《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法》復(fù)習(xí)提綱.doc

1、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法復(fù)習(xí)提綱第一章設(shè)計(jì)方法學(xué)1. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)目標(biāo)： 縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期；提高產(chǎn)品質(zhì)量；降低生產(chǎn)成本。T-縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期Q-提高產(chǎn)品質(zhì)量C-降低其成本2. 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法特點(diǎn) ：靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的、手工式的、 （近似計(jì)算）現(xiàn)代設(shè)計(jì)法特點(diǎn) ：動態(tài)的、科學(xué)的、計(jì)算機(jī)化的、 （精確計(jì)算）3. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的發(fā)展分為：（ 1)直覺設(shè)計(jì)階段（2)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段（ 3)半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段（ 4)現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段4. 系統(tǒng)執(zhí)行特定功能而達(dá)到特定目的，相互聯(lián)系，相互作用的元素。具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體，即由兩個或兩個以上的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和特定功能的整體都是系統(tǒng)。5

2、.系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的特征 ：由上而下、由總到細(xì)?；痉椒ǎ合到y(tǒng)的分析和綜合。6.黑箱法定義 ：把系統(tǒng)看成是一個不透明的，不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”，在不打開黑箱的前提下，利用外部觀測，通過分析黑箱與周圍環(huán)境的信息聯(lián)系,了解其功能的一種方法。根據(jù)系統(tǒng)的某種輸入及要求獲得某種輸出的功能要求，從中尋找出某種物理效應(yīng)或原理來實(shí)現(xiàn)輸入 -輸出之間的轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的解決方法，從而推求出“黑箱”的功能結(jié)構(gòu)，使“黑箱”逐漸變成“灰箱”、“白箱”的一種方法。7.系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的步驟：8、評價的目標(biāo)內(nèi)容：（ 1) 技術(shù)評價目標(biāo)可行性，創(chuàng)造性，可靠性（ 2) 經(jīng)濟(jì)評價目標(biāo)成本，利潤，市場潛力（ 3）社會評價目標(biāo)社會效益和影響9

3、.技術(shù) -經(jīng)濟(jì)評價法（ a)技術(shù)價 Wt :Wt=(Piqi)/Pmax（ Pi-各技術(shù)評分值； qi- 加權(quán)系數(shù)； Pmax-最高分值 5 分或 10 分）1現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法復(fù)習(xí)提綱（ b)經(jīng)濟(jì)價 Ww ：Ww=Hi/H=0.7Hz/H（ Hi- 理想成本； H- 實(shí)際成本）（ c)技術(shù) -經(jīng)濟(jì)綜合評價：均值法： W= （ Wt+Ww)/2雙曲線法：W=(Wt.Ww )10.產(chǎn)品價值V=F/C( F-功能C-成本 )11.壽命周期成本 （要會畫出它的曲線圖，并做分析）C=C1+C2C1- 生產(chǎn)成本C2-使用成本12、提高 V 途徑（分 5 種情況討論）F /C=V功能F /C =V 成本F

4、 /C=V功能、成本F/C=V功能F /C =V 成本第二章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)1.優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型統(tǒng)一形式描述：minf(x)x=x1,x2, xn Ts.t.gi(x)=0i=1,2,3 mhj(x)=oj=1,2, n(pn)2. 迭代過程X （ k+1） =x（ k）+ （k） s（k）x（ k）第 K 步迭代點(diǎn)（ k）第 K 步迭步長s（ k）第K 步迭代方向3. 終止準(zhǔn)則：X(k 1)kk k（ 1）點(diǎn)距準(zhǔn)則：Xs12現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法復(fù)習(xí)提綱(2)下降準(zhǔn)則：(k 1)kf(X ) f(X) 2k13(3）梯度準(zhǔn)則：f ( X)4.一維搜索方法 : 對一維（也稱一元或單變量）函數(shù)f(x)

5、 尋求其極值點(diǎn)x* 就是一維優(yōu)化方法中限制最優(yōu)解問題。5. 無約束極小化問題（無約束優(yōu)化問題） ：對于一個 n 維目標(biāo)函數(shù)，在沒有任何限制條件下尋求它的極小點(diǎn)的問題。數(shù)學(xué)上表達(dá)為minf (X)XRn6、無約束優(yōu)化方法分為哪兩類方法，它們分別是什么？（ 1）非梯度算法（不使用導(dǎo)數(shù)信息） ：隨機(jī)搜索法、坐標(biāo)輪換法、 Powell 法、模式搜索法、單純形法；（ 2）梯度算法（使用導(dǎo)數(shù)信息） ：梯度法、共軛梯度法、牛頓法、變尺度法。7、變尺度法集合了梯度法和牛頓法的哪些優(yōu)點(diǎn)？前期屬于梯度法，收斂速度快；后期屬于牛頓法，在迭代極值點(diǎn)速度最快。8.單純形法 對整個區(qū)間的點(diǎn)進(jìn)行搜索，典型的直接法。復(fù)合形法

