现代设计方法

现代设计方法（精选8篇）

现代设计方法 篇1

现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计

一、并行设计

并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。并行设计作为现代设计理论及方法的范畴，目前已形成的并行设计方法基本上可以分为两大类:(l)基于人员协同和集成的并行化。就是把组成与产品方面有关的，针对给定设计任务的专门的、综合性的设计团体(企业)协同起来。

丰田的 产品开发过程有四个主要内容： ●一个产生主要设计的概念论文的规划阶段 ●同步设计的系统设计阶段 ●一个具有设计标准的详细设计阶段 ●一个精益生产的样机模具阶段。

●广泛地协调，不仅仅在设计而且还有生产以及销售 ●协调从概念到市场完整的项目 ●概念创造以及概念支持者

●规格、成本目标、设计以及主要部件选择，确信产品概念精确地被转换为车型的技术细节 ●直接地、经常地与设计师以及工程师交流

●建立与顾客直接接触（产品经理办公室实施它自己的市场调查，除了通过市场营销进行的定期市场调查）。

前端设计

设计环节与供应商实现设计的集成 多部门协调研发 以客户为中心 降低批量规模

(2)基于信息、知识协同和集成的并行化。该方法基于计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改各零部件的设计模型，直至整个机电产品完成为止。可以采用面向制造(DFM)和面向装配(DFA)的设计方法，涉及CAX技术、产品信息集成(PDM)技术以及与人员协同集成有关的信息技术。

当然，这两种机电产品并行设计方法并不是相互独立的。在实际应用过程中，它们往往是紧密结合在一起的。实例：

并行工程应用于整车项目开发案例研究

在组织机构上，建立一支跨部门矩阵式的开发团队，团队全体成员共同对团队的目的和目标负责，每一个成员都能理解其职责。它确定团队活动的焦点，包括服务和产品。全体成员相互依赖，在协同环境中工作，实施信息预发布、设计评审及反馈，定期组织团队会议，进行信息交流、讨论，进行团队决策，确保团队计划向前推进。结构上可将开发团队划分成若干小组（IPT）。

并行工程所需的体系结构通常由工程设计、质量管理、过程管理、软件环境和生产制造等5个系统组成（见图1）。

一般地，汽车整车产品开发共有4个大的阶段，即策划阶段、设计阶段、样品试制阶段和小批试制阶段。

并行工程在实施过程中对设计进度和质量控制都可分多级并行循环体，对开发进行协同、配合、反馈和修改的循环工作。设计部门与技术支持、工艺、质量、制造、销售、计算机仿真和供应商等部门形成一个大的循环体，各部门内部又有各专业小组之间的小循环体，根据需求不同可建立不同的循环体（见图2）。

1.在整车项目开发周期管理中的作用

图3所示为整车开发过程的大计划，纵向列出全部工作内容，横向列出整体开发的时间，在什么时间完成什么内容，是什么部门完成一目了然。大计划通过各部门充分讨论，达成共识、会签，并经总经理签字下发。各部门再根据大计划编制各部门更详细的计划，然后按计划并行实施。

从图中可以看出，大部分工作下游部门都提前几个月介入，这是缩短开发周期的关键，即所谓的并行，而传统的开发流程总是需要上游部门完成后再进行下游部门的工作。

以模、夹具的开发为例，运用并行工程，其与车身工程设计几乎同时进行，从整个计划第4个月开始介入，在整个开发周期的第22个月完成。而运用串行工程，其在车身工程设计完成后进行，从整个计划第15个月才介入，在整个开发周期的第34个月才完成。运用并行工程开发时间上节约近36%，整个产品开发周期可以缩短40%～50%。

设计部门不断预发布、评审、输出，相关部门评审、验证意见和建议不断反馈，然后设计不断更改，通过预发布和设计评审、修改若干个循环，这样可以把不必要的失误和不足消灭在设计阶段，同时优化设计。在各系统设计输出评审的时候，相关部门的意见至关重要。在产品开发的早期阶段解决设计问题，所冒的风险和损失最小。

各系统的设计和预发布评审都需相关部门的工程师参加，反馈意见马上修改。

造型设计，预发布评审需邀请设计部门的领导、设计总师、设计工程师、工艺工程师、模具工程师、制造工程师和销售人员等。

总布置设计，需邀请车身、底盘、电器以及内外饰各系统工程师、整车安全法规工程师等参与预发布评审。

小批试制阶段，小批试制是批产前的关键过程，所有的问题必须在此阶段解决，无论是技术性的还是生产性的问题，设计、工艺、模具、夹具、制造和质量工程师必须全程跟踪，发现问题及时修改、验证。公告认证、安全气囊匹配验证和ABS匹配验证等的验证工作大都选用这阶段生产的车，因为时间上可以提前，可并行完成，车况上与量产车非常接近。

总之，在整车开发的各个过程中，相关的部门都是提前渗入、协同工作、及时反馈、及时修改，使开发全过程方案更改次数减少50%以上，质量达到最佳，为质量的“零缺陷”打下基础。

二、虚拟设计

在达到产品并行的目的以后，为了使产品一次设计成功，减少反复，往往会采用仿真技术，而对机电产品模型的建立和仿真又属于是虚拟设计的范畴。所谓的虚拟制造(也叫拟实制造)指的是利用仿真技术、信息技术、计算机技术和现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，发现制造过程中可能出现的问题，在真实制造以前，解决这些问题，以缩减产品上市的时间，降低产品开发、制造成本，并提高产品的市场竞争力。

虚拟设计能实现在产品加工制造之前，建立产品的功能、结构模型，并能对其进行修改和评审，以满足不同客户的要求。它不仅继承了传统CAD设计的优点也具备了仿真技术可视化的特点，更能支持协同工作和并行设计，从而缩短了产品开发周期并通过各先进技术的利用和补充，使产品保持技术上的优势。

汽车车辆虚拟设计与制造技术应用实例

(1)车身设计阶段使用One-Step仿真软件进行快速冲压成形性校核，可大大减少设计返回带来巨大损失。

(2)模具设计阶段采用Increment仿真软件进行冲压仿真分析，可大大减少模具调试时间。

汽车研发典型流程中，实际工作中，经常出现某些车辆冲压件成形困难不得不返回设计部门更改设计现象，不得不牺牲总体性能来解决局部设计问题。解决该问题最好办法是对车辆件设计后立刻进行成形性校核，发现问题及早解决。由此产生了一步逆成形（One-Step Forming）软件，如瑞士AutoForm.Eng.公司AutoForm/One-Step、加拿大FTI公司Fast3D、法国SIMTECH公司SIMEX 以及我们自主开发KMAS/One-Step软件等。

一步成形也称逆成形法（Inverse Approach-I.A.）。与传统增量法由坯料到冲压件成形顺序相反，它是由制件逆成形方向反推到坯料。它可以模拟一步或多步成形、翻边等成形过程。一步成形计算速度非常快（中等件小于20分钟），能够比较准确预示制件成形性，为结构和碰撞分析提供真实信息（厚度、应力等），将它作为预警系统用于车型开发早期阶段。

汽车制造中瓶颈问题之一是车辆模具设计与制造，特别是拉延模设计。为解决这一问题，近十年来国内外汽车模具行业广泛采用了虚拟设计技术，即采用增量分析软件进行冲压过程仿真。这类软件如法国ESIPAM-STAMP、美国LS-DYNA、瑞士AutoForm.Eng.公司AutoForm /Increment和我们自行开发KMAS/Increment软件等。

三、绿色设计

绿色设计是指以环境资源保护为核心概念的设计过程，其基本思想就是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳人产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小

