东北大学
研
究
生
论
文
题目：现代机械综合设计理论与方法应用的综述姓名：高超
学号：1400445
专业：机械设计及理论
日期：2015年7月15日
现代机械产品设计方法与应用的综述目录
目录
1.现代机械设计理论及方法的发展进程 (1)
2.现代机械综合设计理论与方法研究概述 (3)
2.1通用性设计理论与方法 (3)
2.2专用性设计理论与方法 (3)
2.3产品7D设计总体规划理论 (3)
3.现代设计方法在产品结构刚度及强度设计中的应用 (4)
3.1强度的计算。 (4)
3.2刚度的计算 (5)
4.展望 (6)
5.参考文献 (7)
现代机械综合设计理论与方法应用的综述
摘要：对当前国内外典型产品设计理论与方法进行了梳理，将其粗分为通用性设计理论与方法及专用性设计理论与方法两大类并分别加以详细论述，对产品设计理论与方法的未来研究方向进行了展望，认为应从方法与知识两个角度共同出发进行设计理论与方法的系统化研究，在此基础上提出了对于产品设计理论与方法研究的一些思考。
关键字：产品设计；设计理论与方法；设计质量
“设计”是人类活动一个十分重要的内容，它所涵盖的范畴和由之而产生的各种各样的理论，都有着悠久的发展历史过程。自从人类以制造工具而区别于其他动物时，人就开始设计。产品设计理论与方法作为实现创新目标的科学途径，是一个不断发展的研究领域，先后形成了诸多学派，其中代表性的有Suh 的公理设计理论、Akao 的质量功能配置理论、Pahl 的普适设计理论、Altschuller 为首提出的发明问题解决理论（TRIZ）等。此外，近年来针对复杂机械系统提出的协同设计、模块化设计、可靠性设计等理论与方法也引起大量研究者进行相关的研究[1]。
自从人类以制造工具而区别于其他动物时，人就开始设计。目前科技界关于设计有不同的论述，尚无统一的定义。欧洲学者认为：设计是一种解决问题的过程，设计是为了达到某种特定要求或目的，借助一种正确的活动程序而制定的一种计划；美国麻省理工学院NamPyoSuh对设计的定义是:设计是我们要达到什么和我们如何达到它之间的互动。虽然人们对设计的理解存在差异，但从广义的角度看，设计的本质有着相同的内涵，即：设计是将需求转化为技术系统或产品的手段。
1.现代机械设计理论及方法的发展进程
机械设计理论方法的发展经历了二个历史阶段：一是17 世纪前的“直觉设计阶段”和17 世纪后的“经验设计阶段”、“传统设计阶段”，通常人们把它们统称为“传统设计阶段”.传统的机械设计是以经验为基础，运用设计手册、数学和力学公
式进行设计，这种设计方法的特点是：设计水平低、成功率低、花费大、信息反馈周期长，它已远远不能满足产品的功能需求和市场需求，必将逐渐淡出历史的舞台.二是目前的现代设计阶段.随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类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.而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。目前国内外设计科学形成了不同的流派，主要有以下几个主要流派[2]：一是英、美、日的创造性设计学派，他们认为设计包含创造、分析和决策三要素，强调创新性方法研究，系统工程、价值分析、安全技术、人机工程，市场分析及CAD技术等；二是德国、北欧机械设计方法学学派.他们强调系统总体设计，层次细、规范详细；三是俄罗斯、东欧的新设计法学派.他们强调基础，提倡发散、变性、收验三步设计程式；四是中国的设计学，他们强调综合、系统和适用性相统一.现代机械设计方法是基于现代机械设计理论形成，而现代机械设计理论是对现代机械产品原理的科学总结，是判断产品能否满足设计要求的依据。随着科学技术的发展，机械设计理论和方法也在不断前进，因此现代设计理论和方法有种类较多，目前主要有下列四种[3]：(1)现代设计方法学.包括并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、模糊设计、价值工程、反求工程技术、质量功能配置、绿色设计、面向对象的设计、工业造型设计；(2)计算机辅助设计，包括优化设计、有限元法、智能计算机辅助设计、工程数据库、虚拟设计和模拟仿真；(3)可信性设计，包括安全设计、可靠性设计、动态分析与设计疲劳可靠性设计、防断裂设计、减摩耐磨设计、防腐蚀设计、健壮设计、耐环境设计、维修性设计、测试性设计、人机工程设计；(4)设计试验技术，包括环保性能试验、仿真与虚拟试验、可靠性试验。
目前现代机械设计理论方法的发展趋势是：在性能上向高精度、高效率、智能化的方向发展；在功能上向小型、轻型、多功能化方向发展；在层次上向集成化方向发展.具体来讲是：设计对象由单机走向系统；设计要求由单目标走向多目标，产品设计周期缩短；设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；产品设计由自由发
展走向有计划的发展；设计工作的人员从单人走向小组；设计的发展要适应科学技术的发展；绿色设计思想[4]。
2.现代机械综合设计理论与方法研究概述
2.1通用性设计理论与方法
