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第1章设计方法学 现代设计方法教学课件
0.5
寿命 0.2 成本 电池 0.8 性能
0.3
电压
理想值
优等值 及格值 加权系数 实际值A B C
1.6
2.0 3.2 0.2 2.4 2.2 1.6
9.1
8.9 8.6 0.3 9.0 8.6 8.9
120
100 85 0.5 100 110 90
第三节 评价决策
评价决策的具体方法
成 本
评选最佳方案： RT R1
R2
R3 8.4 7.45 7.7
R1分值最高，即为最佳方案。
第三节 评价决策
评价决策的具体方法
（2）技术-经济评价法：先评出方案的技术价Wt和经济价Ww，然后用相对价W和 Wt 、Ww构成平面坐标系作出优度图，对方案进行技术经济综合评价。
1.0 0.8 1 2 3
外观 0.2 0.2 手表 1 1 性能 0.6 0.6 成本 0.2 0.2
计时 0.5 0.3
防水 0.17 0.1
防磁 0.08 0.05
防震 0.17 0.1
夜光 0.08 0.05
第三节 评价决策
解（2）评分及计算总分
确定评价目标，建立评价目标矩阵：
Z z1 z2
z3
z4
z5
z6
二级子 目标 一级子 目标 总目标
第三节 评价决策
评价目标树
对目标系统进行评价时，最末一级子目标的加 权系数满足：
g
i 1
n
i
1, gi 0, i 1, 2,
,n
确定加权系数的方法有两种：经验法和计算法。
gi
wi
w
i 1
n
i
第三节 评价决策
现代设计方法课件
(或者下移大于上移)，使其既能与筛面有较多的相对运动，以确
保其能有较多的机会从筛孔落下，又可以使分离出的短茎秆和断 穗能够从一端流出。当然，在联合收割机上，为了使分离效果更 佳，一般都利用谷物和混杂物空气动力学特性不同，在气流与筛 孔的联合作用下，将谷物与其混杂物分离。抖动输送板则是利用 抖动板的往复运动使物料均匀地被输送到另一端。物料在输送过 程中，没有必要作往复运动，而是单向运动。传统的分析方法列 出了物料运动分析的方程，并且推出了3个特征数：K1， K2 ，
复杂的质点的运动模拟的建立通常是列动力学微分方程和解 微分方程的过程。如果模拟分析结果包括位移，则用解析方法 为好。其结果或者中间过程不包括位移的，则可以根据题意选 择一种简化问题的方法。解微分方程是模拟分析的难点，所列
微分方程常常没有原函数表达式，可以用数值积分或常微分方
程数值解法来近似地解决，其过程需应用计算机。本章中介绍3 种典型实例：质点的线、平面和空间运动模拟。
大以外，同一个体在不同的时间也存在相当大的差异，这就给理
论分析带来了很大的困难。所以，对于农机问题，试验且重复多 点试验是设计后所不可缺少的环节，而传统的理论分析往往只能 得到定性的结论。本课希望在农机的理论分析上借助于计算机， 由定性向定量分析上有所突破。
农机定量分析的成功与否，除了建模的技巧外，在很大 程度上取决于研究对象：如果问题可以归纳为静力学和运动 学问题，特别是机械运动学(刚体运动学)问题，若所作的假设 符合实际，理论分析的结果是可信的，甚至用不着通过试验 来验证。在农业机械上，谷物收获机拨禾轮轨迹、插秧机秧 爪轨迹计算和绘制等都属于这类问题。非机械运动学问题，
理论分析结论的实用意义取决于理论模型的仿真程度，而 理论模型的仿真程度取决于个人对所研究对象的熟悉程度、经 验、分析的技巧和基础知识水平，如果理论工作者对所研究的 对象有比较丰富的实践知识，他在建立模型过程中就能够正确 的选定影响该物理现象的主要因素，从而决定取舍的内容。丰 富的经验使其能把握正确的方向，而分析的技巧和坚实的基础 知识有助于解决分析中遇到的复杂问题，所以农机理论分析是 农机方面基础和专业知识的综合运用。随着农机学科知识的扩 展，除了要求理论工作者具有深厚的数学、力学、计算机软件 和优化原理知识以及运用这些知识的实际能力外，根据所研究 的具体问题的需要，也要掌握一定的物理学、物料力学、热工 学、传热学、流变学、生物化学和电工学知识，无论采取理论 的或是试验的方法进行农机的研究，均需要计算机辅助。
现代设计方法
现代机械设计理论及方法⏹课程教学的目的⏹培养学生运用现代先进的设计理论和方法解决工程问题的能力。
⏹教学内容⏹现代设计理论：重点内容为系统分析法及创造性思维。
⏹现代设计方法：重点内容为有限元分析、优化设计、可靠性设计和创新设计。
⏹教材：陶栋材主编《现代设计方法》中国石化出版社1.1设计的概念与特征1、传统概念设计是人类改造自然的基本活动之一。
设计，即英语的Design，起源于拉丁语Designare，此词由“De”(记下)和“Signare”(符号、记号、图形之意)两词组成。
最初含义是：记下(画上)符号、记号、图形之类的意思，相当于“图案”、“意匠”等意。