产品的绿色设计主要包括以下内容:(l)产品材料的选择和管理。产品的材料不仅要满足传统设计的使用和性能要求，也包括对环境约束准则的考虑。

(2)产品可拆卸性和可回收性设计。可拆卸性设计是将废弃淘汰产品的连接按照需要和回收目标拆开而将零部件相互分离，及用利于产品拆卸的连接方式代替传统的连接方式;可回收性设计则是将产品中的可重用零部件及材料按照其性质进行分类，以便实现零部件重用或材料循环的一种设计思想和方法。

(3)绿色产品成本分析和设计数据库的建立。对产品的成本分析不仅包括了产品原始成本的分析，还包括产品环境成本的分析，以便设计出更绿色、成本更低的产品。而产品绿色设计数据库包括与产品寿命周期中环境、经济等有关的基础数据，以及各类评判标准。

(4)产品的绿色包装设计。除了设计出能满足客户要求和喜爱的产品造型和样式之外，还要充分考虑包装对环境的影响因素。

产品设计的基本流程为：市场调研--草图构思--方案设计。具体到绿色设计在产品设计中的应用，其过程可分为四个阶段：

1、市场调研

在市场调研阶段，将产品的绿色因素作为调研时的一项重点内容。在此阶段，对产品在人、资源与环境等方面存在的绿色缺陷做出调查研究，并进行分析，形成理性的调研报告。通过市场调研，可以发现产品中所蕴含的绿色机遇。可以利用前文所述的产品绿色因素，对市场做出合理的关于绿色因素的调研。同时评估出未来产品的绿色设计需求，指出现有产品与目标产品的差距。

2、概念设计

在具体的产品设计流程中，将通过市场研究所得来的绿色机遇，通过草图设计-方案筛选-方案设计流程，把功能、造型、色彩、人机等诸因素融入到产品设计中去。使产品满足绿色设计的三大要求：Reduce(节约)Reuse（回收利用）Recycle（循环）；二是通过产品设计中的造型、色彩、人机等因素的协调设计，使得用户在使用绿色产品的时候，能够感受到产品的绿色因素。

3、方案确定

对概念设计方案进行评估，得到最终确立方案。对方案的评估有两个方面，一是在设计、制造、包装、运输、消费、报废和回收过程中，废弃物的量作为衡量标准，尽可能的减少该过程中废弃物的量，二是看产品的在使用过程中，是否能够很好的让消费者感受到产品的绿色因素，可着重于考察产品的人机、形态和色彩。

4、详细设计

在产品的详细设计阶段，继续深化产品的绿色因素，进行详细的产品设计。细致分析产品的生命周期，从其加工的原材料，制造、销售、使用到回收利用的每一个阶段，该产品所有与人、资源、环境相关的因素都要经过细致的分析与设计。在此设计阶段可以借助虚拟技术进行产品开发，可以在虚拟的环境下，进行产品设计，生成软产品模型以进行形态和功能的评价与测试，这样就可避免生成硬模型带来的能源和资源上的浪费，有利于缩短产品开发周期，降低成本，减少污染。

四、可靠性设计

机电产品的可靠性设计可定义为:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计是以概率论为数学基础，从统计学的角度去观察偶然事件，并从偶然事件中找出其某些必然发生的规律，而这些规律一般反映了在随机变量与随机变量发生的可能性(概率)之间的关系。用来描述这种关系的模型很多，如正态分布模型、指数分布模和威尔分布模型。可靠性常用的数值标准有:可靠度(Reliability)、失效率(FailureRate)平均寿命(MeanUfe)。机电系统的可靠性不仅与组成系统单元(机械单元、电气单元或混合单元)的可靠性有关，还与组成该系统各单元间的组合方式和相互匹配有关。通常机电产品的可靠性设计包括以下几个方面的内容:(l)明确机电产品中机械部件和电气部件的设计制造要求。

(2)系统可靠性建模。系统常用的可靠性建模方式有:串联系统建模、并联系统建模、混联系统建模、k/n系统建模和储备系统建模。可通过这些数学模型并采适当的算法来计算出机电系统的可靠性。

(3)可靠性可预测。预测单元(机械单元、电气单元或混合单元)的可靠性，首先要确定单元的基本失效率，它们是在一定的环境条件下得出的，设计时可以从相关的手册、资料中查得。然后根据公式入=k入b来确定各单元的应用失效率，k为修正系数，可由专门的资料中查得。对于不同的机电系统，其可靠性预测的方法也不同，常用的有元器件统计法、数学模型法和故障树分析法等方法。

(4)可靠性的分配。根据机电产品各单元技术水平、复杂程度、重要程度以及相关费用等条件来决定，总的来说都是为了获取系统最高的可靠性。现在常用的分配方法有等分发、再分发、Agree分配法和相对失效法和相对概率法。

五、智能优化设计

随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。

而实现的手段有:(l)模糊设计。模糊设计是以模糊数学为理论基础，它首先通过对设计对象的各项性能指标建立满足某些模糊集合的隶属度函数，并按其重要性乘以不同的加权引子，然后按一定的算法得到综合模糊集合的隶属函数，再通过优化策略，把模糊问题向非模糊化转化，从而实现寻优的过程。现在机电产品中涉及到模糊理论的场合很多，如模糊冰箱、模糊洗衣机、模糊微波炉，它们正悄然地改变着人们的生活方式。

(2)神经网络优化设计。神经网络是一种模仿人类大脑结构、功能的信息处理智能系统，一般由多输人单输出非线性单元组成神经元，各神经元按一定的模式连接，并构成各种连接模型。它通过反复的训练和学习以及自身的适应能力来完成对复杂信息的处理，使输出达到最优。神经网络的重要特征就是具有很强的自适应、自组织、自学习的能力和强容错性。为实现机电产品智能化的功能，还有一个途径就是利用专家系统的框架。通过提取人类成熟的操作经验和知识，以知识库为核心，配以特征知识处理，并采用不同的匹配法则和推理机制，构成完整的最优决策系统。

.六、计算机辅助设计

机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多。

计算机辅助设计的过程,首先进行功能设计,选择合适的科学原理或构造原理,然后进行产品总图的初步设计、产品选型和外型的初步设计;从总图派生出零件,对零件的造型、尺寸、色彩等进行设计,对零件

进行有限元分析,使其结构及尺寸与应力状态相适应;对零件进行加工模拟,对其性能做出评价、分析和优化,最终完成零件的工作图;在计算机上制定零件制造工艺,在相应的设备上制造出零件。

如各种建模软件，solidworks proE AutoCAD等 现代CAD系统的功能包括:

(1)设计组件重用(Reuse of design components)

(2)简易的设计修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning)

(3)设计的标准组件的自动产生(Automatic generation of standard components of the design)

(4)设计是否满足要求和实际规则的检验(Validation/verification of designs against specifications and design rules)

(5)无需建立物理原型的设计模拟(Simulation of designs without building a physical prototype)

(6)装配件(一堆零件或者其它装配件)的自动设计

(7)工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表(Bill of Materials)

(8)设计到生产设备的直接输出

(9)到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出

七、动态设计

动态设计法是在计算参数难以准确确定、设计理论和方法带有经验性和类比性时，根据施工 中反馈的信息和监控资料完善设计，是一种客观求实、准确安全的设计方法。

传统的机械设计主要是依据静态条件下强度、刚度、稳定性及结构要求和材料选择来进行设计的，动态设计则以系统论，控制论为依据，在一定的位移，速度，力和力矩的干扰下对影响整机性能非常重要的战术指标（包括响应速度、跟踪精度和动态稳定性等）进行设计。

对初步设计产品(或需要进行改进的产品)进行机械结构或系统动力学建模和动态特性分析，根据工程实际要求，给出所要求的动态特性设计目标，按结构动力学“逆问题”分析法求解结构参数，从而得到一个具有良好动静态特性的产品，即不仅具有良好的工作工艺指标，而且机械设备本身还能够安全、可靠地工作，并满足相应的工作寿命要求。

