第五章 其他现代设计方法及其应用
工业设计史-第五章第三节
第七节 麦金托什与维也纳分离派
麦金托什（Charles R.Mackintosh，1868—1928） • 英国格拉斯哥建筑师和设计师。 • 组成格拉斯四人派，很多方面都与新艺术运动相呼应，但其设
计更接近于现代主义。 • 直线和方格，预示着机器美学的出现
一.简介
1897—1899年间，麦金托什设计 了格拉斯哥艺术学校大楼及其主 要房间的全部家具及室内陈设， 获得了极大成功。
第六节 新艺术运动
新艺术在本质上仍是一场装 饰运动，但它用抽象的自然 花纹与曲线，脱掉了守旧、 折衷的外衣，是现代设计简 化和净化过程中的重要步骤 之一。
第六节 新艺术运动
第六节 新艺术运动
１、概述 潜在动机：彻底反对１９世纪下半叶的西方艺术流行趋势 • 与历史风格决裂：表现在反对怀旧和折衷主义 • 拒绝自然主义：追求华美和精致的装饰 但又是崇拜自然
• 恩内斯特·查普列特（Ernest chaplet）
奥古斯特·德拉哈切（Auguste Delaherche）
• 艾德蒙·拉切纳尔（Edmond Lachenal）
亚历山大·比戈特alexandre bigot和艾米尔·穆勒emile muller
• 亚历山大·比戈特alexandre bigot
蜿蜒的曲线因素第一次受到节制，逐步转变为几何因素 的形式构图 • 雷迈斯克米德 （Richard Riemerschmid） • 贝伦斯 （Peter Behrens）早期受日本影响 自然形象 ，后来逐渐趋向于抽象的几何形式，标志着德国的新 艺术开始走向理性
Peter Behrens
美国： 泰凡尼 （LC·Tiffany）
维也纳分离派
1897年创立分离派，宣称要与过去传统决裂。
第五章立体构成设计
二、造型方法
将各种材料按照点、线、面、块分类，然后再进行加工制作，具体选择哪一 种造型方法，要根据所需材料的最终使用目的来确定。
1. 解构与破坏
解构与破坏是指对原型材料进行初加工，是通过人们有意识的审美行为对材料进行 的解构、破坏，形成一种特殊的视觉效果，又称“减法创造”或“减形加工”。具体包 括：切割、破坏、撕扯、剪口、挖孔、刮锉、刨削、拆卸、残缺等。
二、立体构成的学习目的与任务
立体构成是研究空间立体造型的学科，是立体设计的基础。学习立体构成的 目的在于培养造型感觉、启发设计思维、树立空间意识。在空间中，把具有三维的 形态要素，按美的构成原理进行组合、拼装、构造，从而创造一个符合设计意图的， 有一定美感的，全新三维形态的过程。
立体构成的主要任务是探索形态的本质和造型的逻辑结构，揭示立体造型的 基本规律。通过对立体构成的研究，可以了解立体造型的构成方法，提高对立体设 计中美的形式规律的认识，提高其设计能力和审美能力。
一、 材料
人类造物离不开材料，而设计是人类造物的活动。正是材料的发现、发明和 使用才使人类与自然相融合。从设计的角度来讲，对材料开发和利用的过程，既是 对物质世界的认识过程，又是对人类自身的完善和提升的过程。不同材料具有不同 的性能特性，同样，产品因材料不同而产生不同的视觉肌理，给人以不同的视觉效 果及心理感受，不同的材料加工工艺和成型工艺，也会改变产品的形态及使用方式。
2. 组合与重建
组合与重建是指将简单形体破坏、拆散后的材料重新组接，创造一个新的整体的形 态造型，又称“加法创造”或“增形加工”。具体包括：拼贴、堆积、叠合、贯穿、捆 扎、钉接、链接等。
3. 扭曲与变形
扭曲与变形是指将规则的实体造型或原材料进行扭曲、异化变形处理，使单调冷漠 的形体变成复杂生动的形态，使平面形态变为曲面形态、凹凸面的形态，使立体造型富 有变化，又称“变形加工”。 具体包括：块状变形、骨架变形、伸缩变形、转折变形、 省略变形、自由变形等变形方法。
第5章：人机信息界面(操纵装置设计)
三.操纵装置的特征编码与识别
形 状 编 码
在(a)、(b)、(c) 三 类旋纽之间不易混 淆，而同一类之间 容易混淆；(a)和 (b) 类旋纽适合作360 度以上旋转操作； (c) 类旋纽适合360 度以内旋转操作； (d)类适合作定位指 示调节。
旋纽的形状编码
操纵装置的类型及特征分析
三.操纵装置的特征编码与识别
