2017年6月西南大学继续教育学院0936〈现代设计方法〉大作业答案

简介TRIZ法是由前苏联人GenrichAltschuller创建的。

从小就有发明思想，14岁时申请过专利。

第二次大战期间在专利机构工作，从1946年起因一项成功的专利被安排在海军专利局工作。

他分析数以万计的专利，1956年开始提出专利按技术水平可分为5级，1969年提出专利中解决的问题只涉及到39个通用工程参数之间的矛盾，可应用40条发明创新原理中的若干项来解决，等等。

TRIZ法迅速在全球传播，在欧洲建有TRIZ协会，即Europaeische TRIZ Association,简称ETRIZ。

德国的斯图加特工业大学，卡塞尔工业大学和伊尔玛瑙工业大学都已开设TRIZ法的课程。

自动化公司Rockwell在一位TRIZ法咨询师的帮助下成功地把一个刹车系统的零件由12件减为4件，同时造价下降50%。

Ford公司从1995年起举办TRIZ 法培训，已培养掌握TRIZ法的工程师800人。

Ford发动机公司为一种传动轴承探索问题的解决办法，在有载负时，该轴承经常会偏离正常工作位置。

应用TRIZ 法后产生了28个新的设计方案，其中一种设计很有意思的显示，这种轴承具有很小的热膨胀系数，在较高载荷而产生高温时其优点很明显，载荷越大，轴承的位置越稳定，从而解决了这个难题。

一．系统初步分析1.系统选择及问题阐述随着科技的迅猛发展，体积巨大的货物进行远距离的运输成了大问题，如果无法解决这个问题，会阻碍经济的发展，影响科技的进步。

如今在运输货物时，如果运输数量很大或体积巨大的东西而且运输距离很远，目前只能利用大型的货轮进行输送，但是轮船的运输速度很慢，需要很长时间才能到达，如果是急需品就会耽误很多重要的事；并且当货物运输到港口以后，还要转到汽车上，这个过程又会浪费大量的时间。

2.系统组成及原理分析执行机构：动力系统（发动机、螺旋桨、传动装置、推进器等）作用对象：船体、水有益功能：对货物或人进行运输其他功能：进行水上工作3.绘制相应功能图1）通过分析得出系统的黑箱图，确定出系统的主要有益功能以及其他功能；2)通过分析过程，得出系统的结构模型图，组件模型图以及功能模型图；结构模型图组件模型图子系统子子系统功能模型图3）通过分析子系统以及超系统得出所选系统的九屏幕图4.设计准则及可持续发展水上运输，从古至今都是不可缺少的运输方式，在一定程度上解决了陆路运输困难的问题。

1、当膜厚比λ = 4 时，处于（）1. C. 混合润滑状态2.边界摩擦(润滑)状态3.干摩擦状态4.流体摩擦(润滑)状态2、某产品的寿命服从指数分布，若已知产品的平均寿命为1000，则其失效率为（）1. A. 0.0012. 0.3683. 0.014. 0.13、设串联系统3个单元的可靠度分别为R1,R2和R3且3个单元的失效互相独立，则由3个单元组成的串联1. D. (R1+r2)*R32. R1*R2*R3（连乘）3. R1+R2+R34. R1*(R2+R3)4、根据CAD软件的分类，下列软件不属于CAD支撑软件的是( )。

1. Solidwork2. FoxBASE3. ANSYS4. UG5、函数F(X)为在区间[0, 30]内有极小值的单峰函数，进行一维搜索时，取两点12和26，若F(12)>F(26)，1. [0 26]2. [12 30]3. [12 26]4. [26 30]6、下列不是绿色设计的主要方法的是( )。

1.模块化设计2.循环设计3.可拆卸设计4.可靠性设计7、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( )。

1.可行方向法2.内点惩罚函数法3.复合形法4.外点惩罚函数法8、下列不属于创造性设计原理的是（）。

1.聚合创新原理2.还原创新原理3.逆向创新原理4.正向创新原理9、若强度r的概率密度函数为，则其分布为1.正态分布2.指数分布3.对数正态分布4.威布尔分布判断题10、绿色消费是一种追求健康，崇尚自然，有益于环境保护的消费方式，是人们为了生产和生活的需要，购1. A.√2. B.×11、最速下降法不需计算一阶偏导数，方法简单，可靠性较好，可稳定地使函数值下降，对初始点要求不严1. A.√2. B.×12、与IGES相比，STEP将对产品模型的支持推广到了产品的整个生命周期，提供了包括零部件或机构设计1. A.√2. B.×13、机械类产品的失效形式主要有疲劳、磨损、腐蚀及塑性变形等，属于典型的损伤累积失效。