设计有广义和狭义两种概念:广义的概念是指对发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节及达到的目标。
狭义的概念是指将客观需求转化为满足该需求的技术系统(或技术过程)的活动。
各种产品包括机、电产品的设计即属此种。
2、新提法现代化工业产品的设计，在国外也叫做工业设计。
1964年在比利时召开的国际工业设计教育讨论会上，对工业设计定义如下：工业设计是一种创造性行为，它的目的在于决定产品的正式品质。
所谓正式品质：除了产品外形和表面特点外，更重要的是决定产品结构和功能关系，以获得一种使生产者和消费者都能满意的整体。
近些年来对设计有些新的提法：⏹设计是一种创造性活动，设计的核心是创造性，如果没有创新，就不叫设计。
⏹设计是一种优化过程，是在给定条件下，针对目标谋求最优解的过程。
⏹设计是把各种先进技术转化为生产力的一种手段，它反映当时生产力的水平，是先进生产力的代表。
⏹设计是一种技术性、经济性、社会性、艺术性的综合产物。
⏹设计是为满足需求而进行的一种创造性思维活动的实践过程。
⏹设计是通过分析、创造与综合，创造性地建立满足特定功能要求的技术系统的活动过程。
3、设计的特征(1)需求特征设计始于需要，没有需要就没有设计。
(2)创造性特征设计者应适应条件变化，不断更新老产品，创造新产品。
《现代设计方法》演示幻灯片
强经验、弱理论的技术领域，很多设计知识和经验很难用规 则表达，而这些知识和经验往往决定了企业的生存和发展。
机械产品设计知识内涵丰富，包括来自各种设计文献资 料的方法规定、各种工业标准、设计经验、设计公理、公式 和专利等，但更重要的是企业及其设计人员长期积累的设计 经验和技能。
44
现代CAD技术的内容
网络化——支持动态联网中协同设计所需的环境与设计 技术。
智能化——在实现集成化和网络化时采用的智能技术， 如人工智能、专家系统技术等。
47
现代CAD技术的内容
2、现代CAD技术的研究内容 （1）设计理论和方法
深入研究并行设计、协同设计、虚拟设计、大规模定制设计、 分形设计的概念。
（2）设计环境
协同设计环境的支持技术，如B/S、C/S结构的计算机系统以 及平台体系；协同设计管理。
《现代设计方法》
主讲教师：张洪丽
复习
1、现代设计方法概念的界定；
二战以后，电子计算机技术及相关技术的发
2、展现和代成设熟是计现与代传设统计方设法计产。生的前提。
（1）设计方案的表达工具——手工绘图、AutoCAD。 （2）工程问题的解析求解——传统设计的计算依赖工
程问 题的解析求解方法、现代设计是CAE技术。 （3）传统设计——串行设计；现代设计——并行设计。
2
2 计算机辅助设计CAD
2.1 概述 2.2 现代CAD技术的主要内容 2.3 工程数据的处理 2.4 数据库及应用
3
第二讲：
内容提要
CAD的涵义；CAD过程； CAD、计算机绘图与计算机图形学; 工程数据处理方法：程序化和建立工程数据库； 数据表格和线图的处理方法； 数据库发展及应用。
9
概述
机械产品设计知识内涵丰富，包括来自各种设计文献资 料的方法规定、各种工业标准、设计经验、设计公理、公式 和专利等，但更重要的是企业及其设计人员长期积累的设计 经验和技能。
44
现代CAD技术的内容
网络化——支持动态联网中协同设计所需的环境与设计 技术。
智能化——在实现集成化和网络化时采用的智能技术， 如人工智能、专家系统技术等。
47
现代CAD技术的内容
2、现代CAD技术的研究内容 （1）设计理论和方法
深入研究并行设计、协同设计、虚拟设计、大规模定制设计、 分形设计的概念。
（2）设计环境
协同设计环境的支持技术，如B/S、C/S结构的计算机系统以 及平台体系；协同设计管理。
《现代设计方法》
主讲教师：张洪丽
复习
1、现代设计方法概念的界定；
二战以后，电子计算机技术及相关技术的发
2、展现和代成设熟是计现与代传设统计方设法计产。生的前提。
（1）设计方案的表达工具——手工绘图、AutoCAD。 （2）工程问题的解析求解——传统设计的计算依赖工
程问 题的解析求解方法、现代设计是CAE技术。 （3）传统设计——串行设计；现代设计——并行设计。
2
2 计算机辅助设计CAD
2.1 概述 2.2 现代CAD技术的主要内容 2.3 工程数据的处理 2.4 数据库及应用
3
第二讲：
内容提要
CAD的涵义；CAD过程； CAD、计算机绘图与计算机图形学; 工程数据处理方法：程序化和建立工程数据库； 数据表格和线图的处理方法； 数据库发展及应用。
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概述
现代设计方法课件讲解
各种产品设计领域
先进制造工艺 材料科学 自动化技术
系统管理技术 自然科学 政治经济
文化社会科学 市场营销学
应用技术
主
体
相
技
关
现
术
学
代
科
设
与
计
支
技
技
撑
术