6、基本思路：在可行域中選取K 個設(shè)計(jì)點(diǎn)（ n+1K 2n）作為初始復(fù)合形的頂點(diǎn)。比較各頂點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)值的大小，去掉目標(biāo)函數(shù)值最大的頂點(diǎn)(稱最壞點(diǎn) )，以壞點(diǎn)以外其余各點(diǎn)的中心為映射中心，用壞點(diǎn)的映射點(diǎn)替換該點(diǎn)，構(gòu)成新的復(fù)合形頂點(diǎn)。反復(fù)迭代計(jì)算，使復(fù)合形不斷向最優(yōu)點(diǎn)移動和收縮，直至收縮到復(fù)合形的頂點(diǎn)與形心非常接近，且滿足迭代精度要求為止。初始復(fù)合形產(chǎn)生的全部K 個頂點(diǎn)必須都在可行域內(nèi)。9.有約束優(yōu)化問題的分類：直接法包括：網(wǎng)格法、復(fù)合形法、隨機(jī)試驗(yàn)法、隨機(jī)方向法、可行方向法。間接法包括：懲罰函數(shù)法（內(nèi)點(diǎn)法、外點(diǎn)法、混合法）、廣義乘子法10、要學(xué)會用公式構(gòu)造懲罰函數(shù)（內(nèi)點(diǎn)法和外點(diǎn)法）。內(nèi)點(diǎn)法( X,

7、r(k )(k )m(k)(k )m) f (X)r1或(X, rf (X) rln( g i(X)i 1 gi (X)i 1r (k 1)Cr (k ) 0C1 limkr (k)0外點(diǎn)法(X,r (K ) ) f (X)mp2r (K )max(0,gi (X ) 2hj ( X)i 1 j 1r (k 1)Cr (k ) 1C(X ,r(K )(K )m11p)f ( X) r2(K )h ( X )混合法i 1 gi (X )rj 1j3現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法復(fù)習(xí)提綱11.要學(xué)會用黃金分割法、牛頓法，梯度法進(jìn)行具體的計(jì)算12.多目標(biāo)優(yōu)化方法常用方法 :（ 1）線性加權(quán)組合法；（ 2）功效系

8、數(shù)法；（ 3）主要目標(biāo)法。第三章 有限元法及其應(yīng)用1.你所知道的有限元分析軟件有哪些？ANSYS 、 SAP、ASKA 、 MARC 、ADINA 、NASTRAN、 FEPG、COSMOS 等2.ANSYS 包括三個部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊、后處理模塊。3.有限元的基本思想是什么？(網(wǎng)上答案：自己刪節(jié))是把連續(xù)的幾何機(jī)構(gòu)離散成有限個單元，并在每一個單元中設(shè)定有限個節(jié)點(diǎn)，從而將連續(xù)體看作僅在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量并在每一單元中假設(shè)一個近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，再建立用于求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程組，從而將一個連續(xù)域中的無限自由

9、度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題。求解得到節(jié)點(diǎn)值后就可以通過設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至個集合體上的場函數(shù)。對每個單元，選取適當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù)，使得該函數(shù)在子域內(nèi)部、在子域分界面上以及子域與外界面上都滿足一定的條件。單元組合體在已知外載荷作用下處于平衡狀態(tài)時，列出一系列以節(jié)點(diǎn)、位移為未知量的線性方程組，利用計(jì)算機(jī)解出節(jié)點(diǎn)位移后，再用彈性力學(xué)的有關(guān)公式，計(jì)算出各單元的應(yīng)力、應(yīng)變，當(dāng)各單元小到一定程度，那么它就代表連續(xù)體各處的真實(shí)情況。4、有限元法的分析過程？1)連續(xù)體離散化2）單元分析3)整體分析4）確定約束條件5)有限元方程求解6)結(jié)果分析與討論5、有限元求解應(yīng)力問題的三種方法：位移法、力法、

10、混合法。6、有限元法的力學(xué)基礎(chǔ)是什么？彈性力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等7、三種常見桿狀單元： 桿單元、平面梁單元、空間梁單元。8、形函數(shù)N：反映單元內(nèi)位移的分布形態(tài)，是x y 坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。形函數(shù) N 僅與坐標(biāo)值x y 有關(guān)，與位移大小無關(guān)4現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法復(fù)習(xí)提綱第四章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)1.可靠性的由來和發(fā)展研究對象：壽命特征基礎(chǔ)：概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論知識：系統(tǒng)工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、價值工程學(xué)、安全工程學(xué)等2.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的難點(diǎn)1）應(yīng)力因素對機(jī)械產(chǎn)品的失效率的影響難以準(zhǔn)確預(yù)計(jì)2）機(jī)械產(chǎn)品的壽命試驗(yàn)都很昂貴。3）機(jī)械產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)資源非常缺乏。3.可靠性： 是指產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)，完

