机电工程学院
现代设计方法大作业
学号：S312070016
专业：机械制造及其自动化
学生姓名：赵波
任课教师：史冬岩教授
2012年12月
烟雾机系统TRIZ分析
作者：赵波
哈尔滨工程大学机电工程学院
第一章 TRIZ理论介绍
TRIZ是俄文“Teorijz Rezhenija Izobretatel’skich Zadach”的词头缩写，含义即发明问题解决理论，其英文缩写为TIPS。它是由苏联发明家、发明家协会主席根里奇·阿奇舒勒（Genrish S.Altshuller）与1946年开始，花费1500人·年，在研究了世界各国200万份高水平专利的基础上，提出的一套具有完整体系的发明问题解决理论和方法。其主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。因此原苏联的大学、研究所和企业所组成的数百人的研究组织分析研究了全世界近250万件发明专利，综合多个学科领域的原理、法则形成TRIZ的理论体系。在东西方冷战时代，TRIZ的研究一直被作为苏联的国家机密，西方国家知之甚少。苏联解体后，大批TRIZ研究者移居美国等西方国家，TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展。
在俄罗斯，TRIZ理论方法己经广泛地应用于工程领域中。欧洲以瑞典皇家工科大学(KTH)为中心，集中十几家企业开始了实施利用TRIZ进行创造性设计的研究计划。日本从1996年开始不断有杂志介绍TRIZ的理论方法及应用实例。美国也有大学相继进行了TRIZ技术研究，有关TRIZ的研究咨询机构相继成立，TRIZ己成为国外企业、尖端技术领域解决技术难题实现创新的有效工具。
矛盾（冲突）普遍存在于各种产品的设计之中。TRIZ理论认为，产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突，而产生新的有竞争力的解。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个系统或子系统变坏。现实中的冲突是千差万别的，TRIZ理论归纳出39个通用工程参数描述冲突，并用40条发明原理来解决，他把39个参数作为改善参数和劣化参数并分别作为一张表的行和列，由此组成了一个39×39矛盾矩阵，并为行列交叉点形成的每个矛盾提供了最常用的创新原则。
第二章系统初步分析
系统名称：烟雾机系统
系统的定义：在发动机的带动下，药泵中的农药喷出，同时为燃烧室点火产生热气流，热气流把液态的农药变为气态，腾升到树冠，昆虫吸入致死。
系统描述：烟雾机的工作原理是：自流供油箱为发动机驱动装置提供汽油，发动机驱动装置带动发动机运转。发动机转动为燃烧室内的点火电源提供动力，此外通过转动器带动吹风机运作，同时通过转动带为农药配剂泵和汽油泵提供动力。药泵的作用是将农药配剂容器里的药液传输到燃烧室的药雾喷口处，而汽油泵的作用是将汽油从汽油贮箱中传输到汽油发动机驱动装置和燃烧室中，保证发动机持续工作，并且使得燃烧室里在汽油的加入下开始燃烧。吹风机的作用则是不停将风吹进燃烧室，使燃烧室的空气和沿管道流入的汽油能够充分燃烧，产生高温热气流，在烟雾喷口处，利用产生的高温气体将农药配剂由体状态转变为烟雾，利用烟雾的密度比空气轻的特点，烟雾自动升腾到树冠，具有呼吸功能的害虫吸入带有杀虫剂的烟雾后可将其杀灭，如图2.1所示。
图2.1 系统原理图
烟雾机工作流程：目前现有的烟雾机还处于实验阶段，外型略显粗糙，但工作原理清晰。如图2.2所示，现有烟雾机在图2.1烟雾机的基础上工作原理有所改进，主要是将机械连接转为电路连接。
图2.2 烟雾机控制面板
烟雾机的工作流程是先拨动总电开关，这个开关控制的是烟雾机上的两个工作电压12V的蓄电池。随后打开发动机开关，这时因为有了两个蓄电池提供的共24V 电压，发动机可以顺利的开始运作，发动机的运作带动吹风机和药泵、油泵的顺利工作。随后打开的是点火的开关，燃烧室的尾部的两个电极使燃烧室开始燃烧，而喷烟开关则是使得传输到燃烧室的药液在热风的作用下转变为烟雾状向外喷射。
图2.3 烟雾机部件解析1
图2.4 烟雾机部件解析2
根据实际情况我们可以看出目前的这台试验机存在的主要问题是外型比较粗糙，各部件之间的排列关系混乱，部件和机架之间的连接也比较随意。因此本章主要需要解决的问题是如何合理布局现有烟雾机零件，并且如何有效解决零件之间的连接和故障等技术和美观等问题。
作用客体：液态农药
系统特性：热气流农药上升
系统有益功能：使液态农药变成气态，并在热空气的作用下上升
执行系统：药泵、热喷气机构
系统黑箱图：
分析该系统可知，在给定的热空气和药泵的作用下，药泵里喷出的农药在热
喷气口处受热空气作用而上升，所以系统的黑箱图如图2.5所示：
图2.5 系统黑箱图
系统功能结构图：
通过系统的黑箱图对系统进行设计，先将系统功能拆分成一些功能模块，然后分别将各个功能模块设计出来，将功能模块进行组装，组成了的系统功能结构图如图2.6所示：
图2.6 系统功能结构图
第三章用进化法则分析系统进化
3.1使用提高理想度法则和S曲线进化法则分析系统
综述：按照S曲线进化法则进行分析，该烟雾机系统与一般的系统的S曲线不一样具体差异表现在S曲线的形状上，其差异如图3.1所示：
图3.1 S曲线图
因此，根据课题的实际需求，对于产品技术进化模式做出以下几点改进和总结：
模式一、理想化
这条模式是最根本的，因为任何产品的创新都是一个不断消除有害效应，增加有用效应过程。因此要加强产品的理想化。
线路1-1去除多余元件
这里多余元件并一定指它的存在没有用处，而是它的功能可以被整合到其他部件中去。如在分析现有的烟雾机的基础上发现其使用了两个油箱，其一供给发动机另一个由油泵供燃烧室使用。分析发现可以将两个油箱整合，以达到减少部件数量简化外型的作用。再者，现有的烟雾机有两个12V电压的蓄电池，作用是发动机启动需要24V电压，而油泵和药泵的工作各需要12V电压。设想将烟雾机的发动机改良为只需要12V电压，那么蓄电池的数量就可以减少为一个，同样可以达到简化外型的作用。
路线1-2自我服务
所谓的自我服务是元件自身能够完成一定的任务。如在燃烧室内加入报警装置，当温度过高时系统可以自动切断电源，停止运作，以达到自我保护的目的。
模式二、增加产品的自动性能
从艰苦的车间操作到流水线上的机器臂，从钻木取火到空调制热，这一系列的事实都告诉我们，一个全自动化的时代正在我们周围发生着。而产品造型的创新自然也离不开时代的发展。
路线2-1增加元件自由程度
现有烟雾机上所有的零件都是由螺钉连接固定的，缺乏一定程度上的自由度。拆卸和修理都不是很方便，可以通过改变连接方式增加自由程度。
路线2-2引入一个自由物体
如果元件不能运动，则在外部增加一个可以自由活动的物体。如可以将控制面板整合到遥控器中，操作人员可以在驾驶室中通过遥控器控制烟雾机的点火喷烟等操作。
路线2-3增加一个可控场
应用可控场可以更加有效地控制系统或整个活动的进行。如用电场来控制燃烧的火焰，火焰是含有被电离气体的等离子体，所以它可以被电场所控制。利用这个电场可以将燃烧室的效率提高，使得药剂在燃烧室内燃烧的更加充分。
