《现代设计方法与理论》课程试题
现代设计理论
现代设计理论1、绪论1、现代设计理论与方法是一门基于思维科学、信息科学、系统工程、计算机技术等学科，研究产品设计规律、设计技术和工具、设计实施方法的工程技术科学。
2、现代设计理论与方法的主要特点体现在：最优化、数字化、智能化、系统性、创新性和网络化。
3、现代设计方法的3个类型：综合动态化设计、可视化设计、智能化设计。
4、设计的概念：广义概念指对发展过程的安排，包括发展的方向、细节及达到的目标。
狭义概念指将客观需求转化为满足需求的技术系统(或技术过程)的活动。
5、设计的特征：需求特征、创造性特征、程序特征、时代特征。
6、设计的四个发展阶段：直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶段、现代设计阶段。
7、传统设计：以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
8、传统设计方法的特点：基本上是一种以静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动为特征的设计方法。
9、现代设计特点：是一种基于知识的，以动态分析、精确计算、优化设计和CAD为特征的设计方法。
10、现代设计方法与传统设计方法相比，主要完成了以下几方面的转变：（1）产品结构分析的定量化；（2）产品工况分析的动态化；（3）产品质量分析的可靠性化；（4）产品设计结果的最优化；（5）产品设计过程的高效化和自动化。
11、7种常用的设计理论和方法：系统分析设计方法、创造性设计方法、优化设计方法、可靠性设计、有限元分析方法、反求工程设计、机械CAD基础。
12、现代设计方法的特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性。
13、现代产品设计按其创新程度可分为：开发性设计、适应性设计、变形设计三种类型。
14、开发性设计：它是在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型工业产品的设计，也可以称之为“零—原型”的设计。
15、适应性设计：在工作原理不变的情况下，只对产品作局部变更或增设部件，其目的是使产品能更广泛的适应使用要求。
现代设计方法 参考答案
现代设计方法参考答案1．凸规划对于约束优化问题。
2．可行搜索方向是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降，且不会越出可行域。
3．设计空间：n个设计变量为坐标所组成的实空间，它是所有设计方案的组合7. 黄金分割法：是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值等于较长段与较短段长度的比值。
8.可行域：满足所有约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行域一、与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？关于数据库系统对比文件系统的优点有：1、提高了数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据。
2、提高了数据的一致性和完整性。
3、提供数据与应用程序的独立性。
二、常用的可靠度分配方法有哪三种？各自的分配原则是什么？答：常用的可靠度三种分配方法和各自的分配原则如下：（1）等同分配法：按照系统中各单元（子系统或零部件）的可靠度均相等的原则分配。
（2）加权分配法：把各子系统在整个系统中的重要度以及各子系统的复杂度作为权重来分配可靠度。
（3）最优分配法：全面考虑各种殷素的影响，采用优化方法分配可靠度。
三、在有限元分析时，什么情况下适合选择一维、二维、三维单元？（1）当几何形状、材料性质及其它参数能用一个坐标描述时，选用一维单元。
（2）当几何形状、材料性质及其它参数需要用两个相互独立的坐标描述时，选用二维单元。
