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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?
16. 零件在工作中，作用在零件上的应力呈指数分布，均值为MPa 1000=σμ，强度服从正态分布，均值：MPa 2100=δμ，标准差：Mpa S 168=δ，试计算该零件的可靠度与失效概率。
17. 已知某一发动机零件所承受的应力服从正态分布，其均值MPa 3500=σμ，标准差Mpa S 400=σ；强度也服从正态分布。其均值MPa 8200=δμ，标准差MPa S 800=δ。求此时零件的可靠度是多少?
18. 由四个零件分别组成一个工作串联系统和并联系统，四个零件的可靠度分别为 RA ＝0.9，RB ＝0.8，RC ＝0.7, RD ＝0.6。求该两个系统的可靠度R 。并比较两个系统的可靠度。
19. 已知某产品的强度和应力均服从指数分布，己知应力的变化率MPa 03.0=σλ。现要求出，当可靠度为0.9时，产品的强度变化率应控制在什么数值上?
20. 有一批钢轴，规定钢轴直径不超过1.5cm 就是合格品，已知钢轴直径尺寸X 服从N(1.49，0.0052)。（查正态分布表得 )2(Φ＝0.97725，)1(Φ＝0.8413，φ（1）＝0.2420，φ（2）＝0.05399，64485.1)05.0(1＝-Φ，74485.1)04.0(1＝-Φ）
(1)试判断这批钢轴的废品率是多少？
(2)如果要保持有95％的合格率，那么应该规定钢轴直径的合格尺寸是多少？
二、简答题
21. 设计数据处理的常用方法有那些？
22. 结合实际应用，说明CAD 的工作过程。
23. 请简述现代CAD 技术的概念。
24. 请简述现代CAD 技术研究的内容。
25. 传统CAD 涉及以哪些基础技术？
26. 试述方向导数与梯度的关系。
27. 简述求解优化问题的图解法基本步骤。
28. 简述什么是梯度？梯度的基本性质。
29. 什么是共轭梯度法？试述梯度法与共轭梯度法的区别。
30. 简述什么是优化设计？下降迭代算法的构成需要解决哪几个基本问题？ 31. 下降迭代算法的收敛准则有哪些？
32. 优化设计的数学模型由哪三部分组成？建立优化设计的数学模型的基本步骤是什么？
33. 请简述梯度法和共轭梯度法的特点。
34. 请简述下降迭代算法构成的基本步骤。
35. 无约束优化方法分为哪两类？
36. 一般机械产品的可靠性设计程序分哪几个阶段？
37. 试述可靠性的定义及机械可靠性设计方法的主要特征。
38. 什么是可靠度？系统的可靠性预测和可靠性分配有何不同?
39. 简述可靠性的重要意义。
40. 可靠性分配需考虑哪些因素？
三、 填空题
11. CAD 系统硬件一般由主机、输出设备、输入设备和 设备四部分组成。
12. 工程设计的参数一般可分为几何参数和 两种类型。
13. 有限元位移法中单元分析的主要内容 。
14. 一个多元函数F(X)在点x *附近偏导数连续，则该点为极大值点的充分条件是 。
15. 偏导数、方向导数都是研究某点沿给定方向的 。
16. 设某约束优化问题目标函数为F (X )，3个约束条件为g i (X )≤0，(i =1,2,3)，在X 0点满足 －?F (X 0)＝2?g 1(X 0)＋?g 2(X 0)，则起作用的约束为 。
17. 可靠度是对产品可靠性的 度量。
18. 机电产品零件失效率曲线有 区域 、正常工作区域、 区域。
19. 若y ＝ln x 服从正态分布，则随即变量x 服从 分布。
20. 弹性模量E 是指单元体只在X 方向拉伸时，X 方向上的正应力(σX )与 的比值。
四、单选题
1. 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（ ）
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
2. 工程数据处理中，使用线性插值法完成（ ）
A.一元插值
B.二元插值
C.曲线拟合
D.曲线绘制
3. 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（ ） A.比例变换 B.对称变换 C.错切变换 D.平移变换
4. 求f(x 1,x 2)＝2x 12-8x 1+2x 22-4x 2+20的极值及极值点（ ）
A. x*=[1，1]T 12
B.