术
技
术
基础技术
计算机辅助设计技术
现代设计方法学 可靠性设计技术 试验设计技术
传统的设计理论与方法
3、设计过程与设计方法
1）机电产品设计的一般过程
(1) 产品设计规划阶段 (2)原理方案设计阶段
经验方法则需要有资料数据库，调用数据库可以得到现有同 类机具的各种参数。
实际上，在设计中常常是3种方法同时应用，例如理论计算所 输入的数据有时就依靠试验得到，而理论模型的仿真程度往往借 助于试验来验证，一个好的理论模型，往往要经过理论分析和试 验研究几次反复修正才能得到。
四、农机理论分析的一般特点
优化设计 有限元法 创新设计 价值工程 模块化设计 相似性设计 智能设计 动态设计
6、学习现代设计方法的意义 1)了解现代设计的特点、技术体系、现代设计的基本理念
和思路； 2)重点掌握一些应用广泛、实用性强的设计方法(包括产品
系统化设计方法、优化设计、可靠性设计和有限元方法等)的理 论和应用过程；
3)通过学习和实验，力求掌握一些常用现代设计计算机软 件的操作和具体应用方法。
通过本课程的学习，为从事机电产品开发工作打下一定基 础，在未来产品设计实践的工作过程中，能够正确应用现代设 计理论与方法，甚至不断发展和创造出新的现代设计方法和手 段，已推动人类设计事业的进步。
第二章 农业机械计算机辅助分析
先进制造工艺 材料科学 自动化技术
系统管理技术 自然科学 政治经济
文化社会科学 市场营销学
应用技术
主
体
相
技
关
现
术
学
代
科
设
与
计
支
技
技
撑
术
术
技
术
基础技术
计算机辅助设计技术
现代设计方法学 可靠性设计技术 试验设计技术
传统的设计理论与方法
3、设计过程与设计方法
1）机电产品设计的一般过程
(1) 产品设计规划阶段 (2)原理方案设计阶段
经验方法则需要有资料数据库，调用数据库可以得到现有同 类机具的各种参数。
实际上，在设计中常常是3种方法同时应用，例如理论计算所 输入的数据有时就依靠试验得到，而理论模型的仿真程度往往借 助于试验来验证，一个好的理论模型，往往要经过理论分析和试 验研究几次反复修正才能得到。
四、农机理论分析的一般特点
优化设计 有限元法 创新设计 价值工程 模块化设计 相似性设计 智能设计 动态设计
6、学习现代设计方法的意义 1)了解现代设计的特点、技术体系、现代设计的基本理念
和思路； 2)重点掌握一些应用广泛、实用性强的设计方法(包括产品
系统化设计方法、优化设计、可靠性设计和有限元方法等)的理 论和应用过程；
3)通过学习和实验，力求掌握一些常用现代设计计算机软 件的操作和具体应用方法。
通过本课程的学习，为从事机电产品开发工作打下一定基 础，在未来产品设计实践的工作过程中，能够正确应用现代设 计理论与方法，甚至不断发展和创造出新的现代设计方法和手 段，已推动人类设计事业的进步。
第二章 农业机械计算机辅助分析
关于第十三讲：现代设计方法PPT资料20页
2、用户参数（User Parameters）：（用户定义参数）
用户参数必须以字母开头，不能使用尺寸符号，且不能 包含非字母数字符，如！、、#等。
例：Volume=d0*d1*d2
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㈣、参数的创建：
关系式中的用户定义的参数，实际上是在系统中用户定义 附加在特征、零件、组件等上的信息。 参数的创建方法和步骤如下： 1、选择【工具】菜单中的【参数】命令，或在模型树窗口
注：零件中未选择的特征尺寸参数，族表中的各实例相应特 征尺寸保持不变。
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㈠、关系式类型：
1、等式：使方程左边的参数等于右边的表达式。 这类关系可用于给尺寸和参数赋值。 例：d1=15； d2=d3/(Cos(d3*5.0+d4)。 注：可用赋值关系确定特征中的关键尺寸。
2、比较：比较方程左边的表达式和右边的表达式。 这种关系通常用于作为一个约束或用于逻辑分 支的条件语句中。
使用族表可以实现零件的标准化和系列化设计。
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下继一续页
㈡、族表的创建：
1、创建驱动零件：利用前面创建方法创建驱动零件。 例题：文件名：Family.prt
2、创建族表： 方法: ⑴、选择【工具】菜单中的【族表】命令,打开
族表对话框；
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⑵、创建族表设计变量：在族表设计对话框中单击 （添加/删除表列）按钮，打开【族项目】对话框，选中【尺寸】 ，使用【选取】按钮，选取要添加的具体对象，8、13、20、8， 出现在【族项目】对话框中的尺寸变量d0、d1、d2、d3；最后按 【确定】按钮；