11、成規(guī)定功能的能力。四要素：）研究對象）規(guī)定的條件）規(guī)定的時間）規(guī)定的功能4. 可靠度 R（t）：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。5、失效概率 F（ t）：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率。R（t） +(t)=1R(t)=1-F(t)0R(t)1，0F(t) 16、 失效率 (t)失效率即故障率，是判斷產(chǎn)品失效規(guī)律的基本參數(shù)。簡化定義：產(chǎn)品工作到時刻t,在此時刻以后的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。近似計(jì)算公式為： *(t)=(n(t+-n(t)/(N- n(t)t)7、失效率曲線的三個特征區(qū)（要求能畫出浴盆曲線）早期失效區(qū)試車、跑合階段正常工作區(qū)使用壽命

12、區(qū) (t) 0功能失效區(qū)疲勞和磨損階段8、會計(jì)算以下可靠性壽命指標(biāo)平均壽命 MTTF ， MTBFMTTF ：MTBF ：維修度：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法完成維修的概率。(M(t)有效度：可以維修的產(chǎn)品在某時刻具有或維持規(guī)定功能的概率?？煽繅勖?tr中位壽命及特征壽命t0.59、應(yīng)力 -強(qiáng)度干涉理論。（書 p109）5現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法復(fù)習(xí)提綱10、可靠性系數(shù)的計(jì)算公式 ，并學(xué)會通過查表得出其可靠度。若令則 ZRcsR (ZR )22csZR- 稱為可靠性系數(shù)（或可靠性指數(shù)）兩類可靠性問題：已知 ZR，求 R=(ZR)可靠性估計(jì)已知 R，求 ZR= -1(R)可靠性設(shè)計(jì)

13、10.典型機(jī)械系統(tǒng)分為哪幾種？串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、表決系統(tǒng)11.機(jī)械系統(tǒng)可靠度分配一般遵循哪些原則？（ 1）技術(shù)水平。對技術(shù)成熟的單元，能夠保證實(shí)現(xiàn)較高的可靠性，或預(yù)期投入使用時可靠性可有把握地增長到較高水平，則可分配給較高的可靠度。（ 2）復(fù)雜程度。對較簡單的單元，組成該單元零部件數(shù)量少，組裝容易保證質(zhì)量或故障后易于修復(fù)，則可分配給較高的可靠度。（ 3）重要程度。對重要的單元，該單元失效將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，或該單元失效常會導(dǎo)致全系統(tǒng)失效，則應(yīng)分配給較高的可靠度。（ 4）任務(wù)情況。對整個任務(wù)時間內(nèi)均需連續(xù)工作以及工作條件嚴(yán)酷，難以保證很高可靠性的單元，則應(yīng)分配給較低的可靠度。其它章節(jié)（以概念題為主

14、，此部分占分較少）1.列出你所知道的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有哪些？如并行設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)、穩(wěn)健設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、動態(tài)設(shè)計(jì)和疲勞設(shè)計(jì)等2.CAE 計(jì)算機(jī)輔助工程CAM 計(jì)算機(jī)輔助制造CAPP 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（前兩者的聯(lián)系橋梁）PDM 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理6現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法復(fù)習(xí)提綱MPR-II 制造資源規(guī)劃ERP企業(yè)資源規(guī)劃CIM/CIMS 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)3. 相關(guān)性設(shè)計(jì)相關(guān)性設(shè)計(jì)是為設(shè)計(jì)工作提供了極大的方便，系統(tǒng)會自動地更新與用戶所修改的部分有關(guān)系的內(nèi)容。4.動態(tài)分析法實(shí)際產(chǎn)品往往是由一定數(shù)量的零件通過各種方式聯(lián)接而成的機(jī)械系統(tǒng)，這時需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)分析。用黑箱法對此

15、進(jìn)行分析：首些要建立對象的數(shù)學(xué)模型，通常用復(fù)域中的傳遞函數(shù)、頻域中的頻率特性及時域中的微分特性來描述其數(shù)學(xué)模型。5.變型設(shè)計(jì)它是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的一種方法，這種方法特別強(qiáng)調(diào)對企業(yè)產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化重組，通過對企業(yè)現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的變型再設(shè)計(jì)，使企業(yè)的寶貴信息資源得到盡可能多的重用，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，以贏得市場?；痉椒ǎ合嗨圃O(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)6.快速成型它是近年來形成的一種全新技術(shù)，它完全擺脫傳統(tǒng)“去除材料”加工方法，而是采用全新的“增加材料”加工法，將復(fù)雜的三維加工分解成簡單的二維加工的組合。7.綠色設(shè)計(jì)的概念通常也稱為生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、生命周期設(shè)計(jì)或環(huán)境意識設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)過程劃分：1）產(chǎn)品提高2）產(chǎn)品再設(shè)計(jì)3） 產(chǎn)品功能創(chuàng)新4）產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新8.虛擬設(shè)計(jì)：虛擬設(shè)計(jì)是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的新設(shè)計(jì)方法。它是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對象的設(shè)計(jì)手段。9.虛擬現(xiàn)實(shí)：在這工具幫助下，設(shè)計(jì)人員可預(yù)先以連續(xù)的、更加直觀的方式觀察