现代机械综合设计理论与方法及应用
1、简要分析现代产品设计理论与方法的发展状况？
答：
①.现代产品设计理论简介
与传统设计理论如强度、刚度等不同，现代产品设计理论与方法是一种新兴的设计理论与方法，特别是利用计算机进行优化分析、辅助设计和可靠性计算等设计理论与方法。因此，现代产品设计理论与方法的内容覆盖面很广，它应当包括所有非传统意义上的新兴设计理论与方法。
现代产品设计到现在已提出了数十种方法,如绿色设计、全生命周期优化设计、虚拟设计、创新设计、网络设计和并行设计、基于质量功能展开的(QFD)设计、动态设计、三次设计法、智能设计、可视化设计公理化设计，TRIZ、DFX、稳健设计，可靠性设计，协同设计，可持续设计等等。下面简单就其中一些进行介绍。
全生命周期优化设计:对产品的工作寿命的考虑，在理论上看来是比较全面、比较合理的，但实施起来比较困难。一是目标函数和约束条件太多，二是所需的原始数据很难准确的获取，因此难以获得十分精确的结果。此外，这种方法对机器的工作性能的好坏，如技术性能和使用性能等，未能得到明确的反映。
虚拟设计:美国已将虚拟设计与制造应用于777飞机的设计与制造过程中，这种方法对于某些产品来说，是具有重要意义的，是可以采用的。对于设备的工况予以现实模拟，使用户可以直接从外观上，或从它的功能上较全面了解所需设备的情况。但是对于一些特别复杂的机械设备，深层次的情况很难进行模拟。此外，虚拟技术如果没有充足的试验资料或良好的实践基础，这些虚拟技术也会是不完全符合实际的。
创新设计:创新包括了原始创新、集成创新和引进消化吸收后再创新。在创新设计中提倡的是设计的创造性，一旦设计工作者提出的新原理是合理的，它可根本改变产品的结构，进而可提高产品质量、降低成本、缩短生产周期、改善环境的保护等。产品创新设计是一种设计思想和设计理念。但是产品设计的创新应该具有科学性，即应在科学发展观指导下进行设计的创新，创新者除了要掌握
有关基础理论与知识外，还要掌握创新的科学方法，即掌握事物发展的内在规律，还要通过实践来完成。
网络设计和并行设计:利用这些方法可以加快产品的设计速度，加速各设计部门间的联系，缩短设计制造周期。它并不明确包含设计的那些具体内容。这些方法对保证与提高产品设计质量和缩短设计周期具有重要的意义。
基于质量功能展开的(QFD)设计:这种方法以用户的要求为出发点，从产品所要求实现的功能的角度，建立起表征产品质量的多个质量屋(HOQ)，然后对产品进行设计规划与优化，使产品质量具有较高的档次。这种方法对复杂机械来说，实施起来相当困难。
三次设计法:此方法是由日本的Tagnchi于20世纪60年代提出的，即包括系统设计、参数设计和容差设计，现在已发展为具有智能性质的三次设计法。提出这种方法的出发点是更加全面地考虑提高产品的质量，降低制造成本和缩短制造周期。
动态设计:不论是国内还是国外，动态设计都还处在初级阶段，许多高层次动态设计问题正在研究过程中。正因为如此，目前大型高速旋转机械屡屡发生毁机事故，由于这些事故多数是在强非线性、强祸合、非稳态的条件下发生的，因此，近来国内外科技工作者对这些机械的动态设计十分重视。动态设计己经从一般的动态设计向更高层次的方向发展，即向非稳态(慢变、参变、时滞等)、非线性、强耦合、高维、多参数的研究方向发展。这就要求设计者用更新和更高深的理论、方法与技术进行设计，这必然会给更高层次的动态设计带来较大的难度。
智能设计:它有两种不同的含义，一是用智能方法进行设计，二是对设计的对象实现智能化。这是国内外产品设计的主导方向，也是现代机械设备所应该体现的基本内容。对于智能设计，国内外都十分重视，因为产品的智能化会在较大程度上提高产品的性能和质量，提高产品在国际市场上的竞争力。文中所指的智能设计是对产品的性能参数及其工作过程进行智能控制与优化，使产品具有优良的工作性能，进而给产品带来经济效益和社会效益，甚至是重大的经济效益和社会效益、这是任何一种产品设计所不可缺少的，也是机器设计中首要考虑的问题。
可视化设计:可视化设计或局部范围内的虚拟设计，它对检查产品结构上合理性、可制造性或可装配性等具有重要意义。通过可视化检查可以了解产品在设计中存在的缺陷，并及早地进行修改，避免设计工作过程中时常出现的重新设计
与返工，从而可以加快设计进度，缩短生产周期。此外，设计过程中对机器的工况或工作过程进行仿真也是可视化设计中的一项重要内容，对机器的工作参数和工作过程进行动态模拟或仿真，在某种程度上可以代替试验，减少试验的次数和时间，但新产品试制后的试验工作也是不可缺少的，通过试验，对机器合理的工况或不合理的工况进行反馈，从而肯定或否定原有的设计，或对原有的设计进行改进，使产品向更高的层次上发展。
绿色设计：绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，在考虑产品功能、质量、开发周期和成本的同时，还要充分考虑对资源和环境的影响，使产品及制造过程对环境负面影响尽可能的小，以符合环保标准。绿色设计的主要内容包括：材料选择、制造工艺选择、可拆卸性和回收设计等。通过分离不同成分材料，采用不同工艺方法处理零部件，以及设计易于拆卸结构，使产品易于处理、回收和再利用，使其对环境的影响尽可能低。同时，设计的产品应当维护方便。有时还需要对产品包装和物流运输等进行设计，以减少资源的消耗和过程对环境的影响。绿色设计的主要方法有：模块化设计、循环设计、组合设计、可拆卸设计和绿色包装设计等。
②.未来发展趋势
