现代机械设计理论与方法共23页

机械现代化设计理论与方法21世纪机械制造业竞争的是国际化的、动态化的和多元化的，它面临着新的机遇，同时又存在着极大的危机。

随着社会的不断发展，市场对机械产品的质量、结构、功能、性价比以及外形的多样化和个性化提出了更高的要求，同时由于环境资源的制约，要求市场上有更多资源节约型、可持续发展的机械产品不断涌现。

因此，制造业的竞争焦点，实际上就是设计的竞争，目前进行机械现代化设计理论与方法的研究比以往任何时期都更加显得十分重要。

1 机械现代化设计理论与方法的发展进程机械设计理论与方法的发展经历了二个历史阶段。

一是17 世纪前的“直觉设计阶段”和17 世纪后的“经验设计阶段”、“传统设计阶段”，通常人们把它们统称为“传统设计阶段”。

传统的机械设计是以经验为基础，运用设计手册、数学和力学公式进行设计，这种设计方法的特点是：设计水平低、成功率低、花费大、信息反馈周期长，它已远远不能满足产品的功能需求和市场需求，必将逐渐淡出历史的舞台。

二是目前的现代设计阶段。

随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进。

同时科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。

而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。

目前国内外设计科学形成了不同的流派，主要有以下几个主要流派：一是英、美、日的创造性设计学派。

他们认为设计包含创造、分析和决策三要素。

强调创新性方法研究，系统工程、价值分析、安全技术、人机工程，市场分析及CAD 技术等。

二是德国、北欧机械设计方法学学派。

他们强调系统总体设计，层次细、规范详细。

三是俄罗斯、东欧的新设计法学派。

他们强调基础，提倡发散、变性、收验三步设计程式。

四是中国的设计学。

他们强调综合、系统和适用性相统一。

机械现代化设计方法是基于现代机械设计理论形成，而现代机械设计理论是对现代机械产品原理的科学总结，是判断产品能否满足设计要求的依据。

《现代机械设计理论及方法》实验指导书机械装备及控制工程系编前 言通过典型装置的设计、实验等，使学生了解典型现代设计方法，如相似理论、优化设计、有限单元法等方法的理论和应用。

从中掌握它们具有的共性及差异性，开发学生的创新思维能力，实际动手及解决问题的能力；加深对课程内容的理解,达到学以致用，具有初步设计、研究新型机械（结构）产品的能力。

实 验 须 知1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。

2．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。

3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。

4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。

5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。

实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。

6．实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。

7．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据；8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。

不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。

9．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。

10．实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。

目 录实验一相似模型的设计和检测实验 (4)实验二结构优化设计实验 (4)实验三结构的有限元分析 (4)《现代机械设计理论及方法》实验指导书实验一 相似模型的设计和检测实验一、 实验目的1． 了解相似原理；2． 掌握相似模型设计基本方法； 3． 了解用电阻应变片测量应变的原理；4． 测定不同工况下二个等强度梁上特征点处（已粘贴应变片处的应变），验证相似模型应力相似理论；5． 掌握相似模型检测结果的整理和推广。

二、 实验仪器和设备1． YJ-4501A/SZ 静态数字电阻应变仪； 2． 全相似等强度梁实验装置二台； 3． 温度补偿块一块。

现代机械设计创新设计理论与方法1机械设计理论与方法的发展进程站在世界角度，可以将机械设计行业的发展分为两个阶段，第一阶段为机械设计初期，时间为十七世纪到二十世纪中段。

当时的设计理论较传统，设计方法单一，人类仅依靠死板的计算公式，根据规定进行定向设计，因而设计出的机械产品水平一般，设计方法无法得到实质进步，新产品研发速度缓慢。

并且由于技术条件的限制，机械设计投入成本较高，工作效率低下，无法满足市场需求。

直到二十世纪中期，机械产品的缺点日益突显，人类为了解决此问题，对传统的机械设计理念加以改进，标志着机械设计开始进入第二阶段，即现代设计时期。

在此阶段内，人类融入新型技术，解决传统设计方式存在的缺点，有效推动机械设计发展，提升了整个机械制造业的水平。

2现代机械设计理论与方法需具备的特点现阶段，人类需树立创新理念进行系统革新，深入研究机械设计理论及其方法，并融合先进的科学技术，发挥各个学科优势，创新机械设计理论，使其向现代化、智能化、科技化方向发展，从而满足现代设计需求。

因此现代机械设计理论及方法需具备以下几方面特点。

2.1创新性与系统性。

创新是各行各业发展的源泉，如果企业不积极创新改革，产品会逐渐被市场所淘汰。

因此现代机械设计理论需具有创新性，研究人员可以在传统设计理念的基础上，取其精华，并针对存在的问题进行完善，发散思维，发挥想象力，将现代先进技术及理念融合进去，可以在机械产品质量和结构上进行创新，争取降低成本，提高设计水平，从而使现代机械理论满足市场需求，为优秀机械产品的制造提供有力的基础[1]。