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重排序方法:
使用关系对话框中的【实用工具】中的【重新排序关系】 进行重新排序。
用户参数必须以字母开头，不能使用尺寸符号，且不能 包含非字母数字符，如！、、#等。
例：Volume=d0*d1*d2
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㈣、参数的创建：
关系式中的用户定义的参数，实际上是在系统中用户定义 附加在特征、零件、组件等上的信息。 参数的创建方法和步骤如下： 1、选择【工具】菜单中的【参数】命令，或在模型树窗口
注：零件中未选择的特征尺寸参数，族表中的各实例相应特 征尺寸保持不变。
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㈠、关系式类型：
1、等式：使方程左边的参数等于右边的表达式。 这类关系可用于给尺寸和参数赋值。 例：d1=15； d2=d3/(Cos(d3*5.0+d4)。 注：可用赋值关系确定特征中的关键尺寸。
2、比较：比较方程左边的表达式和右边的表达式。 这种关系通常用于作为一个约束或用于逻辑分 支的条件语句中。
使用族表可以实现零件的标准化和系列化设计。
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㈡、族表的创建：
1、创建驱动零件：利用前面创建方法创建驱动零件。 例题：文件名：Family.prt
2、创建族表： 方法: ⑴、选择【工具】菜单中的【族表】命令,打开
族表对话框；
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⑵、创建族表设计变量：在族表设计对话框中单击 （添加/删除表列）按钮，打开【族项目】对话框，选中【尺寸】 ，使用【选取】按钮，选取要添加的具体对象，8、13、20、8， 出现在【族项目】对话框中的尺寸变量d0、d1、d2、d3；最后按 【确定】按钮；
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重排序方法:
使用关系对话框中的【实用工具】中的【重新排序关系】 进行重新排序。
现代设计方法-优化设计部分 ppt课件
12
x1
PPT课件
23
约束条件（函数）
起作用约束 （Active constraints）
设X为设计空间中的一个点： 满足所有约束条件的点称为可行点（内点和边界点）; 不满足所有约束条件的点称为非可行点（外点）; X 在某个约束边界上，则这个约束条件称为X的起作用约束; X 不在某个约束边界上，则这个约束条件称为X的不起作用
在约束边界上的点称为边界点
两个以上约束边界的交点称为PPT角课件点
21
约束条件（函数）
例1：作出下列约束条件构成的可行域
g1(x1, x2 ) 9x1 4x2 360
g2 g3
( x1 , ( x1 ,
x2 x2
) )
3 4
x1 x1
10x2 300 5x2 200
优化模型三要素
1. 设计变量 2. 目标函数 3. 约束条件
• 等式约束
• 不等式约束
x=(x1,x2,…,xn) F(x)=(f1(x), f2(x), …, fm(x))
hi(x)=0, i=1,2,…, p gi(x)0, i=1,2,…, q
优化问题分类 1. 单目标优化问题 2. 多目标优化问题
例 1：篱笆围墙设计
PPT课件
7
优化设计的数学模型
例 2：阶梯型悬臂粱设计
确定尺寸b, h, l 使端部偏转最小、
用材最少，同时不 会断裂！
截面尺寸
工作载荷
弹性模量 总长
最大容许应力
PPT课件
8
例 3：压缩弹簧设计
有一个螺旋压缩弹簧，已知载荷为F，弹簧材料的剪切弹性模量
为G，能承受的剪切应力上限为[ ]，弹簧的非工作圈数为n2，
现代设计方法章PPT教案
第二章 计算机辅助设计(CAD)
➢ 2.1 概述 ➢ 2.2 工程数据的计算机处
理 ➢ 2.3 图形的生成与变换
第18页/共70页
2.1 概述
➢ CAD是采用计算机硬件与软件系统辅助人们对产品 或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、 工程分析、文档制作等设计活动，是一种新的设计 方法，也是一门多学科综合应用技术。
2
2
1.2
>8~10
3
3
Байду номын сангаас
1.8
>10~12
4
4
2.5
>12~17
5
5
3.0
>17~22
6
6
3.5
>22~30
8
7
4.0
>30~38
10
8
5.0
>38~44
12
8
5.0
>44~50
14
9
5.5
>50~58
16
10
6.0
第26页/共70页
轮毂t1 1.0 1.4 1.8 2.3 2.8 3.3 3.3 3.3 3.8 4.3