（3）当几何形状、材料性质及其它参数需要用三个相互独立的坐标描述时，选用三维单元。
四、简述梯度法的基本原理和特点梯度法的基本原理：梯度法又称最速下降法，基本原理是在迭代点附近采用使目标函数值下降最快的负梯度方向作为搜索方向，求目标函数的极小值。
梯度法的特点：迭代计算简单，只需求一阶偏导数，所占用存储单元少，对原始点要求不高，在接近极小点位置时收敛速度很慢。
五、什么是可靠性、可靠度？二者有何关系？可靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的能力；可靠度是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率；两者的联系就在于，可靠度是对产品可靠性的概率度量。
《现代设计方法》试题及答案
《现代设计方法》试题及答案1.下列关于并联系统说法正确的是？（5.0分）A.并联系统的可靠度不小于任何一个部件的可靠度B.并联系统的可靠度不大于任何一个部件的可靠度C.并联系统可靠度与部件可靠度无法比较大小D.以上都不对我的答案：A√答对2.为了煎锅更好的加热，要求煎锅是热的良导体，为了避免从火上取下煎锅时烫伤，又要求煎锅是热的不良导体，为此发明了带手柄的煎锅。
这是采用了哪种原理?（5.0分）A.空间分离原理B.时间分离原理C.基于条件的分离原理D.整体与部分的分离原理我的答案：A√答对3.钢厂余热发电。
这采用了什么发明原理？（5.0分）A.分离原理B.嵌套原理C.预补偿原理D.自服务原理我的答案：D√答对4.如果满足不等式约束极值点存在的K-T条件，要求计算得到的λ（5.0分）A.正数B.负数C.非正数D.非负数我的答案：C×答错5.100个产品工作到80h尚有50个没有失效，在80-82小时之间又失效了4个，则失效率（5.0分）A.4%B.2%C.8%D.以上都不对我的答案：A√答对6.钓鱼竿制作成可伸缩的结构。
这采用了哪种原理？（5.0分）A.分离原理B.嵌套原理C.预补偿原理D.振动原理我的答案：B√答对7.关于坐标轮换法描述正确的是？（5.0分）A.坐标轮换法属于间接法B.分别沿着n个坐标轴方向作n次一维搜索，反复多次，直到满足精度眼球C.对所有的函数都非常有效D.以上都不对我的答案：B√答对8.过某点的梯度与等值线的切线方向之间的关系（5.0分）A.同向B.反向C.正交D.无法确定我的答案：C√答对9.无约束优化问题，多元函数极小值的充要条件（5.0分）A.梯度为0，Hessian为正定矩阵B.梯度为0，Hessian为负定矩阵C.梯度为0D.Hessian为负定我的答案：A√答对10.飞机起落架设计，在起降过程中飞机要求有起落架，而飞行过程中起落架收回到起落架舱内以减少阻力。
《现代设计理论与方法》课程的改革与实践
代设 计 方法 的 系统学 习和其 他 现代设 计 方法 的介 绍 ， 拓 宽学 生 视野 ． 强学生创 新设计 意识 ， 学生全 面 了 增 使
械 设 计 和现 代设 计 方 法 。
收 稿 日期 ：０ （ ２ ２ ２ １） －０ 一１
基 金项 目 ： 北 水 利 水 电 学 院 ２ ０ 华 ０ ９年 教 改项 目“ 现 代 设 计 理 论 与 方 法 》 程 体 系的 改 革 与 实践 ” 《 课 。
《 现代 设 汁理论 与 方法 》是 机 械设 计制 造 及其 自
《 现代设 计理论 与方法》 课程 的改革 与实践
纪 占玲 ， 勇伟 ， 凯 安 高 刘
摘 要 ： 过 编 写校 本教 材 、 革教 学 方 法 和 教 学 手段 ， 强 实 践 性 环 节 等 推 进 《 代 设 计 理 论 与 方 法 》 程 改 革 ， 建针 通 改 加 现 课 构
对 培 养 创 新 型 、 用 型人 才 的模 块化 课 程 新体 系。 实
解现代 设计方 法总体 情况 ， 掌握 常用设计 方 法 ， 为学 生
在工程 中的实际应用奠定扎实 的基础 。《 现代设计理 论 与方法》 是一 门综合性 、 交叉性 的课程 ， 涉及 的设计 方法 多、 理论 性强 、 复杂抽 象 、 学公式 推导 多 、 化方法 原 数 优