在控制器上标以不同的文字或图形符号以区别不同的控制器。这种编 码的优点是，可以用示意性符号对每个控制器的作用给以直观性指示，不 需要事先去记忆每个控制器的功能和用途，减少了大脑译码的过程，因此 效率和准确度都较高。在设计符号时，这些符号应力求简单、达意、明显、
符 颜 号 色 编 码
按压式操纵器
按钮的设计 1.外形：常为圆形和矩形，有的还带 有信号灯。作用：系统的启动和关停。 分类：单工位和双工位。
按 钮 的 形 体 设 计
单工位按纽是手按后，它处于工作状 态，手指一离开按纽就自动脱离工作 状态，回复原位； 双工位的按纽 是一经手指按下就一直处于工作状态， 当手指在按一下时，它才回复原位2. 按纽的尺寸主要按成人手指端的尺寸 和操作要求而定。圆弧形按纽直径： 8—18mm ，矩形按纽10*10、10*15或 15*20，按纽应高出盘面5—12mm，行 程为3—6mm,按纽间距一般为12.5— 25mm,最小不得小于6mm。
旋转式操纵器
手轮—汽车方向盘—设计 ③高级轿车在方向盘中设置了一个空气袋，平时折合在立柱 顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气 袋就会自动充气，以保护司机的面部和胸部。同时还应保证 快速排气，及时排气，以免造成司机窒息。
旋转式操纵器
手柄的设计
手 柄 的 形 体 设 计
现代设计方法课件----讲稿
讲稿课程名称：现代设计方法Modern Design Method 课型：选修课总学时：40学分数：2任课教师：ooooo授课对象：2006级华中农业大学工学院《现代设计方法》课程大纲第一章绪论（2h）第一节概述第二节现代设计方法的概念第三节现代设计方法的主要内容第四节现代设计方法的学习的目的与意义第二章优化设计（20h）第一节优化设计的基本概念与数学模型第二节优化设计的几何意义与终止准则第三节一维搜索方法第四节无约束优化方法第五节约束优化方法第六节多目标优化方法与离散变量优化问题第三章可靠性设计（8h）第一节可靠性设计概述第二节可靠性基本概念和理论第三节系统可靠性模型的建立、可靠性预计和分配第四节可靠性设计方法第四章有限元法（8h）第一节有限元法概述第二节有限元法的基本思想及其应用第三节有限元法求解实例第四节几种大型有限元分析系统简介第五章其他现代设计方法（2h）第一节可靠性设计第二节动态设计第三节人机工程学第四节其它方法简介本章小结第一章绪论第一节概述一、现代设计的概念设计：设计在通俗中说来是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。
它是从给出的合理的目标参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。
设计方法设计中的一般过程及解决具体设计问题的方法、手段。
传统设计(Traditional Design)：人类的设计活动经历了直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶段，即所谓的传统设计阶段。
现代设计(Modern Design)：以市场需求为驱动、以知识获取为中心、以现代设计思想、方法和现代技术手段为工具，考虑产品的整个生命周期和人、机、环境相容性等因素的设计。
二、现代设计方法的产生背景（以机械工业为例）：1)设计理论和实践的变化：过去，机械产品设计理论主要以力学为基础，在实践上主要以经验作为基础，现在，作为基础的理论远不止力学，还有系统论、控制论、信息论、传感理论、信号处理理论、电子学、计算机等等，作为实践的基础远不止经验，而且还涉及各有关的学科，同时，自身也在形成自己的学科体系——制造理论、工艺理论。
现代设计方法范文
现代设计方法范文
首先，现代设计方法要求将设计分解为各个子系统，并且要分析每个
子系统之间的关系。
这样，可以有效地根据客户要求，深入分析每一个子
系统，并且可以根据客户要求，完成细节设计。
其次，现代设计方法要求设计师负责更加全面的洞察，让设计师能够
从客观的角度去审视设计中存在的问题，从而作出更加恰当的设计决策，
而不是单纯的直觉。
此外，现代设计方法要求深入了解全局，以便设计者能够更加全面地
