現(xiàn)代設計理論與方法的重點

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 緒論1、 設計的的本質(zhì)是由功能到結構的映射過程，是技術人員根據(jù)需要進行構思、計劃并把計劃變?yōu)楝F(xiàn)實可行的機械系統(tǒng)的過程。2、 計劃具有個性化、抽象化、多解性的基本特征。3、現(xiàn)代設計方法： 計算機輔助設計概念：計算機輔助設計是利用計算機及其圖形設備輔助人們進行設計。優(yōu)化設計是從多種設計方案中選擇最佳方案的方法，它以數(shù)學中的最優(yōu)化理論為基礎，以計算機為手段，根據(jù)設計所追求的性能目標，建立目標函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設計方案。有限元設計就是利用假想的線和面將連續(xù)的介質(zhì)內(nèi)部和邊界分割成有限大小、有限數(shù)目、離散的單位來研究。 穩(wěn)健設計通過質(zhì)量工程方法在產(chǎn)品設

2、計階段就要求把產(chǎn)品設計完美、健全，不受或盡量減少生產(chǎn)線波動帶來的影響，以保證產(chǎn)品達到預期的質(zhì)量效果。 虛擬設計是一種新技術，它可以在虛擬環(huán)境中用交互手段對在計算機內(nèi)建立的模型進行修改，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品設計質(zhì)量和一次設計成功率。創(chuàng)新設計、智能設計、表面設計、綠色設計、動態(tài)設計、摩擦設計、協(xié)同設計、工業(yè)設計等。一1、 計算機輔助設計（簡稱CAD）：是計算機科學領域的一門重要技術，是集計算、設計繪圖、工程信息管理、網(wǎng)絡通信等領域知識于一體的高新技術，是先進制造技術的重要組成部分。2、 CAD：（computer aided design）：即計算機輔助設計CAE(computer ai

3、ded engineering）：即計算機輔助分析，CAM（computer aided manufacture）：即計算機輔助制造，CAPP（computer aided process planning）：即計算機輔助工藝設計，CIMS（computer integrated manufacturing system）：即計算機集成制造系統(tǒng)，8、CAD的特點：1）規(guī)范化、高質(zhì)量 規(guī)范設計流程，統(tǒng)一文檔格式，提高設計質(zhì)量。9、CAD發(fā)展方向：脫離圖版，實現(xiàn)全自動無紙化設計、生產(chǎn)和制造，是CAD發(fā)展的最終目標。10. CAD的基本功能及優(yōu)點：1）人機交互 2）幾何造型 3）計算分析 4）系統(tǒng)仿

4、真 5）工程繪圖 6）數(shù)據(jù)管理11、CAD系統(tǒng)組成：CAD系統(tǒng)的硬件結構：計算機、圖形輸入設備、輸出設備 CAD系統(tǒng)的軟件：軟件系統(tǒng)、支撐軟件、應用軟件。二1、 優(yōu)化設計：是從多種方案中選擇最佳方案的設計方法。它以數(shù)學中最優(yōu)化理論為基礎，以計算機為手段，根據(jù)設計所追求的性能目標，建立目標函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設計方案。2、 P49頁：例2-1 黃金分割法求函數(shù)，3無約束優(yōu)化方法：坐標輪換法、牛頓法、 約束優(yōu)化方法：遺傳算法、懲罰函數(shù)法、復合形法多目標優(yōu)化方法：多目標優(yōu)化問題、主要目標法、統(tǒng)一目標法三1、 有限元法的概念：把復雜的結構看成由有限個單元組成的整體的一種設計方法

5、2、 有限元法的基本思想：化整為零，積零其整，把復雜的結構看成由有限個單元組成的整體3、 彈性力學中的基本假設：連續(xù)性假設，完全彈性假設，各向同性假設，均勻性假設，微小性假設，無初應力假設2、彈性力學的基本方程：平衡方程、幾何方程、物理方程、邊界條件3、彈性力學的基本原理：虛位移原理、最小勢能原理4、有限元模型的性能指標：可靠性、精確性、魯棒性、計算成本的經(jīng)濟性、通用軟件的規(guī)范性5、縮小結題規(guī)模的常用措施：對稱性和反對稱性、周期性條件、降維處理和幾何簡化、子結構技術、線性近似化、多工況載荷的合并處理 第四章：穩(wěn)健設計1、 穩(wěn)健設計的基本概念：穩(wěn)健設計就是通過調(diào)整設計變量及控制其容差使可控因素和