x*=[2，1]T 10 C. x*=[2，2]T 12 D. x*=[1，0]T 14
5. 梯度法与变尺度法所具有的收敛性分别为（ ）
A ．一次收敛性．一次收敛性
B ．二次收敛性．二次收敛性
C ．一次收敛性．二次收敛性
D ．二次收敛性．一次收敛性
6. 对于极小化F(x)，而受限于约束g μ(x)≤0(μ= 0,1,2,…,m)的优化问题，其内点罚函数表达式为（ ）
A.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ
B.∑=+=Φm
k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ C.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0max[)(),(μμ D.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1
)()()](,0min[)(),(μμ
7. N 台具有相同可靠度为R 的设备组成系统，恰好有r 台设备失效时系统的可靠度为（ ）
A ．R S ＝
∑=--r i r r n r n R R C 0)1( B ．R S ＝∑=--n
i r r n r n R R C 0)1( C ．R S ＝r r n r n R R C )1(-- D ．R S ＝∑=---r i r r n r n R R C
0)1(1 8. N 台具有相同可靠度为R 的设备组成系统，若系统允许 r 台设备失效仍认为正常
工作，则该系统的可靠度函数R S 为（ ）
A ．R S ＝∑=---n r i i i n i n n R R C )1(
B ．R S ＝∑=--n i r r n r n R R
C 0)1(
C ．R S ＝r r n r n R R C )1(--
D ．R S ＝∑=---r i r r n r n R R C
0)1(1
9. 设试验数为N 0，累积失效数为N f (t)，仍正常工作数N s (t)，则存活频率是指（ ）
A ．0)
(N t N f B ．0)(N t N s C ．)()(t N t N f s D ．)
()(t N t N s f 10. 在t ～t ＋△t 的时间间隔内的平均失效密度f (t )表示（ ）
A ．平均单位时间的失效频数
B ．平均单位时间的失效频率
C ．产品工作到t 时刻，单位时间内发生失效的概率
D ．产品工作到t 时刻，单位时间内发生的失效数与仍在正常工作的数之比
答案
一、计算题
1. 解：第一次缩小区间
043.1,146.1)03(382.0011==-?+=f x
459.2,854.1)03(618.0022==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][][]854.1,0,,2==x a b a
因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令043.1,146.11212====f f x x
171.1,708.0)0854.1(382.0011==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]854.1,708.0,,1==b x b a
因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令043.1,146.12121====f f x x
346.1,416.1)708.0854.1(618.0708.022==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][]416.1,708.0,2
=x a 因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
2. 解：第一次缩小区间
043.3,146.03382.0111==?+-=f x
459.4,854.03618.0122==?+-=f x
由于21f f <，故新区间[][][]854.0,1,,2-==x a b a
因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令043.3,146.01212====f f x x
171.3,292.0854.1382.0111=-=?+-=f x
由于21f f >，故新区间[][][]854.0,292.0,,1-==b x b a
因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令043.3,146.02121====f f x x
346.3,416.0)292.0854.0(618.0292.022==+?+-=f x
由于21f f <，故新区间[][]416.0,292.0,2-=x a
因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
3. 解：第一次缩小区间
004115281461801011.f ,.).(x ==?-+=
33222472246180022.f ,..x ==?+=
由于21f f <，故新区间[][][]472202.,x ,a b ,a ==
因为10472204722...>=-，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令0041152811212.f f ,.x x ====
6736944047223820011.f ,...x ==?+=
由于21f f <，故新区间[][]52810.,b ,a =
因为105281..a b >=-，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令673694401212.f f ,.x x ====
0235584052813820011.f ,...x ==?+=
由于
21f f <，故新区间[][]944002.,x ,a =
因为109440..a b >=-，所以应继续缩小区间。 4. 解：第一次缩小区间
2131.0,146.1)03(382.0011==-?+=f x
6648.3,854.1)03(618.0022==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][][]854.1,0,,2==x a b a
因为5.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令2131.0,146.11212====f f x x
0611.0,708.0)0854.1(382.0011-==-?+=f x
由于21f f <，故新区间[][][]146.1,0,,2==x a b a
因为5.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令0611.0,708.01212-====f f x x
208.0,438.0)0146.1(382.0011==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]416.1,438.0,,1==b x b a
因为5.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
5. 解：第一次缩小区间
291.3,146.1)03(382.0011==-?+=f x
459.0,854.1)03(618.0022==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]3,146.1,,1==b x b a
因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第二次缩小区间
令459.0,854.12121====f f x x
791.0,292.2)146.13(618.0146.122-==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]3,854.1,,1==b x b a
因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。
第三次缩小区间
令791.0,292.22121-====f f x x
370.1,562.2)854.13(618.0854.122-==-?+=f x
由于21f f >，故新区间[][][]3,292.2,,1==b x b a
因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。
6. 解：求：??????-=?822)(21x x X f ，??
????-=?62)()0(X f 令：??
????-=-?=62)()0()0(X f S 则：??
????+-=??????-+??????=+=αααα61216211)0()0()1(S X X )(16)61(8)61()21()(22)1(αφααα=++-++-=X f
令0)(='αφ，可得5.0=α，??
?
???=40)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：??????=40*
X ，0)(*=X f 。 7. 解：??????-=?21262)(x x X f ，??
????-=?24)()0(X f 令：??
????-=-?=24)()0()0(X f S 则：??????-+=??????-+???
???=+=α
ααα21412411)0()0()1(S X X )(9)41(6)21()41()(22)1(αφααα=++--++=X f
令：0)(='αφ 可得：5.0=α ，??
????=03)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：??
????=03*X ，0)(*=X f 。 8. 解：求：??????-=?422)(21x x X f ，??
????-=?22)()0(X f 令：??
????-=-?=22)()0()0(X f S
则：??
????+-=??????-+??????=+=αααα21212211)0()0()1(S X X )(4)21(4)21()21()(22)1(αφααα=++-++-=X f
令0)(='αφ，可得5.0=α，??
????=20)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：???
???=20*X ，0)(*=X f 。 9. 解：求：??????--=?6242)(21x x X f ，??
????--=?42)()0(X f 令：??
????=-?=42)()0()0(X f S 则：????
??++=??????+???
???=+=αααα41214211)0()0()1(S X X )()24()12()(22)1(αφαα=-+-=X f
令0)(='αφ，可得5.0=α，??
?
???=32)1(X ，0)()1(=X f 因：0)()1(=?X f ，可得此问题的最优解：??
?
???=32*X ，0)(*=X f 。 10. 解：1）第一次迭代
求 ,42422)(2121??????+---=?x x x x X f ??
????-=?24)()0(X f 令 ??
????-=-?=24)()0()0(X f S 则 ??????
-+=??????-+??????=+=αααα21412411)0()0()0()1(S X X )()41(4)21)(41(2)21(2)41()(22)1(αφααααα=+--+--++=X f 对这种简单的一元函数，可以直接用解析法对α求极小。
令 016)41(4)21(8)21(8)41(8)(=-++----+='αααααφ
解得 ,25.04
1==α,5.02)1(??????=X 5.5)()1(-=X f 因,25.4)()1(ε>=?X f 还应继续迭代计算。
2)第二次迭代
因,21)()1(??????
--=?X f ,21)1(??????=S ??
????++=??????+??????=+=αααα25.02215.02)1()1()1()2(S X X )()2(4)25.0)(2(2)25.0(2)2()(22)2(αφααααα=+-++-+++=X f 令 04)2(4)25.0(8)25.0(8)2(2)(=-+-+-+++='αααααφ
解得 ,5.0=α ,5.15.2)2(??????=X ,75.6)()2(-=X f ,12)()2(??