从复杂性或层次级别来看，我们可将数据分 为以下几种形式：
1).字段 字段是数据中最基本的用来描述实体某个
属性的数据元素，也称数据项，如一个零件名 称或材料牌号(如40Cr)。 2).记录
描述某个实体各个属性字段的集合，上表 中每行各个字段的集合就构成了一条记录。
第27页/共70页
3).文件(记录的集合) 相同性质记录的集合就是文件。如一台机器
2)实用化设计
关键工作是将原理方案结构化，转化为具有实用水平的装置， 完成从总体设计、零件设计到制造施工的全部技术资料。
现代设计理论与方法PPT优质资料
►1、 色彩的特征属性 ►1）色相 2）纯度 3） 明度 ►2、色彩的心理效应 ►3、色彩的对比与调和
2、产品色彩设计
►1、色彩符合产品的功能要求。 ►2、色彩应适合结构和工艺特点。 ►3、色彩设计应符合统一与变化、均衡和稳定、
尺度与比例等形式法则。 ►4、色彩应体现产品的时代性和消费群体的差
异性。
4、控制台板设计
►1、显示器的布置
► 1）显示其所在平面应尽量与作业者的视线近于垂 直。
► 2）多个显示器有观察顺序时，应依据从左到右或 从上到下排列。
► 3）显示器与控制器在配置上应形成逻辑联系。 ► 4）显示器指针的零位指向应在上方或左方。
►2、控制器的布置
四、产品的色彩设计
Hale Waihona Puke 1、色彩的基本知识现代设计理论与方法
一、概述
1、 工业造型设计的基本内容与基本 要素。
►一、四个基本内容： 1） 产品的人机工程设计（宜人性设计）。 2） 产品的形态设计。 3） 产品的色彩设计。 4） 产品的铭牌、标示、字体等的设计。 二、三个要素 物质功能 精神功能 实现造型的物质技术条
件
2、产品造型设计的原则
► 三个原则 3）控制器的操作方向与显示器或系统的运转方向应有合理的逻辑关系，并与人的自然行为倾向一致，以免发生操作方向逆转错误。
1）显示器的精度适当。
► 1、实用 1、色彩符合产品的功能要求。
3DS MAX rhino Maya alias 2、显示器的选择与设计
►2、美观 3、规格美 4、严格精确美
2、显示器的选择与设计 选择和实际显示器的原则:
► 3、完善及改进。 5）大小适当，造型新颖美观。
3、色彩设计应符合统一与变化、均衡和稳定、尺度与比例等形式法则。 1、人体结构尺寸与造型尺度 1、色彩符合产品的功能要求。 3、规格美 4、严格精确美 4、 对比与调和 3、产品造型的美学内容 2）多个显示器有观察顺序时，应依据从左到右或从上到下排列。 3）显示器与控制器在配置上应形成逻辑联系。 3）显示信息易于了解和换算，刻度易于认读。 1、色彩符合产品的功能要求。
2、产品色彩设计
►1、色彩符合产品的功能要求。 ►2、色彩应适合结构和工艺特点。 ►3、色彩设计应符合统一与变化、均衡和稳定、
尺度与比例等形式法则。 ►4、色彩应体现产品的时代性和消费群体的差
异性。
4、控制台板设计
►1、显示器的布置
► 1）显示其所在平面应尽量与作业者的视线近于垂 直。
► 2）多个显示器有观察顺序时，应依据从左到右或 从上到下排列。
► 3）显示器与控制器在配置上应形成逻辑联系。 ► 4）显示器指针的零位指向应在上方或左方。
►2、控制器的布置
四、产品的色彩设计
Hale Waihona Puke 1、色彩的基本知识现代设计理论与方法
一、概述
1、 工业造型设计的基本内容与基本 要素。
►一、四个基本内容： 1） 产品的人机工程设计（宜人性设计）。 2） 产品的形态设计。 3） 产品的色彩设计。 4） 产品的铭牌、标示、字体等的设计。 二、三个要素 物质功能 精神功能 实现造型的物质技术条
件
2、产品造型设计的原则
► 三个原则 3）控制器的操作方向与显示器或系统的运转方向应有合理的逻辑关系，并与人的自然行为倾向一致，以免发生操作方向逆转错误。
1）显示器的精度适当。
► 1、实用 1、色彩符合产品的功能要求。
3DS MAX rhino Maya alias 2、显示器的选择与设计
►2、美观 3、规格美 4、严格精确美
2、显示器的选择与设计 选择和实际显示器的原则:
► 3、完善及改进。 5）大小适当，造型新颖美观。
3、色彩设计应符合统一与变化、均衡和稳定、尺度与比例等形式法则。 1、人体结构尺寸与造型尺度 1、色彩符合产品的功能要求。 3、规格美 4、严格精确美 4、 对比与调和 3、产品造型的美学内容 2）多个显示器有观察顺序时，应依据从左到右或从上到下排列。 3）显示器与控制器在配置上应形成逻辑联系。 3）显示信息易于了解和换算，刻度易于认读。 1、色彩符合产品的功能要求。
现代设计方法.ppt
共56页
2
二. 现代机械产品设计的发展趋势
目前，机械设备设计正在向大型化（或微型 化）、专用化（或柔性化）、高速化（或高效化） 、精密化、集成化、综合（指功能）化、模块化、 自动化、智能化、数字化、网络化、绿色化方向发 展。因此，对产品质量的要求也愈来愈高。
