现代设计理论与方法(最终版)

现代设计理论与方法(最终版)

现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生

产成本。T缩短产品设计周期 Q--提高产品质量 C--降低其成本

2、 传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计

算） 现代设计法特点：动态的、科学的、计算机化的、（精确计

算）3、 现代设计理论与方法的发展分为：（1)直觉设计阶段

（2)经验设计阶段 （3)半理论半经验设计阶段 （4)现代设计阶

段4、 系统－执行特定功能而达到特定目蟋蟀的习性 的，相互联系，相互作

用的元素。

具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一

个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定

功能的整体都是系统。5、系统化设计的特征：由上而下、由总到

细。

基本方法：系统的分析和综合。6、 黑箱法定义：把系统看

成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开描写笑容的句子 黑箱

的前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系,

了解其功能的一种方法。

根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中

寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相

应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐

渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。7、系统化设计的步骤：

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8、评价的上火吃什么药 目标内容：

（1)

技术评价目标可行性，创造性，可靠性 （2)

经济评价目标成本，利润，市场潜力 （3）社会评价目标社

会效益和影响9、技术-经济评价法 （a)技术价Wt :

Wt=(Piqi)/Pmax （Pi-各技术评分值；qi-加权系数；Pmax-最高

分值5分或10分） （b)经济价Ww：

Ww=Hi/H=0、7Hz/H （Hi-理想成本；H-实际成本） （c)技术

-经济综合评价 ：

均值法：W=（Wt+Ww)/2 双曲线法：

W= (Wt、Ww )

10、 产品价值 V=F/C ( F-功能 C-成本)

11、寿命周期成本（要会画出它的曲线图，并做分析） 感动为话题的作文

C=C1+C2 C1-生产成本 C2-使用成本

12、提高V途径（分5种情况讨论） F ↑ /C → =V ↑ 功

能F → /C ↓ =V ↑ 成本F ↑ /C ↓ =V ↑ 功能、成本F ↑↑

/C ↑ =V ↑ 功能 F ↓ /C ↓↓ =V ↑ 成本第二章 机械优化设

计1、优化设计的数学模型 统一形式描述：

min f(x)

x=[x1,x2,………xn]T s、t、 gi(x)<=0 i=1,2,3…m

hj(x)=o j=1,2,……n(p 迭代过程 X（k+1）=x（k）+

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（k）s（k） x（k）第K步迭代点 （k）第K步迭步长 s（k）

第K步迭代方向3、 终止准则：（1）点距准则：

(2)下降准则：

(3）梯度准则：4、 一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单

变量）目标函数f(x)寻求其最优解x*的过得弧形楼梯 程称为一维优化，所

使用的方法称为一维优化方法。5、 无约束极小化问题（无约束

优化问题）：对于一个n维目标函数，在没有任何限制条件下寻

求它的极小点的问题。

数学上表达为 minf (X)

X R n

6、无约束优化方法分为哪两类方法，它们分别是什么？

（1）非梯度算法（不使用导数信息）：随机搜索法、坐标轮

换法、Powell法、模式搜索法、单纯形法； （2）梯度算法（使

用导数信息）：梯度法、共轭梯度法、牛顿法、变尺度法。

7、变尺度法集合了梯度法和牛顿法的哪些优点？

前期属于梯度法，收敛速度快；后期属于牛顿法，在迭代极

值点速度最快。8、 单纯形法对整个区间的点进行搜索，典型的

直接法。

复合形法基本思路：在可行域中选取K个设计点

（n+1≤K≤2n）作为初始复合形的顶点。比较各顶点目标函数值

的大小，去掉目标函数值最大的顶点(称最坏点)，以坏点以外其

余各点的中心为映射中心，用坏点的映射点替换该点，构成新的

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复合形顶点。反复迭代计算，使复合形不断向最优点移动和收

缩，直至收缩到复合形的顶点与形心非常接近，且满足迭代精度

要求为止。初始复合形产生的全部K个顶点必须都在可行域内。

9、有约束优化问题的分类：

直接法包括：网格法、复合形法、随机试验法、随机方向

法、可行方向法。

间接法包括：惩罚函数法（内点法、外点法、混合法）、广

义乘子法

10、 要学会用公式构造惩罚函数（内点法和外点法）。内点

法外点法 混合法

11、 要学会用黄金分割法、牛顿法，梯度法进行具体的计算

12、 多目标优化方法常用方法:（1）线性加权组合法；

（2）功效系数法；（3）主要目标法。第三章 有限元法及其应用

1、你所知道的有限元分析软件有哪些？

ANSYS、SAP、ASK

A、MAR

C、ADIN

A、NASTRAN 、FEPG、COSMOS等2、ANSYS包括三个部分：

前处理模块、分析计算模块、后处理模块。3、 有限元的基

本思想是什么？是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每

一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连

接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知

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量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的

分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将

一个连续域中的无限自由玉米面菜饼子 度问题转化为离散域中的有限自由度问

题。求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以

至个集合体上的场函数。对每个单元，选取适当的插值函数，使

得该函数在子域内部、在子域分界面上以及子域与外界面上都满

足一定的条件。单元组合体在已知外载荷作用下处于平衡状态

时，列出一系列以节点、位移为未知量的线性方程组，利用计算

机解出节点位移后，再用弹性力学的有关公式，计算出各单元的

应力、应变，当各单元小到一定程度，那么它就代表连续体各处

的真实情况。

4、有限元法的分析过程？1)连续体离散化2）单元分析3)整

体分析4）确定约束条件5)有限元方程求解6)结果分析与讨论

5、 有限元求解应力问题的三种方法 ：位移法、力法、混合

法。

6、有限元法寒假日记大全 的力学基础是什么？弹性力学，结构力学、材料

力学等

7、 三种常见杆状单元：杆单元、平面梁单元、空间梁单

元。

8、 形函数N：反映单元内位移的分布形态，是x y坐标的连

续函数。

形函数N仅与坐标值x y有关，与位移大小无关

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第四章 机械可靠性设计1、可靠性的由来和发展 研究对象：