机械动态设计的理论与方法主要包括以下四个方面：动力学建模、动态特性、计算实物试验、模型试验与试验建模、机械结构动力修改

基坑支护动态设计应用实例

动态设计通过建立监测系统和信息反馈有利于控制施工安全，并不断地将现场地下水及地质变化情况反馈到设计单位，调整完善设计。这一设计方法很适合用于基坑开挖支护、边坡治理等岩土工程。现以广东省某试验研究中心基坑设计为例，简要地介绍了动态设计的内容及方法。

动态设计过程

根据基坑周边环境及场地土情况，本基坑位移的最大预警值为 4cm（0.004h，h 即为开挖深 度）。为确保基坑施工的安全和开挖顺利进行，在整个施工过程中进行全过程监测，实施信息化施 工，并根据监测反馈的信息进行动态设计。下面仅以该工程实例Ⅰ区支护设计为例，详细介绍根 据监测结果及施工信息进行动态设计的全过程：

（1）基坑施工过程中，在Ⅰ区开挖第五层土及施工第五排锚杆时，14 号测点的水平位移由 2cm 突增至4.6cm，超过本基坑位移最大预警值。设计接收到监测预警后，立即修改原支护设计，要求在开挖面补打一排长3m 的?48 注浆花管做超前支护，并将第六排锚杆改为预应力锚杆，预应 力为80kN，以控制该区域基坑水平位移。至地下室底板浇筑完成，该测点的水平位移量仅增加 0.6cm，设计采用注浆花管超前支护及预应力锚杆控制位移是正确的，这两项措施成功地控制住了 开挖引起的水平位移。

（2）施工放线发现：Ⅰ区支护的部分锚杆将碰倒临近的高层住宅的地下室侧壁。设计根据现 场情况，将原第一、二排锚杆倾角由20°调整为30°。

动态设计在整个施工期中根据实际情况不断地调整原设计剖面。

八、模块化设计

结构模块化设计主要是以功能化的产品结构为基础，分解现有的产品，在分解中考虑到各个要素的可行性，从而在早期就预测到设计中可能会出现的矛盾，提高设计的可行性和可靠性，降低产品的成本。

模块化设计在齿轮减速器中的应用 市场调查分析与参数范围的确定

模块化设计的一个重要前提是必须对产品的品种和规格以及市场对同类产品的需求量有充分的了解，只有这样才能开展模块的划分、创建、组合$ 根据市场调查，为满足冶金、矿山、建筑、化工、轻工等行业的需要，拟设计中小功率的通用齿轮减速器系列

齿轮减速器主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、圆柱—圆锥齿轮减速器三种结构，为了使齿轮减速器通过单元模块组合，实现系列产品内传动件互换，拟定产品的装配形式共 减速器各级齿轮传动中心距的确定主要考虑两个因素：一是尽可能实现各级齿轮等接触 强度传动；

减速器整机结构具有明显的分级特性，在进行模块化设计时，以产品的功能分析为基础，将产品的总功能分解为若干层次较高的综合性功能单元，如图然后根据不同的需

求，将这些综合性功能单元分别细化为若干层次较低的、可互换的、独立的基础单元，如齿轮、轴承的分级分解如图

对一定界限内的不同产品的性能、规格进行分析得出的一系列的功能模块，这些模块成为基础，通过对它的选择，重新组合构成不同的产品，以满足市场需求。根据各部件的位置及功能不同，设计为一个个独立的模块，模块之间又可以组成一个大单元，如机械液力变矩器、变速器和中央传动一体化单元等，使整机的装配和维护更为方便。从工程机械的传动方式看，传统的“液力变矩十动力换档变速箱+两级最终传动”方式，逐步向模块化的传动方式转变。如采用典型模块化设计的传动系统为：外分流式液力变矩器+传动轴+动力换档变速器与中央传动的组合+离合器与盘式制动器的组合+行星最终传动。

九、计算仿真设计

根据工程机械不同的作业功能，在计算机上模拟各种作业过程，以分析和确定各种状态下的作业参数，研究工程机械各系统主要部件的结构合理性，借助数学实验等方法预估工程机械的作业效果，从而可大大减少设计上的失误，避免或减少走弯路。

空调系统计算机仿真设计实例李锐

计算机控制程序用Visual Basic 语言编写, 其中用到重要的通信控件———MSComm。该控件使各自控设备与计算机得以沟通, 实现了计算机对空调房间内温度、湿度、CO2 浓度的监测及对电动调节风

阀、电加湿器、新风口的自动控制。

空调系统的计算机监控原理

如图1 所示,被控变量(温度、湿度、CO2 浓度)由传感器测 得的电压模拟量先经过变送器转换成0～5V 的电压, 然后经过A/D 控制器转换(A/D 转换)成CPU 能够处理的数字量(0～255)。当计算机 接收了给定量和被控变量的反馈量后, 运用微处理器的各种指令, 对 该偏差值进行控制规律的运算, 再经过A/D 控制器转换(D/A 转换), 把数字信号转换成电压模拟控制信号去驱动电动执行器(如电动调节 风阀的电动机), 或直接输出开关量电信号通过继电器来驱动开关(如 电加湿器、新风口的开关), 从而实现自动控制作用。

界面的设计包括一个主窗体、五个子窗体、一个“关于”对话框和一个标准模块。见图2。①主窗体, 即“空调系统的计算机仿真”窗体。②“控制”子窗体。③“系统图”子窗体。④“历史记录”子窗体。⑤“曲线图”子窗体。⑥“帮助”子窗体。

⑦“关于我的应用程序”对话框。⑧标准模块。

监视与控制子窗体分“输入”“输出”两大块。“输入”指采集到的各参数的现时值, 为监测部分;“输出”指经程序运算后要给各执行器输出的控制值, 为控制部分。

十、人机学设计

应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等.所谓人性化产品，就是包含人机工程的的产品，只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。

在现行的上机条件下，笔直坐立时，操作员常常是手臂向前悬空着来操作键盘和鼠标的。手臂的悬空形成了肩颈部的静态疲劳，放弃维持直坐姿势而塌腰驼背，或者是把手腕摩擦桌面 电脑椅,学生电脑椅人机工程学设计说明

设计方案:

l 人的身体姿势与腰椎形状的关系:

⑴ 人的背后仰和放松时，椎间盘内压力最小。(2)靠背倾斜角越大，肌肉负荷越小。

(3)5cm厚的短靠腰（靠住腰部，也叫地靠腰），与最简单的面的靠背相比，可降低椎间盘压力，减轻肌肉负荷。

⑷ 靠背最佳倾斜角（与程度面夹角）为120°，坐面最佳角度（与程度面夹角）为14°，靠背应力5cm厚的地靠背支撑着身体上部分的重量，从而减小了椎间盘内压力。

根据人的身体姿势与腰椎形状的关系确定学生座椅的具体人机设计要素：

学生电脑椅使用时人身体前倾，凹缘支撑住腰部，而放松休息时，人的身体后靠，靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲线。因此应具有高靠背垫腰凹缘。⑴高度可调。办公椅的高度调节范围为38-53cm。

(2)可防止座椅滑动和翻倒。椅脚应设计5个，等分在直径为40-45cm的圆周上。

(3)给人留有足够的活动空间。需要时常站起来的座椅应采用小脚轮。⑷应保证腿的活动空间，以减轻腿的疲劳。

(5)坐面应为40～45cm宽，38～42cm长，坐面中部稍微下凹，前缘呈弧球面，坐面后倾4°～6°。(6)坐面的材料应透气而且不出溜(例如毛料)，以增加坐面的舒服感。

（7）在座椅右侧扶手旁边设置一个可以上翻后旋转的键盘和鼠标的操作台，使座椅与显示器荧幕之间的间隔有更大的自由度同时利于腾出电脑桌空间。此附带加上装置可配合电脑桌拥挤时使用，观看视频或图片（画手绘就利便了）。

