现代设计理论与方法2012

现代设计理论与方法（最终版）现代设计理论与方法(最终版)现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。

T缩短产品设计周期Q--提高产品质量C--降低其成本2、传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计算）现代设计法特点：动态的、科学的、计算机化的、（精确计算）3、现代设计理论与方法的发展分为：（1)直觉设计阶段（2)经验设计阶段（3)半理论半经验设计阶段（4)现代设计阶段4、系统－执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。

具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。

5、系统化设计的特征：由上而下、由总到细。

基本方法：系统的分析和综合。

6、黑箱法定义：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开黑箱的前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系,了解其功能的一种方法。

根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。

7、系统化设计的步骤：8、评价的目标内容：（1)技术评价目标可行性，创造性，可靠性（2)经济评价目标成本，利润，市场潜力（3）社会评价目标社会效益和影响9、技术-经济评价法（a)技术价Wt :Wt=(Piqi)/Pmax （Pi-各技术评分值；qi-加权系数；Pmax-最高分值5分或10分）（b)经济价Ww：Ww=Hi/H=0、7Hz/H （Hi-理想成本；H-实际成本）（c)技术-经济综合评价：均值法：W=（Wt+Ww)/2 双曲线法：W= (Wt、Ww )10、产品价值 V=F/C ( F-功能 C-成本)11、寿命周期成本（要会画出它的曲线图，并做分析）C=C1+C2 C1-生产成本 C2-使用成本12、提高V途径（分5种情况讨论）F ↑ /C → =V ↑ 功能F → /C ↓ =V ↑ 成本F ↑ /C ↓ =V ↑ 功能、成本F ↑↑ /C ↑ =V ↑ 功能F ↓ /C ↓↓ =V ↑ 成本第二章机械优化设计1、优化设计的数学模型统一形式描述：min f(x)x=[x1,x2,………xn]T s、t、gi(x)<=0 i=1,2,3…mhj(x)=o j=1,2,……n(p（k）s（k） x（k）第K步迭代点α（k）第K步迭步长 s（k）第K步迭代方向3、终止准则：（1）点距准则：(2)下降准则：(3）梯度准则：4、一维搜索方法: 对一维（也称一元或单变量）目标函数f(x)寻求其最优解x*的过得程称为一维优化，所使用的方法称为一维优化方法。

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。

1.工业产品设计特征：需求特征、创造性特征、程序特征、时代特征2.现代设计方法与传统设计方法相比，主要完成了一下几个方面的转变：（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3.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、变型设计4.现代产品设计的进程：产品规划（决策）、原理方案设计、技术设计、施工设计5.优化设计：借助最优化数值计算方法和计算机技术，求取工程问题的最优设计方案6.优化设计过程：设计课题分析、建立数学模型、选择优化方法、上机计算择优7.优化数学模型三要素:设计变量X、目标函数f（X）、约束条件gu（X）≤0,hv（X）=08.要运用数值迭代法寻找到目标函数的极小值X，这里关键要解决三个问题：如何确定迭代步长a、怎样选定搜索方向S、如何判断是否找到了最优点，以中止迭代9.无约束优化问题采用迭代中止准则：点距足够小、函数下降量足够小、函数梯度充分小10.可靠性：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11.可靠性四要素：研究对象、规定的条件、规定的时间、规定的功能12.失效率：产品工作t时刻尚未失效的产品，在该时刻t以后的下一个单位时间内发生失效的概率13.机械可靠性设计和机械常规设计方法的主要区别：它把一切设计参数都视为随机变量，表现在：零部件的设计应力s是一个随机变量；零件的强度参数c也是一个随机变量14.CAD技术：利用计算机的软硬件辅助设计者对产品进行规划、分析、计算、综合、模拟、评价绘图和编写、技术文件等设计活动15.有限元法定义:基本思想：16.单元分析：连续体离散化后，即可对单元体进行特性分析，简称为单元分析主要工作：选择单元位移模式（位移函数）和分析单元的特性，即建立单元刚度矩阵。

16.有限元法的解题步骤：结构的力学模型简化、单元划分和插值函数的确定、单元特性分析、整体分析（单元组集）17.整体结构的节点力与节点位移之间的关系：18.工业造型的设计基本内容：产品的人机工程设计、产品的形态设计、产品的色彩设计、产品的铭牌、表识、字体等的设计19.反求工程（RE）：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。