模式三、可分割
分割可以使得元件之间产生新的相互关系，因此新的系统资源可以得到改进。
路线3-1易于拆卸
尽量使得物体易于拆卸并尽量使用标准件构造物体。如现有的烟雾机上有很多使用了螺钉连接，对于烟雾机这样一种经常适用于户外的产品，螺钉的生锈将会使得拆卸工作艰苦异常。那么可以采用不易生锈的材料代替现有材料解决拆卸问题。
路线3-2分割为较为简单形状的几何体：如板、线、球等造型
将燃烧室由一体式转化为板、圆筒、板的造型，如果有故障的出现，可以很方便的打开检查更换零件等。
模式四、通用化设计
如果一个电子产品使用干电池，规格为五号，那么任何一个厂家生产的五号电池都可以准确安装使用，这是因为产品原件越来越规格化了，越来越通用。
路线4-1元件可互换
通过可以相互换的元件使得系统具备更强的通用性。如果需要将产品推向市
场，特别是推向国际市场，就需要将各部分元件的连接做成通用设计。
模式五、协调化
外型不仅仅讲的是零件和零件之间的关系，还要考虑产品和人之间、产品和环境之间的协调发展。
路线5-1产品与人之间的协调
人是产品的操作者，应该充分考虑人的因素对产品的影响。现场操作烟雾机的一般是工作人员，这些人由于要在野外工作因此普遍是成年男性，同时对烟雾机的维修有一定的了解，因此受过一定的操作技能培训。在对烟雾机做设计的时候要考虑这一部分人的普遍审美和操作的简便性。
路线5-2产品和环境之间的协调
产品的使用环境对产品的造型有很大的影响。对于烟雾机而言由于工作环境是在户外工作，因此对其外壳的牢固性和结实性便提出了更高的要求。
模式六、精细化
精细是指外型越来越小，越来越薄，细节越来越细致。
路线6-1微观化：宏观层次→具有简单形状（球、杆、片等）→由小颗粒组成→材料结构应用→化学过程应用→原子领域应用→场能量应用。
现在烟雾机还处于实验阶段，因此在材料的使用上显然比较粗糙。特别是钢架处采用了铁条焊接而成。在以后生产过程可以考虑采用更加优良的材料摆脱生锈的困扰。
路线6-2微型化
将产品体积微型化是一个必然的趋势，而且对于这种车载产品而言将体积做小可以减小对车辆的要求，同时可以使得产品更加灵活。如何减小产品的体积有两种办法：其一是将零件做小；其二是优化零件与零件之间的空间，通过合理的排列来减少产品的体积。
路线6-3 面细化：
外表是产品给人的第一印象，因此当烟雾机实验成功准备大批量生产并投放市场时，就需要对其外型做深一步的设计。不仅要从功能上符合要求，更要从外形上抓住消费者的眼球。
婴儿期烟雾机排列三视图如图3.2所示：
图3.2 婴儿期烟雾机排列三视图成长期烟雾机排列三视图如图3.3所示：
图3.3 成长期烟雾机排列三视图
第四章系统的矛盾及解决原理的运用
系统矛盾及解决原理的应用
以现有烟雾机的控制面板为例，经过和国外产品的分析比较得知，现有控制面板存在的问题是体积大、外型粗糙以及相对关系的不稳定性等。为了解决这些问题，我们首先要考虑的是7、运动物体的体积；8、静止物体的体积；13、结构的稳定性这三点。根据统计得知标准参数1出现了53次；3出现了39次；10出现了36次。标注参数出现的频率次序是1、3、10。因此考虑这几个参数在解决实际问题时所能提供的方法。
针对此类问题，寻找到在烟雾机的实际运用中39条标准参数实际上需要运用到的有：3运动物体的长度；4静止物体的长度；5运动物体的面积；6静止物体的面积；7运动物体的体积；8静止物体的体积；12形状；13结构的稳定性；19运动物体的能量；20静止物体的能量。
根据选择具有相似概念的原理，经过有效整理，将其整合、抽象，可以得到10 项产品创新设计的原则，它们是1、减少产品部件；2、预先加入动作；3、替代；4、不对称原则；5、通过改变物体的状态；6、使用中间物；7、材质；8、反向；9、改变物体运动频率；10、增加物体功能。
表4.1 恶化的通用工程参数
表4.2 改善的通用工程参数
表4.3 烟雾机实例产品创新设计创新工具表
本章主要运用整合后的矛盾解决矩阵对烟雾机控制面板的进行创新设计。根据上表归纳，对于控制面板改进提出的主要设想是加入一个遥控器设计。并将控制面板和油标、药标从烟雾机主体上分离出来，集中到遥控器上，帮助操纵人员在驾驶室内对烟雾机进行小范围的远程操控。本章中主要研究的是TRIZ 理论中解决矛盾冲突的理论和产品创新之间的关系。TRIZ理论中的39项标准参数解析和40条创造性问题解决原理以及这些所组成的矛盾解决矩阵可以用来帮助解决产品创新设计中所出现的矛盾。
第五章物场分析的运用
产品设计中的问题需要用简练的语言说明，并且包括问题的约束或限制性条件说明。当问题符合条件时，76个标准解可以作为解决问题的模板。
但是由于 76个标准解系统过于庞大，在应用到烟雾机造型创新设计上时较为繁琐且因为缺乏针对性会浪费设计者较多时间，如何根据标准解的不同类型简化标准解的应用程序称为本章主要解决的问题。
根据对物质-场模型的分析以及对5类标准解的研究发现，第1类到第3类标准解都和系统有关，而第4类是主要在于检测与测量，前4类解常常使得系统更加复杂因为这些解都需要引入新的物质或者场。第5类标准解是简化系统的方法，使系统更加理想化。当从解决性能问题的第1类到第3类标准解或解决检测/测量问题的第4类标准解决定了一个解以后，第5类可用来简化这个解。
在烟雾机的工程实例中在其有工作过程中期望产生两种行为，一种是烟雾机自身的作用形成喷烟行为，完成灭绝病虫害的目标；另一种是当烟雾机产生故障时操作者能够对其进行检验、维修甚至期望烟雾机能实现自我检测的目标。综合分析两种行为，发现其分别属于系统和检测/测量的类型，因此可以按照划分的标准解类型快速解决烟雾机实例问题。
在分析基础上，笔者提出以下标准解应用的流程图，直观地提出如何利用5 类标准解快速解决问题。
图5.1将76个标准解的运用划分为两条主要途径：①系统改进；②检测与测量
图5.1 标准解在工程实例中的应用程序
发现当烟雾机运作时偶尔会发生发动机起火现象。造成此种现象的原因是发动机在启动时拉阀没有拉到位。而在实际使用时烟雾机是车载的，因此在运行过程中操作人员一般是在驾驶室内，并不直接观察到烟雾机工作。如果发生类似的意外将可能造成无法挽救的结果。针对这一问题，笔者通过构建物质-场模型，利用归纳出的标准解在工程实例中的应用程序尝试解决此问题根据归纳出的流程图，首要步骤是建立物质-场模型。
该模型中只有发动机，因此该功能属于不完整的功能，问题解决的过程是完善此功能。
图5.2 未被保护的发动机
第二步，根据流程图可见，有两种方式可以解决此问题，通过改进系统的方法便采取第1类第Ⅰ种类型标准解，要加入保护系统使得发动机免受损坏。
图5.3 被保护系统保护的发动机
第二种解决方式是通过检测与测量方法，采用第4类第Ⅱ种类型的标准解，在烟雾机中加入零件或场，实行自我保护。设想在烟雾机中加入自我检测系统，当发生故障时可以自我发现并立即启动保护装置，第一时间保护烟雾机不受伤害第三步是应用第3类标准解进一步改善系统，该类标准解中有多种系统传递的标准解，如可以传递到一个双系统，该系统可以保护烟雾机不受损坏又可以保证能及时提醒位于驾驶室的操作人员。根据物质-场的原理分析，设想在烟雾机的发动机处增加一个自动报警装置，当发动机发生意外情况时，可以在第一时间检测到并且启动自我保护系统，同时通过警报的响声通知驾驶室处的操控人员，帮助其及时发现问题解决问题。