????-=?X f 因,5)()2(ε>=?X f 可知X (2) 不是极小点，还应继续进行迭代。
11. 解：纯并联的系统可靠度为：
999.0)9.01(1)1(133=--=--=R R S
表决系统可靠度为：
972.0)9.0(2)9.0(3233232=-=-=R R R S
由上述计算结果可以看出，采用并联系统都大大地提高了可靠度。而2/3[G]表决系统的可靠度比纯并联系统要低一些。
12. 解：1）组成串联系统：9219.0)85.0()(2
11**===n S i R R
即要求：9219.0*2*1==R R （2）组成并联系统：6127.0)85.01(1)1(12
11**=--=--=n S i R R
即要求：6127.0*2*1==R R 。 13. 解：87.25.412.243785162222=+-=+-=σδσ
δμμS S Z R
查正态表得可靠度：99795.0)87.2(=Φ=R
失效概率00205.01=-=R F 。
14. 解：87.25.412.243785162222=+-=+-=σδσ
δμμS S Z R
查正态表得可靠度：99795.0)87.2(=Φ=R
失效概率00205.01=-=R F 。
15. 解：已知 MPa N MPa
N C T ），＝残余应力，（拉应力1501000()4003500σσ=
故平均有效应力为：MPa MPa C T 2500)10003500(=-=-=μμμσ 应力的标准差为：MPa S S S C T 2.4271504002222=+=+=σ
根据标准正态积分表，可以由要求可靠度0.999反过来查出标准正态随机变量1.3-=Z , 代入公式22σ
δδ
δμμS S Z +--= 可以求出:222.427250050001.3+--=-δS
由上式解出：MPa S 684=δ。
16. 解：3101
-==σσμλ
由公式)2(21
222)(1)(1δσσδλλμδδσδδδ
λμφμφS e S S S R --??????------=可得：
???????-??-??
?????------=---)168101021002(21exp 168168102100(1)1682100(126323φφR []8758.0)332.12(1)5.12(1086.2=-----=-e φφ
失效概率为1242.08758.011=-=-=R F 。
17. 解：因为安全系数34.23500
8200===σδμμη
故在此安全系数下零件的可靠度为：
25.5800400350082002222-=+--=+--=σδδ
δμμS S Z
根据25.5-=Z 及标准正态积分表，可查出可靠度R=0.9999999。
18. 解：串联系统的可靠度为：
3024
.06.07.08.09.0)(1=???=???==∏=D
C B A n i t S R R R R t R R
并联系统的可靠度为：
9976
.0)6.01)(7.01)(8.01)(9.01(1)]
(1[11=-----=--=∏=n
i t S t R R
对比可知，并联的组合方法将大大地提高系统的可靠度。
19. 解：已知某产品的强度和应力均服从指数分布，则强度δ有
)ex p()(δλλδδδ?-=f （0≤δ≤∞）
对于应力σ有 )ex p()(σλλσσσ?-=f （0≤σ≤∞）
δ
σσδσσδδδσσλλλσσλλλσσλλλσλλσδδσσδ+=?+-=???????-?-=??
????=>=????∞∞∞
∞0000])(exp[)exp()exp()()()(d d d d f f P R 可得： δλ+=
03.003.09.0 则 MPa MPa 0033.0)03.09.003.0(9
.01=?-=δλ。 20. 解：(1)已知005.049.1＝，＝σμ
02275.0)2(1)005
.049.15.1(1)5.1(1)5.1(=Φ-=-Φ-=≤-=>X P X P 因此，该批钢轴的废品率是0.02275。
(2)设规定钢轴直径的合格尺寸是X ，则有95.0)(=≤x X P
即95.0)005
.049.1005.049.1(=-≤-x X P 从而)()(95.095.0u u z P Φ=≤ 其中005
.049.195.0-=
x u 由正态分布表查得64485.195.0=u 代入可得：cm x 498.1005.064485.149.1≈?+= 因此，规定钢轴直径的合格尺寸是1.498cm 。
二、简答题
21. 答：通常对设计数据处理的方法有以下两种：（1）将设计数据转变为程序，即程序化。采取编程的方法对数表及图线进行处理，通常不外乎两种方法：第一，采用数组存储在程序中，用查表、插值的方法检索所需数据；第二，拟合成公式编入程序，由计算获得所需数据；(2)利用数据库管理设计数据。将数表中的数据或线图经离散化后的数据按规定的格式存放在数据库中，由数据库自身进行管理，独立于应用程序，因此，可以被应用程序所共享。
22. 答：CAD 的工作过程为：
１)通过CAD 系统人机交互界面输入设计要求，构造出设计产品的几何模型，并将相关信息存贮于数据库中；
2)运用计算方法库的计算分析：包括有限元分析和优化设计，同时确定设计方案和零部件的性能参数；
3)通过人机交互方式，对设计结果进行评价决策和实时修改，直至达到设计要求为止，利用图形库支持工具，绘制所需图形，生成各种文档；
4)设计结果可直接进入CAPP 和CAM 阶段。
23. 答：现代CAD 技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法，设计环境，设计工具各相关技术的总称，它们能使设计工作实现集成化，网络化和智能化，达到提高产品设计质量，降低产品成本和缩短设计周期的目的。 24. 答：1)研究现代设计理论与方法
2）研究与设计工具相关的技术
①协同设计环境的支持技术，
②协同设计的管理技术。
3）研究与设计环境相关的技术
①产品数字化定义及建模技术，
②基于PDM 的产品数据管理与工作流（过程）管理技术，
③发展集成的CAx 和DFx 工具。
25. 答：1)处理技术，如自动绘图，几何建模，图形仿真及其他图形输入，输出技术。
2)分析技术，如限元分析，优化设计及面向各种专业的工程分析等。
3)数据管理与数据交换技术，如数据库管理，产品数据管理，产品数据交换规范及接口技术等。
4)文档处理技术，如文档制作，编辑及文字处理等。
