ME6022现代机械设计学课程教学大纲-上海交通大学机械与动力
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《ME6022现代机械设计学》课程教学大纲
课程名称:现代机械设计学
课程代码:ME6022
学分/学时:3学分/54学时课程
开课学期:秋季学期
适用专业:机械工程、热能与动力工程、工业工程、核工程、船舶与海洋工程
先修课程:机械设计,理论力学,材料力学,材料性能与制造技术
开课单位:机械与动力工程学院
一、课程性质和教学目标(需明确各教学环节对人才培养目标的贡献,专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表)
课程介绍:现代机械设计学课程从宏观层面上讲述现代机电产品设计中的基本哲理,准则,总体设计评估与优化,以及现代设计方法与手段等四个方面的内容。
目的在于培养学生主持机电产品总体设计与评估的能力,建立所需的知识结构。
内容包括:创新与设计思维;“人—机—环境”大系统观;现代设计中的摩擦学准则,可靠性准则,人机工程学准则,美学准则,可持续发展准则;从参数工艺到总体的广义优化理论与产品的全生命周期评估;基于CAD/CAM/CAE的现代设计方法与工具等。
教学目标:结合现代机械设计的价值体现、设计准则、评估优化、实现方法等理论知识,通过大量体现附加价值的现代机电产品设计案例的解说与由学生分组实施的课程项目设计实践,着重在以下几个方面使学生的素质得到提高:
1.对现代机电产品的功能价值与附加价值的理解与鉴赏(A5.1,A5.2,B5)
2.在设计中的环境保护、可持续发展、现代美学理念(A3,B2,C1.1)
3.符合时代发展、以人为本的创新设计理念(B3,C
4.1,C4.2,C4.3)
4.完成跨学科复杂设计任务的团队协作能力(B1,B4.2)
二、课程教学内容及学时分配(含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求)第一篇现代设计哲学
1创造与设计思维原理和方法学(2学时/课堂教学+1学时/讨论)
1.1创新思维与方法
1.2基于功能的设计思维
1.3基于产品寿命周期的设计思维
1.4基于过程的设计思维
2人-机-环境与大系统观(2学时/课堂教学)
2.1"人-机-环境"大系统的组成与运行
2.2功能分配
2.3人的生理和心理素质
2.4环境因素和可持续发展观
第二篇现代机械设计的准则和方法
3摩擦学设计准则与方法(2学时/课堂教学)
3.1机械中的摩擦学问题
3.2摩擦表面
3.3摩擦与摩擦设计
3.4磨损与抗磨设计
3.5流体动力润滑设计
4可靠性设计准则与方法(2学时/课堂教学)
4.1可靠性设计发展过程
4.2可靠性定义及指标的量化
4.3可靠性的数学模型
4.4系统可靠性的综合与分解
4.5可靠性的最优化
4.6可靠性仿真与试验
5人机工程学设计准则与方法(2学时/课堂教学+1学时/讨论+2学时/实践)
5.1基于人体感觉器官的人机界面设计
5.2基于人体形态学的人机界面设计
5.3基于人体力学的人机界面设计
5.4基于人-计算机(HC)界面的人机工程学设计
6工业设计准则与方法(2学时/课堂教学+1学时/讨论+2学时/实践)
6.1工业设计概述
6.2技术美学与造型的美学原则
6.3造型中的色彩问题
6.4造型中的肌理问题
6.5机械产品的造型设计
7绿色产品设计(2学时/课堂教学+1学时/讨论+2学时/实践)
7.1环境污染对产品设计的挑战
7.2绿色产品设计的基本概念和设计原则
7.3绿色产品设计的基本方法和工具
7.4绿色产品设计的展望
第三篇现代机械设计中的广义优化
8参数优化(2学时/课堂教学)
8.1建模技术
8.2一维搜索方法
8.3无约束优化算法
8.4约束优化算法
8.5商品化软件的特点与应用
9机械结构设计的优化(2学时/课堂教学+1学时/讨论+2学时/实践)
9.1材料使用的优化
9.2结构的加工工艺性优化
9.3结构的装配与拆卸工艺性优化
9.4力学设计优化
9.5健壮设计
10产品总体设计的优化(2学时/课堂教学+1学时/讨论+2学时/实践)
10.1目标与过程
10.2优化对象的确定
10.3总体设计的评价与决策
11遗传算法概述(2学时/课堂教学)
11.1遗传算法概貌
11.2单纯型遗传算法
11.3谢马塔(Schemata)定理
11.4遗传算法的有关操作规则和方法
11.5遗传算法的应用实例
第四篇计算机辅助设计
12 现代机械设计过程中的建模方法(2学时/课堂教学+2学时/实践)
12.1 机械产品的建模方法
12.2 多学科协同建模方法
12.3 复杂产品建模方法
13 现代产品设计与优化方法(2学时/课堂教学+2学时/实践)
13.1 智能优化设计方法
13.2 鲁棒设计方法
13.3 多学科设计优化
14 现代机械设计过程中的仿真方法(2学时/课堂教学+2学时/实践)
14.1 系统、模型与仿真
14.2 单学科的仿真方法
14.3 多学科并行协同仿真方法
14.4 支持复杂产品设计的虚拟样机方法
15 现代机械设计过程中的协同方法(2学时/课堂教学)
15.1 现代机械设计过程中的协同模式
15.2 现代机械设计过程中的协调管理
15.3 现代机械设计过程中的冲突管理
15.4 协同在各领域中的应用
16 现代机械设计过程中的集成方法(2学时/课堂教学)
16.1 现代机械设计过程中的信息集成
16.2 现代机械设计过程中的知识集成
16.3 现代机械设计过程中的企业间集成
三、教学方法
本课程的学习要求学生参加所有的课程并参加上课时的讨论,并对团队的项目实施作出实质性的贡献。
教学形式
1.课堂授课
2.课堂讨论
学习形式
1.课程项目实施
2.课堂实践汇报
课程项目设计与课堂实践
将按选课学生人数,以每5-8人为一个小组,要求每个小组完成一个他们在
课程中选择的设计项目。
课程项目要求完成一个机电产品的概念设计,充分体现现代机械设计的以人为本、绿色环保、可持续制造、美观实用、高附加价值等理念。
课程项目设计将从教授完最初的现代设计理念与准则的阶段开始,要求学生从产品应用需求背景的了解开始,对市场已有产品的现状进行调查,开拓创新思维,形成新的设计概念,并利用课程后期学到的设计及优化方法对设计进行完善。
具体的实施过程为:在课外形成初步方案,在课堂实践的时间里进行说明报告,通过同学质疑和教师指导的方式不断完善设计,最后形成完整设计方案。
产品的整个设计过程与课堂教学内容紧密结合,可使学生对巩固所学到的专业理论知识,并获得一定的实践经验。
四、考核与评估
课程得分比例如下:
课堂出席与讨论发言考核标准:
1. 是否出席并认真听讲?
2. 提出的论点是否与讨论主题相关?
3. 参加者的表达是否简洁、明了、并富于逻辑性?
课堂实践
考核是否按预定计划完成项目设计进度、表述的准确性、内容的合理性、项目组成员的协作性。
课题设计
考核课题项目设计的完整性、创新性、实用性,以及功能实现与附加价值体现。
五、教材与参考材料
现代机械设计-思想与方法, 上海科学技术文献出版社 The Mechanical Design Process, Mc Graw Hill。