共56页
3
三、现代设计方法的分类
1.按设计目标分 广义目标：包括思想目标、技术目标、成本目标、 时间目标、环境目标和售后目标。 技术目标：包括功能设计、全性能设计和面向产 品设计质量的设计。 2.按设计思想和设计理念分 现代设计方法可分为：创新设计、概念设计和基 于系统工程的设计等。
共56页 10
（5）可视化设计：可视化（Visualization）是利用计算 机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像 在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和 技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视 觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、 数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术 。
共56页 4
3.按设计环境分 现代设计方法可分为：绿色设计与和谐化设计。 绿色设计:是指在产品整个生命周期内，着重 考虑产品对自然资源、环境影响，将可拆除性、可 回收性、可重复利用性等要素融入到产品设计的各 个环节中去。在满足环境要求的同时，兼顾产品应 有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。实现 绿色设计至少需要满足三个方面的要素： （1）二次利用 （2）循环回收 （3）节约资源 和谐化设计：即设计在处理人、产品和环境要 素的相互关系时，使各个对立因素在动态的发展中 求得平衡，并将具有差异性、甚至矛盾性的因素互 补融合，建构成一个有机的、谐调的整体，最大化 地满足人们之于功能和情感的双重需求。
现代设计方法
2
二. 现代机械产品设计的发展趋势
目前，机械设备设计正在向大型化（或微型 化）、专用化（或柔性化）、高速化（或高效化） 、精密化、集成化、综合（指功能）化、模块化、 自动化、智能化、数字化、网络化、绿色化方向发 展。因此，对产品质量的要求也愈来愈高。
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3
三、现代设计方法的分类
1.按设计目标分 广义目标：包括思想目标、技术目标、成本目标、 时间目标、环境目标和售后目标。 技术目标：包括功能设计、全性能设计和面向产 品设计质量的设计。 2.按设计思想和设计理念分 现代设计方法可分为：创新设计、概念设计和基 于系统工程的设计等。
共56页 10
（5）可视化设计：可视化（Visualization）是利用计算 机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像 在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和 技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视 觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、 数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术 。
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3.按设计环境分 现代设计方法可分为：绿色设计与和谐化设计。 绿色设计:是指在产品整个生命周期内，着重 考虑产品对自然资源、环境影响，将可拆除性、可 回收性、可重复利用性等要素融入到产品设计的各 个环节中去。在满足环境要求的同时，兼顾产品应 有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。实现 绿色设计至少需要满足三个方面的要素： （1）二次利用 （2）循环回收 （3）节约资源 和谐化设计：即设计在处理人、产品和环境要 素的相互关系时，使各个对立因素在动态的发展中 求得平衡，并将具有差异性、甚至矛盾性的因素互 补融合，建构成一个有机的、谐调的整体，最大化 地满足人们之于功能和情感的双重需求。
现代设计方法
现代设计方法 PPT
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学习现代设计方法的是主要任务
学习现代设计方法的最主要任务是：掌 握现代设计的理论与原理，了解其作用与局 限性，并学会用客观存在解决工程实际问题。
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3 产品设计理论与方法