5)软件设计技术，如窗口界面设计，软件工具，软件工程规范等。
26. 答：函数在一点的梯度是函数在该点变化率的全面描述。当方向S 与梯度的夹角为零时，方向导数达到最大值；这时梯度的模就是函数的最大变化率，此方向称之为梯度方向，函数在给定点的梯度方向必定是该点等值线或等值面的法线方向。当方向S 与点X ( k)的梯度相垂直时，函数在该点沿S 的方向导数等于零，即
[]
0)()()()(=??=??S X f S X f T k k ，这说明方向S 位于该点等值线的切线上或等值面的切平面内。因此函数在一点的梯度方向是该点上方向导数最大的方向，或者说函数值增长得最快的方向。
27. 答：图解法的基本步骤是：首先确定设计空间；再作出约束可行域；画出目标函数的一簇等值线；最后根据等值线与可行域的相互关系确定最优点。
28. 答：函数在点X(K)的梯度是由函数在该点的各个一阶偏导数组成的向量，即为一个列向量，可用行向量的转置来表示：
T n k k k k x x f x x f x x f x f ])(,......,)()([)()(2)(1)()(??????=?，
梯度的基本性质为：
(1)函数在一点的梯度是一个向量。梯度的方向是该点函数值上升得最快的方向，梯度的大小就是它的模长。
(2)一点的梯度方向与过该点的等值线或等值面的切线或切平面相垂直的方向或等值面的法线方向。
(3)梯度是函数在一点邻域内局部性态的描述。在—点上升得快的方向不—定上升得快，甚至可能下降。
29. 答：共轭梯度法是以函数的梯度构造共轭方向的一种算法，具有共轭方向的性质。共轭梯度法具有超线性收敛速度。梯度法与共轭梯度法的区别是：
1)最速下降法(梯度法) ：搜索方向为目标函数负梯度方向，计算效率优于坐标轮换法。开始几步搜索下降快，但愈接近极值点下降愈慢。对初始点的选择要求不高，适合与其它方法结合使用。
2)共轭梯度法：第一步搜索沿负梯度方向，然后沿负梯度的共轭方向搜索。计算效率介于梯度法和牛顿法之间。对初始点没有特殊的要求，不需要计算二阶偏导数矩阵及其逆矩阵，计算量与梯度法相当。适用于各种规模的问题。
30.答：1)优化设计是指，将工程设计问题转化为最优化问题，利用数学规划方法，借助电子计算机高速度、高精度和大储存量的运算处理能力，从满足设计要求的一切可行方案中自动寻求最佳设计方案的设计方法。
2)下降迭代算法的构成需要解决以下三个基本问题：选择搜索方向，确定步长因子，给定收敛准则。
31.答：下降迭代算法的收敛准则有：
(1)点距准则：相邻两迭代点的距离来判断；
(2)值差准则：相邻两迭代点的函数值之差来判断；
(3)梯度准则：梯度的模长判断。
32.答：（1）优化设计的数学模型由设计变量、目标函数和约束条件组成。
（2）建立优化设计的数学模型的基本步骤是：
1）识别要确定的未知变量（设计或决策），并用代数符号表示它们；
2）识别目标或判别标准，并将其表示为要最大化或最小化的函数；
3）识别问题的约束或限制，并将它们表示未知变量的线性或非线性的等式或不等式组。
33.答：（1）梯度法的特点。
1）梯度法理论明确，程序简单，计算量和存储量较少，对初始点的要求不严格。
2）负梯度方向不是理想的搜索方向，梯度法也不是一种理想的方法，梯度法的收敛速度并不快。
3）梯度法的迭代全过程的搜索路线呈锯齿状。
（2）共轭梯度法的特点
1）全局收敛（下降算法）,线性收敛；
2）每步迭代只需存储若干向量（适用于大规模问题）；
3）有二次终结性（对于正定二次函数，至多n次迭代可达opt.）
34.答：1）给定一个初始点X(0)和收敛精度ε
2）选取一个搜索方向S(k)
3）确定步长因子a k，按上式得到新的迭代点
4）收敛判断：若X(k+1)满足收敛精度，则以X(k+1)作为最优点，终止计算；否则，以X(k+1)作为新的起点，转2）进行下一轮迭代。
35.答：无约束优化方法分为两类: 第一类：直接解法。这种方法中只用到函数f(x)，
而不涉及其导数，如坐标轮换法、鲍威尔法(Powell法)、随机搜索法、单纯形法等；第二类：间接解法。它要用到f(x)的导数，如用到一阶导数的方法有梯度法、共扼梯度法和变尺度法；用到二阶导数的方法以牛顿法为代表。间接解法也称为解析法。36.答：一般机械产品的可靠性设计程序，可大致分为以下几个阶段：
(1)方案论证阶段：确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算分析；
(2)审批阶段：对可靠度及其增长初步评估、验证试验要求、评价和选择试制厂家；
(3)设计研制阶段：主要进行可靠性预测、分配和故障模式及综合影响分析，进行具体结构设计；
(4)生产及试验阶段：按规范进行寿命试验、故障分析及反馈、验收试验等；
(5)使用阶段：收集现场可靠性数据，为改型提供依据。
37.答：1)可靠性是指机械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，它是衡量机械产品质量的一个重要指标。
2)机械可靠性设计方法的主要特征就是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、载荷、几何尺寸及应力等所具有的多值现象都看成是服从某种分布的随机变量。根据机械产品的可靠性指标要求，用概率统计方法设计出零、部件的主
要参数和结构尺寸。
38.答：1)可靠度是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。2) 系统的可靠性预测和系统的可靠性分配的区别是：系统的可靠性预测是按系统的组成形式，根据已知的单元和子系统的可靠度计算求得的；系统的可靠性分配是将已知系统的可靠性指标合理地分配到其组成的各子系统和单元上去，从而求出各单元应具有的可靠度。
39.答：可靠性的有以下重要意义：
1）提高产品的可靠性，可以防止故障和事故的发生；
2）提高产品的可靠性，能使产品总的费用降低；
3）提高产品的可靠性，可以减少停机时间，提高产品可用率；
4）对于企业来说，提高产品的可靠性，可以改善企业信誉，增强竞争力，扩大产品销路，从而提高经济效益；
5）提高产品的可靠性，可以减少产品责任赔偿案件的发生，以及其他处理产品事故费用的支出，避免不必要的经济损失。
40.答：可靠性分配考虑的因素：
1）子系统复杂程度的差别；
2）子系统重要程度的差别；
3）子系统运行环境的差别；
4）子系统任务时间的差别；
5）子系统研制周期的差别。
三、填空题
（略）……
四、单选题