a.设计理论与方法的集成不同背景下发展起来的设计理论各有自己适合的应用领域，如QFD在把客户需求转化为工程技术指标方面表现突出，TRIZ在解决产品设计冲突方面有独特优势等。另外，由于新技术的发展，产品开发变得越来越复杂，而上市时间和产品生命周期却越来越短，这使单一的设计理论无法满足产品设计的要求，因此需要把不同设计理论中的设计工具集成为统一的设计模型以适应产品设计过程中的各阶段，这是未来设计理论的重要发展方向。
目前，国内外学术界研究得比较多的集成模型有：QFD、TRIZ和稳健设计的集成；TRIZ和约束理论、价值工程、公理化设计的集成等，研究思路是以某种设计方法为骨干，集成其他设计理论的某些工具以组成新的设计模型。设计理论的集成将使得系统化、结构化的产品创新设计成为可能。
b.设计过程的虚拟化信息技术正在改变企业运作的方式，产品设计也不例外，信息技术的发展使设计过程虚拟化成为可能，并成为降低设计成本的重要方法。要实现设计的虚拟化，要求未来的CAD系统不仅能够在二维和三维之间描述物体的几何特征，而且要能描述产品的性能特征，使产品设计，甚至制造的整
个过程都能通过计算机仿真完成。
就企业内部而言，设计过程的虚拟化使不同企业间的协同设计成为可能，企业间的智力资源可以互为补充；外部则使顾客参与企业产品设计变为现实，顾客需求真实反映在产品设计的每一步中，提高了产品设计的成功率。
c.设计方法的科学化现代产品设计理论工具层依赖于信息技术的快速发展而不断进步，计算机强大的数据处理能力使神经网络技术、遗传算法、模糊数学等工具可以应用在产品设计领域。但是设计过程内在规律的研究进展不大，因此需要探求以科学原理为基础的产品设计理论，逐步摆脱经验为主的传统设计方法，从而系统化地提高设计效率。
另外，设计中人的创造性作用巨大，因此还需研究创造性的基本规律和人类思维的本质，来挖掘设计师的潜力。目前，公理化设计和TRIZ理论是这方面取得较好进展的设计理论。
2、试述产品质量、功能与性能的关系？
答：
产品质量:对于产品设计者来说，产品质量包括产品的质量（使用质量）在内的五大要素，质量Q（狭义的）、成本C、设计制造周期T、环境E和售后服务S等所有要求，这些要求可以概括为用户、企业及社会对产品设计工作提出的各种质量要求。
产品功能：产品的功能包括主功能和辅助功能。主功能通常是用来改变物质的状态，具休地说，用来改变被处理物质、物体或物件的几何形态、物理状态、化学组成、生理机能或信息表现形式等各方面的工作，所以在机械产品中要出现物质形态的转变过程，常常呈现物质流的形式，也就是将输入物质的初始形态改变为新的形态。
辅助功能为实现基本功能需完成的辅助工作，常常包含物质的转移、所需运动形式的转换、所需能量的输入、操纵指令的输入、信息的获取、处理及输入等也就是常常出现的物质流、运动形式流、能量流、指令信号流和控制信息流。
产品性能：产品的三大性能分别为结构性能、工作性能、工艺性能（制造性能）。
结构性能包括系统可靠性、人机安全性、材质造应性、工作耐久性、结构紧
凑性、环境无害性、造型艺术性、设计经济性。
工作性能包括工效实用性、运行稳定性、指标优越性、操作宜人性、设备动力性、状态测控性、故障可诊性、使用经济性。
工艺性能包括结构工艺性、机器规范性、容差合理性、生产时间性、设备维修性、装运可行性、废品回收性、制造经济性。
相互关系：产品的(设计)质量应是功能与性能的综合。功能与性能既有其独立性，又有其内在联系，功能不等于性能。因此，产品设计的理想目标应是实现全部功能和全部性能。
对产品设计工作者来说，设计产品所追求的首要目标是产品质量，假如某种产品的质量达不到要求，就会显著降低它的使用价值，甚至完全丧失使用价值，它就会在市场中缺乏竞争力，最终将会被市场所淘汰。在新产品开发中，要充分考虑用户的需求，使产品具有良好的质量、合适的价格、较短的交货时间或生产周期、优良的工作环境及良好的售后服务这5个要素和前面所提出的三大性能是统一的，但三大性能的表述更为具体。
产品的(设计)质量也可以概括为主辅功能和三大性能的综合，通过功能与三大性能的表示产品的设计质量更为具体。
3、基于系统工程的产品设计7D规划模型的具体内容？
答：7D规划阶段属于产品设计第二阶段，该规划共七项内容，如下：
①.明确设计思想。在科学发展观的和自主创新思想指导下完成产品设计工作。应贯彻绿色设计、创新设计和基于系统工程的设计。
②.考虑设计环境。例如考虑政治、经济、人文环境、法律环境、社会环境（至国际与人际环境）、生态环境、技术环境的要求等。
③.确定设计目标。即产品设计工作应面向产品的广义质量和产品的全部功能和性能。
④.拟定设计步骤。设计过程和步骤是指用户需求获取、制定设计任务书、产品概念设计、详细设计和工艺设计。
⑤.规划设计内容。设计内容就是面向产品功能和三大性能的功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计等。
⑥.选择设计方法。如选择广义优化设计法、可是优化设计法、数字化设计
法等。
⑦.检验设计质量。建立产品设计质量的评估体系，采用模糊评价法、价值工程评价法等对产品设计质量进行评估，克服产品设计工作中的不足，进而提高产品的设计质量，使企业产品的设计质量得到有效的保证。此外，还要通过试验及产品使用检验产品的质量。
对于产品设计的每一个映射域的内涵还应进一步的予以具体化，不管是产品的设计思想或设计环境，还是设计目标、设计内容、设计方法或设计质量的评估和检验，都应拟定出实施的具体内容，建立好实际的模型，包括实现的原理、执行的步骤、实施的具体内容和方法以及相应的策略和规则