第四步是根据流程图，下一步是确定概念是否能接受？假如能接受，是否还有可以更好的方法。
利用系统改进方法做出的设想是加入的报警器。假设加入的报警器能够正常工作，但因为烟雾机的工作环境是在户外，噪音大干扰多，因此仅通过响声及时通知驾驶室的工作人员存在一定的困难，影响操作人员准确判别。因此这时候的
解是希望能够更好地解决问题，这时候要引入第5类标准解。
第5类标准解中有一个叫引入物质，其中有一个引入物质的方法是引入虚无物质。由于驾驶室和烟雾机本身的距离不是太远，可以在报警器上设计一种可发射的装置。达到在驾驶室里接收报警信号，有效地达到帮助操作人员及时发现问题所在的目的。
根据流程图，笔者做出解决烟雾机出现故障时如何进行自我保护并且及时通知驾驶室的操作人员问题的解决方法是加入一个能进行自我检测、保护并报警的装置。这个报警装置能够发射信号并传输到位于驾驶室的接收装置上，帮助及时提醒操作人员，避免出现更大的破坏。
本章主要研究了物质-场的运用以及在此基础上的76个标准解。物质-场分析为我们提供了一种方便快捷的方法，利用这种方法，可以在汲取基本知识的基础上萌发不同的想法。物质-场分析方法最适合解决模式化问题，就像解决冲突有一个固定的模式一样。笔者在对物质-场和76个标准解的理解的基础上，通过将5类标准解按照解决问题的类型不同，提出了如何快速运用76个标准解的流程图，直观地帮助设计师找寻到适合自己实际问题解决的标准解，缩短寻求答案的时间，提高使用效率。本章的最后还利用归纳出的标准解在工程实例中的应用程序实际运用在烟雾机上，提出解决烟雾机发生故障解决问题的方案。
第六章总结
通过将TRIZ理论运用于烟雾机系统的设计，我们解决了不少问题，对TRIZ 理论也有了更形象、更深刻的认识，我们发现，TRIZ理论有着无穷的魅力和潜力，相信对我们今后的设计工作有很大的意义。同时由于所掌握知识的有限，本文也可能存在一定错误和不足，恳请老师给予指导。
现代设计方法与传统设计方法区别 （1）直觉设计阶段古代的设计是一种直觉设计。当时人们或是从自然现象中直接得到启示，或是全凭人的直观感觉来设计制作工具。设计方案存在于手工艺人头脑之中，无法记录表达，产品也是比较简单的。直觉设计阶段在人类历史中经历了一个很长的时期，17世纪以前基本都属于这一阶段。 （2）经验设计阶段随着生产的发展，单个手工艺人的经验或其头脑中的构思已很难满足这些要求。于是，手工艺人联合起来，互相协作。一部分经验丰富的手工艺人将自己的经验或构思用图纸表达出来，然后根据图纸组织生产。图纸的出现，即可使具有丰富经验的手工艺人通过图纸将其经验或构思记录下来，传与他人，便于用图纸对产品进行分析、改进和提高，推动设计工作向前发展；还可满足更多的人同时参加同一产品的生产活动，满足社会对产品的需求及提高生产率的要求。因此，利用图纸进行设计，使人类设计活动由直觉设计阶段进入到经验设计阶段。 （3）半理论半经验设计阶段 20世纪以来，由于科学和技术的发展与进步，设计的基础理论研究和实验研究得到加强，随着理论研究的深入、实验数据及设计经验的积累，已形成了一套半经验半理论的设计方法。这种方法以理论计算和长期设计实践而形成的经验、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。依据这套方法进行机电产品设计，称为传统设计。所谓“传统”是指这套设计方法已延用了很长时间，直到现在仍被广泛地采用着。传统设计又称常规设计。 （3）现代设计阶段近30年来，由于科学和技术迅速发展，对客观世界的认识不断深入，设计工作所需的理论基础和手段有了很大进步，特别是电子计算机技术的发展及应用，对设计工作产生了革命性的突变，为设计工作提供了实现设计自动或和精密计算的条件。例如CAD技术能得出所需要的设计计算结果资料、生产图纸和数字化模型，一体化的CAD/CAM 技术更可直接输出加工零件的数控代码程序，直接加工出所需要的零件，从而使人类设计工作步入现代设计阶段。此外，步入现代设计阶段的另一个特点就是，对产品的设计已不是仅考虑产品本身，并且还要考虑对系统和环境的影响；不仅要考虑技术领域，还要考虑经济、社会效益；不仅考虑当前，还需考虑长远发展。例如，汽车设计，不仅要考虑汽车本身的有关技术问题，还需考虑使用者的安全、舒适、操作方便等。此外，还需考虑汽车的燃料供应和污染、车辆存放、道路发展等问题。 传统设计是以经验总结为基础，运用长期设计实践和理论计算而形成的经验、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
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.试判别矩阵1111???? ? ?，它是（ ） A 、单位矩阵 B 、正定矩阵 C 、负定矩阵 D 、不定矩阵 2.约束极值点的库恩——塔克条件为：-?=?=∑F X g X i i q i ()()* * λ1 ，当约束函数是g i (X)≤0和 λi >0时，则q 应为（ ） A 、等式约束数目 B 、不等式约束数目 C 、起作用的等式约束数目 D 、起作用的不等式约束数目 3.在图示极小化的约束优化问题中，最优点为（ ） A 、A B 、B C 、C D 、D 4.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（ ） A 、可行方向法 B 、复合形法 C 、DFP 法 D 、BFGS 法 5.内点罚函数Φ(X,r (k) )=F(X)-r (k) 1 01g X g X u u u m () ,(())≤=∑，在其无约束极值点X ·(r (k))逼近原 目标函数的约束最优点时，惩罚项中（ ） A 、r (k) 趋向零， 11 g X u u m ()=∑ 不趋向零 B 、r (k) 趋向零，11g X u u m ()=∑ 趋向零 C 、r (k) 不趋向零， 11 g X u u m ()=∑ 趋向零 D 、④r (k) 不趋向零，11g X u u m ()=∑ 不趋向零 6.0.618法在迭代运算的过程中，区间的缩短率是（ ）