美国麻省理工学院Suh[5]认为，在设计学中存在着若干公理，其控制着设计活动的许多方面，遵循这些公理和由之推导产生的定理及推理，在设计中就能够进行理性思维并导向正确的结果，由此，他提出了公理设计理论，该理论主要内容包括用户域、功能域、物理域、过程域等4个域和独立性公理、信息公理等2个公理。在相邻域之间进行映射时，设计解的确定需要符合独立性原理，若存在多个设计解均符合独立性原理时，则需遵循信息公理进行设计解的优选。
2.2专用性设计理论与方法
TRIZ[6]是前苏联Altschuller所提出的，他通过对世界高水平发明专利（累计250 万件）的几十年分析研究，基于辩证唯物主义和系统论思想，提出了有关发明问题的基本理论。TRIZ 理论主要体系包括：8大技术系统进化法则；最终理想解（IFR）理论；TRIZ 的40个发明原理；TRIZ 的39个通用参数及阿奇舒勒矛盾矩阵；物理矛盾和四大分离原理；物-场模型分析；发明问题的标准解法[7]；发明问题标准算法（ARIZ）；科学效应和现象知识库。
2.3产品7D设计总体规划理论
2003年，中国东北大学闻邦椿教授对目前众多的设计理论与方法进行了归纳与分类，他指出这些设计方法可以从不同的角度来满足用户对产品广义质量的要求，但是在产品设计中全面采所有这些设计方法是不现实的，据此他选择了对产品广义质量有重要影响的少数几种方法进行设计，提出了一种面向产品广义质量的“动态优化、智能优化和可视优化”的三化现代机械综合设计法[8]，继而在“三化”综合设计法的基础上提出了1 +3 +X综合设计法，其中的1是功能优化设计，3即是前面所说的三化设计, X是根据机器的特点和要求，采用其他设计方法。综合设计法可以在较大范围内，考虑设计中应该考虑的产品综合质量的问题。2007年，闻邦椿在
综合设计的基础上，提出了基于系统工程的产品7D设计总体规划理论，建立了7D 总体规划模型。从设计思想、设计环境、设计过程、设计目标、设计内容、设计方法、质量检验7个方面对产品设计的3个阶段:规划阶段，实施阶段，检验阶段进行系统的规划。
产品7D设计总体规划理论旨在克服以往设计的弊病[9]，以满足产品的质量、性能、时间、成本、价格和综合经济效益最优为目的，以计算机辅助设计为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，从系统工程的角度对设计进行全局把握。
3.现代设计方法在产品结构刚度及强度设计中的应用
3.1强度的计算
以某车架为例，所选用的钢板材料为40Cr 最佳，安全系数为2.0；材料的屈服极限为335 MPa，许用应力为175 MPa，在此条件下，选取如图1 所示的计算截面，对其进行应力计算，计算结果见表1。
由表1 可知，轮式装载机车的架高应力区应该在I–I、II–II以及III–III 的截面处（即铰孔处），但是由于外界的主要载荷作用在三者的截面处[10]，导致截面处容易出现应力集中现象，所以三者的截面处的应力应该最高，但是强度却偏低。最大的应力出现在II–II 的截面处，约135.3 MPa，由此可见，最高的截面应力还是低于所选材料的许用应力值大小。通过以上分析可以发现，车架的外侧板铰应该适当的加强，此外其他各部位的硬度应该设计成较低。
3.2刚度的计算
本文，笔者所选用的程序给出了3 种载荷计算工况车架每个节点处的位移量，同时也给出了各个节点沿着三维空间坐标轴O–xyz 方向的面位移以及线位移。车架的变形如图2 所示
由图2 可知，车架的上半部分发生的形变较大，而下班部分发生的形变较小。车架顶部发生的形变最大。车架其他截面的变形值见表2。
4.展望
随着设计在制造业中的作用日益突出, 设计理论与方法的研究将沿着下面几个方面展开：
(1)理论研究的深入及实用性的加强。在理论方面，针对产品设计的实际需求应进一步建立更为完善的范式，并在已有理论基础上进一步展开复杂性科学的相关问题研究;另外，上述理论已成功应用于各个领域，但其理论的工程实用性加强方面的研究还要继续开展, 主要是如何解决设计各个阶段的实际应用问题及实用工具的研究，达到框架模型和系统工具的更加实用化[11]。
（2）系统设计理论与具体设计理论的集成应用。在现代产品设计中，需要综合应用多种设计方法达到产品的设计要求，尤其需要在系统的设计理论指导下，应用具体设计方法即技术设计方法进行详细设计。因此在研究设计理论与方法的同时，需要加强各种设计方法之间内部关系的研究，综合不同设计方法的优点，提高产品的设计质量。在不同历史时期，产品设计理论与方法被赋予了不同的“色彩”，具有鲜明的时代特征。随着网络时代的到来，我国制造业企业普遍面临着广义设计知识的海量增长与可用有效知识之间的矛盾、设计竞争的剧烈化及设计资源结构的水平化发展等问题，促使研究者从设计的本质出发，对设计理论与方法进行重新认识与研究。未来应从设计方法[12]及其知识获取两方面展开系统化研究，通过知识获取及其与设
计过程的有效集成，以期能够提升我国产品创新设计的效率与质量。笔者提出关于未来产品现代设计理论与方法研究的一点思考如下。各种设计理论与方法的有机融合研究；分布式资源环境下设计理论支撑方法及工具的研究；设计知识及其知识服务研究；产品全生命周期设计研究及其实现方法的深化与具体化；多利益方协调机制与信任的研究[13]。
5.参考文献
［1］温诗铸，黎明．机械学发展战略研究［M］．北京：清华大学出版社，2003．［2］王成焘，现代机械设计—思想与方法［M］．上海：上海科学技术文献出版社，1999．
［3］闻邦椿，韩清凯．产品设计的重要性与面向产品总体质量的综合设计法［J］．科技和产业，2003，3（11）：12-23．