（略）……
1、设计是创造性的劳动，设计的本质是创新。 2、现代设计方法有六个特点,分别是:程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机辅助设计（CAD）。 3、传统的分析方法往往把事物分解为许多独立的互不相干的部分进行研究。由于是孤立、静止地分析问题，所得的结论往往是片面的、有局限性的。而系统工程的方法是把事物当作一个整体的系统来研究，从系统出发，分析各组成部分之间的有机联系及系统与外界环境的关系，是一种较全面的综合研究方法。 4、设计系统是一种信息处理系统。 5、系统工程的观点，设计系统是一个由时间维、逻辑维和方法维组成三维系统。时间维：反映按时间顺序的设计工作阶段；逻辑维：解决问题的逻辑步骤；方法维：设计过程中的各种思维方法和工作方法。 6、设计工作阶段—时间维一般工程设计可分为四个阶段： 1）产品规划（明确设计任务）；2）原理方案设计；3）技术设计；4）施工设计。产品规划过程中的调查研究，包括：市场调研、技术调研、社会调研、环境调研。产品规划阶段形成的是可行性研究报告或设计任务书。 原理方案设计形成方案原理图。技术设计阶段形成零件草图等。 施工设计阶段形成零件图、部件装配图、全部生产图纸、设计说明书、工艺文件、使用说明书。 7、产品设计的三种类型 （1）开发型设计针对设计任务提出新的功能原理方案，完成从产品规划到施工设计的全过程的设计，此类设计是创新设计。 （2）适应型设计在原理方案基本保持不变的情况下，变化更换部分部件或结构，使产品更广泛地适应使用要求的设计。 （3）变参数型设计产品功能、原理方案、结构型式基本确定，通过改变尺寸与性能参数，满足不同的工作需要的设计。（测绘与仿制） 8、解决问题的合理逻辑步骤是：分析-综合-评价-决策。 评价是筛选的过程二、原理方案设计 1、系统功能分析法—系统化设计方法，它是将工程设计任务或机械产品看作技术系统，用系统工程方法进行分析和综合。 2、技术系统—以一定技术手段来实现社会特定需求的人造系统。 技术系统的功能就是将输入的能量、物料和讯号进行有目的的转换或变化后输出。技术系统是一个转换装置。随时间变化的能量、物料和讯号称为能量流、物料流和讯号流。 主要传递讯号流的技术系统—仪器。 主要传递能量流与物料流的技术系统—机器。 3、对输入和输出的变换所作的抽象描述称为系统。 技术系统的用途或所具有的特定能力称为系统的功能 4、分析系统的总功能常采用“黑箱法”。分析比较系统的输入和输出能量、物料和讯号，其差别和关系反映的就是系统的总功能。黑箱法要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统功能出发设计产品。 5、功能分解分解到直接找到解法的分功能称为功能元。功能分析的结果用功能树的形式表达 完成分功能的技术实体是功能载体。 6、求系统原理解N=n1·n2······ni······nm 式中：m—功能元数；ni—第i 种功能元解的个数。 7、功能分析法的设计步骤
大学课程实验心得体会集锦 实验心得体会 在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅. 在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛. 通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅. 实验心得体会 这个学期我们学习了测试技术这门课程，它是一门综合应用相关课程的知识和内容来解决科研、生产、国防建设乃至人类生活所面临的测试问题的课程。测试技术是测量和实验的技术，涉及到测试方法的分类和选择，传感器的选择、标定、安装及信号获取，信号调理、变换、信号分析和特征识别、诊断等，涉及到测试系统静动态性能、测试动力学方面的考虑和自动化程度的提高，涉及到计算
机技术基础和基于LabVIEW的虚拟测试技术的运用等。 课程知识的实用性很强，因此实验就显得非常重要，我们做了金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较,回转机构振动测量及谱分析,悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试三个实验。刚开始做实验的时候，由于自己的理论知识基础不好，在实验过程遇到了许多的难题，也使我感到理论知识的重要性。但是我并没有气垒，在实验中发现问题，自己看书，独立思考，最终解决问题，从而也就加深我对课本理论知识的理解，达到了“双赢”的效果。 实验中我学会了单臂单桥、半桥、全桥的性能的验证；用振动测试的方法，识别一小阻尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数；掌握压电加速度传感器的性能与使用方法；了解并掌握机械振动信号测量的基本方法；掌握测试信号的频率域分析方法；还有了解虚拟仪器的使用方法等等。实验过程中培养了我在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力以及培养了良好的工程素质和科学道德，例如团队精神、交流能力、独立思考、测试前沿信息的捕获能力等；提高了自己动手能力，培养理论联系实际的作风，增强创新意识。 实验体会 这次的实验一共做了三个，包括：金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较；回转机构振动测量及谱分析；悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试。各有特点。 通过这次实验，我大开眼界，因为这次实验特别是回转机构振动测量及谱分析和悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试，需要用软件编程，并且用电脑显示输出。可以说是半自动化。因此在实验过程中我受易非浅：它让我深刻体会到实验前的理论知识准备，也就是要事前了解将要做的实验的有关质料，如：实验要求，实验内容，实验步骤，最重要的是要记录什么数据和怎样做数据处理，等等。虽然做实验时，指导老师会讲解一下实验步骤和怎样记录数据，但是如果自己没有一些基础知识，那时是很难作得下去的，惟有胡乱按老师指使做，其实自己也不知道做什么。
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 =--=?