用电脑，把台面分为可别离调整高度的两部分，保证适合的显示器高度和键盘高度。

十一、摩擦学设计

摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘摩擦学系统过程研究学科。以减小摩擦为目的的设计，即为摩擦学设计。

世界上使用的能源大约有1/3～1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。

人类对摩擦现象早有认识，并能用来为自己服务，如史前人类 的钻木取火。《诗经·邶风·泉水》中有“载脂载宣，还车言迈”的诗句，表明中国在春秋时期已应用动物脂肪来润滑车轴。

摩擦学研究的对象很广泛，在机械工程中主要包括动、静摩擦，如滑动轴承、齿轮传动、螺纹联接、电气触头和磁带录音头等；零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击，如犁铧和水轮机转轮等；机械制造工艺的摩擦学问题，如金属成形加工、切削加工和超精加工等；弹性体摩擦，如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动力渗漏等；特殊工况条件下的摩擦学问题，如宇宙探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等，深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等。

此外，还有生物中的摩擦学问题，如研究海豚皮肤结构以改进舰只设计，研究人体关节润滑机理以诊治风湿性关节炎，研究人造心脏瓣膜的耐磨寿命以谋求最佳的人工心脏设计方案等。地质学方面的摩擦学问题有地壳移动、火山爆发和地震，以及山、海，断层形成等。在音乐和体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题。

十三、疲劳设计

疲劳

材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

发展趋势 飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件，大多在循环变化的载荷下工作，疲劳是其主要的失效形式。因此，疲劳理论和疲劳试验对于设计各类承受循环载荷的机械和结构，成为重要的研究内容。疲劳有限寿命设计中进行寿命估算，必须了解材料的疲劳性能，以此作为理论计算的依据。由于疲劳寿命的长短取决于所承受的循环载荷大小，为此还必须编制出供理论分析和全尺寸疲劳试验用的载荷谱，再根据与各种疲劳相适应的损伤模型估算出疲劳寿命。疲劳理论的工程应用，经历了从无限寿命设计到有限寿命设计，有限寿命设计尚处于完善阶段。发展趋势是：①宏观与微观结合，探讨从位错、滑移、微裂纹、短裂纹、长裂纹到断裂的疲劳全过程，寻求寿命估算各阶段统一的物理-力学模型。②研究不同环境下的疲劳及其寿命估算方法。③概率统计方法在疲劳中的应用，如随机载荷下的可靠性分析方法，以及耐久性设计等。

十四、反求设计

反求设计（也称逆向设计），是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的CAD模型(曲面模型重构)，并进一步用CAD/CAE／CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。

逆向设计的流程示意：产品样件 → 数据采集 → 数据处理CAD/CAE/CAM系统 → 模型重构 → 制造系统 → 新产品。

概念车车身造型设计方法的研究，2004年国际工业设计研讨会暨第9届全国工业设计学术年会 本文运用反求工程的基本原理,通过电动概念车车身的研发,从汽车概念设计的角度,提出了一种新的造型设计方法,它以反求工程为基础,将正向设计和反向设计相互结合起来,利用计算机辅助进行车身造型设计.该方法通过建立车身特征曲线框架来进行概念车车身模型的构建,代替了传统反求工程制作实物模型的步骤,有效地提高了设计效率、降低了研制成本和缩短了研发周期.最后,以完成的电动概念车样车实例证明了该方法的正确性和有效性.十四、无障碍设计（barrierfreedesign）

这个概念名称始见于1974年，是联合国组织提出的设计新主张。无障碍设计强调在科学技术高度发展的现代社会，一切有关人类衣食住行的公共空间环境以及各类建筑设施、设备的规划设计，都必须充分考虑具有不同程度生理伤残缺陷者和正常活动能力衰退者（如残疾人、老年人）群众的使用需求，配备能够应答、满足这些需求的服务功能与装置，营造一个充满爱与关怀、切实保障人类安全、方便、舒适的现代生活环境。

无障碍设计首先在都市建筑、交通、公共环境设施设备以及指示系统中得以体现，例如步行道上为盲人铺设的走道、触觉指示地图，为乘坐轮椅者专设的卫生间、公用电话、兼有视听双重操作向导的银行自助存取款机等，进而扩展到工作、生活、娱乐中使用的各种器具。

十五、共用性设计UD(Universal Design)是指，在商业利润的前提下河现有生产技术条件下，产品（广义的，包括器具﹑环境﹑系统和过程等）的设计尽可能使不同能力的使用者（例如残疾人﹑老年人等），在不同的外界条件下能够安全﹑舒适地使用的一种设计过程。

现代设计方法 篇2

国内外汽车生产的实践充分说明:整车生产能力的发展取决于车身的生产能力;汽车的更新换代在很大程度上也取决于车身;在基本车型达到饱和情况下, 只有依赖于车身改型或改装才能打开销的路。传统的汽车车身设计方法的整个过程是基于手工设计完成的、一般分为起步设计与技术工艺设计的两个阶段。整个过程的特点是通过实体、图纸、模型、样板等来表达信息, 需要制作个尺寸油泥模型、样车以及三次风洞试验等阶段;同时需要进行车身原始数据的保留、车身主图板和车身主模型制作。因此, 进行优化车身设计改良, 不仅可以节约制造物理样机所需要的时间与经费, 而且能够获得较最佳的设计力案;同时能够准确快捷的确定、修改设计缺陷, 逐步优化设计力案。从源头提高了产品的设计质量, 大大缩短了产品的开发周期及费用。

1 车身的作用及结构特点

车身的主要作用是载运乘客或货物, 相当于临时住所或流动仓库, 是一个受到质量和空间限制的活动建筑物, 其详细作用因车而异。就轿车车身而言其作用概括起来有以下5点: (1) 实现整车功能; (2) 为乘客提供舒适的乘坐环境; (3) 为乘客提供安全保护; (4) 减少空气阻力; (5) 增强轿车的美观性。

车身的特点主要体现在车身的涉及面广、车身材料种类多、车身造型发展迅速等几个方面。车身的结构特点主要在于组成车身外形的各个零部件 (即所谓的车身覆盖件) 的材料薄、尺寸大、形状复杂且多为自由曲面。

2 对车身设计的要求与特点分析

车身设计包括对车身各项内容的设计, 其总体要求是在实现相应功能的前提下力求造型美观, 性能良好、具有良好的空气动力特性制造容易、维护装拆方便。

在外形和结构上, 车身壳体 (特别是轿车车身壳体) 是由许多具有空间曲面外形的大型覆盖件组成。对整车外形来说, 既要求其整体协调给人以美感, 又必须保证必要的流线型。在设计这些大型覆盖件时, 对互换性和装配准确度也有较严格的要求必须保证其工艺性要求。因此, 要求车身表面上的各点 (空间坐标) 连成的曲线必须在纵向和横向2个截面上反复协调以使之光顺。传统的设计方法就不得不规定车身图样必须采用坐标网格来表示, 但即使如此也无法单纯依靠图纸准确完整地将其表达出来, 而必须辅以实体模型。也就是说, 对车身这样复杂的空间曲面外形需采取一整套特殊的实物 (如外形样板和主模型等) 模拟和“移形” (模拟量传递) 的办法来表达。在产品设计、生产准备和投产等阶段中, 实物可以补充图样的不足, 保证成套工艺装备 (模具和装焊夹具等) 之间乃至零部件之间的协调验证。以上这些特点决定了车身设计有别于汽车上的其他总成而自成一套体系的工作方法, 这种方法及其思想也成为逆向工程的起源, 迄今为止, 车身设计也是逆向工程应用最多、最成熟的领域之一。

3 基于CAX的现代汽车车身设计方法

一般认为, 基于各种计算机辅助技术 (CAX) 的车身设计方法为现代车身设计方法, 它通常可分为概念设计 (Concept design) 程设计 (Engineering design) 2个阶段, 笔者仅讨论工程设计中的有关问题。