寿命特征 基础：概率论、数理统计理论 知识：系统工程学、人

机工程学、价值工程学、安全工程学等2、泡菜面 机械可靠性设计的难点

1）应力因素对机械产品的失效率的影响难以准确预计2）机械产

品的寿命试验都很昂贵。

3）机械产品的可靠性数据资源非常缺乏。3、 可靠性：是指

产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。

四要素：１）研究对象

２）规定的条件

３）规定的时间

４）规定的功能4、 可靠度R（t）：产品在规定的条件下和

在规定的时间内，完成规定功能的概率。

5、失效概率F（t）：产品在规定的条件下和在规定的时间

内，丧失规定功能的概率。R （t）+(t)=1 R(t)=1-F(t)

0≤R(t)≤1，0≤F(t)≤

16、 失效率 (t)

失效率即故障率，是判断产品失效规律的基本参数。

简化定义：产品工作到时刻t,在此时刻以后的单位时间内发

生失效的概率。

近似计算公式为：

*(t)=(n(t+t)-n(t))/([N-n(t)]t)

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7、失效率曲线的三个特征区（要求能画出浴盆曲线） 早期

失效区试车、跑合阶段 正常工作区使用寿命区(t)≤ 0 功能

失效区疲劳和磨损阶段

8、会计算以下可靠性寿命指标 平均寿命MTTF，MTBF MTTF：

MTBF：

维修度：在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和

方法完成维修的概率。(M(t))

有效度：可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的概

率。

可靠寿命tr 中位寿命及特征寿命t0、

59、 应力-强度干涉理论。（书p109）

10、 可靠性系数的计算公式，并学会通过查表得出其可靠

度。ZR-----称为可靠性系数（或可靠性指数） 两类可靠性问

题：

①已知ZR，求R=(ZR)

可靠性估计 ②已知R，求ZR=-1(R)

可靠性设计

10、典型机械系统分为哪几种？

串联、并联、混联、表决系统

11、机械系统可靠度分配一般遵循哪些原则？

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（1）技术水平。对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可

靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握地增长到较高水平，则

可分配给较高的可靠度。

（2）复杂程度。对较简单的单元，组成该单元零部件数量

少，组装容易保证质量或故障后易于修复，则可分配给较高的可

靠度。

（3）重要程度。对重要的单元，该单元失效将产生严重的后

果，或该单元失效常会导致全系统失效，则应分配给较高的可靠

度。

（4）任务情况。对整个任务时间内均需连续工作以及工作条

件严酷，难以保证很高可靠性的单元，则应分配给较低的可靠

度。其它章节（以概念题为主，此部分占分较少）1、列出你所知

道的现代设计方法有哪些？

如并行设计、相似设计、稳健设计、绿色设计、智能设计、

模糊设计、虚拟设计、动态设计和疲劳设计等2、CAE计算机辅助

工程 CAM计算机辅助制造 C电脑主板型号在哪里看 APP计算机辅助工艺设计（前两者的

联系桥梁） PDM产品数据管理 MPR-II制造资源规划 ERP企业资

源规划 团队合作 CIM/CIMS现代集成制造系统3、 相关性设计 相关性设计

是为设计工作提供了极大的方便，系统会自动地更新与用户所修

改的部分有关系的内容。4、动态分析法 实际产品往往是由一定

数量的零件通过各种方式联接而成的机械系统，这时需要对整个

系统进行静态和动态分析。

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用黑箱法对此进行分析：首些要建立对象的数学模型，通常

用复域中的传递函数、频域中的频率特性及时域中的微分特性来

描述其数学模型。5、变型设计 它是实现快速响应的一种方法，

这种方法特别强调对企业产品信息的标准化、规范化重组，通过

对企业现有成熟产品的变型再设计，使企业的宝贵信息资源得到

尽可能多的重用，从而实现快速响应，以赢得市场。

基本方法：相似设计和模块化设计6、快速成型 它是近年来

形成的一种全新技术，它完全摆脱传统“去除材料”加工方法，

而是采用全新的“增加材料”加工法，将复杂的三维加工分解成

简单的二维加工的组合。7、绿色设计的概念 通常也称为生态设

计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计等设计过程划分：

1）产品提高2）产品再设计3） 产品功能创新4）产品系统创新

8、虚拟设计：

虚拟设计是随着科学技术的发展，特别是计算机辅助技术的

发展而发展起来的新设计方法。它是以虚拟现实技术为基础，以

机械产品为对象的设计手段。9、虚拟现实：

在这工具帮助下，设计人员可预先以连续的、更加直观的方

式观察和探索新概念、新工程或新产品。目前，没有任何技术可

以代替它。

10、 虚拟设计的特点：

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它能使产品设计实现更自然的人机交换，能系统考虑各种因

素，把握新产品开发周期的全过程，提高产品设计的一次性成功

率，缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品质量

11、虚拟技术有以下显著的特性：1）自主性2）交互性3）

沉浸感4）实时性

12、虚拟环境交互技术主要集中在三个方面：

听觉、触觉反馈系统、视觉

13、虚拟设计的近期目标：把设计人员从键盘和鼠标上解脱

下来。

远期目标：创新设计

14、 功能分析法步骤：明确任务总功能分析功能分解功能元

求解功能原理解最佳功能原理方案

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