［4］侯智，张根保，丁志华等．基于QFD、TRIZ和三次设计的集成化设计方法研究［J］．组合机床与自动化加工技术，2003（2）：30-32．
［5］Tian G Y, Yin G F, Taylor D. Internet2based manufactur2ing: A review and a new infrastructure for distributed intelli2gentmanufacturing[ J ]. 2002, 13 (5) : 323 - 338. ［6］Ankiewicz Piet. Some imp lications of the philosophy of tech2nology for Science, Technology and Society studies[ J ]. In2ternational Journal of Technology and Design Education ,2006, 16 (2) : 117 - 141.
［7］温诗铸,黎明. 机械学发展战略研究[M]. 北京:清华大学出版社, 2003.
［8］王小同, 范立础.智能设计系统的DS模型[ J] .模式识别与人工智能, 1996 ［9］冯培恩.我国设计学的发展现状和趋势[ J] .机械工程, 1991,2(4):13～16
［10］戚昌滋.优化论方法学—广义优化是现代设计的目标.现代广义设计科学方法学[M] .北京:中国建筑工业出版社, 1987
［11］高荣.广义优化设计[M] .北京:煤炭工业出版社, 1992
［12］孙国正.工程机械广义优化方法研究与应用[M] .北京:科学出版社, 1992 ［13］冯培恩, 潘双夏, 段宝岩等.面向工程的广义优化设计[M] .北京:机械工业出版社, 1996
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。
第一章 1现代设计理论与方法是一门基于思维科学、信息科学、系统工程、计算机技术等学科，研究产品设计规律、设计技术和工具、设计实施方法的工程技术科学。 2设计的概念，广义概念是指对发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节及达到的目标。狭义概念是指将客观需求转化为满足需求的技术系统(或技术过程)的活动。 3设计的含义：为了满足人类与社会的功能要求，将预定的目标通过人们创造性思维，经过一系列规划、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件，以取得最满意的社会与经济效益，这就是设计。 4设计的特征：需求特征、创造性特征、程序特征、时代特征。 5设计的四个发展阶段：直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶、现代设计阶6现代设计与传统设计的区别: 传统设计：以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。传统设计方法基本上是一种以静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动为特征的设计方法。 现代设计：是一种基于知识的，以动态分析、精确计算、优化设计和CAD为特征的设计方法。 7现代设计方法与传统设计方法相比，主要完成了以下几方面的转变： 1）产品结构分析的定量化；2）产品工况分析的动态化；3）产品质量分析的可靠性化；4）产品设计结果的最优化；5）产品设计过程的高效化和自动化。 8现代产品设计按其创新程度可分为：开发性设计、适应性设计、变形设计三种类型。 第二章 1功能分析组合方法：求总功能（黑箱法）分功能求解方法（调查分析法、创造性方法、设计目录法）原理解组合（形态分析法） 第三章 1创造技法：（一）集体激智法：(专题会议法，德尔菲法，635法)通过多人的集体讨论和书面交流，互相启迪，并发灵感，进而引起创造性思维的连锁反应，形成综合创新思路的一种创新技法。（二）提问追溯法：（奥斯本提问法，阿诺尔特提问法，5W-1H提问法）是通过对问题进行分析和推理来扩展思路，或将复杂的问题加以分解，找到各种影响因素，从而扎到问题的解决方案的一种创造性技法。（三）联想类比法：（联想发明发，类比发明发，仿生法，综摄法）通过启发、联想、类比、综合等手段，创造出新的想法，这种创造技法就称联想类比法（四）组合创新法：（性能组合，原理组合，功能组合，结构组合）利用事物间的内在联系，用已有的知识和现有的成果进行新的组合。从而产生新的方案。
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
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，