A 、不变的 B 、任意变化的 C 、逐渐变大 D 、逐渐变小 7.对于目标函数F(X)受约束于g u (X)≥0(u=1,2,…，m)的最优化设计问题，外点法惩罚函数的表 达式是（ ） A 、Φ(X,M (k) )=F(X)+M (k) {max[(),]},() g X M u u m k 012=∑为递增正数序列 B 、Φ(X,M (k))=F(X)+M (k){max[(),]},() g X M u u m k 012 =∑为递减正数序列 C 、Φ(X,M (k))=F(X)+M (k){min[(),]},()g x M u u m k 01 2 =∑为递增正数序列 D 、Φ(X,M (k))=F(X)+M (k){min[(),]},() g x M u u m k 01 2 =∑为递减正数序列 8.标准正态分布的均值和标准离差为（ ） A 、μ=1,σ=0 B 、μ=1,σ=1 C 、μ=0,σ=0 D 、μ=0,σ=1 9.在约束优化方法中，容易处理含等式约束条件的优化设计方法是（ ） A 、可行方向法 B 、复合形法 C 、内点罚函数法 D 、外点罚函数法 10.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（ ） A 、串联系统 B 、工作冗余系统 C 、非工作冗余系统 D 、r/n 表决系统 11.对于二次函数F(X)=1 2 X T AX+b T X+c,若X *为其驻点，则▽F(X *)为（ ） A 、零 B 、无穷大 C 、正值 D 、负值 12.平面应力问题中(Z 轴与该平面垂直)，所有非零应力分量均位于（ ） A 、XY 平面内 B 、XZ 平面内 C 、YZ 平面内 D 、XYZ 空间内 13当选线长度l ，弹性模量E 及密度ρ为三个基本量时，用量纲分析法求出包含振幅A 在内的 相似判据为(E 的量纲为（ ）［ML -1T -2 ］ A 、A=l E 1 1212- ρ B 、A=l E -- 1 121 2 ρ C 、A=l E 100ρ D 、A l E =-11 12ρ 14.平面三角形单元内任意点的位移可表示为三个节点位移的（ ） A 、算术平均值 B 、代数和车员 C 、矢量和 D 、线性组合 15.已知F(X)=(x 1-2)2+x 22,则在点X (0)=00???? ??处的梯度为（ ） A 、?=?????? F X ()()000 B 、?=-?????? F X ()() 020
课程名称：机电产品现代设计方法 上课时间：2014年春季 雷达底座转台设计 姓名： 学号： 班级：1108103 所在学院：机电工程学院 任课教师：金天国张旭堂
1．设计任务 雷达底座转台设计：一个回转自由度，如下图1.1所示。 图1.1 承载能力：500kg 被测件最大尺寸： 台面跳动：0.02mm 台面平面度：0.02mm 台面布置T型槽，便于安装负载 方位转角范围： 具有机械限位和锁紧机构 角度位置测量精度： 角度位置测量重复性： 角速范围： 2．设计流程 根据机电产品现代设计方法，其设计流程大致如下图2.1所示。 图2.1
根据上图所示，整个设计过程可分为四个阶段：功能设计、总体方案设计、详细设计和设计。 功能设计部分，是在结合所给出的重要性的要求及用户可能的功能目标需求的前提下，对转台的功能进行定义分析，将每一个功能细化为一个个的功能元，利用QFD图对实现各种功能的所对应的技术的相对重要性进行分析，相对重要性较高的功能技术便是设计的重点所在。 总体方案设计部分，通过利用SysML语言来明确各部分之间的功能参数和参数约束关系，并完成草图的设计。 详细设计部分，需要使得零件实现其预定的功能，并保证其精度和强度的设计要求。在详细设计阶段主要是利用cad等三维建模软件，完成系统的3D图，并生产对应的2D图，完成整个设计。对于重要的零部件需要利用有限元软件进行仿真分析，保证其可靠性。最后还需要应用动力学和运动学仿真软件进行相关的动力学和运动学分析，确定设计系统满足功能目标要求。 设计总结部分，是对整个设计过程进行反思和总结，考虑整个设计过程中存在的不足和所运用的相关知识。 3.QFD需求-功能-技术分析 QFD(全称Qualification Function Deployment)，是用来对所设计的系统进行总体设计规划的工具。QFD主要功能是能够实现工程设计与消费者或用户需求之间的紧密连接，根据消费者需求和用户目标实现对设计过程的实时修改和控制，把用户的功能目标在整个设计过程中得以体现，并根据需求的重要性对整个系统做出相应的设计规划，有重点的进行设计。 本设计根据用户对于雷达底座转台的功能重要性的需求，首先给出其需求和功能之间的联系，如下图3.1所示的质量屋，屋顶为系统的功能，包括驱动元件的转速、体积、重量，及传动元件和传感器的可靠性等，左侧围用户对于系统的功能目标的需求，由用户直接给出的功能，如角度位置测量精度：、角度位置测量重复性：、角速范围： 等和用户潜在的功能需求，如人机交互、成本、节能等方面的需求组成。 图 3.1中各功能需求后面的数字代表着这些功能的相对重要性，即importance of whats，其数字越大代表其重要性越高，用户对于这些需求的重要性之和应该等于100。质量屋屋顶代表各部分功能之间的相互联系，分为positive、negative和不明确三种情况。
《现代设计理论与方法》实验报告 、实验目的 机械优化设计是一门实践性较强的课程，学生通过实际上机计算可以达到以 下目的： 1. 加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解; 2. 培养学生独立编制或调试计算机程序的能力； 3. 掌握常用优化方法程序的使用方法； 4 .培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。 、实验项目、学时分配及对每个实验项目的要求 1.明确黄金分割法基本原理、计算步骤及程序框图; 吐 入「土 2?编制或调试黄金分割法应用程序； 1 黄金分割法 2 八' " 3 ?用测试题对所编程序进行测试； 4?撰写实验报告。 1.明确复合形法基本原理、计算步骤及程序框图 等； 2 复合形法 4 2?编制或调试复合形法应用程序； 3 ?用测试题对所编程序进行测试； 4?撰写实验报告。 二、测试题 1. 黄金分割法程序测试题 1 )rn"何二?-10r+36,取坷=0 ,卜皿1, 沪 程序如下: #in clude
#define tt 0.01 float function(float x) float y=pow(x,2)-10*x+36;// return(y); void finding(float a[3],float f[3]) float t=tt,a1,f1,ia; int i; f[0]=function(a[0]); for(i=0;;i++) a[1]=a[0]+t;f[1]=function(a[1]); if(f[1]
课程名称：机电产品现代设计方法上课时间：2015年春季 机电产品现代设计方法实验报告 姓名： 学号： 班级： 所在学院：机电工程学院 任课教师：张旭堂
一、实验项目与实验目的 实验项目: 典型机电产品多学科协同优化设计。 试验目的： (1) 掌握典型机电产品多学科协同优化设计软件环境组成，包括建模软件、分析软件、协同平台。 (2）自主设计产品模型、分析过程、优化目标。 (3) 对得到的优化结果进行定性分析，解释结果的合理性，编写上机实验报告。 二、实验环境 网络协同设计环境，如下图所示：包括产品CAD建模、有限元分析FEM、动力学仿真ADAMS和控制仿真MATLAB。计算机网络硬件环境和相应软件环境。图形工作站和路由器，安装协同设计仿真软件。
型 协同设计仿真平台组成 三、实验原理 典型机电产品协同设计仿真工作流程如下图所示。 1）利用CAD建模工具，建立产品模型； 2）利用ADAMS建立产品运动学模型； 3）根据CAD和ADAMS传过来的结构模型和边界条件分析零件应力场和应变场； 4）用ADAMS分析得到的运动参数（位移、速度）。