6、不可控因素當與設計值發(fā)生變差時仍能保證產(chǎn)品質(zhì)量的一種工程方法。換言之，若作出的設計即使在各種因素的干擾下產(chǎn)品質(zhì)量也是穩(wěn)定的，或者用廉價的零部件能組裝出質(zhì)量上乘、性能穩(wěn)定與可靠的產(chǎn)品，則認為該產(chǎn)品的設計是穩(wěn)健的·。2、 穩(wěn)健設計的一般步驟：1， 確定產(chǎn)品的指標體系，建立可控和不可控因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響的質(zhì)量設計模型，該模型應能充分顯示出各功能因素變差對產(chǎn)品質(zhì)量特性的影響2， 對穩(wěn)健設計模型進行試驗設計和數(shù)值分析模擬計算，獲取質(zhì)量特性的可靠分析數(shù)據(jù)3， 尋找穩(wěn)健設計解或穩(wěn)健設計優(yōu)化解，獲得穩(wěn)健產(chǎn)品的設計方案3、 產(chǎn)品的質(zhì)量：通常認為就是產(chǎn)品滿足規(guī)定要求或潛在需求的特征和特性總和，簡言之，產(chǎn)

7、品的質(zhì)量就是產(chǎn)品適用性。4、 質(zhì)量損失模型：1）功能波動（1、物品間干擾（物品間噪聲） 2、外干擾（外噪聲） 3、內(nèi)干擾（內(nèi)噪聲） 2）質(zhì)量損失函數(shù) 3）質(zhì)量水平 4)損失函數(shù)中系數(shù)K的決定方法5、 Taguchi三次設計基本內(nèi)容：系統(tǒng)設計、參數(shù)設計、容差設計五1、 虛擬現(xiàn)實的含義：從本質(zhì)上講，虛擬現(xiàn)實就是一種先進的計算機用戶接口，它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的實時感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負擔，提高整個系統(tǒng)的工作效率。2、 虛擬現(xiàn)實的兩個本質(zhì)特征：1）多感知性：所謂多感知就是說除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺

8、感知、觸覺感知、甚至應該包括味覺感知、嗅覺感知等。 2）沉浸感：沉浸感是指用戶感到作為主角存在模擬環(huán)境的真實程度。3、 虛擬現(xiàn)實的組成：交互作用、視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。4、 虛擬現(xiàn)實技術的主要應用領域： 1）工程應用：1、虛擬現(xiàn)實技術在汽車制造業(yè)的廣泛應用。 2、虛擬現(xiàn)實技術在飛機制造與飛行仿真領域的應用。 3）虛擬實驗。 4）用于遙控機器人的遙現(xiàn)技術。 2）醫(yī)學領域的應用 3）教育培訓領域的應用 4）軍事應用5、 虛擬現(xiàn)實與仿真本質(zhì)區(qū)別（虛擬現(xiàn)實技術與計算機仿真的關系）： 1）定性與定量：仿真環(huán)境對于其場景的真實程度要求不高；虛擬環(huán)境建模復雜，并有質(zhì)感、光照等要求，但對于量的要求并不嚴格。

9、2）多感知性：理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)就是應該具有人的所有感知功能；而仿真一般只局限于視覺感知。3）沉浸感：仿真系統(tǒng)用戶與計算機之間是一種對話關系，虛擬現(xiàn)實利用一計算機為核心的現(xiàn)代高科技建立一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，形成集視、聽、觸等感覺于一體的和諧的人機環(huán)境。6、 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成模塊：輸入模塊、傳感器模塊、響應模塊、反饋模塊7、 虛擬環(huán)境的實現(xiàn)方法：基于圖像的方法、基于模型（基于景物幾何）的方法8、 虛擬設計的特點：虛擬設計是指設計者在虛擬環(huán)境中進行設計。設計者可以在虛擬環(huán)境中用交互手段對在計算機內(nèi)建立的模型進行修改。一個虛擬設計系統(tǒng)具備三項功能：3D用戶界面；選擇參數(shù)；數(shù)據(jù)表達與雙向

