现代设计理论与方法(最终版)

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）

（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

2. 迭代过程

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：

（1）点距准则：

(1)

1 k k k k

s

αε+-=≤X X

(2)下降准则：

(3）梯度准则：

4.一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单变量）目标函数f(x)寻求其最优解x*的过得程称为一维优化，所使用的方法称为一维优化方法。

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

()

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i 11

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m

k k i r f r g φ==-∑X X X ()()1

(,)()[ln(()]

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i r f r g φ==--∑X X X 或

外点法

[]22

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11 (,)()max(0,())()p m K K i j i j r f r

g X h X φ==⎧⎫⎡⎤=++⎨⎬

⎣⎦⎩⎭∑∑X X

()

(1)() 1k k r Cr C +=<

()(1)() 01k k r Cr C +=<<() lim 0k k r →∞

=(1)2

()()k k f f ε

+-≤X X 1

3

()k f ε

+∇≤X