协同设计仿真平台组成 四、实验内容与步骤 （1）总体方案设计 SysML语言是UML语言(Unified Modeling Language，统一建模语言，一种面向对象的标准建模语言，用于软件系统的可视化建模)在系统工程应用领域的延续和扩展，是近年提出的用于系统体系结构设计的多用途建模语言，用于对由软硬件、数据和人综合而成的复杂系统的集成体系结构进行可视化的说明、分析、设计及校验。 在这里我们绘制参数图如下。在下面的参数图中，我们确定了系统中各部件的相互约束情况。
现代设计方法简答题 1、与文件系统相比，数据库系 统的主要特征有哪些? 答：1)实现了数据共享,减少了数 据的冗余。2）数据存储的结构 化3)增强了数据的独立性。４） 加强了对数据的保护。 ２，CAD技术在机械工业中的应用主要有哪几方面? 答：CAD技术在机械工业中的主 要应用有以下几方面： （1)二维绘图(2）图形及符号库 ３)参数化设计(４）三维造型（5) 工程分析(６)设计文档和生产报 表，特征造型是如何定义的？ 特征是指能反映零件特点的,可 按一定原则分类的、具有相对独 立意义的典型结构形状。基于特 征的造型称为特征造型。基于特 征的造型是把特征作为产品零 件定义的基本单元，将产品描述 为特征的集合，包括形状特征、 精度特征、材料特征和其他工艺 特征,从而为工艺设计和制造过 程的各个环节提供充分的信息。 ３三维实体模型的实现方法中,体素构造法（ＣＳG）的基本思想是什么？需要存储的几何模型信息有哪些？ 答：(1)体素构造法(CSG）的基本 思想是:各种各样形状的几何形 体都可以由若干个基本单元形 体,经过有限次形状拼合运算构 建得到。2）需要存储的几何模 型信息是:所有的基本形体的类参数和所采用的拼合运算过程。 4简述三维实体模型的实现方法 中的ＣSG方法和Ｂ-ｒｅｐ方法 各自的基本思想。 答;CSG方法的基本思想是:各种 各样形状的几何形体都可以由 若干个基本形体,经过有限次形 状集合运算（又称拼合运算）构 建得到。需要存储的几何模型信 息是：所有的基本形体的类型、 参数和所采用的拼合运算过 程。B -ｒep方法的基本思 想:几何实体都是由若干边界外 表面包容的,可以通过定义和全 面存储这些边界外表面信息的 方法建立实体几何模型。 5. 消隐算法中的基本测试方法 有哪些?各适合哪些方面的测 试？ 基本测试方法有:面的可见性测 试、最大最小测试、包含性测试 和深度测试。面的可见性测试适 合于单凸物体的自隐藏面和自 隐藏线的测试。 最大最小测试用来检查两个多 边形是否重叠。包含性测试用来 检查一个给定的点是否位于给 定的多边形内。深度测试是用来 测定一个物体遮挡其它物体的 基本方法。 ６.在进行图形处理时,为什么要 引入规格化设备坐标系？ １）用于用户的图形是定义在世 界坐标系里,而图形的输出是定 义在设备坐标系里。不同的图形 设备具有不同的设备坐标系且 其工作范围也不相同。 （２)为了便于图形处理,有必要 定义一个标准设备,引入与设备 无关的规格化设备坐标系,采用 一种无量纲的单位代替设备坐 标，当输出图形时，再转化为具 体的设备坐标。 (３）规格化设备坐标系的取值范 围是左下角（0,0)，右上角（1, １）,其工作范围为0～1。 7.简述参数化绘图方法中的几何 作图局部求解法的核心思想。 几何作图局部求解法的核心思 想是:在交互作图过程中随时标 注每个新增加几何元素的自由 度和所受的约束关系；判断几何 求解的局部条件是否充分，通过 遍历检测，依次解出条件成熟的 元素参数；当图形的尺寸标注完 整时，用批处理程序经过多遍扫 描,解出绘图需要的所有未知数。 8．说明直线段编码剪裁算法的 思想和该算法的两个主要步骤。 直线段编码剪裁算法的思想:每 一线段或者整个位于窗口内，或 者能够被窗口分割而使其中的 一部分能很快地被舍弃。两个主 要步骤:第一步先确定一条线段 是否整个位于窗口内,若不是,则 确定该线段是否整个位于窗口， 外，若是，则舍弃；第二步，若 第一步的判断都不成立,那么就
2009-2010学年第二学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目：现代设计方法及理论 学生所在院（系）：机电学院 学生所在学科：机械制造及其自动化 题目：机械产品方案的现代设计方法及发展趋势 第 1 页（共 6 页）机械产品方案的现代设计方法及发展趋势
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。 根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。 1、系统化设计方法 系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。 系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。 制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是： (1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。 (2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。 (3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
现代控制理论课 程设计报告 题目打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性分析 项目成员史旭东童振梁沈晓楠 专业班级自动化112 指导教师何小其 分院信息分院 完成日期 2014-5-28
目录 1. 课程设计目的 (3) 2.课程设计题目描述和要求 (3) 3.课程设计报告内容 (4) 3.1 原理图 (4) 3.2 系统参数取值情况 (4) 3.3 打印机皮带驱动系统的状态空间方程 (5) 4. 系统分析 (7) 4.1 能控性分析 (7) 4.2 能观性分析 (8) 4.3 稳定性分析 (8) 5. 总结 (10)
项目组成员具体分工 打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性 分析 课程设计的内容如下： 1.课程设计目的 综合运用自控现代理论分析皮带驱动系统的能控性、能观性以及稳定性，融会贯通并扩展有关方面的知识。加强大家对专业理论知识的理解和实际运用。培养学生熟练运用有关的仿真软件及分析，解决实际问题的能力，学会使用标准、手册、查阅有关技术资料。加强了大家的自学能力，为大家以后做毕业设计做很好的铺垫。 2.课程设计题目描述和要求 (1)环节项目名称：能控能观判据及稳定性判据 (2)环节目的： ①利用MATLAB分析线性定常系统的可控性和客观性。 ②利用MATLAB进行线性定常系统的李雅普诺夫稳定性判据。 (3)环节形式：课后上机仿真 (4)环节考核方式： 根据提交的仿真结果及分析报告确定成绩。 (5)环节内容、方法： ①给定系统状态空间方程，对系统进行可控性、可观性分析。 ②已知系统状态空间方程，判断其稳定性，并绘制出时间响应曲线验