10、數(shù)據(jù)傳輸。 就“設計”而言，所有的設計工作都是圍繞虛擬原型而展開的，只要虛擬原型能達到設計要求。則實際產(chǎn)品必定能達到設計要求；而進行傳統(tǒng)設計時，所有的設計工作都是針對物理原型（或概念模型）展開的。 就“虛擬”而言，設計者可以實時、交互、可視化地對原型在沉浸或非沉浸環(huán)境中進行反復改進，并能馬上看大修改結果；傳統(tǒng)設計時，設計者是面向圖紙的，是在圖紙上用線條、線框勾勒出概念設計。9、 虛擬設計與傳統(tǒng)CADCAM系統(tǒng)的區(qū)別：1）在討論區(qū)別的同時，應首先重在繼承，尤其是繼承原有CAD技術的資源和成果，其次，虛擬設計是以硬件相對的高投入為代價的； 2）CAD技術往往重在交互，設計階段可視化程度不高，到原型

11、生產(chǎn)出來后才暴露出問題；3）CAD技術無法利用除視覺以外的其他感知功能；CAD技術無法進行深層次設計，如可裝配性分析和干涉檢驗等。11、 虛擬設計中采用的建模方法主要有：1）幾何建模 2）基于圖像的虛擬環(huán)境建模技術 3）圖像與幾何結合的建模：圖像與幾何結合的建模技術可以最大程度地挖掘兩種建模技術的潛力，把高仿真的圖像映射于簡單的對象模型，在幾乎不犧牲三維模型真實度的情況下，可以極大地減少模型的網(wǎng)格數(shù)量。4）基于特征的建模 5）基于特征的參數(shù)化建模六1. 創(chuàng)造性思維具有廣闊性、深刻性、獨特性、批判性、敏捷性和靈活性等特點。它主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）理論思維（又稱抽象思維、邏輯思維） 2）發(fā)散

12、思維（又稱輻射思維、多向思維） 3）逆向思維 4）側向思維（又稱旁通思維）傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法包括試錯法、頭腦風暴法、形態(tài)分析法。2. TRIZ理論的核心是消除矛盾及技術系統(tǒng)進化的原理，并建立基于知識消除矛盾的邏輯化方法，用系統(tǒng)化的解題流程來解決特殊問題或矛盾。核心思想主要體現(xiàn)在3個方面：1）任何一個技術系統(tǒng)的發(fā)展都遵循客觀的規(guī)律反展演變，具有客觀的進化規(guī)律和模式，各種技術難題和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力。2）創(chuàng)新實踐中遇到的工程矛盾及解決方案總是重復出現(xiàn)，徹底解決工程矛盾的創(chuàng)新原理和方法容易掌握，而且，解決本領域技術問題的最有效的方法往往來自其他領域的科學原理。3）技術系統(tǒng)反展的理想狀

13、態(tài)是用最少的資源實現(xiàn)最大效益的功能。3. TRIZ理論認為，產(chǎn)品創(chuàng)新的標志是移走設計中的沖突，并產(chǎn)生有競爭力的解。4. 沖突的發(fā)現(xiàn)與解決是推動產(chǎn)品進化的動力。TRIZ理論把工程沖突分為三類：管理沖突、物理沖突、技術沖突。5. TRIZ解決物理沖突的核心思想在于實現(xiàn)沖突雙方的分離，TRIZ采用分離原理解決沖突，分離原理包括空間分離、時間分離、條件分離、總體和部分分離四種方法。七1. 智能設計系統(tǒng)是以知識處理為核心的CAD系統(tǒng)。2. 智能設計系統(tǒng)的基本功能：1）知識處理功能 2）分析計算功能 3）數(shù)據(jù)服務功能 4）圖形處理功能。3. 知識獲取就是把用于求解的專門知識從某些知識源中提煉出來，將之轉換