4、详细阐述“1+3+X”设计法的具体内容？
答：
综合设计法，即“1+3+X”设计法，是指基于功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计并考虑特殊要求优化设计的一种面向现代机械产品广义质量的高层次设计方法。
综合设计法的数学表达式是：1+3+X
括号中的“1”表示产品设计初级阶段的功能优化设计或概念设计，例如采用质量功能展开法；“3”是“三化”综合设计法，即综合“动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计”为一体的广义优化设计方法；“X”则是依据产品的特点采用的设计方法或者实现产品广义质量的其它手段，对于一般产品，创新设计和绿色设计十分重要，“X”就是创新设计和绿色设计，汽车的设计，造型设计十分重要，“X”就是造型设计，等等如此。具体解释如下：
“1”为产品的功能优化设计，即是产品所要实现的功能和用户提出的基本要求出发，选定产品的设计方案，即确定产品机构的形式、各种系统和结构的组成，计算和选择产品的主要的参数。
“3”为动态优化设计、智能化设计和可视化设计。动态优化设计是在已经完成的产品的设计方案的基础上，进一步的分析和计算机械设备及其系统的运动学和动力学参数，计算零部件的刚度、强度及工作耐久性，进而确定机械设备及其零件的尺寸；通过理论分析，研究机器及其系统的动态特性，并在可能进行的机构机构或其模型实验的基础上，对初步设计阶段的图形、尺寸和方案进行修改。
智能化设计有两种不同的含义，一是采用智能化的手段，来完成产品的设计；二是对所设计的产品的主要的参数和工作的过程实行智能控制和优化，使机械设备具有更高的机械工作性能和智能化程度。可视化设计，也是局部范围内的虚拟设计，在设计过程中采用三维的造型和各种先进的可视化技术手段，将机械设备的结构、制造和装配的过程、工作过程的特征形象地变现出来，并通过可视化来检验产品的制造过程和装配过程及机器的运动学和动力学过程、工艺过程的可行性和合理性，发现产品设计中的不足，进而对产品的设计方案和图纸进行修改，以便进一步提高产品的设计质量。
“1+3+X”设计法，它和1+3综合设计法的不同之处在于增加了某些产品对设计方法的特殊要求，这些特殊要求需要特殊设计方法进行设计，所采用的特殊方法可以是一种、两种，甚至更多，这就依赖于所设计的产品的特点和要求。例如，轿车车体外形的设计，即造型设计特别重要，这要求设计者在完成前面几种方法的基础上，进行附加的设计工作。因此，必须采用造型设计法来完成该产品的设计。此外，对于大多数机械设备来说，产品制造完成后、出厂前的试验及投产后运转和运转过程中的检验和测试工作，我们也可以把这些工作称为X，因此X 对于各类产品具有较大的灵活性，可由设计者根据实际情况来决定。
5、举例说明产品质量评价模型，可任意选用如模型),(∨
M，
∧
?
M，),(+?
M的一种或别的方法完成某一产M，),(⊕
)
∧
?
,(∨
M，),(⊕
品质量的综合评价（要求不能与教材内容相同）。
答：
评价对象：以模型M(?,∨)对一台不合格某型号小型汽油机产品质量进行综合评价。
模型介绍：M(?,∨)评价模型中，有
m
b d,j=a d,i r d,ij
,j=1,2···,n
i=1
其中“∨”表示取大(max)运算，“?”为普通实数乘法，即
b d,j=max?(a d,1r d,1j,a d,2r d,2j,···,a d,m r d,mj)
评价过程：建立决策评判集：目前小汽油机产品质量评价的一般做法，确定为
V=优，良，合格，不合格
根据有关专家、长期从事小型汽油机质量检测人员以及经验丰富的使用者对影响小型汽油机产品质量因素集进行的调研，所得到的各因素及其权重分配见表1：
基本评价因素权重二级因子权重动力性0.30 标定功率0.50
最大扭矩及转速0.50 安全防护0.30 防护措施0.35
安全装置0.35
高温防护0.20
防火0.10 运转性0.20 噪声dB(A) 0.40
启动性0.40
稳定调速0.20 经济性0.15 燃油消耗0.40
主要件损坏0.30
密封性0.30
使用信息齐全性0.05 使用说明书0.50
标志、符号、文字警告0.50
表格1通用小型汽油机质量评价模型的评价因子及其权重
由表可得各一级因子权重集为
A1=0.300.300.200.150.05
二级因子权重集为
A12=0.50.5
A22=0.350.350.200.10
A32=0.400.400.20
A42=0.400.300.30
A52=0.50.5
该台小型汽油机各评价矩阵为：
动力性评价矩阵
R12=0001
0.30.50.20安全性评价矩阵
R22=0.40.50.10 0.60.400 0.440.480.080 0.860.110.030
运转性评价矩阵
R32=0.30.50.20 0.20.50.30 0.60.30.10
经济型评价矩阵
R42=0.10.70.20 0.10.60.30 0.20.70.10
使用信息齐全性评价矩阵
R52=0.30.50.20
0.40.50.10
根据该模型运算法则，首先进行第2层运算，得到第1层因子的模糊关系矩阵为
B1=A12°R12=0.150.250.100.50
B2=A22°R22=0.2100.1750.0350
B3=A32°R32=0.120.200.120
B4=A42°R42=0.200.250.100