证上述判断。 3.课程设计报告内容 3.1 原理图 在计算机外围设备中，常用的低价位喷墨式或针式打印机都配有皮带驱动器。它用于驱动打印头沿打印页面横向移动。图1给出了一个装有直流电机的皮带驱动式打印机的例子。其光传感器用来测定打印头的位置，皮带张力的变化用于调节皮带的实际弹性状态。 图1 打印机皮带驱动系统 3.2 系统参数取值情况 表1打印装置的参数
研究生“现代信号处理”课程大型作业 （以下四个题目任选三题做） 1. 请用多层感知器（MLP ）神经网络误差反向传播（BP ）算法实现异或问题（输入为[00;01;10;11]X T =，要求可以判别输出为0或1），并画出学习曲线。其中，非线性函数采用S 型Logistic 函数。 2. 试用奇阶互补法设计两带滤波器组(高、低通互补)，进而实现四带滤波器组；并画出其频响。滤波器设计参数为：F p ＝1.7KHz , F r ＝2.3KHz , F s ＝8KHz , A rmin ≥70dB 。 3. 根据《现代数字信号处理》（姚天任等，华中理工大学出版社，2001）第四章附录提供的数据(pp.352-353)，试用如下方法估计其功率谱，并画出不同参数情况下的功率谱曲线： 1） Levinson 算法 2） Burg 算法 3） ARMA 模型法 4） MUSIC 算法 4. 图1为均衡带限信号所引起失真的横向或格型自适应均衡器(其中横向FIR 系统长M =11), 系统输入是取值为±1的随机序列)(n x ，其均值为零；参考信号)7()(-=n x n d ；信道具有脉冲响应： 1 2(2)[1cos( )]1,2,3()20 n n h n W π-?+=?=???其它 式中W 用来控制信道的幅度失真(W = 2～4, 如取W = 2.9,3.1,3.3,3.5等)，且信道受到均 值为零、方差001.02 =v σ(相当于信噪比为30dB)的高斯白噪声)(n v 的干扰。试比较基 于下列几种算法的自适应均衡器在不同信道失真、不同噪声干扰下的收敛情况(对应于每一种情况,在同一坐标下画出其学习曲线): 1） 横向/格-梯型结构LMS 算法 2） 横向/格-梯型结构RLS 算法 并分析其结果。
《现代机械设计方法学》实验报告 班级： 学号： 姓名： 成绩：
实验一、有限元分析 （一）目的： 1、初步掌握有限元软件分析力学问题的过程，包括几何建模、网格划分等前处理功能，掌握各种计算结果的阅读。 2、掌握材料数据、载荷、约束的添加方法。 （二）要求：学生独立完成一个算例的有限元分析，并阅读其计算结果，提交一个算例的分析报告。 （三）计算实例 1、问题的描述 为了考察铆钉在冲压时，发生多大的变形，对铆钉进行分析。 铆钉圆柱高：10mm 铆钉圆柱外径：6mm 铆钉下端球径：15mm 弹性模量：2.06E11 泊松比：0.3 铆钉材料的应力应变关系如下： 应变0.003 0.005 0.007 0.009 0.011 0.02 0.2 618 1128 1317 1466 1510 1600 1610 应力 /Mpa
1、有限元模型。
3、应力云图，可选主应力或σx、σy、τxy、V on Mises应力、Tresca应力之一输出结果图片，指明你所选的应力的最大值及其位置。 （三）思考题： 1、如果要提高边界处计算精度，一般应如何处理？ 答：在边界处划分网格 2、有限元网格划分时应注意哪些问题？ 答：选取的时候要将编号显示出来，这样就可以更好的选择，网格尽可能的小，这样结果就越准确。
实验二、优化实验 （一）目的： 初步掌握利用ANSYS软件或MATLAB软件对问题进行分析。 （二）要求： 学生独立完成一个算例的分析，并给出算例的计算结果。。 （三）算例 1.实际问题 梁的形状优化，优化目的是使梁的体积最小，同时要求梁上的最大应力不 超过30000psi，梁的最大挠度不大于0.5in,沿长度方向梁的厚度可以变化，但梁端头的厚度为定值t，采用对称建模。 使用两种方法进行优化，两种方法优化结果。 子问题近视法目标ANSYS 百分比（TVOL）体积in3 3.60 3.62 1.004 （DEFL）挠度max in 0.500 0.499 0.998 (STRS)应力max,psi 30000 29740 0.991 第一阶法目标ANSYS 百分比（TVOL）体积in3 3.6 3.61 1.003 （DEFL）挠度max in 0.5 0.5 1.001 STRS)应力max,psi 30000 29768 0.992
物体运动的方式实验报告 （文章一）：实验报告四年级4课.小吊车活动1：做小吊车（分组实验）制作目的：做小吊车并研究小吊车原理制作材料及工具：小纸盒吊车臂吊臂支架线绳两个铁丝钩一个剪刀锥子胶水钩码制作过程： 1.小组分工合作 2.观察小吊车模型组装各部分①四个点要对称，固定牢固；②绳子要从前往后穿，不要穿反了； 3.调试小吊车分别拉动两根线,看看小吊车的臂能否灵活运动. 实验现象:小吊车能提起或放下钩码实验结论：放松上牵引绳，拉紧下牵引绳，吊臂向下运动；拉紧上牵引绳，放松下牵引绳，吊臂向上运动。活动2:收与放实验目的：推断动物与人的肢体运动原理(分组实验) 实验过程： 1. 弯曲手臂，感受上臂上下肌肉的长短松紧变化。 2.伸直手臂，感受上臂上下肌肉的长短松紧变化。 3.反复几次体会与小吊车的原理的联系。实验现象：手臂骨骼就像小吊车的吊臂，肌肉就像绳子，手臂运动时，当肱二头肌收缩,肱三头肌舒张时,肱二头肌牵动前臂向内收缩;当肱三头肌收缩,肱二头肌舒张时,肱三头肌牵动前臂向外伸展. 实验结论：前臂收缩类似小吊车抬起重物。前臂伸展类似小吊车放下重物。6课.做沙盘（分组实验）制作目的:通过制作校园沙盘模型培养学生的设计制作能力。制作材
料:硬纸板学校平面图橡皮泥潮湿的沙土废旧泡沫包装纸小木棍颜料盒剪刀制作步骤：对校园建筑的布局进行观测2．用大的硬纸板做底座。在纸板上画好学校平面图。(明确建筑物.树木等的位置) 3.用橡皮泥旧泡沫等材料做出立体的楼房等校园建筑物，根据平面图摆放好位置。（可以用长方体或正方体的泡沫做楼房，硬纸板做围墙，小木棍做旗杆等）。4．要注意建筑物的比例。（四年级的学生还不能很精确地计算出比例尺，教师适当指导。）8课.快与慢实验目的:研究小车运动的快慢(分组实验) 实验材料:秒表（或电子手表）、长尺、玩具车（学生自带），橡皮泥，马达、电池等（学生自带）实验过程: 1.小组做好分工：赛车手、计时员、测量员、记录员。 2.找好起点（必要时确定好终点）； 3.秒表做好归零； 4.在相同时间内必须进行多次测量（不少于3次），并做好记录 5. .在相同距离内必须进行多次测量（不少于3次），并做好记录实验结论：1：相同时间内经过的距离越长,物体运动的速度越快2：相同距离下所用的时间越短,物体运动的速度越快活动2:玩小车实验目的：研究小车运动的快慢与载重物及路面光滑程度是否有关？(对比试验) 实验材料:秒表（或电子手表）, 木板, 玩具车（学生自带），钩码, 毛巾. 实验方法：1做好小组分工:赛车手、计时员、记录员; 2先测量空车时小车在木板上运动时间; 3别的条件不变,向小车上加钩