3.1 概述 3.2 产品设计相关因素 3.3 产品设计程序
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3.1 概述 •产品设计的范畴
1、工业设计的定义 就批量生产的工业产品而言，凭借训练，技术 知识，经验及视觉感受，而赋予材料，结构，构 造，形态，色彩，表面加工，装饰以新的品质和 规格，叫做工业设计。还包括了工业设计师对包 装，宣传，展示，市场开发等问题的解决付出自 己的技术知识和经验以及视觉评价能力。
1、产品设计与工艺美术的联系
工业设计源于手工艺和纯艺术，其表象特征 与艺术极为相似。在产品设计中，要运用一些美 术创作的规律和手法，其目的是为了加深对所设 计产品形象的理解和认识，以及这种理解和认识 的恰当表达，这种表达是功能与形式的统一，内 容与画面的统一。
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3.1 概述
2、产品设计与工艺美术区别 1)创造过程的不同 产品的设计过程是一个科学的，有计划的，有组 织的创造过程，而工艺美术可凭一时的灵感触发。 2)设计对象的不同 产品设计的对象是实用产品，使用功能是决定性 的，是第一位的，形式是服从性的；艺术品是一种精 神产物，只能满足人们的心理需求，达不到实用功能 的目的。 3)特性的不同 产品设计具有商品特性；不同于那些只能在沙龙 10 上为少数人观赏的单件工艺美术品。
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3.2 产品设计相关因素
３、功能与形式 产品设计中，原则前提是：首先是功能决 定形式，形式服从功能。同时，在这样的原则前 提下，不反对在符合功能要求下对产品的必要的 美化。
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3.2 产品设计相关因素 •技术、经济因素
现代设计方法ppt课件
优化设计
可靠性设计
有限元法
工业造型设计
创新设计
虚拟设计
价值工程
并行工程
模块化设计
反求工程
相似性设计
健壮性设计
智能设计
绿色设计
动态设计
6、学习现代设计方法的意义 1)了解现代设计的特点、技术体系、现代设计的基本理念和
思路； 2)重点掌握一些应用广泛、实用性强的设计方法(包括产品系
统化设计方法、优化设计、可靠性设计和有限元方法等)的理论 和应用过程；
(3)技术设计阶段
(4)施工设计阶段 。
2）设计方法
设计方法是指达到预定设计目标的途径。在很长的一段时间内，
工程设计方法多采用直觉法、类比法及以古典力学、数学和经
验数据为基础的半经验设计法，设计中反复多，周期长。20世
纪70年代以后，随着计算方法、控制理论、系统工程、价值工
程、创造工程等学科理论的发展以及电子计算机的广泛应用，
经验方法则需要有资料数据库，调用数据库可以得到现有同 类机具的各种参数。
实际上，在设计中常常是3种方法同时应用，例如理论计算所 输入的数据有时就依靠试验得到，而理论模型的仿真程度往往借 助于试验来验证，一个好的理论模型，往往要经过理论分析和试 验研究几次反复修正才能得到。
四、农机理论分析的一般特点
现代设计方法
主讲：陶栋材
湖南农业大学工学院 2016年3月
第一章 概论
第一节 设计的基本概念
1、设计的概念与内涵 设计是人类改造自然的基本活动之一。它与人类的生产
活动及生活紧密相关。 1）什么是设计?
狭义理解：在正式做某项工作之前，根据一定的目的和要 求，预先制定方法、图样等”
广义理解：设计是指为了达到某一特定目的，从构思到建 立一个切实可行的实施方案，并且用明确的手段表示出来的 系列行为。
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（1）产品结构分析的定量化；（优化设计）
传统设计方法设计产品时，通常是在调查分析的基础 上，参照同类或近类产品通过估算、经验类比或简单 试验确定设计方案，然后根据初始设计方案的设计参 数对零部件各项性能要求进行计算，校核各项性能参 数是否满足要求，如果不完全满足，则凭借设计者的 经验或主观判断对有关参数进行修改和计算，直到满 足要求为止，从而获得可行的设计方案。（可行的设 计方案当然有多种）
现代设计方法
C A I课件
吉林大学珠海学院机电系
课程性质： 各专业的技术基础课
学时学分： 32/2
成绩评定： 期末考核成绩占80%（开卷考试） 平时成绩占总成绩的20% （包括出勤、作业）
考试时间： 最后一次课
教材： 《现代设计方法》 赵松年 机械工业出版社
《优化设计》 何忠保 吉林大学出版社
参考文献
现代设计方法的产生背景（以机械工业为例）： 1）设计理论和实践的变化：过去，机械产品设计理