理解用户的需求，从而做出更加精确的设计。
设计者还要从用户的角度去
思考，试图了解用户需要什么，以及用户期望的交互。
另外，现代设计方法要求设计者使用多样的工具，以协助设计的创新。
比如，可以使用流程图来识别子系统之间的关系，也可以使用设计语言或
设计系统来辅助设计师的创意。
此外，现代设计方法还要求设计者善于利用工具，从而有效的挖掘设
计中的有价值的内容，而不仅仅是单纯的视觉效果。
《现代设计方法及其应用》
例：用二分法求一元三次方程 x3 x 1 0 在区间 [1.0,1.5] 内的一个实根。
图 2 例程代码
(1) #include <stdio.h> #include 指示和头文件，该行告诉编译器包含文件 stdio.h 中的全部信息。该 语句的作用相当于在这一行粘贴了文件 stdio.h 中的全部代码。文件 stdio.h 是所 有 C 语言编译包的一个标准部分，它包含了有关输入输出函数的信息。(如格式 化输入函数 scanf 和格式化输出函数 printf) (2) int main() 这行代码声明了一个 main 函数，C 程序中可以包含一个或多个函数，但其 中必须有且仅有一个 main 函数。一个 C 程序总是从被称为 main 的函数开始执 行，这个函数是 C 程序的基本模块。int 表明该函数的返回值为整型。main 后面 的()中为空表明该函数不接受任何参数，也就是形参为空。另外 main 函数还有 一种写法 int main(int argc, char *argv[])，这种情况下 main 函数就接受两个参数。 因为 main 函数的返回值为 int 型，因此在函数执行完毕要加上一句 return 0。 (3) double min=1.0,max=1.5; double middle=(max+min)*0.5; int num=1; 这三行代码定义了四个变量并对它们进行了初始化：三个 double 型的变量 min、max 和 middle；一个 int 型的变量 num。C 语言的基本内置数据类型有 int、 long、float、double、short、char、bool 等，关于这些数据类型的具体介绍可参考 C 语言的相关资料。 注意以下区别： int num;//声明语句，声明一个名为 num 的 int 类型的变量 num=1;//将这个变量赋值为 1 并将其值初始化为 1(复制初始化) int num=1;//定义一个 int 型的名为 num 的变量， int num(1);//直接初始化 声明不分配内存，定义分配内存。初始化不是赋值，初始化是创建变量并给 它赋初始值。赋值是擦除对象的当前值并用新值代替。内置类型的成员初始值依 赖于对象的作用域：在局部作用域中这些成员不被初始化，在全局作用域中它们 被初始化为 0。 (4) {...} 花括号划定了函数以及控制语句的界限， 用来表示函数体或者控制语句的开 始与结束。 (5) while(fabs(max-min)>0.00001) while 语句是 C 语言的循环控制语句，跟在 while 后面括号中的部分为判断 表达式。当括号中的判断表达式产生一个非零的结果时，就会执行 while 之后花 括号内的部分。然后再次判断括号中的表达式，如果非零就继续循环，如果为零 则跳出循环。对 while 循环至关重要的一点是：当构建一个 while 循环时，循环 中必须包含能改变判断表达式的值来使表达式的值变为零， 否则循环永远不会终 止。 除了 while 以外，C 语言的循环控制语句还有 for 语句和 do...while 语句。具 体用法参考 C 语言的相关资料，至于选择哪种循环要根据实际要编写的程序而 定，当然有些也是个人爱好的问题。 另外要说明一点 while 语句的循环体部分如果只有一条语句，可以不用加花
现代设计理论与方法
第一章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设计的概念，广义概念是指对发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节及达到的目标。