采用CAX的现代车身设计过程见图1它的一个主要工作是利用计算机辅助几何设计 (CAGD) 方法来进行车身几何造型设计, 即在计算机上建立一个雕塑车身的模型, 可以从它的表面任意处得到所有的曲线和曲面信息来进行设计和分析, 这个模型将被作为一个主模型来取代传统车身设计中的立体模型。从图2中可以看到, 现代汽车车身设计方法保留了传统设计中美工雕塑人员常规使用的方法, 即用手工方法绘制效果图、雕塑缩比油泥模型, 然后利用二坐标测量技术对车身油泥模型的表面数据点进行测量。根据这些数据, 设计师在计算机中建立一个近似于真实模型的数学模型, 然后根据要求对模型进行相关的修改进行结构分析和设计;最后将计算机建立的车身模型直接用于车身覆盖件模具的设计和加工。这种设计方法使得结构设计、有限元分析和模具加工共享统一的车身设计数据库和图库, 确保数据和图形的传递准确无误, 而且设计、工艺和检验人员使用同一数据资源, 既方便又准确。由于采用这种设计方法不仅效率高, 缩短了设计和制造的周期, 而且提高了设计精度, 因而在车身设计中的应用越来越广泛和深入。

现代汽车车身设计方法的特点主要体现在: (1) 以计算机中的三维实体模型代替传统设计中的主模型, 从而把大量人力从绘图、取样板、制表面、做模型等繁琐的劳动中解放出来。 (2) 提高了汽车产品规划时的可信度, 使设计、工艺、模具设计和制造人员更好地协同工作。 (3) 充分发挥了计算机运算速度快和精度高的特点, 极大地提高了汽车车身设计的效率, 缩短了开发周期。日前用于车身设计的各种CAD/CAM系统都能够根据三维实体模型自动生成二维的车身图纸和用于数控加工的代码。同时当三维模型发生任意微小的改变时, 系统都会自动地修改与之相关的图纸和数控代码。由此可见, 在整个车身设计的过程中, 所有的模块都是相互关联、相互影响的。车身设计人员可以充分发挥他们的设计思想, 不断地完善和改进三维车身模型, 至于其他繁琐的绘图和修改工作都将由计算机自动完成。 (4) 现代车身设计方法可对车身造型进行优化设计, 利用CAD/CAM软件提供的强大的实体造型功能, 能够构造出更逼近于现实、更形象直观的车身三维模型。设计人员经过对各种造型的类比, 从中挑选出一种集多项优点于一“身”的最为理想的设计方案。而其余的车身模型也被保存在一个车身数据库中, 以便于将来对车身进行各种改型设计。同时该数据库还实现了车身零件的通用化和序列化。各大汽车公司采用这种方法后不仅减少了车身设计的成本, 而且使得汽车产品在激烈竞争的汽车市场中具有更强的竞争能力。

4 结语

在实际的车身计算机辅助造型过程中, 需建立曲线曲面的数学模型外, 还有相关曲线曲面的拼接过渡、曲线曲面的相交、特征线的生成、三角域的生成、曲线曲面的寄生和延拓以及图形变换与消隐显示等技术。目前前广泛应用于车身计算机辅助造型的工程软件系统主要要有:CATIA, A L L A S, P r o/E, U G, E U-C L I D等。

摘要：针对现代汽车车身的作用及结构特点, 分析了车身设计的要求与特点, 并论述了基于CAX的现代汽车车身设计方法此方法在汽车设计理念、数学建模中具有快速、高效的特点。

关键词：车身设计,汽车外形,设计方法

参考文献

[1]张国忠.现代设计方法在汽车设计中的应用[M].沈阳:东北大学出版社, 1998.

现代设计方法课程教学方法初探 篇3

关键词：现代设计方法多媒体工程案例教学法启发式教学法

中图分类号：G62 文献标识码A 文章编号：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

1 引言

《现代设计方法》是工科学校机械专业及近机类专业重要的一门综合性专业课程，它融汇了当今机械设计技术的精华，与各相关学科紧密联系。现代设计方法主要研究设计方法学的基础理论以及优化设计、可靠性设计、动态设计、有限元法、计算机辅助设计、人工神经网络、工程遗传算法等现代设计理论与方法，是扩大学生专业知识的广度和深度、提高学生创新设计能力和应用实践能力的一门重要课程。

课程的特点是设计方法种类多、复杂抽象、理论性强，涉及数学建模、数值分析、模拟仿真等多方面的知识，对学生的工程数学基础要求比较高；同时该课程又具有很强的实践性，研究的内容直接面向工程中的优化设计问题，与工程应用紧密结合。因此，在教学过程中，除讲授学生必须掌握的基本理论外，还要特别注重培养学生分析和解决实际问题的能力。当前，由于学分制的实施，现代设计方法教学时数较少，只有2个学分，32个课时，要在有限的时间内让学生既掌握基本理论又培养其分析和解决实际问题的能力，对任课教师来说是一种挑战。

2 教学方法探讨

2.1 课程内容体系的合理安排

现代设计方法是在继承和发展传统设计方法的基础上融会新的科学理论和新的科学技术成果而形成的，是以设计产品为目标的一个知识群体的总称。目前新兴的设计理论与方法主要包括设计方法学、优化设计、并行设计、模块化设计、绿色设计、模糊设计、可靠性设计、相似设计、摩擦学设计、动态设计、计算机辅助设计、有限元法等。

通过分析目前新兴的现代设计理论与方法，其主要理论分成两大类：一是概念性强的内容，如设计方法学、创新设计、并行设计、计算机辅助设计等，主要涉及设计理念、创新思维、空间想象能力的培养；二是理论性强的内容，如优化设计、可靠性设计、有限元法、动态设计、遗传算法等，主要涉及算法基本原理、算法的计算机实现等。

现代设计方法的核心是优化设计，各种不同的设计理论与方法从本质上讲都是优化设计思想的具体实现方法。由于课程教学大纲计划的授课学时是有限的，因此必须结合当前机械设计的实际需求对课堂教学内容体系进行适当调整，使学生在有限时间内接触到较多的实用知识。围绕机械专业目前的工程设计实际，课堂讲授的主要内容包括：设计方法学的相关知识，主要包括机械产品设计的一般进程、设计规律、设计思维、工作方法、设计工具等；部分机械工程中常用的优化设计理论，主要包括优化设计、机械动态设计、有限元法、可靠性设计、神经网络、遗传算法等。在各部分内容讲授过程中，以优化思想为主线，注意结合工程实例时刻提及该方法在机械优化设计中的应用，使学生既学习了基本理论又能使学生了解所学内容的工程应用，从而提高课堂教学效果。

2.2 多媒体教学与板书教学结合

课程中部分内容理论性较强，内容又较为抽象，同时对于课程的整体理解又具有重要作用，此时宜采用传统的板书教学。例如优化设计的内容，既是学生学习古典优化方法时的重要内容，也是学生建立优化设计思想的重要基础，是需要重点讲解的一部分内容。在由工程实例引入优化问题的数学模型后，求解该数学模型就需要用到古典典优化理论，这时需要采用传统的板书教学，可以利用板书教学内容停留时间长，逻辑推理清楚、学生便于理解和掌握的优点，提高此部分内容的课堂教学效果。其它如可靠性设计及有限元法等相关的部分内容也适宜部分采用板书教学的方式。

对于课程中与工程实际联系紧密的部分内容宜采用多媒体教学，这有利于发挥多媒体教学信息量大，且可以对大量实际应用进行动画显示等优点。例如，在讲述采用有限元法进行结构分析时，可以利用多媒体图片来显示工程结构采用进行网格剖分后的结构离散模型和加载求解后的结构应力云图，可以让学生直观地理解采用有限元方法进行结构分析的步骤和求解特点。在讲述遗传算法时，可以利用多媒体图片来显示随着遗传算法的进行，每一代群体的平均适应度及最优个体的适应度的变化规律，从而使学生更直观地理解遗传算法中群体的进化过程。