机电工程学院 现代设计方法大作业基于汽车噪声的TRIZ分析 学号：S314070064 专业：机械工程 学生姓名：*** 任课教师：*** 教授 2015年1月
基于汽车噪声的TRIZ分析 一对技术系统进行初步分析 1.选择系统。 我所选择的系统是汽车。 2.系统的三维图，如图1所示。 图1 汽车的三维图 汽车工作原理：汽车的行驶主要靠发动机来带动，以四冲程汽油机为例，四冲程汽油机是将空气与汽油或柴油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。汽油机简图及其具体运动过程如图2所示。 图2 四冲程汽油机工作循环图 （1）进气行程 化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合，然后再吸入气缸。进气行程中，进气门打开，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移
动，活塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压力降低到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力。这样，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸。 （2）压缩行程 为使吸入气缸内可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程称为压缩行程。 （3）作功行程 在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，因此，燃气的压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力约为3-5Mpa，相应的温度则为2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外作功。 （4）排气行程 可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程。当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。 汽车的执行机构：轮胎。 作用对象：路面。 3.汽车系统的黑箱图。 汽车的黑箱图如图3所示。 图3 汽车系统黑箱图 4.确定系统主要有益功能和其它功能。 汽车主要有益功能：载运客、货物和牵引客、货挂车。
1 实验目的 （1）掌握典型机电产品多学科协同优化设计软件环境组成，包括建模软件、分析软件、协同平台； （2）自主设计产品模型、分析过程、优化目标； (3) 对得到的优化结果进行定性分析，解释结果的合理性，编写上机实验报告。 2 实验内容 (1) 轴或负载台的有限元分析 (2) 基于Adams的运动学分析与仿真 3实验相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况） 网络协同设计环境，如图1所示：包括产品CAD建模、有限元分析FEM、动力学仿真ADAMS和控制仿真MATLAB。计算机网络硬件环境和相应软件环境。图形工作站和路由器，安装协同设计仿真软件。 型 图1 协同设计仿真平台组成
典型机电产品协同设计仿真工作流程如下图2所示。 1）利用CAD建模工具，建立产品模型； 2）利用ADAMS建立产品运动学模型； 3）根据CAD和ADAMS传过来的结构模型和边界条件分析零件应力场和应变场；4）用ADAMS分析得到的运动参数（位移、速度）。 CAD模型 （STEP / IGES格式） 1.产品CAD建模 （CATIA） 3.CAE有限元分 析 （CATIA） FEM 分析结果 （应力、应变、模态） 2.动力学分析 （ADAMS） 驱动力、反应 时间 有限元输入载荷 4.控制仿真 （MATLAB） 运动参数：位 移、速度 动力参数：惯 量、载荷 图2 协同设计仿真平台组成 SysML语言是UML语言(Unified Modeling Language，统一建模语言，一种面向对象的标准建模语言，用于软件系统的可视化建模)在系统工程应用领域的延续和扩展，是近年提出的用于系统体系结构设计的多用途建模语言，用于对由软硬件、数据和人综合而成的复杂系统的集成体系结构进行可视化的说明、分析、设计及校验。 在这里我们绘制参数图如下。在下面的参数图中，我们确定了系统中各部件的相互约束情况。
机械设计方法实验报告 姓名： 学号： 成绩： 指导教师：
进退试算法实验报告 一、实验目的 1.加深对进退试算法的基本理论和算法步骤的理解。 2.培养独立编制、调试计算机程序的能力。 3.掌握常用优化程序的使用方法。 4.培养灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。 二、实验要求 1.明确进退试算法基本原理及程序框图。 2.编制进退试算法程序。 三．实验内容 计算实例：用进退试算法求函数())2 t f的搜索区间。 (+ =t t ①.进退试算法基本原理简述 进退试算法的基本思想是：按照一定的规律给出若干试算点，一次比较各试算点的函数值的大小，直到找出相邻的三点的函数值按“高——低——高”变化的单峰区间为止。
②、程序的流程图 ③.编制进退试算法程序 #include
东北大学继续教育学院 现代设计方法试卷（作业考核线上） A 卷 学习中心：山西潞安职业技术培训学校奥鹏学习中心 院校学号：C93550111090079 姓名王勇 （共页） 一．选择题（可多选，各2分，共20分） 1. 机械设计主要应体现哪些特点（BDE ）。 A) 整体性B) 系统性C) 相关性 D) 多解性E）创新性 2. 机械系统的总体设计中不包括以下哪些内容（BE ）。 A) 功能原理方案设计B) 技术可行性报告 C) 总体布局设计D) 系统主要参数计算 E）结构草图设计 3. 室内工作的机械选择（B ）作为动力机不太合适。 A）电动机B）内燃机C）液压马达D）气动马达 4. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为（A ）。 A) 黑箱法B) 列举法C) 移植法D) 筛选法 5. （A ）执行系统，要求执行系统实现预期精度的动作（位移、速度、加速度等），而对执行系统中各构件的强度、刚度无特殊要求。 A. 动作型 B. 动力型 C. 动作——动力型 6. 考虑到强度问题时，（C ）图的设计比较合理。
