現(xiàn)代設計方法及其應用

1、天津商業(yè)大學論文現(xiàn)代設計方法及其應用學 院 :生物技術與食品科學學院專業(yè)班級 :輕工過程與裝備 1501學生姓名 :*學 號：XXXXXXX2016年 1月 3日現(xiàn)代設計方法及其應用 摘要：設計是人類改造自然的基本活動之一。 它與人類的生產(chǎn)活動及生活緊密相 關。人類在改造自然的歷史長河中， 一直從事設計活動， 通過成功的設計物品來 滿足文明社會的需要。人類生活在大自然和人類自身“設計”的世界中，從某種 意義上講， 人類文明的歷史， 就是不斷進行設計活動的歷史。 以下我將會概括這 學期所學習的主要現(xiàn)代設計方法及學習現(xiàn)代設計方法的意義。關鍵詞： 現(xiàn)代設計；人類；自然；文明社會從廣義上說，設計是指為

2、了達到某一特定目的，從構(gòu)思到建立一個切實可行 的實施方案， 并且用明確的手段表示出來的系列行為。 設計的目的既可以是精神 性的也可以是物質(zhì)性的。在漫長的歷史進程中， 出現(xiàn)了兩種主要形式的設計活動， 一是單純?yōu)榱藵M足審美需求而出現(xiàn)的藝術設計， 一是單純?yōu)榱藵M足功能需求而出 現(xiàn)的工程設計。 通常所說的設計一般指工業(yè)產(chǎn)品設計， 是把設計理解為根據(jù)客觀 需求完成滿足該需求的技術系統(tǒng)的圖紙及技術文檔活動。 隨著科學技術和生產(chǎn)力 的不斷發(fā)展，設計和設計科學也在不斷向深度和廣度發(fā)展， 其內(nèi)容、要求、理論、 和手段等都在不斷更新，產(chǎn)品設計概念的內(nèi)涵和外延也在擴大。1. 設計方法學1.1 設計方法的涵義方法是人

3、類思維的寶貴財富， 是探索科學真理的鑰匙。 認識事物、 解決問題 都需要正確的方法。 好的方法將為人們開展更廣闊的圖景， 使人們認識更深層次 的規(guī)律，從而更有效地改造世界。 設計方法學是一門新興學科， 是現(xiàn)代設計方法 的重要組成部分。工業(yè)產(chǎn)品設計是一種創(chuàng)造性活動， 設計的結(jié)果直接影響產(chǎn)品性能質(zhì)量、 成本 和企業(yè)經(jīng)濟效益。 由于在產(chǎn)品開發(fā)和提高產(chǎn)品設計水平的工作中， 科學的設計方 法起著重要的作用，因此加強對產(chǎn)品設計方法學的研究有著十分重要的意義。系統(tǒng)工程是在控制論、 信息論、 運籌學及管理科學基礎上發(fā)展起來的， 用于 解決工程問題， 使之達到最優(yōu)化設計、 最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的一門科學。 系統(tǒng)工

4、 程的方法是把事物當作一個整體的系統(tǒng)來研究， 從系統(tǒng)出發(fā)， 分析各組成部分之 間有機的聯(lián)系及系統(tǒng)與外界環(huán)境的關系， 是一種比較全面的綜合研究方法。 現(xiàn)代 設計中的許多問題，都可以用系統(tǒng)論思想和方法去分析、認識和把握。1.2 現(xiàn)代設計方法的設計思想科學技術發(fā)展的歷史和實際表明 , 機械工業(yè)是科學技術物化為生產(chǎn)力的重要 載體。在以前的工業(yè)革命尤其是現(xiàn)在的工業(yè)化過程中 , 機械與電子、信息、冶金、 電力、化工、輕工、建筑等諸多領域科技成果的有機結(jié)合 , 為國民經(jīng)濟的發(fā)展和 人們生活質(zhì)量的提高不斷地提供了先進設備、 器械和用品。 科學技術成果要轉(zhuǎn)變 為有競爭力的新產(chǎn)品 , 設計起著關鍵性的作用?，F(xiàn)代機

5、械設計以理論計算為設計 主題，最本質(zhì)的工作是從無到有創(chuàng)造出一部機器以滿足我們的要求， 由設計分析 和設計綜合共同構(gòu)成貫穿整個設計過程的始終。也就是說 , 機械設計問題是一個 決定機械產(chǎn)品一序列的技術、經(jīng)濟及社會環(huán)境效果的問題。2 現(xiàn)代設計方法與傳統(tǒng)設計方法的比較2.1 傳統(tǒng)機械設計方法在傳統(tǒng)設計理論發(fā)展時期， 由于受機械生產(chǎn)水平的制約、 客觀條件的限制以 及當時計算手段的局限等一系列原因 , 人們的思維還未被充分開發(fā)。同時，社會 對機械生產(chǎn)的要求不象今天這樣向高速、高效、精密、輕量化、自動化方向發(fā) 展 , 機械系統(tǒng)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也不象今天這樣日趨復雜。傳統(tǒng)設計在進行理論分析 時,基于其觀念的制約和

