现代设计方法-汽车可靠性设计2011

武汉轻工大学《现代设计方法》课程结业论文题目：现代设计方法在汽车设计中的应用姓名学号班级专业院（系）2017 年5 月21 日现代设计方法在汽车设计中的应用宋家鹏(武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉430070)摘要：本文在分析汽丰设计方法发展的基础上，重点介绍了汽车设计中有待进一步推广应用的几种现代设计方法和技术。

关键词：现代设计方法;系统工程;模糊分析设计;计算机辅助设计(CAD)0 引言现代科学技术的发展对汽车的性能、可靠性、经济性等提出更高的要求同时也为汽车的设计、制造提供了改进和创新的设计方法。

据统计，一般汽车的质量和性能有60%-70%取决于汽车设计。

因此，在设计新产品时应研究和采用新的设计方法和技术，以适应现代汽车发展的要求。

为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施，引发了“汽车现代设计方法”的研究。

1 现代设计和传统设计的比较传统的设计方法是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、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。

而现代设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计方法和计算机设计为工具的系统设计。

这种设计不但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，从而高效地设计出性能优良、经济效益显著的新型产品。

目前，设计方法和技术正处于不断改善、不断创造的历史时期。

可以预见，新的汽车产品将随着现代设计方法、技术和设计科学体系的完善而有新的突破。

2 现代设计法的主要内容现代设计法是在总结传统设计的经验与教训、吸收国外各设计流派的先进内容的基础上,以形态学为分类手段,以方法学为思想指导,具体形成以下十一论: 功能论:现代设计法的宗旨。

是保证设计要求功能实现的方法论。

突变论:现代设计法的基石。

是设计创新的基础,如创造性设计。

系统论:现代设计工作的前提。

进行系统辩识、系统分析,如系统分析法、人机工程等。

现代设计方法的应用为了保证设计质量、加快设计速度、避免或减少设计失误，并适应科学技术发展，使设计工作现代化，引发了现代设计方法的研究。

现代设计方法的特点是动态的、科学的、计算机化的方法。

它将那些在科学领域内得到应用的所有科学方法论应用到工程设计中。

产品设计是以社会需求为目标，在一定设计原则的约束下，利用设计方法和手段创造出产品结构的过程。

市场竞争的需要和各种新方法、新技术、新工艺、新材料不断涌现，推动了设计方法和技术的进步，产品设计从传统的经验设计进入现代设计。

现代设计的特征是以计算机技术为核心（这是现代设计的主要特征），以设计理论为指导。

传统设计：以生产经验为基础，以运用力学和数学形成的计算公式、经验公式、图表、手册等为依据进行。

随着理论研究的深入，许多工程现象不断升华和总结为揭示事物内在规律和本质的理论，如摩擦学理论、模态分析理论、可靠性理论、疲劳理论、润滑理论等。

现代设计方法：是基于理论形成的方法。

用这种方法指导设计可减小经验设计的盲目性和随意性，提高设计的主动性、科学性和准确性。

因此，现代设计是以理论指导为主、经验为辅的一种设计。

以计算机技术为核心对设计产生的影响的表现：①设计手段的更新：推动了设计手段从“手工”向“自动”转变。

②产品表示的改变：推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。

③设计方法的发展：促进了新设计方法出现，高性能的计算机硬件和先进的软件技术是这些方法实施的保证。

新设计方法有：限元分析、优化、模态分析、并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。

④工作方式的变化：促进了设计方式从“串行”到“并行”的变化。

⑤设计与制造一体化⑥管理水平的提高：产品设计是一个复杂的系统工程，设计过程中涉与大量设计数据和设计行为的管理。

数据库技术的发展改变了传统的手工管理模式，各种PDM系统的广泛应用大大提高了设计的管理水平，保证了设计过程的高效、协同和安全。

⑦组织模式的开放：传统的局限于企业内部的封闭设计正在变为不受行政隶属关系约束的、多企业共同参与的异地设计。

《车辆可靠性》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程目标（一）总体目标：车辆可靠性是为车辆工程学生开设的一门专业选修课程。