理 图和 产 品造 型 图示 多 、 实践 性 强 。要 学 好 该 课 程 需 具
法 、计 算 机 辅 助 设 计 、创 新 设 计 、ｏ ｄ ｏｋ 、ｒ／ Ｓ ｌ Ｗ ｒｓ Ｐｏ ｉ Ｅ、 Ａ ｔＣ Ｄ 等 内 容 和 方 法 则 通 过 开 设 的 任 选 课 程 来 完 ｕｏ Ａ 成 。这 样 ， 突 出 重 点 ， 盖 全 面 ， 避 免 了 与 其 他 课 既 覆 也
现代设计方法试卷及答案
《现代设计方法》考试题一．用牛顿法求函数2214121)2()2(),(x x x x x f -+-=的极小值点坐标（迭代二次）。
解 初始点Tx ]2,3[0=则初始点处的函数梯度、海森矩阵及其逆矩阵为0301121224(2)2(2)()44(2)12Tx x x f f f x x x x x x ⎡⎤-+-⎡⎤∂∂∇===⎢⎥⎢⎥--∂∂⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎣⎦22122221441112(2)24()4848222122x f x xf f x x x f f x x x -⎡⎤-+-⎡⎤∇===⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎡⎤∂∂⎢⎥∂∂⎢⎥⎢⎥∂∂⎢⎥∂∂∂⎢⎥⎣⎦201111224[()]172448f x -⎡⎤⎢⎥∇=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦代入牛顿法迭代公式，得Tx f x f x x ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=∇∇-=34,38)()]([0121-13111212324(2)2(2)()274(2)120Tx x x f f f x x x x x x ⎡⎤⎡⎤-+-∂∂⎢⎥∇===⎢⎥⎢⎥--∂∂⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎣⎦代入牛顿法迭代公式，得2121-11229[()]()119x x f x f x ⎡⎤⎢⎥=-∇∇=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦二、分析比较牛顿法、阻尼牛顿法、共轭梯度法、变尺度法和鲍威尔法的特点，找出前四种方法的相互联系。
答：牛顿法：牛顿法是一种经典的优化算法，是一种解析法。
该法为梯度法的进一步发展，他的搜索方向是根据目标函数的负梯度和二阶偏导数矩阵来构造的。
牛顿法分为原始牛顿法和阻尼牛顿法两种。
原始牛顿法的基本思想是：再求目标函数f (X)的极小值时，现将它在点处展开为泰勒二次近似式ф（X ），然后求出这个二次函数的极小点，并以此点作为原目标函数的极小点的一次近似值;若此值不满足收敛精度的要求，则可以以此近似值作为下一次迭代的初始点，照上面的阻尼牛顿法：为了克服牛顿法的缺点，保留选牛顿方向为搜索方向，摒弃其步长恒取1，而用一维搜索确定最优步长迭代公式是。
《现代设计方法》考题及答案
《现代设计方法》考题及答案机械与自动化学院普通硕士研究生《现代设计方法》考试试题姓名：专业：研究方向：成绩：一、填空题(每题1分,共15分)1、现代设计所指的新兴理论与方法包括（现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术）等等。
2、优化设计是(以数学规划理论为基础，以计算机为工具，优化设计参数)的一种现代设计方法。
3、功能设计法的基本过程包括（任务抽象、功能分解、功能载体、载体组合、方案评价）。
4、功能分解的常用方法有（按解决问题的因―果关系，或手段―目的关系分解；、按产品工艺过程的空间顺序或时间顺序分解；）。
5、解决供求矛盾的措施有（互换性原理、组合机床、系列化、通用化、标准化）。
6、模块化设计可分类成（横系列模块化、纵系列模块化、跨系列、全系列模块化、跨类模块化）。
7、模块的划分将影响（模块通用性、产品性能、产品外观、产品成本）。