6、所確定的力學數(shù)學模型的需要 , 常將復雜的具體問題 作了一些等效處理 , 使理論分析的目的性和問題的本質(zhì)更加明確 , 也使分析的過 程得到簡化。2.2 現(xiàn)代設計方法1) 系統(tǒng)性: 現(xiàn)代設計技術是邏輯系統(tǒng)的設計技術 , 強調(diào)用系統(tǒng)工程處理技術系統(tǒng) 問題。設計時應分析各部分的有機關系 , 力求系統(tǒng)整體最優(yōu)。同時考慮技術系統(tǒng) 與外界的聯(lián)系 , 即人- 機- 環(huán)境的大系統(tǒng)關系。2) 創(chuàng)造性:突出人的創(chuàng)造性 ,發(fā)揮集體智慧 ,力求探尋更多突破性方案 ,開發(fā)創(chuàng)新 產(chǎn)品。3) 社會性: 現(xiàn)代設計開發(fā)新產(chǎn)品的整個過程 , 從產(chǎn)品的概念形成到報廢處理的全 生命周期的所有問題 , 都要以面向社會、面向市場為指導思

7、想全面考慮解決。4) 宜人性: 現(xiàn)代設計強調(diào)產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的實用性、外觀質(zhì)量的美觀性、藝術性、 時代性 , 在保證產(chǎn)品功能的前提下 , 要求對用戶產(chǎn)生新穎、舒暢等精神功能。5) 動態(tài)化: 現(xiàn)代設計在靜態(tài)分析的基礎上 , 考慮載荷譜、負載率等隨機變量 , 進行 動態(tài)多變量最優(yōu)化。6) 最優(yōu)化: 現(xiàn)代設計重視綜合集成 , 在性能、技術、經(jīng)濟、制造工藝、使用、環(huán) 境等各種約束條件下 , 和廣泛的學科領域之間 , 通過計算機以高效率綜合集成最 新科技成果 , 尋求最優(yōu)方案和參數(shù)。7) 數(shù)字化：產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)的數(shù)字化建模是現(xiàn)代設計方法的核心技術之一。 它應包括全局產(chǎn)品信息的數(shù)字化定義、 將產(chǎn)品信息自動

8、數(shù)字化的廣義計算機輔助 工具的選用以及通過計算機對產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程中大數(shù)字化信息所進行的 全面管理與控制即產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等三方面的內(nèi)容。8) 計算機化 : 現(xiàn)代設計廣泛使用計算機使設計、 計算、繪圖、制造、改進一體化 , 日新月異的功能強大的軟件使設計工作面貌不斷更新 , 能夠包容的影響設計的因 素日益增多 , 大大提高了設計的精度、穩(wěn)定性和效率 ,修改設計極為方便。9) 集成化。包括以信息集成為基礎實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的集成和復雜產(chǎn)品開發(fā)涉 及領域間的集成?，F(xiàn)代設計系統(tǒng)已不再是單純的、或系統(tǒng) , 以并行工程、多設計 領域集成為代表的計算機集成制造系統(tǒng)巧將成為企業(yè)產(chǎn)品設計自動化的發(fā)展方 向。3

9、現(xiàn)代設計方法的主要內(nèi)容1) 可靠性設計 以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎 , 以失效分析、失效預測及 各種可靠性試驗為依據(jù) , 以保證產(chǎn)品的可靠性為目標的現(xiàn)代設計方法。2) 機械系統(tǒng)設計 系統(tǒng)的觀點 , 研究內(nèi)外系統(tǒng)和各子系統(tǒng)之間的相互關 系, 通過各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作 , 取長補短來實現(xiàn)整個系統(tǒng)最佳的總功能。3) 優(yōu)化設計 把最優(yōu)化數(shù)學原理應用與工程設計問題 , 在所有可行方案中尋 求最佳設計方案的一種現(xiàn)代設計方法。進行工程設計時 , 首先要將工程問題按優(yōu) 化設計所規(guī)定的格式建立數(shù)學模型 , 然后選用合適的優(yōu)化計算方法在計算機上對 數(shù)學模型進行尋優(yōu)求解 , 得到工程設計問題的最優(yōu)設計方案。4) 有

10、限元法 以電子計算機為工具的一種現(xiàn)代數(shù)值計算方法。 它不僅能用于 工程中復雜的非線行問題、非穩(wěn)態(tài)問題的求解 , 還可用于工程設計中進行復雜結(jié) 構(gòu)的靜態(tài)和動力分析 , 并能準確地計算形狀復雜零件的應力分布和變形 , 成為復 雜零件強度和剛度計算的有力分析工具。5) 計算機輔助設計 利用計算機運算快速準確、 存儲量大、 邏輯判斷功能強 等特點進行設計信息處理 , 并通過人機交互作用完成設計工作的一種設計方 法。6) 反求工程設計 通過實物或技術資料對已有的先進產(chǎn)品進行分析、解剖、 試驗, 了解其材料、組成、結(jié)構(gòu)、性能、功能 , 掌握其工藝原理和工作機理 , 以進 行消化仿制、改進或發(fā)展、創(chuàng)造新產(chǎn)品