然后进行第1层运算，得到该产品最终评价矩阵
B=A1°R1
=0.300.300.200.150.05°B1B2B3B4B5T
=(0.063 0.075 0.030 0.15)
决策评判集为
V=优，良，合格，不合格
评价结果：由上面的运算结果,可以直接根据隶属度最大原则, 将该产品判为不合格品，这与实际质量检验评价结果是一致的。
6、简述综合设计理论的特点及意义。
答：
①.综合设计理论的特点：
综合设计理论是将对产品质量有决定性影响几种设计方法有机地结合在一起，这种方法通过明确的设计目标、具体的设计步骤和内容和可以执行的和有效的设计方法，来完成产品的全部设计工作。系统化设计常通过多学科的交叉融合来完成产品设计。这是一种结合功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计等一般设计法的特点，根据机器类型的不同，可以在线性理论的基础上完成的一般综合设计法，对于不少机器设备来说，采用线性动力学理论和线性控制理论就可以完成产品的设计，其他方面与深层次综合设计法基本相同。
综合设计理论的特点是：
非稳态特性。即慢变、突变参变和滞后特性，应考虑系统或工作过程中的非稳定工况下的动态特性。
非线性特性。应考虑系统和工作过程中的非线性因素，不论是机械系统，或是控制系统，几乎都具有非线性的性质。
不确定性。许多机械的几何参量和物理参量是不确定的，对于这类机械要采用随机的方法加以处理，这与一般常规的问题是不相同的。
高维与强耦合特性。多数机器设备的实际工作系统是高位和强耦合的，因此，应该真实地反映机器实际工作情况。
多参数或多变量特性。应考虑机器实际工作过程中具有多参数和多变量等复杂的实际情况。
②.综合设计理论的意义：
现实意义：
通过动态设计，将会是大型旋转机械，如汽轮机、离心压缩机、大型风机、核泵等的动态性能得到改善与提高，克服现有设计中存在的不足。
大型机械设备的工作参数和工作过程的智能控制和优化过程，首先是完成多变量参数控制系统的智能建模，进而研究早智能模型基础上的智能控制理论与方法，使工作参数和工作过程实现最优化。
可视化设计及基于网络的设计图纸交流技术讲将显著提高产品的设计速度与设计水平，将真正有效地加速企业对先进三维CAD/CAE/CAM设计、分析、制造和虚拟装配技术的应用，可以显著提高企业设计人员的技术水平、新产品开发的设计水平和新产品的开发能力。
以市场和用户为中心，以最优的产品质量、最短的产品开发时间、最低的成本和价格、良好的环境和最佳的服务，去赢得用户和市场。
目前，在若干机械设备的设计中采用了综合设计法，并已取得了初步效果。总之，采用综合设计法对现代机械产品进行设计将会加速企业对先进理论与方法的应用，加速提高企业产品设计的技术水平，并进而提高我国装备制造业设计技术水平和企业在市场中的竞争能力，同时会显著提高企业的经济效益和社会效益。
理论意义：
研究产品和开发产品的基本任务是设计出高质量的产品，因此提出和面向产品广义质量的综合设计法对提高产品的设计质量具有积极的意义。
在工程设计部门中可采用的设计方法有几十种之多，要想全面的采用这些方法是不现实的，只能采用对产品质量有决定性影响的几种方法。
为了设计处高质量的产品，还必须研究出高深层次的综合设计法。
建立一种较为完整的，能用于新产品开发、老产品改造的，面向产品广义质量的设计理论与方法，并研究处一种面向产品广义质量的创新设计的软件平台。
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。
3.用梯度法求下列无约束优化问题：MinF(X)=x12+4x22，设初始点取为X(0)={2,2}T，以梯度模为终止迭代准则，其收敛精度为5。 1)求初始点梯度▽F(X) ▽F(X)={2x1,8x2}T▽F(X(0))={4,16}T (2)第一次搜索 |▽F(X(0))|=16.5,S(0)=- ▽F(X(0))/16.5=-{0.243,0.97}T α(0)=2.157 X(1)=X(0)+α(0)S(0)={1.476,-0.923}T ▽F(x(1))={2.952,-0.738}T |▽F(x(1))|=3.043<5.0 故满足要求，停止迭代。 最优点X*={1.476,-0.0923}T 最优值F(X*)=2.21 4.
5.
6. 用外点法求解约束优化问题： ()()12211221min ..0()0 f X x x s t g X x x g X x =+=-≤=-≤ ， 收敛准则：(1) ()0.10.01k k X X εδ+-≤=，约束容限＝ 解：（1）利用外点法惩罚法构造无约束优化问题 () ( ) 12()22()212121(min ,()() k k k x x X r x x r x x r x +??Φ=?++-+-??可行域内）（可行域外） （2）此例只是为了说明外点法的思路，用微分法求解上述无约束优化问题。 用极值条件求解： 在可行域内：偏导数不可能等于0，即可行域内无极值 在可行域外，令： ()2()11211 ()2122 14()2012()0k k k r x x x r x x r x x x ?Φ =+-+=??Φ =--=?
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 ）
《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?