狭义概念是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。
3设计的含义：为了满足人类与社会的功能要求，将预定的目标通过人们创造性思维，经过一系列规划、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件，以取得最满意的社会与经济效益，这就是设计。
4设计的特征：需求特征、创造性特征、程序特征、时代特征。
5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、现代设计阶6现代设计与传统设计的区别: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。
传统设计方法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。
现代设计：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。
7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。
8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。
第二章1功能分析组合方法：求总功能（黑箱法）分功能求解方法（调查分析法、创造性方法、设计目录法）原理解组合（形态分析法）第三章1创造技法：（一）集体激智法：(专题会议法，德尔菲法，635法)通过多人的集体讨论和书面交流，互相启迪，并发灵感，进而引起创造性思维的连锁反应，形成综合创新思路的一种创新技法。
（二）提问追溯法：（奥斯本提问法，阿诺尔特提问法，5W-1H提问法）是通过对问题进行分析和推理来扩展思路，或将复杂的问题加以分解，找到各种影响因素，从而扎到问题的解决方案的一种创造性技法。
现代设计方法
一、 可靠性设计
机械零件的可靠性设计又称概率设计， 它是将概率论和数理统计理论运用到机 !!!!! !!!! 械设计中， 并将可靠度指标引进机械设计的一种方法。其任务是针对设计对象的失 效和防止失效问题， 建立设计计算理论和方法， 通过设计， 解决产品的不可靠性问题， 使之具有固有的可靠性。 传统的机械设计往往以许用应力或者安全系数来判断机械零件性能是否满足要 求， 是否失效。这种设计方法将在一定条件下的材料强度或许用应力、 载荷及其产生 的应力、 材料性能及零件尺寸等都视为常量。然而， 由于受许多偶然因素的影响， 它 们都是在一定范围内取值并服从某种概率密度分布规律的随机量。因此， 传统的机 械设计方法已很难说明所设计的机械零件究竟在多大的程度上是安全的。生产和技
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应力 & 强度分布干涉模型
机械零件的可靠性设计方法是以 “应力 & 强度干涉理论” 为理论基础的， 该理论 的随机变量， 而 认为机械零件材料的强度 （极限应力） & !） ! 是服从于概率密度函数 （ 作用于机械零件危险截面上的工作应力 ’ 是服从于概率密度函数 ( （ ’） 的随机变量。 如图 ) & * & % 所示， 当机械零件的强度和应力的概率密度函数曲线相互重叠时， 即发 生 “干涉” 现象， 阴影部分表示不能保证工作应力在任何情况下都小于极限应力， 说明 设计时原属于安全的零件， 实际上并不一定安全， 存在一定的失效概率。可靠性设计 的基本原理就是要保证在一定的可靠度的前提下， 确定有关的设计参数。其核心问 题是确定零件的可靠度。在实际设计中， 往往预先规定可靠度， 或已知应力和强度分 布的均值及标准差值时， 按相关的计算确定其可靠度， 再利用概率分布和数理统计的
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随着设计方法学、优化设计等新学科的发展，出现了一 些新技术，如并行设计、相似设计、稳健设计、绿色设计、 智能设计、模糊设计、虚拟设计、动态设计和疲劳设计等。 随着网络经济时代的带来，全球式经济进程的加速，跨地域 的联合设计将成为主要的设计方法。 第一节 常用现代设计方法简介 6.1.创新设计方法 设计的本质是创新，在现代设计方法中，强调创新设计， 是为了使设计者更充分地发挥创造力，更好地利用最新科技 成果，设计出更具有竞争力的新颖产品内容