TRIZ理论在风力发电中的应用当今社会面临着各种能源危机，石油、煤炭、天然气将会枯竭, 人类将如何去应对？风能是一种环保型能源, 加大风能的利用, 将会大大改善能源的危机感, 利用风能发电是现在利用程度最广泛的方式。

虽然风力发电给人们带来了环保能源, 但是在风力发电过程中, 也存在大量的问题, 本文就风车发电叶片容易断裂及折断，结合TRIZ理论及创新软件Creax Innovation Suite 对其进行分析, 得出改进解决方案。

1、TRIZ的主要理论与方法TRIZ的含义是发明问题解决理论, TRIZ理论是由前苏联发明家G. S. Altshuller在1946年创立的。

现代TRIZ理论的核心思想主要体现在3个方面: 首先，无论是一个简单产品, 还是复杂的技术系统, 其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的, 即具有客观的进化规律和模式。

其次, 各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。

再就是技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。

TRIZ理论的解题模式与思路如下: 将待解决的问题转化为问题模型（利用39个工程参数）, 然后利用技术矛盾, 根据矛盾矩阵表从40条创新原理中抽取可利用的原理, 得出解决方案模型, 最终结合现实技术来解决实际问题。

Creax Innovation Suite是一套简单、结构化、系统化及可预测性的创新流程分析软件, 可用来处理问题及找出创新方案, 让使用者更系统地处理工程方面的问题, 其对扩大产品研发、产品的制程改进和预防缺陷及其处理方式上有着重要的贡献。

1.1冲突解决理论冲突是创新设计中经常要遇到的一类问题, 又是最难解决的一类问题, 可以说创新就是在解决冲突中产生的。

发明问题的核心就是解决冲突, 而解决冲突所应遵循的规则是：改进系统中的一个零部件或性能的同时, 不能对系统或相邻系统中的其他零部件或性能造成负面影响。

冲突可分为三类：即管理冲突、技术冲突和物理冲突。

《现代设计方法》考题及答案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、Widrow-Hoff 学习规则）2章。

二、选择题(每题1分,共10分)1、在遗传算法中，若两个个体的二进制编码为01111、*****，以这两个个体为双亲，随机地选一个交叉点（如第二点），交叉点后的基因链码相互交换，从而产生两个新个体作为后代。

现代设计方法参考答案1．凸规划对于约束优化问题。

2．可行搜索方向是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降，且不会越出可行域。

3．设计空间：n个设计变量为坐标所组成的实空间，它是所有设计方案的组合7. 黄金分割法：是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值等于较长段与较短段长度的比值。

8.可行域：满足所有约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行域一、与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？关于数据库系统对比文件系统的优点有：1、提高了数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据。

2、提高了数据的一致性和完整性。

3、提供数据与应用程序的独立性。

二、常用的可靠度分配方法有哪三种各自的分配原则是什么答：常用的可靠度三种分配方法和各自的分配原则如下：（1）等同分配法：按照系统中各单元（子系统或零部件）的可靠度均相等的原则分配。

（2）加权分配法：把各子系统在整个系统中的重要度以及各子系统的复杂度作为权重来分配可靠度。

（3）最优分配法：全面考虑各种殷素的影响，采用优化方法分配可靠度。

三、在有限元分析时，什么情况下适合选择一维、二维、三维单元（1）当几何形状、材料性质及其它参数能用一个坐标描述时，选用一维单元。

（2）当几何形状、材料性质及其它参数需要用两个相互独立的坐标描述时，选用二维单元。

（3）当几何形状、材料性质及其它参数需要用三个相互独立的坐标描述时，选用三维单元。

四、简述梯度法的基本原理和特点梯度法的基本原理：梯度法又称最速下降法，基本原理是在迭代点附近采用使目标函数值下降最快的负梯度方向作为搜索方向，求目标函数的极小值。