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
第1章 1.何谓产品生命周期，简述其各个阶段。 产品生命周期（Product Life Cycle），简称PLC，是指产品的市场寿命，即一种新产品从开始进入市场到被市场淘汰的整个过程。PLC分为介绍期（Introduc- tion）、增长期（Growth）、成熟期（Mature）、衰退期（Decline）四个阶段. 2.简述现代设计所指的理论与方法有哪些。 3.简述产品开发的一般流程。 产品基本开发流程的6个阶段： 阶段0，计划：规划经常被作为“零阶段”是因为它先于项目的达成和实际产品开发过程的启动。 阶段1，概念开发：概念开发阶段的主要任务是识别目标市场的需要，产生并评估可替代的产品概念，为进一步开发选择一个概念。 阶段2，系统水平设计：系统水平设计阶段包括产品结构的定义、产品子系统和部件的划分 阶段3，细节设计：细节设计阶段包括产品的所有非标准部件及从供应商处购买的标准部件的尺寸、材料和公差的完整明细表，建立流程计划并为每一个即将在生产系统中制造的部件设计工具。 阶段4，测试和改进：测试和改进阶段包括产品的多个生产前版本的构建和评估。 阶段5，产品推出：在产品推出阶段，使用规划生产系统制造 第2章 1.简述功能分析法的设计步骤。 总功能分析、功能分析、功能元求解、求系统原理、解求最佳系统原理方案。
2. 什么是技术系统？举例说明技术系统应具有的分功能单元。 技术系统所具有的功能，是完成技术过程的根本特性。 从功能的角度分析，技术系统应具有下列能完成不同分功能的单元： ① 作业单元，完成转换工作； ② 动力单元，完成能量的转换、传递与分配； ③ 控制单元，接受、处理和输出控制信息； ④ 检测单元，检测技术系统各种功能的完成情况，反馈给控制单元； ⑤ 结构单元，实现系统各部分的连接与支承 切削加工中心的功能构成 第3章 1. 产品创新的概念是什么？产品创新在哪些诱导机制下完成的，举例说明。 产品创新：新产品在经济领域里的成功运用，包括对现有生产要素进行组合而形成新的产品的活动。全面地讲，产品创新是一个全过程的概念，就包括新产品的研究开发过程，也包括新产品的商业化扩散过程。 产品创新活动常常是在一定的诱导机制下完成的。通常，人们把这些机制归为两类：技术推动和市场拉动。前者是先有技术突破，然后出现创新；后者是先有市场需求，进而引导人们去从事某种创新。技术推动的创新过程可用图3-1表示。 产品创新的市场拉动机制：在有些产业领域，产品创新活动常常在本产业高潮之后才出现，即产业的需求在先，发明创新在后。市场拉动机制可用图3-2来概括。 2. 新产品开发组织和一般管理组织有哪些差异？ 1. 新产品开发工作必须和现有的程序化工作分离，即应单独组织新技术开发、新产品开发等活动，尽量使它们在组织结构上、在权责上与现有的程序化工作发生较少的联系 2.从事新产品开发的组织必须具有充分的决策自主权 图3-1 技术推动的创新过程
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 考试科目:《现代设计方法》（总分100分） 时间：90分钟 __________学习中心（教学点）批次：层次： 专业：学号：身份证号： 姓名：得分： 一、单项选择题（每小题1.5分，共27分） 1.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（）A．1 B．2 C．3 D．4 2.机电产品的平均失效率 (t)，它表征了该产品工作到t时刻后（） A．单位时刻内发生失效的概率 B．单位时刻内发生失效的产品数 C．的累积失效数与受试产品总数之比 D．的累积失效数与仍正常工作的产品数之比 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（）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.图示弹簧系统的总体刚度矩阵为（） 5.现抽出60个产品进行可靠性试验，记录的数据如下表： 时间t (小时) 50 100 150 200 250 失效数?N f（个） 3 2 4 3 1 累积失效数N f（个） 3 5 9 12 13 仍正常工作数N S（个）57 55 51 48 47 则该产品的存活频率(200)为（） A．0.00125 B．0.8 C．0.001 D．0.2 6.轴对称问题中，值等于零的应变是（） A．γrθB．γrz C．εθD．εr 7.在任何一个单元内（） 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 8.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（）A．威布尔分布B．指数分布C．正态分布D．泊松分布 9.若强度r的概率密度函数为fr(r)=λr e r r -λ,则知其分布为（） 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 全国2011年7月高等教育自学考试考前练习题 现代设计方法 （课程代码：02200） 一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 1．数字化仪在早期CAD 作业中经常使用，它是一种（ ） A ．输入设备 B ．输出设备 C ．存储设备 D ．绘图设备 2．滚筒式绘图仪一般采用插补原理进行绘图，但在绘图过程中有时不需要插补。绘制以下方向的线段时需要插补的是（ D ） A ．X 方向线段 B ．Y 方向线段 C ．±45o 方向线段 D ．一般方向线段 3．在采用Cohen —Sutherland 编码裁剪算法剪裁线段时，如果一条线段跨越两个区，则当其两端点编码的逻辑乘为零时，则该线段( ) A ．全部可见 B ．全部不可见 C ．部分可见 D ．不确定 4．在消隐处理中，当进行平面可见性测试时，若平面的法线矢量和视线矢量的夹角大于90o ，则该面（ ） A ．可见 B ．不可见 C ．部分可见 D ．不确定 5．一逐行扫描光栅显示器的水平扫描频率为15600H Z ，垂直扫描频率为50H Z ，则该显示器（ ） A ．水平方向有15600个像素点 B ．垂直方向有312条水平扫描线 C ．一条水平扫描线上有312个像素点 D ．