11、的一種方法和技術。7) 機械動態(tài)設計 根據(jù)產(chǎn)品的動載工況 , 以及對產(chǎn)品提出的動態(tài)性能要求與 設計準則 , 按動力學方法進行分析計算、優(yōu)化與試驗、并反復進行的一種設計方 法。8) 模塊化設計 對在一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、 不同規(guī)格 的機械產(chǎn)品進行功能分析的基礎上 , 劃分并設計出一系列功能模塊 , 然后通過模 塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的一種設計方法。4 現(xiàn)代設計方法的發(fā)展趨勢人們隨著對客觀世界的認識深化和生活水平的提高 , 對產(chǎn)品的要求也愈來愈 高。因此，不斷的改進設計理念 ,使用先進設計制造技術 ,提高產(chǎn)品質(zhì)量 , 降低成 本,提高生產(chǎn)率 ,生產(chǎn)出符合用戶需求的高科技產(chǎn)品

12、,這也是現(xiàn)代設計技術的發(fā)展 方向。具體表現(xiàn)為以下幾個方面 : 1) 設計對象由單機走向系統(tǒng)； 2) 設計要求 由單目標走向多目標； 3) 設計所涉及的領域由單一領域走向多個領域； 4) 承 擔設計工作的人員從單人走向小組 , 使人們從設計過程數(shù)字化中逐步確立主動地 位,激發(fā)主動創(chuàng)造性； 5) 產(chǎn)品更新度加快 ,使設計周期縮短； 6) 產(chǎn)品設計由自 由發(fā)展走向有計劃的發(fā)展； 7) 設計的發(fā)展要適應科學技術的發(fā)展 , 特別是適應 計算機技術的發(fā)展。 這就是說 ,現(xiàn)代產(chǎn)品的設計 ,除了要求考慮技術方面的因素外 它還要求設計者應將產(chǎn)品 - 人- 環(huán)境 - 社會視為一個完整的系統(tǒng)。設計時, 必須從系統(tǒng)角

13、度來全面考慮各方面的問題。 既要考慮產(chǎn)品本身 , 還要 考慮對系統(tǒng)和環(huán)境的影響；不僅要考慮技術領域 , 還要考慮經(jīng)濟、社會效益；不 但考慮當前 , 還需考慮長遠發(fā)展?，F(xiàn)代設計方法將會是各學科群之間的相互交叉 滲透, 愈益頻繁的一門綜合性學科 ,涉及的內(nèi)容十分廣泛 , 而且隨著科學技術的飛 速發(fā)展, 必將會有許多新的設計方法不斷涌現(xiàn)?？偨Y(jié)通過這學期王老師的講解， 讓我初步了解了很多現(xiàn)代設計方法， 對我以后的 課題研究具有很大的幫助。 尤其是有限元法，可能以后我用的最多的就是有限元， 剛開始聽到“有限元”這三個字，感覺好迷茫，什么也不懂，不是那是干什么的， 后來才明白原來它是通過兩次近似將具有無限

14、多個自由度的連續(xù)體轉(zhuǎn)化為只有 有限個自由度的單元集合體， 使問題簡化為數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)問題。 有限元法把原 來尋求整個求解區(qū)域上滿足控制方程的連續(xù)函數(shù)問題， 轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟鲉卧蠈ふ液?適的近似函數(shù)使其在每個單元上滿足控制方程的問題。本科的時候?qū)W了好幾門力學， 當時都是用手計算的， 沒有學什么軟件， 現(xiàn)在 才明白原來存在好多強大的軟件可以直接計算， 省去了好多時間， 所以以后我要 好好學習一些有用的軟件， 學會了對自己來說就是一筆巨大的財富， 一個人的力 量是無窮的，只要合理利用和學習，學習永遠都在進行中，而沒有完成時。感謝這學期王老師的認真講解， 讓我了解到了許多從未接觸過的知識， 現(xiàn)代 設計方法涉及到了方方面面， 各行各業(yè)， 在每個公司設計一種產(chǎn)品， 都要根據(jù)一 種方法，而不能茫目設計， 否則會適得其反。 以后我會更加努力提升自己的各方 面素質(zhì)，多學點知識，也許有一天我也會設計出自己的產(chǎn)品。參考文獻1 趙松年,佟杰新,盧秀春.現(xiàn)代設計方法 M. 北京:機械工業(yè)出版社 ,1999.2 孫新民 .現(xiàn)代設計方法實用教程 M. 人民郵電出版社 ,1999.3 張鄂.現(xiàn)代設計方法 M. 陜西:西安交通大學出版社 ,1999.4 劉維信.機械零件的可靠性優(yōu)化設計 M. 北京: 中國科技出版社 ,1993.5 劉靜香,張春梅. 現(xiàn)代設計方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 J.