文化结构的产品设计方法综述产品设计师通过以用户为主体的设计方法，归纳出产品设计的几大重要因素组成的体系（产品—人—环境）。其细分为：（1）用户相关的使用、心理等用户（人）核心体系；（2）产品本身所具备的功能品质等产品体系；（3）产品外环境所承载的品牌、潮流等因素的环境体系。层次化结构则将该体系由表至里进行了区分与归纳。 层次化结构的构成 产品设计中，以汽车造型设计为主要特征代表的形态设计派的设计宗旨是从外观造型的线条、曲面、空间体上打造设计哲学理念，或是简洁、或是优雅、或是灵动、或是强悍，这些风格一旦被塑造定型并确定了它的文化性质，即成为了某个品牌某个风格的一种文化语言，有时，这些风格与传统文化的某些特征具有相同之处或者如出一辄，此时，设计便可相通。有时，设计师试图通过在产品表面贴纹样而提高产品的文化底蕴，笔者认为这仅仅是产品设计的一个最简单的途径，也仅仅是文化传承的最浅层次，容易被认为是“俗套的设计”，因此其层次关系有待深入挖掘。层次化知识结构，将其解析为：基于层次构架与互通性的传统文化精神与产品设计的知识结构。层次上的构架包括：表层、中层、内层、核层。表层内容：传统文化表现为纹样符号，而产品设计的表现为图形美化装饰；中层内容：传统文化表现为风格样式，而产品设计表现为形态样式；内层内容：传统文化表现为行为习惯，产品设计表现为方式、功能；核层内容：传统文化表现为精神与文化内涵，产品设计表现为品牌形象、理念、品质内涵。朴素简洁
的无印良品CD播放器无印良品CD播放器产品设计，通过一根拉绳操作音乐播放与停止，裸露的旋转CD盘面给人简单而美妙的观感。此设计无疑是对产品与文化深层次的挖掘与表现的设计构思。如此设计需要大胆与锐利的目光，传统文化中没有CD播放器，而CD播放器的操作一直都被认定为有几个按钮的操作方式。笔者认为，这样的设计并非仅仅对风格的追求，并非因为风格的框架所决定的，而是对文化与产品层次挖掘的成果。无印良品的产品包装以简单朴素为特色风格，使用环保的无漂白纸张作为商品袋，给人以新鲜、纯粹的感觉[3]。从表1可知，该产品的设计是通过对产品进行深入挖掘，发现了文化的对等性，而将两者融合，最终在产品的外观中体现出融合的结果，这是文化在现代化产品设计上应用的典型例子。装饰华丽的诺基亚“回纹”手机曾盛极一时的诺基亚回纹系列手机，可谓文化（符号）与产品结合的经典，无论是纹样还是材质，无论是触感还是交互，这款手机的设计都给人强烈的文化刺激。虽然曾有人质疑其过于花哨的外表，但没有人怀疑它的商业成功。多少年后的今天，从另外一个新的视角去看，这款产品的设计，在设计手法上表达了“文化”的哪个方面、层面？用户体验设计的经典——iPhone手机目前依然风靡全球的苹果iPhone手机以独特的操作体验、简练的形式给人眼前一亮的感觉，使用过的人无不被这种技术和设计带来的操作体验而折服。iPhone手机的成功更多的是对产品的理解，同时在工业设计上对用户为中心的PHE设计体系的客观分析。 基于文化应用层次化结构的产品设计方法
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？
机械优化设计综述与应用 苟晓明 （重庆理工大学重庆汽车学院，重庆市400054） 摘要：机械优化设计是一门实践性很强的综合性学科，在现代机械设计中占有非常重要的地位，其应用价值十分高，是非常有发展潜力的研究方向。文章对机械优化设计的基本理论，基本研究思路、优化设计方法、软件的应用情况以及应用中可能遇到的问题等分别进行了简述，分析了优化设计应用的发展趋势。并应用Matlab优化工具箱对产品进行了优化设计应用实例分析。 关键词：机械优化设计；优化方法；蜗杆传动；Matlab Summary of Mechanical Optimal Design and Application GOU Xiao Ming (Chongqing University of Technology, Chongqing Automobile Institute,Chongqing,400054,Chain) Abstract: Mechanical optimal design is a very practical comprehensive discipline, it plays a very important role in modern mechanical design. Its value is very high, and is very promising research direction. This article summarized the basic theory of optimal design, research ideas, optimal design method, the application of software and possible problems in use the software. Analyze the application and trends of optimization methods. And use Matlab optimization toolbox to analyze the optimal design of products. Key words：mechanical optimal design; optimization method;worm transmission; Matlab 0 引言 优化设计是20世纪60年代发展起来的，以数学规划理论为基础，根据最优化的原理和方法，应用计算机技术，寻求最优设计参数的一种新方法，为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。优化设计首先需根据工程需要将实际问题转化成数学模型，然后选择合理的优化方法，通过计算机求得最优解。