垂直方向上有50条扫描线 6．F （x ）为单值、连续、可微且无约束的一元函数，则在点x=x * 处有极大值的充分条件是（ ） A ．0)(='* X F B ．0)(0)(>''='** X F X F C ．0)(=''*X F D ．0)(0 )(<''='** X F X F 7．外点罚函数法的特点是（ ） A ．适合处理等式约束的最优化问题 B ．探索过程在可行域内进行 C ．适合处理不等式约束的最优化问题 D ．需要先求出初始内点 8．在单峰搜索区间[a ，b]内任取两点a 1、a 2，若函数值F(a 1)=F(a 2)，则缩小后的区间为（ ） A ．[a ，a 1] B ．[a 1，b] C ．[a 1，a 2] D ．[a ，a 2] 9．以下关于函数的梯度的说法不正确的是（ ） A ．函数的梯度是标量 B ．函数值沿梯度方向变化最剧烈 C ．函数的梯度是矢量 D ．求函数的极小值时常沿负梯度方向搜索 10．多元函数F(x)在点X * 附近一阶偏导数连续，则该点为极大值点的充分条件为（ ） A ．F （x * ）=0 B ． F （x *）=0，H （x *）正定 C ．F （x * ）=0 D ． F （x * ）=0，H （x * ）负定 11．平面桁架结构中，某单元局部编码依次对应的总体编码为8，6，则单元则度矩阵中的元素 k 34应放入总体刚度矩阵[K]中的（ ） A ．16行15列 B ．11行12列 C ．12行16列 D ．11行15列 12．平面三解形单元的刚度矩阵阶数为（ ） A ．2×2 B ．3×3 C ．4×4 D ．6×6 13．平面刚架结构中的杆单元，单元中的位移分量个数为（ ） A ．3 B ．6 C ．9 D ．12 14．平面问题的弹性矩阵与材料的（ ） A ．弹性模量和硬度有关 B ．弹性模量和泊松比有关 C ．弹性模量和强度有关 D ．强度和泊松比有关 15．若把平面应力问题的弹性矩阵改成平面应变问题的弹性矩阵，只需将（ ）E /（12 μ-） μ- A ．E 换成E /（1μ-），μ换成μ/（1μ-） B ．E 换成E /（12 μ-），μ换成μ（12 μ-） C ．E 换成E /（12μ-），换成μ/（1μ-） 浙江省1月自学考试现代设计方法试题及答案 浙江省 1月自学考试现代设计方法试题 课程代码：09323 一、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。每小题1分，共30分) 1.对第Ⅱ象限中的一个点P 实施-?????? ? ???100010001坐标变换，则变换后P 点位于( ) A.Ⅰ象限 B.Ⅱ象限 C.Ⅲ象限 D.Ⅳ象限 2.滚筒式绘图仪上来自x 方向的脉冲信号使得( ) A.抬笔或落笔 B.笔架左右移动 C.滚筒带动图纸移动 D.停机和开机 3.图形变换矩阵T= 200020001??????? ???,则变换后的图形是原来的( ) A.2倍 B.1倍 C.3倍 D.4倍 4.扫描仪与主机接口，常见接口为( ) A.并行 B.RS-232 C.SCSI D.通信 5.用来定义用户在二维平面或三维世界中的物体，并符合右手定则的直角坐标系是( ) A.设备坐标系 B.世界坐标系 C.物理坐标系 D.规格化坐标系 6.CAD 支撑软件是在CAD 系统中，支撑( )进行CAD 工作的实用性功能软件。 A.用户 B.硬件 C.绘图机 D.打印机 7.对单凸物体进行面可见性测试，当外法线矢量N 和视线矢量S 的夹角( )时，面为可见的。 A.小于60° B.小于90° C.大于90° D.大于60° 8.数据库不但能为多个用户服务，而且能同时被多个用户使用，这种共享是( ) A.自动化的 B.并发的 C.智能化的 D.较大冗余的 9.标准件的图形构成分为4个层次，其中最基本的通用几何元素( ) A.G 类构件 B.K 类构件 C.B 类构件 D.A 类构件 10.在透视投影变换中，斜透视有( )个主灭点。 A.1 B.2 C.3 D.4 11.判断矩阵2014-???? ? ?，它应是( ) A.负定矩阵 B.正定矩阵 C.不定矩阵 D.对称矩阵 四川自考《现代设计方法》习题 一、单选题 1. 在CAD使用中，为了方便定义图形通常采用不同坐标系，在以下坐标系中，坐标系的定义域是连续且无界的是（A） A.世界坐标系 B.显示器坐标系 C.规格化设备坐标系 D.绘图仪坐标系 2.工程数据处理中，使用线性插值法完成（A ） A.一元插值 B.二元插值 C.曲线拟合 D.曲线绘制 3.三维几何造型是CAD中的一种（A ） A.图形处理技术 B.工程分析技术 C.文档处理技术 D.软件设计技术 4. CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件是（B ） A.系统软件 B.支撑软件 C.专用操作软件 D.专用应用软件 5.若在CAD系统中，固定窗口参数，同时缩小视区高度和宽度，则视图内图形（B ） A.比例增大 B.比例缩小 C.左右移动 D.上下移动 6. CAD系统中不是按其描述和存储内容的特征划分的几何模型（D ） A.线框几何模型 B.表面几何模型 C.实体几何模型 D.曲面几何模型 7.世界坐标系、设备坐标系、规格化坐标系的转换关系是（C ） A．WC→DC→NDC B．NDC→DC→WC C．WC→NDC→DC D ．DC →WC →NDC 8. 参数化绘图在定义图形时关键是利用了图形的（ A ） A ．相似性 B ．多样性 C ．个别性 D ．特殊性 9. 下列设备不属于CAD 作业输入设备的，有（ A ） A ．绘图仪 B ．键盘 C ．数字化仪 D ．光笔 10. 为使窗口—视区变换后的图形在视区中输出而不失真，则（ C ） A ．yb xl W W =yb xl V V B ．yt xr W W =yt xr V V C ．yb yt xl xr W W W W --=yb yt xl xr V V V V -- D ．yt xr yb xl V V W W --=yt xr yb xl W W V W -- 11. 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 12. 三维图形变换矩阵????????????=s n m l r j i h q f e d p c b a T ，中l 表示产生的（D ） A.