8、遗传算法是一种（模拟生物进化过程）的搜索算法。
9、遗传算法最常用和基本的选择方法（选择算子）是（适应度比例选择）。
10、遗传算法中采用罚函数法的目的是（对违背约束条件的情况给予惩罚，并将此惩罚体现在目标函数设计中。
2.2）。
11、遗传算法常用的编码方法有(二进制编码二进制编码方法、格雷码编码方法、实数编码、多参数级联编码)等等。
12、神经网络的样本数据应包括（训练样本数据和检验样本数据）。
13、当神经网络的样本数据不在[0～1]范围内时，应对数据进行（归一化）处理。
14、前馈型人工神经网络包括（1、线性阈值单元组成的前馈网络2、非线性单元组成的前馈网络输入层、隐层和输出层）3章。
15、神经网络的学习规则有（Hebb学习规则、感知器（perceptron）学习规则、Delta学习规则、Widrow-Hoff 学习规则）2章。
二、选择题(每题1分,共10分)1、在遗传算法中，若两个个体的二进制编码为01111、*****，以这两个个体为双亲，随机地选一个交叉点（如第二点），交叉点后的基因链码相互交换，从而产生两个新个体作为后代。
2019年自考《现代设计方法》试题及答案
2019年自考《现代设计方法》试题及答案填空题1.弹性力学问题的有限位移法，包括三个步骤：结构离散法、单元分析、整体分析。
2.设计的发展分为四个阶段: 直观发展阶段、经验发展阶段、中间试验辅助设计阶段、现代设计阶段。
3.当前，CAD的应用主要有以下几个方面：工程设计与分析、几何造型、绘图、工程数据库和设计文档。
4.彩色:是指黑白系列以外的各种颜色，如各种光谱色均为彩色5.所谓虚位移，是一种假想加到系统上，为系统的约束条件所允许的任意微小位移。
6.单元：即原始结构离散后，满足一定几何特性和物理特性的最小结构域。
7.求解一维目标函数f(a)的极小点和极小值的数值迭代方法称为一维搜索方法。
8.可靠性是指机械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，是衡量机械产品质量的一个重要指标。
9.工业设计主要包括三个方面的内容：1)产品的设计，2)与产品有关的视觉传达设计，3)由产品设计扩展开的环境设计。
0.产品设计相关因素涉及到功能，技术，审美三个方面的内容。
它们是互相依存、互相制约、互相渗透，组成了一个矛盾的统一体。
11.工程数据处理的两种方法是：将设计数据转变为程序，利用数据库管理设计数据。
12.弹性力学平面问题的基本方程有三个：几何方程、物理方程、平衡方程。
13. 机电产品零件失效曲线分为三个区域，分别为：早期失效区域、正常工作区域和功能失效区域。
14.CAD是采用硬件与计算机软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析、文档制作等设计活动，是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用技术。
15.产品设计构思方法：自由构想法、系统构想法、.类比构想法。
16作用于物体的外力分为体积力和表面力，简称体力和面力。
17非彩色:指白色、黑色和各种深浅不同的灰色组成的系列，称为白黑系列。
18产品设计涉及到功能，技术，审美三个方面的内容。
它们是互相依存、互相制约、互相渗透，组成了一个矛盾的统一体。
现代机械综合设计理论与方法及应用习题
现代机械综合设计理论与方法及应用1、简要分析现代产品设计理论与方法的发展状况？答：①.现代产品设计理论简介与传统设计理论如强度、刚度等不同，现代产品设计理论与方法是一种新兴的设计理论与方法，特别是利用计算机进行优化分析、辅助设计和可靠性计算等设计理论与方法。
因此，现代产品设计理论与方法的内容覆盖面很广，它应当包括所有非传统意义上的新兴设计理论与方法。
现代产品设计到现在已提出了数十种方法,如绿色设计、全生命周期优化设计、虚拟设计、创新设计、网络设计和并行设计、基于质量功能展开的(QFD)设计、动态设计、三次设计法、智能设计、可视化设计公理化设计，TRIZ、DFX、稳健设计，可靠性设计，协同设计，可持续设计等等。