能使设计周期大大缩短，提高计算精度、设计效率和设计质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 1 优化设计基本概念 机械优化设计就是在满足给定的载荷、环境条件、产品的形态、几何尺寸关系或其它约束条件下,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立目标函数和约束条件, 利用数值优化计算方法使目标函数获得最优设计方案一 种现代设计方法]3 1[ 。进行最优化设计时，首先必须将实际问题加以数学描述，形成一组由数学表达式组成的数学模型，然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上运算求解，得到一组由数学表达式组成的最优设计参数。利用优化设计，可进一步改善和提高产品的性能；在满足各种设计条件下减少产品或工程结构重量，从而节省产品成本消耗、降低工程造价;可以进一步提高产品或工程设计效率。因此，优化设计是直接提高产品设计性能、降低产品成本的有效设计方法。优化设计可给企业带来直接的经济效益，从而提高企业产品的竞争能力。 优化设计的目标是使设计对象最优，而优化设计的手段是计算机及优化计算软件。优化计算软件是以优化计算方法为基础而形成的应用程序系统。因此，优化设计还可以被理解为采用计算程序的从设计空间搜索最佳设计方案的现代设计手段。优化设计与常规设计相比具有借助计算机为工具的明显特征。优化设计中优化计算方法的数学基础包括线性规划、非线性规划、动态规划、几何规划等内容的数学规划理论。 优化设计一般包含如下主要内容:①将设计中的实际物理模型抽象为数学模型。确定设计过程中主要的设计目标和设计条件，在此基础上构造评价设计方案的目标函数和约束条件等。②数学模型的求解。根据数学模型的性质，选择合适的优化方法，并利用计算机进行数学模型的求解，得到优化设计方案。 任何机械设计问题，总是要求满足一定的工作条件、载荷和工艺等方面要求，并在强度、刚度、
国内外沥青路面设计方法综述 周利,蔡迎春,杨泽涛 (郑州大学环境与水利学院,郑州450002) 摘要:当前世界各国众多的沥青路面设计方法,可概括地分为2类:一类是以经验或试验为依据的经验法;一类是以力学分析为基础,考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的力学-经验法。简要介绍目前国内外典型设计方法(CBR法、A ASHT O法、S HEL L法、A I法及国内方法),并比较其优缺点,针对现行设计方法,特别是我国设计方法,提出改进意见。 关键词:沥青路面;设计方法;综述 文章编号:1009-6477(2007)04-0036-04中图分类号:U416.217文献标识码:B S ummary of Dome stic&Overseas Asphalt Paveme nt Design M ethod Zhou Li,Cai Y ingc hun,Y ang Zetao 沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上,铺筑一定厚度的沥青混合料作为面层的路面结构。以沥青路面为主的柔性路面设计理论与方法研究已有近百年的历史,其发展历程经历了古典法、经验法和力学-经验法3个阶段。当前世界各国众多的沥青路面设计方法大体为后面2种,即以工程使用经验或试验为依据的经验法和以力学分析为基础,考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的力学-经验法。为了更好地借鉴前人的研究成果,有助于指导今后设计方法的研究,本文简要介绍目前国内外几种典型的设计方法:(1)经验法的代表方法:CBR法和A AS HTO法;(2)力学-经验法的典型代表:AI法和SHEL L法;(3)我国2004规范(报批稿)采用的设计方法,并作简单评价。 1国外沥青路面设计方法 国外的沥青路面设计方法,可分为经验法和力学-经验法2大类[1]。 1.1经验法 经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测,建立路面结构、荷载和路面性能三者间的经验关系。最为著名的经验设计方法有美国加州承载比(CBR)法和美国各州公路和运输工作者协会(AA SHT O)柔性路面设计法。 1.1.1CBR法[2-3] CBR法是以CBR值作为路基土和路面材料(主要是粒料)的性质指标,通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR测定,建立起路基土CBR-轮载-路面结构层厚度3者之间的经验关系。利用此关系曲线,可以按设计轮载和路基土CBR值确定所需的路面层总厚度。路面各结构层的厚度,按各层材料的CBR值进行当量厚度换算。不同轮载的作用按等弯沉的原则换算为设计轮载的当量作用。此方法设计过程简单、概念明确,适用于重载、低等级的路面设计,所提出的C BR指标已作为路面材料的一种参数指标得到了广泛应用。如日本的路面设计经验法(T A法)就是以CB R法为基础制定的。 1.1.2AA SHT O法[2,4-5] A AS HTO法是在1958)1962年间A AS HO试验路的基础上建立的。整理试验路的试验观测数据,得到了路面结构-轴载-使用性能三者间的经验关系式。路面结构中的路基土采用回弹模量表征其性质,路面结构层按各层材料性质的不同转换为用一个结构数(S N)表征。AAS HT O方法提出了现时服务能力指数(PSI)的概念,以反映路面的服务质量。PS I是一个由评分小组进行主观评定后得到的指标,它与路面实际状况(坡度变化、裂缝面积、车辙深度、修补面积)之间建立经验关系式,提出了轴载换算的概念和公式,考虑了结构的可靠度和排水条件的影响,这些思想对后来世界各国的设计思想产生了很大的影响。 1.2力学-经验法 力学-经验法首先分析路面结构在荷载和环境作用下的力学响应(应力、应变、位移),利用在力学 公路交通技术2007年8月第4期Technology of Highw ay and Transport Aug.2007No.4 收稿日期:2007-01-10