比例变换 B.对称变换 C.错切变换 D.平移变换 13. 二维图形比例变换矩阵中?? ????=d a T 00，可有（C ） A.a=0,d=1 B. a=1,d=0 C. a=d=1 D. a=d=0 14. 已知变换矩阵???? ??????=100020001T ，则图形将在（ B ） A ．X 方向放大2倍 B ．Y 方向放大2倍 C ．X 方向平移2 D ．Y 方向平移 2 现代设计理论与方法 班级：材控1031 姓名：黄加全 学号：201020607157 反求工程技术 20世纪以来，由于科学和技术的发展与进步，对设计的基础理论研究得到加强，对着设计经验的积累，以及设计和工艺的结合，已经形成了一套半经验半理论的设计方法。依据这套设计方法进行机电产品设计，称为传统设计。 限于历史和科学发展的原因，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。显然，随着现代科学技术的飞速发展，生产技术的需要和市场的激烈竞争，以及先进设计科学技术的手段的出现，这种传统设计方法已经很难满足当今时代的需要，从而迫使设计领域不断研究和发展新的设计方法和技术。 现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，它继承了传统设计的精华，吸收了当代科技成果和计算机技术。与传统设计相比，它则是一种以动态分析、精确计算、优化设计和CAD为特征的设计方法。 从20世纪60年代末开始，设计领域中就开始相继出现一系列新兴理论与方法。为了区别过去常用的传统设计理论与方法，把这些新兴的理论与方法称之为现代设计。现代设计理论与方法的内容众多而丰富，它们是功能论、优化论、离散论、对应论、艺术论、系统论、信息论控制论、突变论、智能论和模糊论等方法学构成。 现代设计方法包括可靠性设计方法、化设计方法、并行设计、虚拟设计、绿色设计、动态设计等，这里重点介绍反求工程设计。 1．反求工程技术的基本概述 反求工程(Reverse Engineering，简称：ER) 也称逆向工程，就是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的综合的一项新技术。反求工程类似 现代设计方法思考题和练习题 一、有限元部分 思考题 1 有限单元法中离散的含义是什么?有限单元法是如何将具有无限自由度的连续介质问题转变成有限自由度问题? 2 位移有限单元法的标准化程式是怎样的? 3 什么叫做节点力和节点载荷?两者有什么不同?为什么应该保留节点力的概念? 4 单元刚度矩阵和整体刚度矩阵各有哪些性质?单元刚度系数和整体刚度系数的物理意义是什么?两者有何区别? 5 减少问题自由度的措施有哪些?各自的基本概念如何? 6 构造单元函数应遵循哪些原则？ 7 在对三角形单元节点排序时，通常需按逆时针方向进行，为什么？ 8采用有限元分析弹性体应力与变形问题有哪些特点和主要问题？ 9 启动ANSYS一般需几个步骤?每一步完成哪些工作? 10 进入ANSYS后,图形用户界面分几个功能区域?每个区域作用是什么? 11 ANSYS提供多种坐标系供用户选择,主要介绍的6种坐标系的主要作用各是什么? 12工作平面是真实存在的平面吗?怎么样理解工作平面的概念和作用?它和坐标系的关系是怎样的? 13 如何区分有限元模型和实体模型? 14网格划分的一般步骤是什么? 15单元属性的定义都有什么内容?如何实现?如何实现单元属性的分配操作? 16自由网格划分、映射网格划分和扫掠网格划分一般适用于什么情况的网络划分?使用过程中各需要注意什么问题? 17如何实现网格的局部细化?相关高级参数如何控制? 18负载是如何定义和分类? 19在有限元模型上加载时,节点自由度的约束有几种?如何实现节点载荷的施加? 20与有限元模型加载相比,实体模型加载有何优缺点?如何实现在点、线和面上载荷的施加? 21 ANSYS提供的两种后处理器分别适合查看模型的什么计算结果? 22使用POST1后处理器,如何实现变形图、等值线图的绘制? 习题 试用ANSYS应用程序计算下列各题： 1. 如习题图2-1，框架结构由长为1米的两根梁组成，各部分受力如图表明， μ，求各节点的力及力矩，节点位移。 ? =，0.32 E11 .2 pa 10 01 = 贵州大学机械与自动化学院普通硕士研究生 《现代设计方法》考试试题 姓名：专业：研究方向：成绩： 一、填空题(每题1分,共15分) 1、现代设计所指的新兴理论与方法包括（现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术）等等。 2、优化设计是(以数学规划理论为基础，以计算机为工具，优化设计参数)的一种现代设计方法。 3、功能设计法的基本过程包括（任务抽象、功能分解、功能载体、载体组合、方案评价）。 4、功能分解的常用方法有（按解决问题的因—果关系，或手段—目的关系分解；、按产品工艺过程的空间顺序或时间顺序分解；）。 5、解决供求矛盾的措施有（互换性原理、组合机床、系列化、通用化、标准化）。 6、模块化设计可分类成（横系列模块化、纵系列模块化、跨系列、全系列模块化、跨类模块化）。 7、模块的划分将影响（模块通用性、产品性能、产品外观、产品成本）。 8、遗传算法是一种（模拟生物进化过程）的搜索算法。 9、遗传算法最常用和基本的选择方法（选择算子）是（适应度比例选择）。 10、遗传算法中采用罚函数法的目的是（对违背约束条件的情况给予惩罚，并将此惩罚体现在目标函数设计中。2.2）。 11、遗传算法常用的编码方法有(二进制编码二进制编码方法、格雷码编码方法、实数编码、多参数级联编码)等等。 12、神经网络的样本数据应包括（训练样本数据和检验样本数据）。 13、当神经网络的样本数据不在[0～1]范围内时，应对数据进行（归一化）处理。 14、前馈型人工神经网络包括（1、线性阈值单元组成的前馈网络2、非线性单元组成的前馈网络输入层、隐层和输出层）3章。 15、神经网络的学习规则有（Hebb学习规则、感知器（perceptron）学习规则、Delta学习规则、 现代设计方法试题 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 ） A ．计算机辅助工程 B ．