2.3 工程案例教学法

现代设计方法中的部分设计方法，理论性较强且难度大，如优化设计、有限元法、机械动态设计等。在课堂讲授时，如不结合工程案例，则易使教学过程单调枯燥，学生丧失学习兴趣，从而降低课堂教学效果。因此，在讲授过程中需要采用工程案例教学法，将合适的工程实例引入教学，由于工程案例引出相关理论内容，这有利于提高学生学习兴趣，提高课堂教学效果。

如在讲述优化设计中的约束优化时，以学生在学习机械设计课程时所做的减速器课程设计为例，当时的设计思路是：先依据传统设计经验确定好关键设计参数，然后依据减速器的工作条件和强度要求进行校核，以确定已选定的设计参数是否合适，若不合适，则再修改设计参数，重新进行校核，最后确定一个满足工作条件和强度要求的设计方案，整个设计过程并未考虑最终得到的减速器设计方案是否是满足工作条件和强度要求的重量最轻、造价最省的设计方案。那么，如何来确定满足工作条件和强度要求的重量最轻的设计方案？在提出此问题后，引导学生依据优化设计的思路进行求解：先确定减速器体积的表达式，以此作为目标函数，并选择表达式中的关键参数作为设计变量，以工作条件和强度要求作为约束条件，将实际的减速器设计问题转化为在满足约束条件下对目标函数求最优解的优化数学模型，求解此数学模型，即可以确定满足工作条件和强度要求的最优的减速器设计方案。通过这个实例，学生既了解了如何将实际工程问题转化为优化问题的数学模型，又激发了学生求解此数学模型的兴趣。然后，在此优化数学模型的基础上向学生讲解如何来求解这一约束优化的问题，即向学生讲解约束优化问题的一般求解方法。

2.4 启发式教学

在课堂教学中，应尽量避免填鸭式教育，采用启发式教学方法，将要解决的问题分解成一个个相互联系的子问题，通过设问引导学生利用已有知识去主动进行理论分析和解决实际问题。

例如，在讲述可靠性设计的内容时，笔者在这里举了一个起重机钢丝绳可靠性的例子，通过设计问题的形式让学生自己去理解可靠性的内容。假定起重机钢丝绳工作时横截面上的应力小于钢丝绳所用材料的许用应力，按传统的强度设计原则，此时钢丝绳的强度是安全的，而实际上起重机钢丝绳的可靠度是否是100%即钢丝绳是否绝对安全？很明显，学生也知道钢丝绳并不是绝对安全，那安全的概率是多少？假定钢丝绳所受荷载和钢丝绳材料的许用应力均是符合正态分布的随机变量，通过向学生介绍应力-强度干涉理论，让学生自己去推导钢丝绳的可靠度。通过对这个实例的思考和分析，学生体会到机械工程中的物理量都是随机变量，初步建立了可靠性设计的概念，了解了传统的安全系数设计与可靠性设计的区别与联系，同时也掌握了可靠性设计在工程设计中的应用方法。

教学实践表明，启发式教学法使学生的学习兴趣得到了明显提高，其学习积极性也得到了充分发挥。学生乐于在教师的引导下通过自学去一步步解决实际问题，他们的自学能力及分析和解决实际问题的能力在这一过程中都得到较大程度的提高。

2.5 MATLAB软件及ANSYS软件应用于课堂教学

现代设计方法作为一门与工程应用联系紧密的课程，各种设计方法随着现代计算机技术的发展而不断完善。学生在理解理论知识的基础上，对于实际解决问题时所用的计算机软件工具也必须有相当程度的了解。笔者在教学中，采用了工程中广泛应用的MATLAB软件及ANSYS软件作为课堂教学的辅助工具。

例如，在讲述遗传算法时，针对工程实际问题，在建立优化数学模型后，除可以采用一般的计算机语言如C语言或MATLAB来编制遗传算法优化程序进行求解之外，还可采用MATLAB软件的gaot遗传算法优化工具箱，设置运行参数，输入目标函数和约束函数，从而得到问题的最优解。

在讲述有限元法的内容时，除讲述有限元法基本理论外，还向学生介绍了工程中常用的ANSYS有限元分析软件。通过对一些典型结构分析实例的学习，学生熟悉了利用ANSYS软件进行结构分析的求解过程，解决工程实际问题的能力也得到了提高。

通過这些辅助软件的应用，学生既学习了基本理论，又掌握了利用软件来解决工程实际问题的方法，从而提高了课堂教学效果。

2.6 增加实践环节改进

在课程基本内容讲授完后，向学生布置大作业，这些作业都是面向工程应用的实际问题，要求学生利用所学的理论去解决。例如，在课程学习基本完成之后，向部分学生布置了一道对减速器进行优化设计的大作业，让学生自己选用合适的优化方法，对其在机械设计课程设计中所设计的减速器进行优化设计。部分同学采用了古典优化算法，自己采用MATLAB语言来编制优化设计程序；部分同学采用了有限元法建立了减速器的结构分析模型并进行了优化设计；部分同学采用了遗传算法并编制了优化程序。通过这些动手项目的训练，学生除了能够有效复习巩固所学内容之外，还能够培养分析和解决实际问题的能力，而这些锻炼对于培养具有创新精神的高素质工程技术应用人才无疑具有重要作用。

3 结语

现代设计方法作为一门课时较少且有较大难度的重要专业课，对于任课教师如何在有限的时间内达到既能完成教学大纲规定的教学内容又能培养学生创新应用能力提出了挑战。笔者根据自己的教学实践，在该课程的教学内容安排上选取以机械优化设计思想为主的知识单元，在教学方法上采用了工程案例教学法和启发式教学法，并增加了实践教学环节，实践表明，这些措施明显提高了该课程的教学效果。

参考文献

[1] 赵松年,佟杰新,卢秀春.现代设计方法[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2]《现代设计方法》教学方法的实践与初探[J].中国科技信息,2008(10):226-227.

[3]《现代设计方法》理论与实践环节教学探讨[J].高教论坛,2009(5):100-101.

《现代设计理论与方法》复习提纲 篇4

第一章

设计方法学

1.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：

8、评价的目标内容：

（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）《现代设计理论与方法》复习提纲

（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）

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

X（k+1）=x（k）+α（k）s（k）

x（k）——第K步迭代点

α（k）——第K步迭步长

s（k）——第K步迭代方向

3.终止准则：

X(k1)Xkksk1（1）点距准则： 《现代设计理论与方法》复习提纲

(2)下降准则：

f(X(k1))f(Xk)2

k1(3）梯度准则：

34.一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单变量）函数f(x)寻求其极值点x*就是一维优化方法中限制最优解问题。

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

f(X)1 或 (X,r(k))f(X)r(k)(X,r)f(X)ri1gi(X)(k)(k)m[ln(g(X)]ii1m

r(k)0 r(k1)Cr(k)0C1limk外点法

(X,r(K))f(X)r(K)pm22max(0,g(X))h(X)iji1j1

r(k1)Cr(k)1C

混合法

K((X,r(K))f(X)r11(K)ri1gi(X)3

m)h(X)jj1p2 《现代设计理论与方法》复习提纲

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、ASKA、MARC、ADINA、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？(网上答案：自己删节)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《现代设计理论与方法》复习提纲

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.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)≤1

6、失效率 λ(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：

λ*(t)=(n(t+Δt)-n(t))/([N-n(t)]Δt)

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λ(t)≤ λ0

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——t0.5

9、应力-强度干涉理论。（书p109）《现代设计理论与方法》复习提纲

10、可靠性系数的计算公式，并学会通过查表得出其可靠度。

若令ZRcs2c2s则RΦ(ZR)