机械优化设计的应用及展望 解博 （陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中７２３００３ ［摘要］论述了机械优化设计的内涵；分析了机械优化设计在机械工业、汽车工业、航空航天工业的应用；并对机械优化设计的发展进行了 展望。 ［关键词］机械优化设计；应用；展望 机械优化设计是最优化设计技术在机械设计领域的和应用，机械优计，涉及到飞机机身及飞机结构整体机械优化设计；涉及到火箭发动机化设计基本思想是根据机械设计的基本理论，方法和现有的标准规范等壳体及航空发动机轮盘机械优化设计；涉及到潜艇结构及潜艇外部液压建立起能够反映工程设计问题和符合优化所需数学要求的数学模型，并舱机械优化设计；涉及到机器人等机械优化设计。机械优化设计的理论采用数学规划的基本方法和计算机技术自动找出优化设计问题的最优方与方法也应用于大规模的工程建设，涉及到筑桥梁及石油钻井井架机械案。当前，机械优化设计的基本理论和基本方法随着现代设计理论及方优化设计；涉及到大型水轮机结构等机械优化设计。机械优化设计还应法的发展不断更新，并且优化设计所用工具软件也随着科学技术的发展用于运输工具零件的优化设计，涉及到汽车车架及悬挂机械优化设计；不断扩展和深化。目前机械优化设计主要是将优化设计的基础理论、国涉及到车身箱形梁结构及起重机机械优化设计；涉及到装载机平面或空际大型通用化的优化设计工具软件与现代工程应用实例密切结合，通过间桁架结构机械优化设计；涉及到各类减速器及制动器圆锥机械优化设机械工程实际应用使得工程技术人员掌握优化设计方法的实质内容及工计；涉及到圆柱齿轮及连杆机构和凸轮机构机械优化设计；涉及到各类程应用技巧。所以，加强机械优化设计的应用研究具有一定的实际意义。弹簧及轴承等机械优化设计。 1 机械优化设计的内涵机械优化设计随着现代制造科学的发展应用领域更加广泛。机械 机械优化设计是一门综合性的学科，既涉及到数学、物理学知识，优化设计正以微电子、信息、新材料为代表的新一代工程科学与技术的又涉及到应用化学、应用力学和材料学知识，具有理论价值和应用价发展为基础。所以，机械优化设计一方面极大地拓展了制造领域的深度值，是非常有发展潜力的学科。机械的优化设计与机构设计、机械传动和广度，另一方面改变了现代制造过程的设计方法、产品结构。同样，设计和机械强度评价共同组成了机械设计的内涵。机械
现代机械设计理论及方法大作业及考试题 一、提交一份现代机械设计理论与方法理论及实际应用综述报告要求：阐述五种以上现代设计方法，参考文献不低于10篇，其中必须包含有英文参考文献。 二、完成现代机械设计理论与方法开卷试题，试卷题目如下： 1、采用系统化设计流程说明某公司今年需要投资研发一款新型汽车的整个设计流程。（20） （1）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的规划设计过程？ 答：首先需要通过市场调研，了解现有汽车的性能特点及市场上不同消费阶层客户对汽车功能、外观、能耗、及性价比的期望，然后与设计、营销人员共同分析讨论研究，明确所设计汽车的类别、目的和任务，最后结合实际现有生产能力的情况策划出生产汽车的品种样式，为后续工作做准备。 （2）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的方案设计过程？ 答：根据前一阶段制定的设计汽车类别和任务要求，利用系统化设计方法确定所设计汽车的总功能，然后将该总功能分解成为单个的分功能（功能元），然后利用物理数学知识及创造技法对该功能元求解，以得到最佳原理解，再通过最佳原理解的组合得到不同的设计方案。最后再根据对汽车的设计任务要求选择最佳设计方案。 （3）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的技术设计过程？ 答：根据方案设计阶段确定的汽车设计方案，召集设计人员初步设计出汽车的设计总图，然后对汽车进行可靠性设计、造型设计和工艺设计，以定性设计出汽车的结构，再选取汽车不同部件的材料、尺寸，通过对汽车进行价值设计、有限元设计、优化设计和动态设计，以定量设计汽车的具体结构尺寸。最后，请专家对这一阶段设计的汽车进行技术评价分析。