计算机辅助制造 C 计算机辅助设计 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（ C ） 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（ B ） 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 ） A ．??????? ???11510010001 B ．??????????--11510010001 C ．???? ? ?????101001500010D ．???? ??????10 10015000 1 5．在消阴处理中，进行极大／极小检验，如果两个物体的投影不满足极大／极小条件，则两个物体之间（ D ） A ．相互完全遮挡 B ．部分相互遮挡 C ．相互不遮挡 D ．遮挡关系不确定 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Hessian 矩阵（ C ） A ．半正定 B ．正定 C ．半负定 D ．负定 7．对约束优化问题，设计变量的选择（ C ） A ．可以在可行域中 B ．不允许在可行域中 C ．只允许在可行域中 D ．不一定在可行域中 8．要将一个有约束问题的求解转化为一系列无约束问题的求解，可以选择（ C ） A ．复合形法 B ．简约梯度法 C ．罚函数法 D ．共轭梯度法 9．在解决线性规划问题时，首选的优化方法为（ B ） A ．外点罚函数法 B ．单纯形法 C ．拟牛顿法 D ．变尺度法 10．当目标函势沩凸函数，约『束函彭嘣黜函数时，K —T 条件是约束优化问题取得极值的（ D ） A ．必要条件 B ．充分条件 C ．一般条件 D ．充分必要条件 11．有限元分析中，下列单元属于二维单元的是（ D ） A ．六面体单元 B ．四面体单元 C ．杆单元 D ．三角形单元 12．用有限元方法求解问题获得的解属于（ A ） A ．近似解 B ．精确解 C ．解析解 D ．半解析解 13．采用杆单元进行平面刚架有限元分析，杆单元的一端具有（ B ） A ．两个自由度 B ．三个自由度 C ．四个自由度 D ．六个自由度 14．某刚架单元两节点对应的总体编码为5和3，则局部座标系下的单元刚度系数k 在总体刚度矩阵中的位置为（ D ） A ．第5行第3列 B ．第14行第3列 C ．第5行第14列 D ．第14行第14列 1 5．在平面应变问题中，沿轴线方向（ C ） A ．应变、应力都为零 B ．应力为零，但应变不为零 C ．应变为零，但应力不为零 D ．应变、应力都不为零 16．若产品的平均寿命等于失效率的倒数则产品的寿命服从（ C ） A ．正态分布 B ．泊松分布 C ．指数分布 D ．二项分布 17．在平均安全系数不变的情况下，由于强度(或应力)的分散度增大会使零件的可靠度（ A ） A ．降低 B ．提高 C ．不变 D ．无法确定 18．当系统中任何—个零件发生故障都会导致整个系统失效，该系统是（ A ） A ．串联系统 B ．冗余系统 C ．表决系统 D ．非工作冗余系统 19．并联系统的可靠度比组成该系统的零件的可靠度（ B ） A ．底 B ．高 C ．相等 D ．不确定 20．产品工作到t 时刻后的单位时间内发生失效的概率称为（ D ） A ．平均寿命 B ．平均失效密度 C ．平均可靠度 D ．平均失效率 二、多项选择题(本大题共5小题。每小题2分．共10分) 21．下列设备属于CAD 的输入设备的，有（ BCE ） A ．显示器 B ．扫描仪 C ．键盘 D ．绘图仪 E ．光笔 22．通过矩形窗口与矩形视区的匹配，可以实现图形的（ ABD ） A ．放大 B ．缩小 C ．锗切 D ．摇视 E 平移 23．下列方法中属于利用目标函数的导数构造搜索方向的优化方法有（ BE ） A ．坐标轮换法 B ．梯度法 C ．单纯形 D ．Powell 法 E ．变尺度法 24．单元刚度矩阵具有（ ACE ） A ．奇异性 B ．正定性 C ．分块性 D ．稀疏性 E ．对称性 现代机械设计理论与方法 （大作业） 1、采用系统化设计流程及所学现代设计方法详细阐述某公司需要投资研发一款新型产品的整个设计流程和采用方法。 （1）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的规划设计过程？（2）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的方案设计过程？（3）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的技术设计过程？（4）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的施工设计过程？ 答： （1）产品规划设计包括三个主要阶段：第一个阶段是市场细分及选择阶段。在这个阶段，主要通过市场调研与分析，研究如何细分市场，以及企业如何选择细分市场，最后确定企业对细分市场的战略选择。第二个阶段是定义新产品概念。在这个阶段中要对某个细分市场，收集其需求的主要内容，包括客户需求、竞争需求及企业内部需求，并确定企业在该细分市场的产品定位，然后寻找和定义新产品概念。第三个阶段是确定产品规划阶段。在这一阶段中需要从技术层面分析新产品属于哪个产品族及其开发路径，并根据公司的战略确定新产品开发的优先顺序和组合策略，然后依据企业资源状况，制定新产品开发的时间计划。 产品规划设计的步骤为：信息集约→产品设计任务→预测调研→可行性分析→明确任务要求→可行性报告、设计要求项目表。 进行产品规划设计的主要方法有：设计方法和预测技术。支持产品规划设计的主要理论有：设计方法学、技术预测理论、市场学、信息学等。 （2）新产品的方案设计过程大致可以分为方案设计和方案评审两个阶段。方案设计阶段的步骤为：总共能分析→功能分解→功能元求解→功能载体组合→获得功能原理方案（多个原理方案）→原理试验→评价决策→最优原理方案→原理参数表、方案原理图。 进行产品的方案设计的方法主要有：系统化设计方法、创造技法、评价决策法、形态学矩阵法。 主要的理论指导包括：系统工程学、形态学、创造学、思维心理学、决策论、模糊数学等。 （3）对产品进行技术设计时，首先要对结构进行总体设计，包括了对产品的结构设计和造型设计。进行新产品的技术设计的主要步骤为：现代设计方法第3阶段测试题
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