A) (a) B) (b) C) (c) 7. 对（a）图所示的轴对称模型进行有限元分析时，必须施加约束支座以消除刚体位移。下面的（b）图和（c A) （b）图 8. A) 设计空间B) 设计维数C) 设计可行域 9. 已知某零件的失效时间随机变量服从指数分布，其故障率是5×10-4/小时，那么在工作时间100小时的可靠度水平是：（C ） A) 0.05 B) 0.85 C) 0.95 10. 对野外工作的机械及移动式机械，其动力机一般不选择（A ）。 A）电动机B）内燃机C）液压马达D）气动马达 二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分） 1. 一个机械系统必须由动力系统、执行系统、传动系统、操纵控制系统、架体支撑系统几部分组成。（ F ） 2. 机械产品的施工设计阶段要完成全部图纸资料和相关的技术文件。（T ） 3. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。
课程名称：现代设计方法实验报告 实验项目： 1.AutoCAD使用的基本知识 2.AutoCAD基本命令使用 3.学习AutoCAD图形显示、图层和线性 实验一AutoCAD使用的基本知识 一、实验目的与要求： （1）掌握AutoCAD的安装和起动（2）了解AutoCAD操作界面组成 二、实验设备： AutoCAD安装软件、多媒体电脑等。 三、实验内容（实验步骤及操作方法）： 1. AutoCAD的安装非常方便，同其它软件包的安装基本一样，其要点如下： 在光盘上找到SETUP.EXE文件并执行； 在序列号对话框中输入正确的软件序列号； 在目标位置对话框中，可考虑将AutoCAD安装在空间相对富裕的驱动器下； 在安装类型对话框中，根据需要以及硬盘空间大小，合理选择安装类型为典型、完全、精简或自定义； 在文件夹名称对话框中，为AutoCAD指定一个程序文件夹。 2. AutoCAD操作界面的组成及作用 标题栏 标题栏位于工作界面的最上面，用来显示AutoCAD的程序图标以及当前正在运行文件的名字（第一个文件和没打开其他图形显示的是Drawing1.dwg）等信息。单击位于标题栏右侧的按钮，可分别实现窗口的最小化、还原、最大化以及关闭AutoCAD等操作。单击标题栏最左边AutoCAD的小图标，会弹出一个AutoCAD窗口控制下拉菜单，利用该下拉菜单中的命令，也可以进行最小化或最大化窗口、恢复窗口、移动窗口或关闭AutoCAD等操作，双击该控制图标可以关闭应用程序。 工具栏 工具栏是AutoCAD提供的一种调用命令的方式，它包含多个由图标表示的命令按钮，单击这些图标按钮，就可以调用相应的AutoCAD命令。 菜单栏与快捷菜单 AutoCAD的菜单栏由“文件”、“编辑”、“视图”、“插入”、“格式”、“工具”、“绘图”、“标注”及“修改”等菜单组成，这些菜单包括了AutoCAD几乎全部的功能和命令。 绘图区 绘图区是用户进行绘图和显示图形的区域，类似于手工绘图时的图纸。当鼠标指针位于绘图区时，会变成十字光标，其中心有一个小方块，称为目标框，可以用来选择对象，使其变成可编辑状态。 命令区与命令窗口 绘图区的下方是命令行及命令窗口。命令行用于显示用户从键盘、菜单或工具栏中按钮中输入的命令内容（命令不分大小写，可完整缩写）；命令窗口中含有AutoCAD启动后所用过的全部命令及提示信息。用户可通过按F2键来打开
现代设计方法学综述摘要 现代设计方法已经成为一个新的技术领域。经阅读文献 本文从现代设计方法的基本定义出发 通过与传统机械设计方法的对比 阐述现代设计方法的 特点及主要内容 特别是该方法体现的先进性,接着立足于其现状 展望其发展趋势。关键字 现代设计方法 设计思想 传统机械设计方法 主要内容 趋势0 引言目前 随着 科学技术的迅猛发展和计算机技术的广泛应用 市场竞争愈演愈烈 而且市场竞争已是国 际化的、动态化的和多元化的。当前, 我国国民经济各部门也迫切需要质量好、效率高、消耗低、价格便宜的先进的机电产品,而产品设计是决定产品性能、质量、水平和经济效益的重要环节。传统的机电产品设计是一种以强度和低压控制为中心的安全系数设计、经验设计、类比设计和机电分离设计,也称常规设计。而现代机电产品设计方法则是强调创造性 以电子计算机为手段, 运用工程设计的新理论和新方法, 使计算结果达到最优化, 使设计过程实现高效化和自动化。因此, 运用现代设计方法可以适应市场剧烈竞争的需要, 提高设计质量和缩短设计周期。1 现代设计方法的定义及设计思想1. 1 现代设计方法的涵义现代设计方法 Modern Design Technigue 是新理论与计算机应用相结合的产物。它是以思维科学、设计理论系统工程为基础,以方法论为手段,以计算机为工具的各种方案、图样和程序的总和。对此定义作出以下解释: 1 迄今为止, 尚未阅读或检索到有明确给出过现代设计方法的定义, 尽管这种叫法、书名有很多, 或偶尔见到有对现代设计方法(技术)作过某种解释, 但很难视之为对这一概念的定义。 2 虽有文献报道, 在机械设计理论、设计技术等方面出现的新领域中, 已有设计方法学---- 是研究科学的设计思想、设计步骤和设计组织等的方法 及设计系统学---- 是研究对于同一问题所能取得几种设计方案的科学方法, 可也未提到现代设计方法。 3 于是, 借助于各种字词典, 对现代设计方法做出上述定义寻找依据: 现代是个泊来词 是指现在这个时代(中国多指1919 年至现在)。设计为了满足人类和社会的功能需求 将预定的目标通过人们创造型思维 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。方法多指解决问题的门路、程序等。如工作方法、思想方法。综合以上解释, 加之考量现代设计方法领域的实际, 成为定义现代设计方法依据。基于以上依据而给出上述现代设计方法的这个定义, 只是个人认识, 不一定完全正确, 也不一定十分科学, 仅供参考, 并请大家 讨论。1.2 现代设计方法的设计思想科学技术发展的历史和实际表明, 机械工业是科学技术物化为生产力的重要载体。在以前的工业革命尤其是现在的工业化过程中, 机械与电子、信息、冶金、电力、化工、轻工、建筑等诸多领域科技成果的有机结合, 为国民经济的发展和人们生活质量的提高不断地提供了先进设备、器械和用品。科学技术成果要转变为有竞争力的新产品, 设计起着关键性的作用。现代机械设计以理论计算为设计主题 最本质的工作是从无到有创造出一部机器以满足我们的要求 由设计分析和设计综合共同构成贯穿 整个设计过程的始终。也就是说, 机械设计问题是一个决定机械产品一序列的技术、经济及社会环境效果的问题。2 现代设计方法与传统设计方法的比较2.1 传统机械设计方法在传统设计理论发展时期 由于受机械生产水平的制约、客观条件的限制以及当时计算手段的局限等一系列原因, 人们的思维还未被充分开发。同时 社会对机械生产的要求不象今天这样向高速、高效、精密、轻量化、自动化方向发展, 机械系统和产品结构也不象今天这样日趋复杂。传统设计在进行理论分析时, 基于其观念的制约和所确定的力学—数学模型的需要, 常将复杂的具体问题作了一些等效处理,使理论分析的目的性和问题的本质更加明确, 也使分析的过程得到简化。2.1.1 传统设计方式方法分类 1 理论设计根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。如对简单受拉杆的强度设计设计强度计算式σ≤σlim / s 或F/ A ≤σlim / s 式中 F :作用在杆上的外载荷A :拉杆的横