另外，设计人员还需体现现代机械设计的系统化特点，利用众多组合方式，挖掘内在奥秘，进行机械产品细化设计，在各个环节中进行创新。

2.2前瞻性与融合性。

人类之所以要进行现代机械设计，是为了满足市场需求，为生活和生产提供便利。

因此在设计过程中，需要体现前瞻性特点，结合不同机械的生产及使用环境进行全方位考虑，避免设计出的产品脱离现实，因外界各种因素无法顺利运行。

现代机械设计理论与方法河北科技大学硕士研究生2014-2015学年第一学期考试科目：现代机械设计理论与方法专业：机械工程姓名：范红丽学号：2201407005一、机械优化设计有多少种优化方法，如何分类，每种方法适合解决哪类机械优化问题？答:机械优化设计包括一维搜索方法、无约束多维优化方法、有约束多维优化方法，其中分类及使用条件和原则如下：（1）一维搜索方法1.1 黄金分割法特点：简单，有效，成熟的一维直接搜索方法，应用广泛。

可以把区间缩小的任意长度。

使用条件：适用于[a,b]区间上使用原则：黄金分割点的内分点选取必须遵循每次区间缩短都取相等区间缩短率的原则。

1.2二次插值法特点：收敛速度较黄金分割法快，可靠性不如黄金分割法，初始点的选择影响收敛效果。

不可能一次就达到函数的最优解，必须重复多次，向最优值逐渐逼近。

原则：首先要选择一个初始步长，用外推法确定极值点存在的区间，然后用二次差值法求极值点的近似值。

（2）无约束多维优化方法2.1最速下降法特点：1）最速下降法是求解无约束多元函数极值问题的古老算法之一；2）最速下降法理论明确，方法简单，概念清楚，每迭代一次除需进行一维搜索外，只需计算函数的一阶偏导数，计算量小；3）对初始点的要求较低，初始迭代效果较好，前后两步迭代的搜索方向相互正交，在极值点附近收敛很慢。

选用原则及条件：一般与其他算法配合，在迭代开始时使用。

2.2共轭梯度法特点：1）仅需计算函数的一阶偏导数，编程容易，准备工作量比牛顿法小，收敛速度远超过梯度法，但有效性比DFP(变尺度)法差；2）使用一阶倒数的算法，所用公式结构简单，并且所需的储存量少。

3）收敛速度很快，有超线性的手链速度。

使用条件：适用于维数较高(50维以上)、一阶偏导数易求的优化问题。

使用原则：共轭梯度法在第一个搜索方向取负梯度方向，而其余各步的搜索方向将负梯度偏转一个角度，即对负梯度进行修正，实质上是对最速下降法的改进。

现代机械设计创新设计理论及方法摘要：当前我国的经济发展已经进入了全新的时期，传统的经济发展模式需要进行改革创新以实现更好的发展，而在现代时期，创新创造是经济发展的核心理念。

实现创新创造需要有一定的技术支撑以及经济环境作为发展的基础，更加需要现金的创新设计理论以及创造方法，现代前沿科学技术的应用于拓展需要在经济发展中重视。

基于此，本文将对现代机械设计进行基本的研究，包括创新设计理论与方法研究等，以更好的创造新的设计科技，培养出更加完善的创新型思考方式，以供相关专业人士参考，逐步提升我国现代机械设计水平。

关键词：现代机械设计；创新设计理论；创造方法1机械设计理论与方法的发展概述机械设计行业最初发展是在欧美国家，第一次工业革命的出现使得社会开始研究机械这一先进的事物，在十七世纪到二十世纪中期都可以称之为机械设计发展的第一阶段，这一时期采用的机械设计方法以及研究所用的机械设计理论都是十分传统的方法，采用较为单一的机械设计方法，人们更多的拘泥于传统的计算公式，根据经验以及传统的规定进行定向化设计，这使得机械设计的产品模式化且质量难以得到保证，发展初期的机械设计理论以及设计方法取得的显著进步并不多，研发出的产品效率以及质量都无法得到保证，而且当时全世界范围内技术条件水平十分有限，这使得研发效率以及工作条件都无法得到满足，难以实现可靠的成本控制以及高效的工作质量，生产处的机械设计产品也难以满足市场需求。

行业内人员意识到传统机械设计方法的局限性，人们开始使用更加先进的机械设计理论以及设计方法来改善传统机械产品的缺陷，现代机械设计阶段从二十世纪初期开始流行，随着计算机信息技术的不断推广应用，人们在机械设计时融入更多先进的技术来提升机械设计水平，大规模提升机械设计的效率，改善了传统机械设计中存在的缺点，世界机械水平得到了很大提升，机械制造业朝着自动化、智能化、科学化的方向稳步发展。

2现代机械设计理论的基本特点随着我国经济步入全新的时期，深化改革需要更加创新的理论与方法，因此在机械设计理论，同样需要研究创新型设计理论与方法来提升机械设计的智能化水平，现代计算机信息技术以及先进的机械设备都需要在机械设计中加以融合，实现多学科交叉，使得机械设计理论实现创新与发展，而为了满足现代机械设计的需要，在设计理论以及设计方法方面需要注意以下几个特点。