下面简单就其中一些进行介绍。
全生命周期优化设计:对产品的工作寿命的考虑，在理论上看来是比较全面、比较合理的，但实施起来比较困难。
一是目标函数和约束条件太多，二是所需的原始数据很难准确的获取，因此难以获得十分精确的结果。
此外，这种方法对机器的工作性能的好坏，如技术性能和使用性能等，未能得到明确的反映。
虚拟设计:美国已将虚拟设计与制造应用于777飞机的设计与制造过程中，这种方法对于某些产品来说，是具有重要意义的，是可以采用的。
对于设备的工况予以现实模拟，使用户可以直接从外观上，或从它的功能上较全面了解所需设备的情况。
但是对于一些特别复杂的机械设备，深层次的情况很难进行模拟。
此外，虚拟技术如果没有充足的试验资料或良好的实践基础，这些虚拟技术也会是不完全符合实际的。
创新设计:创新包括了原始创新、集成创新和引进消化吸收后再创新。
在创新设计中提倡的是设计的创造性，一旦设计工作者提出的新原理是合理的，它可根本改变产品的结构，进而可提高产品质量、降低成本、缩短生产周期、改善环境的保护等。
产品创新设计是一种设计思想和设计理念。
但是产品设计的创新应该具有科学性，即应在科学发展观指导下进行设计的创新，创新者除了要掌握有关基础理论与知识外，还要掌握创新的科学方法，即掌握事物发展的内在规律，还要通过实践来完成。
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现代机械设计理论及方法大作业及考试题
一、提交一份现代机械设计理论与方法理论及实际应用综述报告要求：阐述五种以上现代设计方法，参考文献不低于10篇，其中必须包含有英文参考文献。
二、完成现代机械设计理论与方法开卷试题，试卷题目如下：
1、采用系统化设计流程说明某公司今年需要投资研发一款新型汽车的整个设计流程。
（20）
（1）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的规划设计过程？
答：首先需要通过市场调研，了解现有汽车的性能特点及市场上不同消费阶层客户对汽车功能、外观、能耗、及性价比的期望，然后与设计、营销人员共同分析讨论研究，明确所设计汽车的类别、目的和任务，最后结合实际现有生产能力的情况策划出生产汽车的品种样式，为后续工作做准备。
（2）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的方案设计过程？
答：根据前一阶段制定的设计汽车类别和任务要求，利用系统化设计方法确定所设计汽车的总功能，然后将该总功能分解成为单个的分功能（功能元），然后利用物理数学知识及创造技法对该功能元求解，以得到最佳原理解，再通过最佳原理解的组合得到不同的设计方案。
最后再根据对汽车的设计任务要求选择最佳设计方案。
（3）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的技术设计过程？
答：根据方案设计阶段确定的汽车设计方案，召集设计人员初步设计出汽车的设计总图，然后对汽车进行可靠性设计、造型设计和工艺设计，以定性设计出汽车的结构，再选取汽车不同部件的材料、尺寸，通过对汽车进行价值设计、有限元设计、优化设计和动态设计，以定量设计汽车的具体结构尺寸。
最后，请专家对这一阶段设计的汽车进行技术评价分析。
（4）请具体阐述采用何种工作方法，如何去完成汽车的施工设计过程？
答：首先根据对汽车的前期设计和评价分析，对汽车进行总体设计，即通过专家系统、CAD/CAM 等技术设计出汽车的装配图，然后对汽车的零部件进行具体设计，即通过机械制造技术、装配、检验等方法确定汽车具体零部件的图纸，最后编写汽车设计的技术文件，图纸校正和汇总，以得到汽车最终设计说明书。
2、用系统化设计方法分析并提出垃圾清洁系统（车）的总体方案；用一种评价方法进行评价，得出合理方案，并建立该系统优化数学模型。
(20分)
答：首先，通过问卷调查等方式明确垃圾清洁车的总功能——压缩运输物料；然后，对其进行功能分解：压缩运输物料分为压缩物料和运输物料，而压缩物料又分为传动和压缩，运输物料分为传动和移位；再对分功能求解，通过垃圾清洁车的形态学得到具体的分功能解；最后方案组合，从得到的垃圾清洁车众方案中通过评价分析选取出效率高、承载能力强、生产及使用环境友好的垃圾清洁车，即最佳方案。