机械系统设计讨论课汇报 班级：机设08-1 组内成员：庞沙沙何宏雷宋盈盈指导老师：汪飞雪 完成时间：2011年10月26日
目录 一、平行辊矫直机原理 (3) 二、平行辊矫直机结构参数计算 (3) 三、平行辊矫直机力能参数计算 (5) 四、平行辊矫直机工艺参数计算 (8) 五、讨论感想 (9) 六、参考文献 (9) 七、组内分工 (9)
一、平行辊矫直机原理 平行辊矫直机属于连续性反复弯曲的矫直设备，这种矫直机克服了脚力矫直机断续工作的缺点，是矫直效率成倍提高，使矫直工序得以进入连续生产线。 金属材料在较大弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度有多大区别在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致。随着压弯程度的减小其弹复后的残留弯曲必然会一致趋近于零值而达到矫直目的。因此平行辊矫直机必须具备两个基本特征，第一是具有相当数量交错配置的矫直辊以实现多次反复弯曲；第二十压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案。 二、平行辊矫直机结构参数计算 1、辊系与辊数 （1）辊系 首先需要选定辊系，为了兼顾扩大适用范围及缩小空桥区的两个目 的，曾提出双交错变辊矫直辊系，如图3-8所示，辊系中,2、,3、,4及,5各辊为液压恒压支承或在形成连续梁受力时自动卸载变为零压支承。其恒压是只能对工件头尾有矫直作用的压力。于是这种辊系，第一，可矫直中等断面的工件，相当于辊距为p=21t 的矫直机；第二，可矫中等断面的工件，使,2、,3、,4及,5各辊处于浮动状态，其压力只能矫直头尾，而对其他各辊只有较小的增压作用；第三，可矫大型断面的工件，上述恒压辊在变成零压辊之后辊距增大到p=3t +2 t 61t ，也达到了变距的效果。这样“变辊距”要比其他办 法有三个优点，其一为容易调整；其二为机架刚性好；其三为空桥区很短。
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
学习“现代设计方法”课程感想 11材料2班夏万林学号20110410210234 现代设计方法，用英文取名为“Modern Design Technique”，是当今时代为产品制造或工程项目完成到实体化全过程而制订的技术上的方案、图样与程序。“现代设计方法”是对应于传统设计方法而提出与发展的，为一种大概念，有大的范畴，其下位可有现代机械设计方法、现代模具设计方法等。 进入大三，迎接我们的是真正的专业课，不再是以前的公共课或者是专业基础课，而《优化设计导论》作为专业课中的必修课，即是非常重要的一门课，同时也是一门结合机械类各科目知识的一门综合性课程。在近一学期的学习中，我不仅仅是学到了比较多的综合性设计方法同时也很好的认识了我们的好老师-卢老师。卢老师的课堂教学非常幽默且具有非常强的科学性。卢老师基本上是每节课都会要求同学自己动手画画做做，不要总是这样听着而什么是事都不做，尽量调动大家学习的积极性，让大家多学点，让同学愿意听，想去学。 这门课程给我们讲解了有限元设计、优化设计、机电一体化设计、计算机辅助设计、创新设计、生命周期设计、虚拟设计、稳健设计、并行设计、智能设计等十种现代设计方法。其中前面四种为较成熟应用正普及类，后面六种为较新颖内容正发展类，可以说是设计学的一个大综合。广义最优化方法有解析法、数值法、图解法、实验法、情况研究法等，工程技术问题中的最优化方法主要是指解析法和数值法，且以数值法为最典型、最具代表性，因此、本书主要讲述数值法。
纵观世界机械类设计发展历史，从19世纪中叶英国工业革命至今，机械工业不断革新其要求也不断改变，现今对各个设计员的要求不断提升，由以前的单一机械结构设计到后来的机电一体化再到如今的机、电、计算机三位一体的设计要求，这样对于我们大学生尤其是三本院校的大学生，本身基础较薄弱，学习现代设计要求也不断提高、相应的难度也在提升。 通过这半个学期的学习，自己对现代设计方法有了一定的认知和掌握。我觉得开设本课程要达到的主要目的是：通过对经典解析法、线性规划与非线性规划法、数值法中的基本概念、理论和方法的学习，对工程设计实例分析的了解和熟悉，我们可以拓宽视野，增强创新设计意识，掌握现代设计方法的基本思想和基本方法，初步具有解决机械优化设计和分析问题的能力。学校的图书馆也有许多相关的书籍期刊，通过课本的学习和课外知识的学习以及《机械设计》课程学习的基础，我对设计过程的复杂性和相关基础过程有了一定的认识，其过程主要为首先是任务的提出，确定需求和潜在的需求；然后是可理解的形成，即概念设计，包括扫描技术可能和产生矛盾统一设想；最后是对可能解的评估、优选和确认，并产生最终解。通过这门课程的学习我还解决了另一个问题，对机械设计的现代设计方法的相关类型有了一定的认识。通过课程中的优化设计、解析法、数值法等方面的学习我深刻的认识到现代设计方法主要基于以下四个类型开展设计方案的。主要是结构模块化设计方法、基于产品特征知识的设计方法、系统化设计方法、智能化设计方法四个方面的设计方法，我的学习提
( 心得体会 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 大学生课程设计心得体会范文College Students' experience in curriculum design
大学生课程设计心得体会范文 大学生课程设计心得体会 时光匆匆而过，一周转瞬即逝。在过去的这一周时间里面，原本以为会比较轻松的设计任务却让我觉得有点措手不及。虽然困难重重，但是在遇到的各种各样的问题中，我学会了耐心，学会了坚持，也学会了以前掌握得不太牢固的数电和模电知识。收获颇丰。 在这次电子课程设计中，我们小组的设计题目是汽车尾灯控制。在设计中我们使用了基本的芯片：双向移位寄74LS194，二输入与非门74LS00、四输入与非门74LS20、六反相器74LS04、3-8译码器，555定时器及电阻电容进行搭建。设计的时候并不是特别顺利，芯片的选择和电路的接法对于我这样从来没有实际操作过的学生还是有一定的难度的。经过我们大家集体的讨论过后，我们还是把最终的电路图拿出来了。这让我充分体会到团队的力量，团结才能让大家