（4）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的施工设计过程？ 答：首先根据对汽车的前期设计和评价分析，对汽车进行总体设计，即通过专家系统、CAD/CAM 等技术设计出汽车的装配图，然后对汽车的零部件进行具体设计，即通过机械制造技术、装配、检验等方法确定汽车具体零部件的图纸，最后编写汽车设计的技术文件，图纸校正和汇总，以得到汽车最终设计说明书。 2、用系统化设计方法分析并提出垃圾清洁系统（车）的总体方案；用一种评价方法进行评价，得出合理方案，并建立该系统优化数学模型。 (20分) 答：首先，通过问卷调查等方式明确垃圾清洁车的总功能——压缩运输物料；然后，对其进行功能分解：压缩运输物料分为压缩物料和运输物料，而压缩物料又分为传动和压缩，运输物料分为传动和移位；再对分功能求解，通过垃圾清洁车的形态学得到具体的分功能解；最后方案组合，从得到的垃圾清洁车众方案中通过评价分析选取出效率高、承载能力强、生产及使用环境友好的垃圾清洁车，即最佳方案。 现代社会垃圾清洁车的生产要求成本低，使用要求寿命长且维修方便。因此采用技术——经济评价法来对垃圾清洁车的设计方案进行评价。 技术——经济评价法即对设计方案就经济和技术方面进行评价，求出加权相对价值，再进行综合比较。 （1）获得垃圾清洁车的技术评价Wt 垃圾清洁车的技术评价目标是求方案的技术价Wt ，就是求出垃圾清洁车的各项技术性能评价指标的评分值和加权系数乘积之和与最高分值的比值： max 1p q p W n i i i t ∑-= 其中，i p 是各项技术评价指标的评分值；i q 是各项评价技术指标的加权系数，11=∑-n i i q ；max p 是最高分。 （2）获得垃圾清洁车的经济评价Wt 垃圾清洁车的经济评价目标是求方案的经济价Ww ，就是求出垃圾清洁车的理想生产成本与实际生产成本的比值：
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
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
绪论 1、设计的的本质是由功能到结构的映射过程，是技术人员根据需要进行构思、计划并把计划变为现实可行的机械系统的过程。 2、计划具有个性化、抽象化、多解性的基本特征。 3、现代设计方法： 计算机辅助设计概念：计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备辅助人们进行设计。优化设计是从多种设计方案中选择最佳方案的方法，它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。 有限元设计就是利用假想的线和面将连续的介质内部和边界分割成有限大小、有限数目、离散的单位来研究。 稳健设计通过质量工程方法在产品设计阶段就要求把产品设计完美、健全，不受或尽量减少生产线波动带来的影响，以保证产品达到预期的质量效果。 虚拟设计是一种新技术，它可以在虚拟环境中用交互手段对在计算机内建立的模型进行修改，缩短了产品开发周期，提高了产品设计质量和一次设计成功率。 创新设计、智能设计、表面设计、绿色设计、动态设计、摩擦设计、协同设计、工业设计等。一 1、计算机辅助设计（简称CAD）：是计算机科学领域的一门重要技术，是集计算、设计绘图、工程信息管理、网络通信等领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分。 2、CAD：（computer aided design）：即计算机辅助设计CAE(computer aided engineering）：即计算机辅助分析，CAM（computer aided manufacture）：即计算机辅助制造，CAPP（computer aided process planning）：即计算机辅助工艺设计，CIMS（computer integrated manufacturing system）：即计算机集成制造系统， 8、CAD的特点：1）规范化、高质量规范设计流程，统一文档格式，提高设计质量。9、CAD发展方向：脱离图版，实现全自动无纸化设计、生产和制造，是CAD发展的最终目标。 10.CAD的基本功能及优点：1）人机交互 2）几何造型 3）计算分析 4）系统仿真 5）工程绘图 6）数据管理 11、CAD系统组成：CAD系统的硬件结构：计算机、图形输入设备、输出设备 CAD系统的软件：软件系统、支撑软件、应用软件。 二 1、优化设计：是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。 2、P49页：例2-1 黄金分割法求函数，3无约束优化方法：坐标轮换法、牛顿法、 约束优化方法：遗传算法、惩罚函数法、复合形法多目标优化方法：多目标优化问题、主要目标法、统一目标法 三 1、有限元法的概念：把复杂的结构看成由有限个单元组成的整体的一种设计方法 2、有限元法的基本思想：化整为零，积零其整，把复杂的结构看成由有限个单元组成的整体 3、弹性力学中的基本假设：连续性假设，完全弹性假设，各向同性假设，均匀性假设，微小性假设，无初应力假设 2、弹性力学的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程、边界条件