现代社会垃圾清洁车的生产要求成本低，使用要求寿命长且维修方便。
因此采用技术——经济评价法来对垃圾清洁车的设计方案进行评价。
技术——经济评价法即对设计方案就经济和技术方面进行评价，求出加权相对价值，再进行综合比较。
（1）获得垃圾清洁车的技术评价Wt
垃圾清洁车的技术评价目标是求方案的技术价Wt ，就是求出垃圾清洁车的各项技术性能评价指标的评分值和加权系数乘积之和与最高分值的比值：
max 1p q p W n i i i t ∑-=
其中，i p 是各项技术评价指标的评分值；
i q 是各项评价技术指标的加权系数，11=∑-n i i q ；max p 是最高分。
（2）获得垃圾清洁车的经济评价Wt
垃圾清洁车的经济评价目标是求方案的经济价Ww ，就是求出垃圾清洁车的理想生产成本与实际生产成本的比值：
17.0≤==H H H H W z i w
其中，H 是实际生产成本；
i H 是理想生产成本；z H 是允许生产成本，经济价
w W 越大，经济效果越好。
（3）计算垃圾清洁车的技术——经济评价W
采用双曲线法
w t W W W =
垃圾清洁车的技术——经济评价W 越高，说明该方案越科学。
3、请阐述有限元法的分析过程？并阐述在有限元软件中如何实现机械结构有限元分析过程？
答：a.有限元的分析过程：（1）通过对实际问题的边界条件、约束条件和外载荷条件适当地简化以得到结构力学模型，即结构力学模型的简化；（2）将实际的连续体离散化成为一个个有限的单元，以替代原来的结构，即结构的离散化；
（3）选择合适的位移模式，即根据研究问题的不同，选择合适的位移逼近函数来近似单元的位移；（4）利用几何方程、物理方程和虚功原理对单元的力学特性分析，以得到单元的刚度矩阵；（5）将作用在单元边界上的力按照虚功原理等效到节点上去，用等效的节点力来代替所有作用在单元上的力，计算等效节点力；
(6)依据所有的单元刚度方程，建立整个结构的平衡方程；(7)求解未知节点位移和计算单元应力。
b.有限元软件中对机械机构的有限元分析过程主要分为三部分：前处理、计算分析和后处理。
前处理主要是建模、加载和划分网格等，其中划分网格时，网格划分的密度和单元类型的选择与研究对象的吻合程度都将影响计算精度；后处理主要是对结果的分析。
4、进行可靠度分配时应该注意哪些原则？如果考虑系统单元或者子系统的复杂度、重要度、工作时间以及它们与系统之间的失效关系，应该采用哪种分配方案比较合适？
答：进行可靠度分配时应该注意的原则：（1）随着单元可靠度技术水平的提高，所分配的可靠度也相应增大；（2）单元在系统中的重要性越高，分配的可靠
度就越高；（3）对具有相同重要性和工作周期的单元，应分配相同的可靠的度；
(4)技术上不成熟的产品分配较低的可靠性指标；（5）不易维修、更换的产品分配较高的可靠性指标。
在进行可靠性分配时，应考虑根据实际情况对上述原则进行适当的剪裁，特别是对于约束条件的处理，可以根据实际情况增加分配原则。
应允许承制方对系统以下各层次的指标灵活地分配，但这些分配值经过相互补偿应能够达到系统要求。
如果分配的总指标超出了目前技术发展水平和费用约束的现实的定量与定性要求，根据相关的程序，重新确定要分配的总指标或调整其它约束条件。
目的是使最终的分配结果做到技术上合理、经济上效益高、时间方面见效快。
如果考虑系统单元或者子系统的复杂度、重要度、工作时间以及它们与系统之间的失效关系，采用AGREE 法进行分配比较合适。
5、某零件强度的均值和标准差分别为180MPa 和22.5MPa ；工作应力的均值和标准差分别为130MPa 和13MPa ，且强度和应力均服从正态分布。
计算零件的失效概率与可靠度。
答：该零件的可靠度系数为
1.924113
5.221301802222=+-=+-=s s R Z σσμμδδ 查正态分布表，得到所求可靠度为R=0.9728=97.28﹪
则其失效概率为1-R=2.72﹪。