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=Φ(ZR)

可靠性估计

②已知R，求ZR=Φ-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？

（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

CAPP——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

CIM/CIMS——现代集成制造系统 《现代设计理论与方法》复习提纲

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。

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：

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

现代设计方法 篇5

第1章 现代机械设计概述 1.1 现代机械设计与传统机械设计 1.2 现代机械设计特点 1.3 现代机械设计研究概况 第2章 现代机械创新设计 2.1 创新设计特点 2.2 创新设计类型 2.3 创新设计方法 第3章 现代机械并行设计

3.1 并行设计概念产生的背景和过程 3.2 并行设计的技术特征 3.3 并行设计中的关键技术 3.4 并行设计的技术经济效益 第4章 现代机械系统设计 4.1 系统设计的概念 4.2 系统设计的方法和步骤 4.3 机械系统设计 4.3.1 机械系统设计的任务

4.3.2 机械系统的方案设计与总体设计 4.3.3 机械系统的总体布置 4.4 系统设计的展望 第5章 现代机械功能设计 5.1 功能设计的概念 5.2 功能设计的步骤 5.3 功能分析 5.3.1 功能分解 5.3.2 功能结构的建立 5.4 寻求作用原理 5.4.1 寻求物理效应 5.4.2 寻求功能载体

5.4.3 寻求作用原理的常用方法 5.4.4 组合作用原理及形成原理解答方案 5.4.5 系统原理解答方案的评价和决策 第6章 现代机械模块化设计 6.1 模块化设计的基本概念和方法 6.2 模块化系统的分类 6.3 模块化设计的步骤 6.4 模块化设计的关键 6.5 模块化设计的现状与趋势 第7章 现代机械模糊设计 7.1 事物的模糊性 7.2 模糊设计的研究内容 7.3 机械模糊设计的特点 7.4 模糊设计的理论基础 7.5 模糊优化设计 7.6 模糊概率设计 7.7 模糊聚类分析

第8章 现代机械虚拟样机设计 8.1 虚拟样机设计的理论基础 8.2 虚拟样机模型的创建方法 8.3 测试虚拟样机模型 8.4 验证虚拟样机模型 8.5 细化虚拟样机模型 8.6 迭代虚拟样机模型 8.7 优化设计 8.8 定制界面

第9章 现代机械稳健设计 9.1 稳健设计的基本概念 9.2 稳健设计的一般步骤 9.3 稳健设计方法 9.3.1 损失模型法 9.3.2 响应面模型法 9.3.3 工程模型法

第10章 现代机械绿色设计 10.1 环境污染对产品设计的挑战 10.2 绿色产品设计的基本概念 10.3 绿色产品设计的关键技术 10.3.1 面向再生的设计方法 10.3.2 面向拆卸的设计方法 10.3.3 面向生命周期的评估

现代教学方法 篇6

此法系美国心理学家和教育学家布鲁纳所倡导。发现学习的中心思想是教学生学会如何学习，即教给儿童解决问题的各种策略，帮助他们知道如何着手学习，其目的是启发学生积极思维，牢固掌握学科内容，成为自立自主的思想家。

发现学习的过程一般是：教师创设一定情境，使学生在这个情境中产生矛盾;教师提出问题(课题)，并提出一定材料，引导学生自己去分析研究，提出假设，学生从理论上或实践上检验假设，如有不同看法，可以展开辩论;对问题作出结论，获得理论知识。

布鲁纳认为发现学习有四大益处：发挥智慧潜力，增进内在动机，培养学习技巧，增强记忆。

2.奥苏伯尔接受式教学法。

主要特点：把学习内容直接呈现给学生，学生把学习材料加以内化。奥苏伯尔认为，接受式应成为主要的教学手段。

3.斯金纳程序式教学法。

主要特点是：把教材按系统条理化，编成程序，让学生按程序进行学习，最后达到学习的目标。这种方式可以使学生按自己的情况进行学习，适应个别差异，是一种较好的方式。

4.布卢姆掌握式教学法。

主要特点是：在一定的条件下，学生在掌握一部分知识后再进入下一段的学习。这种学习方式要求学生真正掌握知识，为此，要经常进行测验并予以矫正。

5.苏联的问题教学(或译作研究问题式的教学)。

此法系苏联教育家马赫穆托夫、列尔涅尔、斯卡特金等人所倡导。运用问题教学法，教师应当创造问题情景(提出问题或布置任务)，组织集体讨论解决问题情境的可能方法，证实结论的正确性，提出准备好的问题作业。学生则根据以前的经验和知识，提出解决问题的办法，力求正确理解研究的原理，解决所提出的问题。从而获得知识，培养能力。

研究性的实验室作业，是问题教学的一种宝贵形式。学生在学校实验园地上从事试验活动，也具有研究问题的性质。

问题教学的运用，主要是为了培养创造性的学习认识活动能力，这种方法有助于独立掌握知识。如果教材内容是指向形成相应科学领域的概念、规律、理论，而不是传授实际知识，培养劳动活动的技能技巧;如果教材内容不是全新的，而是以前学过的东西合乎逻辑的继续，学生可以在已知知识基础上，独立探索新知识;如果问题情境处于学生认识潜力的最近发展区，那么，运用问题教学法就特别有效。

6.保加利亚的暗示法。

此法系保加利亚心理学博士洛札诺夫倡导的。暗示教学的基本原则是：

①愉快而不紧张原则。要求使学生感到学习是满足求知欲的一种快乐，而不是枯燥无味的艰苦劳动。

②有意识和无意识统一的原则。要求有意识心理活动与无意识心理活动同时并存，并互相转化。充分发挥人的智慧力，尤其是记忆潜力。

③暗示相互作用原则。要求师生建立相互信任和相互尊重的关系。

暗示法是用心理学，生理学，精神治疗学的知识，精心设计教学环境，通过暗示联想，想象，调动潜意识积极作用，使学生在心情愉快的情况下学习大量教材的一种教学方法。

7.“三层塔”教学法

美国学者比尔说，体现当前科学新动向的教学法应包括三个步骤：第一，讲完一般的背景后，接着进行本门学科的训练;第二，运用本门学科的知识，解决这一领域的大量问题;第三，各门学科通过共同的问题，互相联系起来。他称此为“三层塔”——即试图探索各门学科间的相互关系，从而给课程确定一个简明的、系统的结构。这三个步骤同样适用于文科教育、普通教育、专业教育和研究生教育。他认为，上述各门学科的教学对概念化的强调将有所减弱，甚至会调和它们之间的区别。

8.个性教学法

这种教学法是根据学生的具体情况进行指导，认识并发挥他们的长处，对于他们的短处进行引导教育，使他们对数学感兴趣，并具有一点教学才能。

这一教学法目前在日本已被广泛应用。在教学中日本教师特别注意尊重学生的个性，并总结出以下经验：①要充分注意调动学生的学习积极性，使学生尝到成功的滋味，知道自己具有学习数学的能力，因而对学习数学更感兴趣。②教师要有威信，成为学生可信赖的朋友。学生有了问题就愿意与教师交谈，经教师启发使学生不断地学到新的东西。③不论在哪个教学过程中，都要十分留意学生的个性，并据此进行教学。

对于能力较低的学生，在教学中要重视：①尽量让他们掌握基本计算技能;②必须借助具体例子，使他们理解概念;③给出一般结论前，必须对它进行详细说明;④提到的数字(或图形)必须写(或画)出来;⑤比较长的命题必须逐条分开，进行分析。