论主要以力学为基础，在实践上主要以经验作为基础， 现在，作为基础的理论远不止力学，还有系统论、控 制论、信息论、传感理论、信号处理理论、电子学、 计算机等等，作为实践的基础远不止经验，而且还涉 及各有关的学科，同时，自身也在形成自己的学科体 系——制造理论、工艺理论。 2）产品功能要求的变化：过去机械产品功能单一化、 造型简单化、实用化，新的产品在不同程度上都同微 电子技术、微计算机技术相结合，取代、延伸、加强 与扩大人脑的部分作用。机械产品的种类和品种正日 新月异，老的正在脱胎换骨，新的不断问世，几乎 “无所不包”、“无孔不入”。 3）产品制造技术的变化：机械制造技术正在彻底改 造，广泛采用各种高新技术，特别是微电子技术与电 子计算机技术，从数控化走向柔性化、集成化、智能 化，成为现代科技前沿热点之一。
4）机械工程、机械工业的企业管理发生根本 性的变化：从以产品为主的管理发展到以面向 市场信息为主的管理，并依靠建立在市场信息 基础上的管理来实现企业与客户之间的相互沟 通。过去主要是注重产品的质量，企业的管理 主要集中在产量、产品的质量上；现在，企业 在关注产品质量的同时，更多的关注市场需求， “客户需要什么样的产品，就设计什么样的产 品”。
这些变化引起人们开始新的思考、新的认 识，现代设计方法这门课程就是这些变化的结 果，它是一门符合现代市场经济、知识经济时 代发展需要的一门课程，作为一名大学生必须 了解和掌握有关现代设计的思想和方法，通过 这门课程的学习主要了解现代产品设计的主要 方法，从思维观点发生质的变化，为今后的工 作打下一定的基础。
1、现代设计手段
(1)计算机辅助设计CAD 计算机绘图 (2)计算机辅助几何建模 实体或曲面模型图 (3)工程分析与计算 CAE --有限元或动力学 (4)智能设计与专家系统
人工智能与神经网络专家系统
提高决策判断能力
(5)数据库管理系统计特征
(1) 设计手段的更新 传动图板、图纸 电子文档
环境友好适应(绿色工程)、人机友好(以人为本)、可维修、 安全性、可安装性、可拆卸、可回收
(6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
而现代设计方法中的优化设计法是先根据产品的
设计目标和性能要求构造数学模型，然后应用数学规
(2)产品表示
二维三维
(3)设计方法的发展
有限元、优化、模态、并行设计、虚拟设计、计算机仿真
(4)工作方式
串行设计 并行设计院 ＜＜数据库与网络技术
(5) 设计制造一体化 CAPP NC (6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统方法
现代方法
经验、类比
逻辑 、推理 、系统
静态、少参数
动态、多变量、多方案
当然,现代设计方法还不能完全取代传统设计方法， 一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍
是现代设计方法的重要组成。
具有系统性、创造性、综合性和程式性
4、现代设计方法的特点
现代设计方法与传统设计方法相比较，主要完成了 以下几方面的转变：
[1]陈屹、谢华：《 现代设计方法及其应用》 [2]孙靖民：《 现代机械设计方法》 [3]周济 ：《机械设计优化方法及应用》 [4]孙靖民：《机械优化设计》 [4]臧勇：《现代机械设计方法》 [5]Daryl L. Logan著，伍义生、吴永礼译：
《有限元方法基础教程》 [6]王勖成、邵敏 ：《有限单元法基本原理
与数值方法》
绪论
一、现代设计方法概述 设计：设计在通俗中说来是把各种先进技
术成果转化为生产力的一种手段和方法。它是从 给出的合理的目标参数出发，通过各种方法和手 段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。 设计方法设计中的一般过程及解决具体设计问题的 方法、手段。
传统设计(Traditional Design)：人类的设计
活动经历了直觉设计阶段、经验设计阶段、 半理论半经验设计阶段，即所谓的传统设计 阶段。
现代设计是传统设计的深入、丰富和完善。
现代设计：以市场需求为驱动，以现 代设计思想、理论为指导，以知识获取 为中心，以现代技术手段为工具，考虑 产品的全生命周期和人、机、环境相容 性等因素的设计。
借助计算机，应用精度较高的分析方 法（如有限元方法等）进行分析计算， 从大量的可行设计中寻找最优的设计方 案，实现用理论代替经验设计，用精确 计算代替近似计算，用优化设计、绿色 设计代替一般的安全寿命的可行性设计。 其目的是为了提高设计的主动性、科学 性和准确性。
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
(1) 功能满足 前提 (2)质量保证 性能、可靠、强度、刚度、稳定、动态特性等 (3)工艺优良 可制造性、可装配性、可测试性、 (4)经济合理 较低的开发成本和使用费用 (5) 社会使用（社会价值）