研究生课程教学大纲课程编号：00212710课程名称：现代设计理论与方法英文名称：Modern Design Theory and Method学时：32学分：2适用学科：机械设计及理论课程性质：学位课先修课程：机械设计、机械原理一、课程的性质及教学目标教学目的：“现代设计理论与方法”是一门新兴的综合性、交叉性学科。

现代机械设计理论与方法是机械设计理论与方法专业方向的一门重要的专业课程，旨在从总体的角度系统地向学生讲授现代机械设计的基本思想和方法。

教学要求：通过对本课程的学习，应达到如下要求：1.解国内外现代机械设计的最新理论和方法；了解现代设计的起源、发展和在现代工业中的具体应用。

2.掌握人现代设计理论与方法的基础理论、基本知识和基本的研究方法。

3.培养学生具有初步运用上述理论、知识和方法指导机械设计的能力。

4.掌握创造和设计思维过程；“人—机—环境”大系统观。

5.熟练运用可靠性设计、绿色设计、工业设计、人机工程设计、的理论和方法。

6.本课程是一门涉及知识面广，并且偏重于应用的课程。

学习中要重视理论联系实际，注重分析问题和解决问题的方法，学会综合运用本课程的知识来解决具体的设计问题。

二、课程的教学内容及基本要求教学内容1、绪论：了解运动生物力学的基本概念、课程要求和学习方法，了解现代设计及其重要性，掌握现代机械设计所研究的内容和我国机械工程的发展与机械设计的关系现代机械与传统机械的特点重点：现代机械设计所研究的内容。

难点：现代机械设计与传统机械设计的区别。

2、创造与设计思维原理和方法学和人-机—环境与大系统观重点：创造与设计思维原理和方法学难点：人-机—环境与大系统观3、可靠性设计：了解可靠性设计的发展过程、可靠性定义及指标的量化，掌握可靠性的数学模型和系统可靠性的综合与分解。

重点：可靠性定义及指标的量化、可靠性的数学模型。

难点：系统可靠性的综合与分解。

4、绿色产品设计：了解绿色产品设计的基本概念和设计原则，掌握绿色产品设计的主要内容、策略和原则；绿色产品设计的基本方法；绿色产品设计的评价工具和绿色产品案例。

现代设计理论和方法一、概论1、设计：一种创造性活动为满足人们的某种需求。

2、优化：依据科学理论工程技术知识、材料进行所谓的最佳利用。

3、设计方法发展过程：四个阶段：直觉设计，经验设计，传统设计，现代设计。

4、现在是从传统设计到现代设计的过度（继承创新）5、现代设计与传统设计的关系：继承的关系；共存与突破的关系。

6、现阶段的设计相对而言落后于人们对设计的要求，只要表现为：⑴对客观设计过程研究、了解不够，尚未很好的掌握设计中的客观规律；⑵当前设计的优劣主要取决于设计者的经验；⑶设计生产率较低；⑷设计进度与质量不能很好控制；⑸设计手段与方法有待改进；⑹尚未形成能为大家接受，能有效指导设计实践，有较系统的设计理论。

7、设计的本质---革新和创造8、设计的基本内涵：存在着客观需求，需求是设计的动力源泉。

9、设计是建立技术系统的重要环节，对产品的技术和经济效果起决定性的作用。

10、现代设计方法的特点：程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机辅助设计（CAD）.11、设计工作阶段：⑴明确设计任务阶段：要进行需求分析、市场预测、可行性分析、确定设计参数及制约条件，最后给出详细想设计要求表作为设计、评价、决策的依据。

⑵方案设计阶段：实质上是产品功能原理的设计。

系统化设计法：针对功能系统将总功能分解为分功能----功能元，通过各种方法求得各功能元的多个解，组合功能元的解或直接求得多个系统原理解，在此基础上通过评价再求得较好的最佳原理方案。

⑶技术设计阶段：要将功能原理方案具体化为机器及零部件的合理结构，这阶段的主要工作包括总体设计、结构设计、商品化设计、模型试验等。

⑷施工设计阶段：12、解决问题的逻辑步骤：分析---综合---评价---决策。

评价类型：评定方案的完善程度；评定解答方案与所提问题的要求的相符程度；评定最优解答方案；评定某项特性的最优值。

决策：是在评价的基础上根据已定的目标作出行动的决定。

基本原则：系统原则、可行性原则、满意原则、反馈原则、多方案原则。