9.直观——操作教学法

这种教学法是用图、表、式等种种用具进行直观——操作教学，目的在于有利于学习概念和理解性质。

目前在日本使用较多的用具有投影机、幻灯机、各种模型、数字表、有色板、计算机等。

对于学具，要自己学生自己能独立操作，从而有助于对所学知识的理解，改变以纸和笔为中心的学习方式，为了使这种教学取得好效果，日本教师特别注意：①尽可能多地使用教具、学具进行教学，加深学生印象，帮助学生进行思考;②提倡学生自己做简单学具，通过制作过程，使学生加深对所学内容的认识和理解。

此外，还有程序教学法，算法化教学法，案例教学法等。

从对当前学校所采用的各种教学方法的考察中，似乎可以得到下列三点带有规律性的认识：

①各种新的教学方法几乎都强调发挥学生学习的积极性和主动性，除重视学生掌握知识的效果外还特别重视发展学生的智力，培养学生自学的能力，独立解决问题的能力以及创新精神。

②传统的教学方法，如讲述等方法，并没有失去效用，它们在贯穿启发精神的基础上纳入了当代的教学方法的体系。

现代设计方法 篇7

在很长的一段时间, 大多数学生对机械专业认识不够。至少在本科阶段, 所知道的只是简单认为机械是一个容易找到工作的专业, 太枯燥, 没有什么发展前景。尤其是对于机械设计, 多数学生认为就是坐在电脑前绘制工程图, 用一些基本满足使用条件的零件进行堆积装配。这些错误的认为对多数的学生造成了影响, 对机械设计不感兴趣, 更对这个专业没有信心。随着计算机技术的发展, 现在的机械行业得到了飞速发展, 先进的制造技术代替了原有的设计方式, 制造设备也有较大改变。

原有的设计多数只是满足使用性这一重要目的, 而现代设计的产品在满足使用的前提下, 更趋于精密、微小、可靠、美观、机电一体化等。要实现这样的目标, 传统制造设备是很难做到的, 必须借助先进的制造设备和先进的设计方法才能实现此目的。现阶段对机械设计提出了更高的要求, 这也需要我们对高等院校的机械专业课程进行变革。要借助于现代设计方法树立全新机械设计的新思路, 新理念, 把新思维的设计理念注入当代学生的头脑中, 这对我们新技术的革新设计有较大的推动作用。

1 传统设计与现代设计对比分析

机械设计是一门很古老的学科。它是设计者根据产品使用的要求对机械的结构、工作方式、控制要求、维护保养等进行思考、分析和设计的过程, 最后经过机械制造进行生产。因此机械设计对一个机械产品的诞生起到了至关重要的基础作用, 设计的优良直接影响产品最终的质量。

传统的机械设计多数依靠设计者的经验和直觉, 经验在传统设计上占的比重较大。因此一个具有几十年设计经验的产品设计者依靠经验也可以设计出很好的产品, 但是对于直觉, 因人而异。这也可以理解为传统机械设计的部分创新, 直觉让每个人设计出的东西略有不同, 但传统设计的本质还是经验基础, 一成不变。因此传统机械设计, 对设计的问题考虑不够全面, 只是满足了最基本的使用要求, 很少考虑到设计的成本减少和结构的性能可靠, 更不会考虑设计的艺术美观。但是传统机械设计周期较短, 使用要求基本可以大大满足。对于产品的安全性, 一般考虑较为充裕, 因此传统机械较为笨重, 难以实现精密微小特点。传统机械设计如图1所示。

现代设计方法多数利用计算机技术, 在满足使用条件的基础上, 在其他方面有较多的考虑, 尤其是现在的产品倾向于机电一体化, 美观设计等。比如分析设计产品的寿命周期、实现产品的微小精密、考虑合适的安全系数、分析产品特殊部位的负载影响以便进行优化设计等。这些不是设计者的经验和盲目考虑可以解决的, 而是利用强大的理论知识和分析软件计算出来的, 因此这样的设计更具有科学性和说服力, 设计流程如图2所示。

2 现代设计方法创新研究

现代设计方法的运用离不开强大的计算机技术。三维造型软件越来越多, 较为常用的是Solidworks, Pro/e, UG, CAD等, 这样设计的模型, 我们可以直观的看出设计的优劣, 并且整体的模型装配可以在三维软件中模拟完成, 能及时修改因为设计考虑不周引起的装配干涉等因素, 这也为后续的分析提供基础。现如今, 计算机进行数值分析的运用在机械设计方面发挥了重要作用。MATLAB在现代设计方法中得到了较大的运用, 尤其是在优化设计中。通过遗传算法, 最优求解等求得最合适的参数, 运算过程快而且可靠。现在的计算机辅助工程 (CAE) 在机械设计中的运用较广, 比如ANSYS的机械结构分析, 对设计的机械进行模拟仿真可以得出局部的容易受损的部位, 在尺寸设计的时候进行额外的考虑。有对动力学进行分析的Adams仿真, 分析整体机构的动力学分析。同样还有一些反求设计, 柔性设计等先进的设计方法。对产品的可靠性设计利用了概率论的知识, 这是两学科的交叉运用。

这些学科的理论知识为现代设计注入了新的活力, 创新研究变得有理有据, 对机械设计的全面发展有较大的推动作用。

3 机械设计新理念

机械设计讲究的是创新, 没有创新的东西只能被淘汰。这对我们新一届机械专业的学生是一大考验, 不能再简单的认为机械设计就是绘制工程图, 不是绘制三维图, 也不是简单的考虑使用要求, 更不是各种零件的简单组合和装配。因此对现在的机械设计新理念应该植入我们每个设计者的头脑中。

改变传统的设计方式, 进行现代设计方法的全新教育模式对提高机械设计成效有较大的帮助。运用现代设计方法进行机械设计是对每个设计者的较高要求, 在进行简单的三维造型之后, 要根据机械产品的使用条件进行仿真模拟, 判断产品的失效位置和可能发生的故障等。对提倡的节能制造, 绿色制造更应该过多考虑, 如今的产品设计成本较高, 在满足使用条件的前提下进行材料使用的减少也是机械设计中的重要目标。

4 结论

根据现代设计方法的设计要求, 很多课程比如数值分析, 计算机仿真, 软件工程等多学科对机械设计都有较大的帮助, 因此有必要加大设计者的各科知识的学习, 对专业课程设计、前沿技术进行专门培训, 树立设计者现代机械设计的新理念。对现代的设计理论和最新设计成果进行展示, 激发设计者更加的创新能力。只有这样, 我们的机械专业人才才能设计出有创新的机械产品。

参考文献

[1]李才运.现代设计和传统机械设计的比较[J].工业技术, 2012, 10:97.

[2]杨海荣.现代机械设计的创新方法研究[J].设计与分析, 2011, 18:161-162.

浅谈现代机械设计方法 篇8

【关键词】机械产品；方案设计方法；计算机辅助软件

当前社会是一个科学技术高度发达的社会，是一个信息化社会。在当前社会发展的过程中，人们日益增长的物质文化需求与落后的生产技术成为制约当前社会发展的主要因素。在社会发展的过程中，各个产品功能和产品需求不断增加为当期社会发展提供了前提基础，是社会发展过程中的主要因素，随着产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。在当前各种产品的设计过程中，机械产品设计已成为设计的重点和中心环节。在机械设计过程中，由于人们对各个机械要求的不断增加，使得设计手段就显得优点力不从心，跟不上时代发展的需要。在当前的设计中，主要是采用计算机技术的辅助进行设计和研制，主要的手段是通过设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划来进行系统化和流程化的设计方法，这种方法在当前设计中已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，但是由于当前各种更新的不断增加使得当前产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。因此在当前的设计过程中提高计算机技术的发展是实现机械设计的前提与基础。

一、结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解如通用零件部件等描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，1产品→2功能组成→3主要功能组件→4功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件strat。认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口联接和配合部，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和 cad 技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和 cad技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

二、基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。

三、系统化设计方法

系统化设计方法的主要特点是将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准 vdi2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

1.将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

2.将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

3.将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分单元及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。

四、总结