梯度法的特点：迭代计算简单，只需求一阶偏导数，所占用存储单元少，对原始点要求不高，在接近极小点位置时收敛速度很慢。

五、什么是可靠性、可靠度二者有何关系可靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的能力；可靠度是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率；两者的联系就在于，可靠度是对产品可靠性的概率度量。

3.1 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。

可靠度：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。

可靠度计算方法：R(t)=(N-n(t))/N3.2失效率：产品工作t 时刻尚未失效（或故障）的产品，在该时刻t 以后的下一个单位时间内发生失效（或故障）的概率。

λ（t ）=0lim N t →∞∆→()()[()]n t t n t N n t t+∆--∆ 关系: R(t)= ()t t dt o e λ-⎰ 3.3早期失效期：失效率开始由很高的数值急剧地下降到一个稳定的数值。

正常运行期：失效率低且稳定，近似为常数。

损耗失效期：失效率随工作时间增加而上升。

常用分布函数：二项分布 F(r ≤k)=0k r n r c =∑r n r p q -泊松分布 F(t ≤k) =0!r k r r e μμ-=∑指数分布 F(t)=1-t eλ- 正态分布F(x)= 22()2()x x dx x e μσ---∞-∞<<∞⎰对数正态分布F(x)=21()20(0)1y y y dx x μσ-->⎰ 威布尔分布 F(x)=1-()x e βγη--3.4(1)可靠性设计和常规设计的主要区别在于，可靠性设计把一切设计参数都视为随机变量（1）传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大的盲目性，可靠性设计与之不同，她强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中去，即由设计直接确定固有的可靠度。

（2）传统设计方法是把设计变量视为确定性的单值变量并通过确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。

（3）在可靠性设计中，由于应力s 和强度c 都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，就以强度c 大应力s 的概率大小来表示。

（4）传统设计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作为研究内容，两者兼有密切的联系，可靠性设计是传统设计的延伸与发展3.5 (1)最大可能的工作应力都要小于零件的可能的极限强度。

现代设计方法作业第五章相似设计与模块化设计一、就某机电、家具、家电产品，谈谈如何进行模块化设计？答：模块化设计是近年来发达国家普遍采用的一种先进设计方法，它的核心思想是将系统按功能分解为若干模块，通过模块的不同组合，可以得到不同品种、不同规格的产品。

而数控机床结构的特点也决定了模块化设计方法对于数控机床设计的适用性：1)同一类型的数控机床均可划分为基本相同的若干部分；2)同一类型的数控机床通过一个或若干个基本参数的变化形成不同规格的；3)同一类的数控机床尽管有着各种不同的结构布局和用途X围，但其基本控制、运动功能和工作原理是相同的；4)数控机床中有不少独立的功能单元，如导轨副、丝杠副、冷却系统、润滑系统、液压系统、气动系统、电气控制系统等。

这一特点使其适应于模块化设计方法；5)数控机床的加工要求向高速、高精度方向发展，要求机床结构具有高刚度、高可靠性，机床基础大件(床身、工作台、主轴箱、滑鞍、立柱等) 的结构动、静态特性和传动系统的高刚性成为设计的主要矛盾；6)数控机床采用计算机控制技术，使机床的机械传动机构大为简化；7)市场竞争和市场需求的多变，要求数控机床产品规格和功能多样化、性能好、成本低、制造周期短；8) 随着技术的进步和市场的发展，许多数控机床功能部件已实现专业化生产和商品化。

对于数控机床而言，模块化设计是指将机床上同一功能的单元，设计成具有不同用途或性能的、可以互换选用的模块，用以更好地满足用户需要的一种设计方法。

数控机床的整体结构可以分解为单个部件的有机组合。

通过功能分析，使得功能相同或相似，联接接口相同，而性能、用途不同的各种功能单元，经过选择、优化、简化和统一，形成各种具有独立功能的单元模块。

通过对机床单元模块选择、使模块间有机地匹配与连接，进而组合成各种通用机床、变型机床和专用机床。

模块化设计的一般过程：模块化设计分为两个不同层次，第一个层次为系列模块化产品研制过程，需要根据市场调研结果对整个系列进行模块化设计，本质上是系列产品研制过程，如图2.1所示。