14、成計算機內(nèi)可執(zhí)行代碼的過程。知識源就是知識獲取的對象，知識的來源是多種多樣的，可從書中得到；也可以從領域專家處得到。知識獲取系統(tǒng)最難獲取的就是領域專家的經(jīng)驗知識。知識來源的復雜性決定了知識獲取的復雜性。4. 知識獲取過程之一是提煉知識，它包括對已有知識的理解、抽取、組織、從已有的知識和實例中產(chǎn)生新知識。在抽取新知識時應做到：1）準確性 2）可靠性 3）完整性 4）精煉性5. 知識獲取方法按其能力可分為以下幾類：1）無推理能力的知識獲取方法（即人工獲取方法）；2）利用知識編輯工具的知識獲取方法（即半自動知識獲取方法）；3）具有推理能力的知識獲取方法（即自動獲取方法）。它又可以分為演繹式和歸納式等

15、；4）超水平的自主式獲取方法。6. 知識獲取的步驟：1）識別領域知識的基本結構，尋找相對應的知識表示方法，這是知識獲取最為困難的一步；2）抽取細節(jié)知識轉換成計算機可識別的代碼；3）調(diào)試精煉知識庫。7. 知識獲取的三個階段：1）對問題的認識階段 2）知識的整理吸收階段 3）調(diào)試精煉知識庫也可在很大程度上實現(xiàn)自動化。8. 一個性能良好的推理機，應滿足如下基本要求：1）高效率的搜索和匹配機制 2）可控制性 3）可觀測性 4）啟發(fā)性 9. 推理機設計包括兩方面的內(nèi)容：推理方法和推理控制策略。推理方法研究的是前提與結論之間的種種邏輯關系及其信息傳遞規(guī)律等，控制策略則是指導推理過程中進行搜索的策略。10.

16、 推理方法可分為多種類型。按推理方式可分為演繹推理和歸納推理；按推理過程中的確定性可分為精確推理和不精確推理；按推理的單調(diào)性可分為單調(diào)推理和非單調(diào)推理。11. 正向推理是從已知事實（數(shù)據(jù)）到結論的推理，也稱事實驅動或數(shù)據(jù)驅動推理。12. 反向推理是從目標到初始事實（數(shù)據(jù)）的推理，又稱目標驅動或假設驅動推理。 13. 開發(fā)建造一個智能設計系統(tǒng)的基本步驟：1.系統(tǒng)需求分析 1）設計任務的確定 2）可行性論證 3）開發(fā)工具和開發(fā)平臺的選擇 2.設計對象建模問題 1）設計問題概念化與形式化 2）系統(tǒng)功能的確定 3.知識系統(tǒng)的建立 1）選擇知識表達方式 2）建造知識庫 4.形成原型系統(tǒng) 5.系統(tǒng)修正與擴

17、展 6.投入使用 7.系統(tǒng)維護 八1. 綠色產(chǎn)品的特征：1.技術先進性 2.環(huán)境保護性 3.材料、資源利用最優(yōu)性 4.安全性 5.人-機和諧性 6.良好的可拆卸性 7.經(jīng)濟性 8.多生命周期性 2. 綠色設計的內(nèi)容：1.綠色設計材料的選擇 2.可拆卸性設計 3.模塊化設計 4.可回收性設計 5壽命設計 6.人性化設計 3. 綠色設計的設計原則：1.注重利用環(huán)境友好型的原則 2.方便廢棄材料回收的原則 3.最大限度利用材料資源的原則 4.可拆卸性及可維護性設計原則 5.可重復利用和可交叉利用性原則 6.應用節(jié)能技術的原則4. 綠色設計的關鍵技術：1綠色設計模型的構建 2.綠色設計數(shù)據(jù)庫、知識庫的建立 3.綠色設計評價體系及方法 5. 表面工程的關鍵技術有：紋理技術、曲面設計、色彩圖案設計。6. 幾種新的曲面造型方法：1.基于物理模型的曲面造型方法 2.基于偏微分方程（PDE）的曲面造型方法 3.流曲線曲面造型。7. 摩擦設計的內(nèi)容：1.表面形貌設計 2.潤滑設計 3.摩擦副表面層設計8. 動態(tài)設計方法：1.按初步設計圖樣或實物進行動力學建模 2.按照所建立的動力學模型計算系統(tǒng)