡问题。 （2）掌握零部件的受力分析和强度计算方法。 （3）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准， 掌握常用机构、常用机械传动和通用零部件的选用和基本设计方法，具备正确分析、使用和 维护机械的能力，初步具有设计简单机械传动装置的能力。 （4）具有与本课程有关的解题、运算、绘图能力和应用标准、手册、图册等有关技术资料的能力。 （2）课程教学的教学内容（含实验实践内容及其类型等）基本要求、学时分配等 （3）本课程与其它课程的联系 前期课程及知识要求：《机械设计基础》在液压与气动技术专业整个教学计划中，处于承上启下的地位。要求学生应有比较扎实的机械制图等先修课程的良好基础。 后续课为后续专业课程学习打下良好的基础。 （4）课程质量标准与成绩考核方式 理论教学：期末考试统一命题，统一评分标准，统一考试时间。闭卷考试，考试时间为120分钟。 实践教学：各实验均按实验操作、实验效果、实验报告质量和实验纪律综合评定成绩。实验成绩以15%十入本课程学期总成绩。 （5）课程各教学环节要求： 教学（包括教师的教学和学生的学习）方法与教学手段（技术）指南等 理论教学：讲课要贯彻“少而精”的原则，举例要注意典型性及工程应用性，教会学生思路、技巧和方法。要注意培养学生的自学能力。教学中要充分利用录像、幻灯等电化教学 手段和多媒体教学技术。 实践教学：实验课主要帮助学生验证所学知识。课程设计主要帮助学生了解一般机械设 计的全过程，强调独立思考，鼓励创新，提倡计算机绘图。 （6）教材及主要教学参考书 （两本以上公开出版的教材或讲义） 《机械设计基础》郭红星主编2005年西电出版社 机械设计基础》贺敬宏宋敏主编2005 年西北大学出版社机械设计基础》高等教育出版社出版《机械设计基础》课程教学大纲.doc
现代机械设计技术方法与发展探析
(完整版)机械设计基础课程设计教学大纲(本)
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