把事情干好。一个人的力量始终太渺小，集思广益才能让我们进步得更快，让我们学到更多的知识。 最让我头疼的是在实际操作的过程中，我们经常会因为一个小的失误，比如线接错了，有些地方的线没有接上等等问题而让实验板上的灯无法亮起来。这些都是让我始料不及的。由于不细心的地方太多，当时甚至有过要放弃的念头。但是我坚持了下来，当最终看到成果的时候，我觉得这一切都是值得的。记得汪中求说过细节决定成败。以前感触不深，没有注意太多的细节，总是抱着差不多就行了或者放纵自己的心态来面对生活学习中的许多问题。但是我现在明白了，这是不对的。对于科学我们就应该保持严谨的态度。课程设计中的许多细节都没有注意，老是求快，想早点完成设计和连接实验板的工作，但是这反而导致了很多次的失败。好在最终摆正了心态，细心检查之后，最终完成了连线。 我从这次的设计中还感受到坚持的重要性。做事情不能轻言谈放弃，虽然过程不顺利，与想象中相去甚远。但是只要我们能坚持，朝着自己既定的目标前进，就一定会走到终点。一点小小的挫折实
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
内蒙古民族大学2013-2014学年二学期 试卷答案（考查） 课程名称：机械系统设计考试时间：110分钟年级：11级 专业：机制、农机 一、简答题（6小题，共60分） 1、什么是专家系统？专家系统的作用是什么？简述现代虚拟样机仿真分析的目的与意义。答：一个或一组能在某特定领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机程序。 专家系统的作用：减少设计人员的负担；适用于常规方法和分析程序无能为力的地方；快速；防止设计人员出错及保留系统的知识和经验的领域。 虚拟样机仿真分析的目的与意义：化设计；缩短周期、降低成本；提高性安全性；提高产品开发效率及产品设计质量。 2、试从人机工程学观点分析汽车驾驶室的布置设计。 答：人机工程学是运用生理学、心理学和其他有关学科知识，使人和机器相互适应，创造舒适和安全的环境条件从而提高工效的学科。 驾驶座椅的设计，根据不同的体格可以调整高度和前后位置。而且坐姿操作可减少疲劳。显示装置的设计，如速度里程表、油表等的设计充分利用人体工程及人的视觉习惯，便于观察，警醒作用。操纵装置设计，方向的大小以人施力最适宜的尺寸，而且活动灵活，长期驾驶不易疲劳。档位杆的设计充分考虑人手生理学特点，手握舒适，不产生滑动，施力方便。脚操纵的刹车，离合，油门等，与坐姿操作相适应。踏板采用矩形或椭圆性。转向按钮与方向盘一体便于操作。照明灯及前后镜子的设计也充分考虑人的视觉规律。 汽车驾驶室的设计，充分运用人体工程学的原理，使人在最舒适最不易疲劳的最易观察的角度安全驾驶。 3、机械工作状态能量信息论；机械工作过程能量损失论；机械工作过程节能效益论。 曲柄压力机动力机容量的选择，根据压力机负载而确定的有效能+系统广义储能+系统损耗能的综合，在乘以安全系数，便是动力机容量。 4、典型闭环控制系统有哪些基本环节组成？各有什么作用？ 答：给定环节、测量环节、比较环节、校正及放大环节和执行环节。 给定环节是给出与反馈信号同样形式和因次的控制信号。 测量环节用于测量被控变量，并将被控变量转换为便于传送和便于处理的另一物理量的环节。 比较环节是将来自给定环节的输入信号与测量环节发出的有关被控变量的反馈信号进行比较的环节。 校正及放大环节将偏差信号做必要的校正，并进行放大以便推动执行环节。 执行环节接受放大的控制信号，驱动被控对象按照预期的规律运行的环节。
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。 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。 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。 产品设计的基本流程为：市场调研--草图构思--方案设计。 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。 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。 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。 七、动态设计 动态设计法是在计算参数难以准确确定、设计理论和方法带有经验性和类比性时，根据施工
编号：YB-TH-0172 ( 心得体会) 部门：_____________________ 姓名：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 大学生课程设计心得体会范文 (标准版) Being good at summarizing can enable you to choose the most reasonable ability to handle affairs when encountering the same or similar problems.
大学生课程设计心得体会范文(标准 版) 心得体会作用：善于总结可以使你在遇到相同或类似问题的时候可以选择最合理的处理事务能力，可以锻炼 你的逻辑思考能力，和判断能力。一个善于总结的人是很少会犯错误。本内容可以放心修改调整或直接使用。 大学生课程设计心得体会 时光匆匆而过，一周转瞬即逝。在过去的这一周时间里面，原本以为会比较轻松的设计任务却让我觉得有点措手不及。虽然困难重重，但是在遇到的各种各样的问题中，我学会了耐心，学会了坚持，也学会了以前掌握得不太牢固的数电和模电知识。收获颇丰。 在这次电子课程设计中，我们小组的设计题目是汽车尾灯控制。在设计中我们使用了基本的芯片：双向移位寄74LS194，二输入与非门74LS00、四输入与非门74LS20、六反相器74LS04、3-8译码器，555定时器及电阻电容进行搭建。设计的时候并不是特别顺利，芯片的选择和电路的接法对于我这样从来没有实际操作过的学生还是有一定的难度的。经过我们大家集体的讨论过后，我们还是把最
《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?