国务院发布的《质量发展纲要（2011-2020）》中，明确提出要实施五项质量提升工程，可靠性提升工程是其中之一。

纲要中提出，实施“可靠性提升工程。

在汽车、机床、航空航天、船舶、轨道交通、发电设备、工程机械、特种设备、家用电器、元器件和基础件等重点行业实施可靠性提升工程。

加强产品可靠性设计、试验及生产过程质量控制，依靠技术进步、管理创新和标准完善，提升可靠性水平，促进我国产品质量由符合性向适用性、高可靠性转型。

到2020年，我国基础件、通用件及关键自动化测控部件等可靠性水平满足国内市场需求，重点产品的可靠性达到或接近国际先进水平。

”作为轨道交通学院车辆专业的学生需要了解汽车、轨道交通等的可靠性专业知识。

通过本课程的教学，使学生掌握可靠性的基本概念，可靠性设计的基本方法，为可靠性工程技术的进一步学习打下基础。

（二）课程目标：课程目标1：理解可靠性的定义及可靠性计算的数学基础，掌握可靠性的基本概念，即可靠度、故障概率、故障率、故障概率密度、寿命等的表示与数量指标，以及它们之间的关系。

课程目标2：了解可靠性试验的分类及意义。

课程目标3：掌握系统可靠性框和可靠性模型，一般系统的可靠性分析方法；掌握故障模式影响分析、故障模式影响与严重度分析和故障树分析。

课程目标4：掌握系统的可靠性的预测和分配方法及机械结构的可靠性设计方法.课程目标5：掌握可靠性的评估方法，能对基本的机械结构及车辆的相关机械系统进行可靠性评估。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表三、教学内容第一章可靠性数学基础1.教学目标（1）了解可靠性的基本定义；（2）了解学习可靠性需要掌握的数学基础2.教学重难点（1）可靠性基本定义的理解；（2）可靠性计算的概率基础；3.教学内容（1）产品可靠性与随机事件概述；（2）可靠性计算的概率基础；（3）随机变量的概率分布。

现代设计方法复习资料现代设计方法的基本特点：程式性、创造性、系统性、最优化、综合性、计算计化。

优化设计：包括全生命周期优化设计、广义优化设计、集成优化与综合优化等。

计算机辅助设计：是设计人员借助于计算机进行设计的方法，其特点是将人的创造能力和计算机的告诉运算能力，巨大的存储能力和逻辑判断能力很好的结合起来。

有限元法：用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。

可靠性设计就是先考虑可靠性的一种设计方法。

可靠性表示系统、设备、元器件的功能在规定的田间和规定的时间内稳定程度的特性，它是衡量产品质量的一个重要指标。

可靠性定义为：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

可靠性定义包含的五要素：产品、规定时间、规定条件、规定功能、能力。

世界坐标系：是最常用的坐标系。

该坐标系也称为用户坐标系，是一个符合右手定则的直角坐标系，用来定义在二维平面或者三维世界中的物体，理论上，世界坐标系是无限大且连续的，即它的定义域为实数域。

设备坐标系：图形输出设备（如显示器、绘图仪）自身都有一个坐标系，称之为设备坐标系，是一个二维平面坐标系，其度量单位是步长或像素，因此，它的定义域是整数域且有界。

规格化设备坐标系。

二维图形的变换矩阵： 例题解析：1)绕坐标原点以外的任意一点P(x0 y0)旋转θ角的旋转变换 可分解为： a.平移变换使旋转中心P 平移到坐标原点b.旋转变换绕坐标原点旋转θ角c.平移变换使旋转中心P 回到原来的位置。