机械现代设计方法及展望 摘要：机械设计是机械工程的重要组成部分，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：机械设计方法展望 1、引言 机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将这些转化为具体地描述以人为制造依据的工作过程。机械设计作为工程设计的重要组成部分，不仅代表着将科学发现转化为经济实践的成果，也表征着一个国家和地区的制造业发展水平。 近十几年里，工业产品的设计理论和制造方法发生了极大的变化。首先，由于计算机辅助设计(CAD)、辅助工程(CAE)和辅助制造(CAM)等方法的普遍推广，改变了传统的设计模式，提高了设计质量和工作效率，使设计加工周期大大缩短；其次，机器人及自动化生产线的广泛使用，把操作者从繁重的体力劳动和危险作业环境中解放出来，提高了劳动生产效率。 2、机械设计的常用现代设计方法 2.1专业的现代设计方法 由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件，能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理，可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为，并形成固定的设计程序，这就是专业的现代设计方法，如：振动分析和设计，摩擦学设计，热力学传热设计，强度、刚度设计，温度场分析等等。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。例如：用Pro/M软件分析机械装置的动态特性，用ANSYS软件分析应力都是这方面很好的例子，为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。 2.2 通用的现代设计方法 为了满足机械产品性能的高要求，在机械设计中大量采用计算机技术进行辅助设计和系统分析，这就是通用的现代设计方法。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。 2.2.1 优化设计 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根
现代设计方法综述及在灌注桩抽芯钻机上的应用 摘要：现代设计是传统设计活动的延伸和发展，是传统设计的深入、丰富和完善。随着计算机技术等现代高新技术的高速发展以及设计实践经验的逐步积累，设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃，这种有别于传统设计方法的新兴理论与方法称为现代设计。现代设计方法以计算机辅助设计技术为主体，以满足产品的质量、性能、时间、成本、价格等综合效益最优为目的，它不仅指设计方法的更新，也包含了新技术的引入和产品的创新，既是新兴理论，亦是相关高新技术。本文亦对现代设计方法在灌注桩抽芯钻机设计上的应用，从而更好地理解其在现代设计上重要作用。 关键词：现代设计；现代设计方法；发展趋势；灌注桩抽芯钻机 1 现代设计的由来 设计是把一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的活动过程，是具有高级思维能力的人的本能。人类为了适应生存环境和发展自身，出现了各种精神上和物质上的需求，为了满足这些需求，人们需要通过创造性的思维产生构思，并采取一定的技术途径实现这些构思，改造世界，创造文明，创造物质财富和精神财富，这个过程就是设计。因此，可以说从人类诞生之日，就孕育了设计的萌芽，设计活动就是人类文明的创造活动，它不论是在精神财富还是在物质财富的创造中都起到了重要作用。人类最基础、最主要的创造活动是造物。设计便是造物活动进行预先的计划，可以把任何造物活动的计划技术和计划过程理解为设计。 随着工业革命的到来，生产方式发生了巨大变化，促使人们加强了设计基础理论和各种专业产品设计的研究，以提高设计水平；同时还加强了零件的标准化、部件的通用化以及产品的系列化研究，以进一步提高设计的速度、质量，降低设计成本。在计算机出现以前，人们就已经把各种产品设计的经验总结成有关的设计理论、设计步骤和设计手册等，这种设计通常称之为传统设计。 随着科学技术的发展和人们需求的不断提高，促使设计的内涵和外延不断深化和扩展。从20世纪60年代末开始，设计领域相继出现了一系列新的设计思想、理论与方法，使设计变得更加科学、理性和高效，为了与之前相对经验的、感性的、以人工为主的传统设计相区别，人们称之为“现代设计”。 2 现代设计方法 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涉及领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。目前它的内容主要包括：优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、工业艺术造型设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、相似性设计、模块化设计、反求工程设计、动态设计、有限元法、人机工程、价值工程、并行工程、人工神经元计算方法等。在运用他们进行工程设计时，一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。本文以计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、工业艺术造型设计、设计方法学、三次设计等为例来说明现代设计方法的基本内容与特点。 2.1 计算机辅助设计 计算机辅助设计（Computer Aided Design)，简称CAD。他是把计算机技术引入设计过程并用来完成计算、选型、绘图及其他作业的一种现代设计方法。计