哈尔滨理工大学课程设计 题目：分级变速主传动系统设计 学院：机械动力工程学院 姓名： 指导教师：段铁群 系主任：段铁群 2013年08月29日
目录 第一章运动计算 1.1 课程设计的目的 1.2 课程设计的内容 1.3 课程设计的题目，主要技术参数和技术要求1.4 运动参数及转速图的确定 1.5 核算主轴转速误差 第二章动力计算 2.1 带传动设计 2.2 计算转速的计算 2.3 齿轮模数计算及验算 2.4 传动轴最小轴径初定 2.5 执行轴合理跨距计算 第三章主要部件的校核 3.1 主轴强度，刚度校核 3.2 传动轴刚度校核 3.3 轴承寿命校核 第四章总结 第五章参考文献
第1章运动计算 1.1课程设计的目的 《机械系统设计》课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。 1.2课程设计的内容 《机械系统设计》课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。 1.2.1 理论分析与设计计算： （1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。 （2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。（3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。 1.2.2 图样技术设计： （1）选择系统中的主要机件。 （2）工程技术图样的设计与绘制。 1.2.3编制技术文件： （1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。
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: (l)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：
大学计算机 实验报告 编制教师：信息技术基础教研室全体教师审定：唐年庆 2018至2019学年第1学期 计算机科学学院
实验报告说明 本课程实验从开课学期第四周开始，每次课需要扫码签到、完成【勤学网】每周任务，十八周结束，共32学时。除统一安排的时间外，学生还可根据自己的实际适当安排课余时间上机。实验课注意事项如下： （1）每次实验前学生必须充分准备 ．．每次的实验内容，以保证每次上机实验的效果。 实验过程中必须独立 ．．完成。 （2）每次实验课将考勤 ．．，并作为实验成绩的重要依据。 （3）每次实验完成后，亲自 ．．批阅 ．．，否则实验成绩无 ．．将实验报告交实验指导老师检查 效。 （4）实验报告中学生必须填写【实验地点 ．．完成。 ．．．．】，注意：必须手写 ．．．．】、【实验时间 （5）每次实验完成后，请将实验结果压缩后上传 ．．．．．到服务器。 （6）学期结束时，每位同学应将自己的《实验报告册》交各班级班长或学习委员， 由班长或学习委员以班级为单位、按学号从小到大排列 ．．．．．．．．好统一交给实验指导老师，否则无实验成绩。 附实验成绩登记表
实验一：操作系统基本练习 实验日期：2018年月日实验地点：第三实验楼机房 一、实验目的： 1.掌握Windows 7 的启动和退出。 2.学会资源管理器、我的电脑的使用方法。 3.掌握控制面板的使用、Windows 7 系统设置。 4.掌握文件和文件夹的新建、选定、复制、重命名、删除和查找等操作。 二、实验任务： 1.实验准备：在【勤学网】（网址：http://17 2.16.26.3）下载“实验1”资料包，并解压于D盘，并将解压后的文件夹重新命名为你的姓名。 2.在“Text”文件夹中建立名为Test1.Txt文本文件。在所建立文本文件中用一种输入法输入以下文字内容： 3.查找C盘中所有jpg图片，然后按照大小排列，拷贝前．两．个到“Image”文件夹下；把资料包中audio文件夹下的css文件的扩展名修改为.txt类型，并设置为隐藏属性。 4.把任务栏调整在左边并取消“显示时钟”，然后抓取当前桌面图像，利用画图程序保存，命名为“窗口图像.jpg”，放在Image文件夹下。 5.在桌面上分别为“记事本”和“画图”两个应用程序建立快捷方式，并把这两个快捷方式复制到Text文件夹下。 6.查询磁盘的状态后然后回答下列问题：C盘：文件系统类型、已用空间、可用空间、容量。 7.选择合适的适配器模式，模式为：分辨率为800×600，增强色（16位），60赫兹。 8.给当前计算机添加一个用户，用户名为：JKXY，密码为：jkxy2340，账户图
环境变量 一．用牛顿法求函数 2214121)2()2(),(x x x x x f -+-= 的极小值点坐标（迭代二次）。 解 初始点T x ]2,3[0 = 则初始点处的函数梯度、海森矩阵及其逆矩阵为 ?? ????=??????---+-=?42)2(4)2(2)2(4)(21213 1 0x x x x x x f ????? ?--=??????--+-=?844148442)2(12)(21 02x x f ???? ??? ???=?=487241241121 )]([1 02x f 代入牛顿法迭代公式，得 T x f x f x x ? ? ? ???=??-=34,38)()]([0 1 2 1 - ??? ?????=??????---+-=?02732)2(4)2(2)2(4)(212 1311x x x x x x f 代入牛顿法迭代公式，得
?? ? ???=??-=26.152.2)()]([1 1 12 1 2 x f x f x x - 二、分析比较牛顿法、阻尼牛顿法、共轭梯度法、变尺度法和鲍威尔法的特点，找出前四种方法的相互联系。 比较牛顿法：牛顿法收敛很快，对于二次函数只需迭代一次便达到最优点，对非二次函数也能较快迭代到最优点，但要计算二阶偏导数矩阵及其逆阵，对维数较高的优化问题，其计算工作和存储量都太大。 阻尼牛顿法：可以看出原始牛顿法就相当于阻尼牛顿法的步长因子取成固定值1的情况。阻尼牛顿法每次迭代都在牛顿方向上进行一维搜索，避免了迭代后函数值上升的现象，从而保持了牛顿法二次收敛的特性，而对初始点的选取并没有苛刻的要求。 这类方法的主要缺点计算复杂，工作量大，要求计算机存储量大 共轭梯度法：共轭方向主要是针对二次函数的，但也可以用于一般非二次函数。共轭方向法是二次收敛的，计算程序简单，存储量相对较少 变尺度法：只需用到函数的一阶梯度；下降算法，故收敛全局；计算量小（不需要求矩阵逆）；一般可以达到超线性收敛（速度快） 鲍威尔法：多维无约束优化算法是在无约束优化算法之一，首先选取一组共轭方向，从某个初始点出发，求目标函数在这些方向上的极小值点，然后以该点为新的出发点，重复这一过程直到获得满意解，其优点是不必计算目标函数的梯度就可以在有限步内找到极值点。 三、已知约束优化问题minf(x)=(x 1-2)2+(x 2-x 1)2