组合变换矩阵T ＝T1 · T2 · T3各部分的功能：a b p C d q⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=1010011y x T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=100002θθθθcos sin sin cos T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=10100103y x T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+-+--=111000000)cos (sin sin )cos (cos sin sin cos θθθθθθθθy x y x TL m sAbcd可实现图形的比例、对称、旋转、错切四种基本变换。

现代设计方法与传统设计方法“设计”一词有广义和狭义两种概念。

从广义上讲，设计就是把人类的理想变为现实的实践活动。

从狭义上讲，谁即使指完成满足一定客观需求的技术统计系统的活动，该技术包括图纸、软件程序、其他技术文档等。

关于设计的含义，可以综合理解为：为了满足人类和社会的要求，将预定的目标通过人们的创新思维，经过一系列的规划分析和决策，产生载有相关文字、数据、图形等信息的技术文件，或通过制造将涉及转化为产品。

造福于人类。

产品设计过程从本质上说就是创造性的思维活动过程，是将创新构思转化为有竞争力的产品的过程。

传统设计以经验、试凑、静态、定性分析、手工劳动为特征，导致设计周期长，设计质量差，设计费用高，产品缺乏竞争力。

随着现代科学技术的发展，机械产品设计领域中相继出现了一系列新型理论与方法。

这些新兴理论与方法统称为现代设计方法。

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。

传统设计在长期运用中得到不断完善和提高，是符合当代技术水平的有效设计方法。

汽车可靠性设计讲课提纲（部分）重庆大学机汽车系 舒红第二章 汽车可靠性评价指标2.1可靠性指标 一、可靠度的定义汽车或零部件在规定的条件，规定的时间内无故障地完成规定功能的概率。

可靠度是在一定置信度下的条件概率（0~1），置信度指的是所求得的R 在多大程度上是可信的。

二、可靠度函数R （t ）设规定时间为t ，产品寿命为T （随机变量）。

R(t)=P(T ≥t) 0≤t<∞(2-1)设有N 件产品，从开始工作到时刻t 发生的故障的件数N f (t)。

平均可靠度估计值置信度50% (2-2)置信度100% 一般当N 足够大三、不可靠度（失效概率）F(t)F(t)表示产品在规定的时间t 内不能完成规定功能的概率，即发生故障的时刻T 小于t 时的概率。

它与R(t)是互补的，即产品失效和不失效是互逆事件。

)(1)()(t R t T t F -=<P = （2-3）1)()(=+t R t F四、失效概率密度函数f(t) 1、失效频率直方图1）取N 件产品作寿命试验（也可以是实际使用的失效统计数据），测量其失效时间；2）将失效时间分为K 个区段：[t o ,t 1]，[t 1,t 2]…[t k-1,t k ]),2,1(1k i t t t i i =-=∆-，共有k 组3）第i 个区段],[1t t i -内，产品失效频数为i N ∆， 失效频率工作到t i 时刻的累积失效频率在处理实际问题时，F i 就是F(t i )的估计值。

4）作出直方图当以单位时间的失效频率tN N i∆⋅∆作为纵坐标时，作出的图称为失效频率密度分布直方图。

每一小方块面积代表这区间的失效频率。

所有矩形的面积之和为1∑∑===∆→=∆⋅∆⋅∆ki iki i N N t t N N 1111 2、失效概率密度函数f(t)N t N N t R f )()(ˆ-=Nt N N t R f )()(-≈)(ˆ)(t R tim t R N ∞→=Nt N t F f )()(≈NN W ii ∆=∑∑===∆=ij jij ji W NNF 11tN t N t N imt f f ∆⋅∆→∆∞→=)(0)( （2-4）设工作到t 时刻的失效数为)(t N f 工作到)(t t N t t f ∆+∆+tN t N t t N t N imt N t N t N im t f f f f ∆⋅-∆+→∆∞→=∆⋅∆→∆∞→=)()(0)(0)( dtdFt t F t t F t N im=∆-∆+→∆∞→=)()(0（2-5）f(t)反映了失效概率随时间变化的平均变化率。