实际产品往往是由一定数量的零件通过各种方式联接而成的机械系统，这 时需要对整个系统进行静态和动态分析。 用黑箱法对此进行分析：首些要建立对象的数学模型，通常用复域中的传 递函数、频域中的频率特性及时域中的微分特性来描述其数学模型。 理论基础：模态分析和模态综合理论 主要方法：有限元分析方法、模型实验方法及传递函数分析法。
6.8 绿色设计
6.8.1 基本概念 1．产品的生命周期 绿色设计是面向全生命周期的设计，从不同的角度有不同的划分方式。按设计角度 分有： 传统设计的产品生命周期和绿色设计的生命周期。前者主要包括：从环境中提取原材 料、加工成产品，并流通给消费者使用。 为了消除或减轻环境污染，产品制造企业不得不越来越多地思考如何通过再循环和重 复利用来适当地处置产品，并把产品废弃问题，如回收和拆卸作为设计需求纳入其设计过 程。
3. 反求工程 反求工程以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为技术， 运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的产品进行解 剖、分析、重构和再创造。 所谓反求工程是将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据， 输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三 维重构，在计算机上复现实物样机的几何形状，并在此基础上进行原样复制、 修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法 的构件形状进行三维重构和再设计。。
6.5 快速响应设计及其技术
1.快速响应设计 追求新产品的快速响应设计，加快产品的试制、试验和定型，以快速形成 生产里，需要尽量利用制造自动化的各种新技术，如RP（快速成形）和VM （虚拟制造） 2. 变型设计 它是实现快速响应的一种方法，这种方法特别强调对企业产品信息的标准 化、规范化重组，通过对企业现有成熟产品的变型再设计，使企业的宝贵信 息资源得到尽可能多的重用，从而实现快速响应，以赢得市场。 基本方法：相似设计和模块化设计
6.3.3 CAD系统的支撑软件
图形支撑软件
三维造型软件
分析软件及优化软件
工程数据库管理软件及数据交换标准接口软件
6.3.4 CAD 技术的发长方向 1．参数化设计 2．智能CAD 智能CAD是指在CAD系统中运用了专家系统、人工神经网 络等人工智能技术。 基于特征的设计 特征是构造零件的最基本的单元要素，它能以较高的抽象 级别、不需要解释的方式来表示一个产品。 相关性设计 相关性设计是为设计工作提供了极大的方便，系统会自动地 更新与用户所修改的部分有关系的内容。 装配设计和管理 CAD系统的集成化 面向对象的设计方法 CAD系统的网络化 网络技术是计算机技术和通信技术相互渗透、密切结合的产物， 在计算机应用中起着越来越重要的作用。
6.8.2绿色设计的主要内容
绿色设计的材料选择与管理 产品的可回收性设计 产品的装配与拆卸性设计 产品包装设计 绿色产品的成本设计 绿色产品设计数据库与知识库
6.8.3绿色设计的步骤：
搜集绿色设计信息 建立绿色设计小组 绿色产品方案设计 绿色设计决策 建立企业联盟
步骤： 原材料获取阶段 绿色产品的规划、设计与生产制造阶段 产品的分配和使用阶段 产品维护和服务阶段 废气淘汰产品的回收，重用和处理处置阶段 2．绿色产品 绿色产品是在其生命周期全过程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境 无害或危害极少，资源利用率高，能源消耗最低的产品。 3．绿色设计的概念 通常也称为生态设计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计等 设计过程划分：1）产品提高 2）产品再设计 3） 产品功能创新 4）产品系统创新 可以看出，绿色设计是一个从部分到系统，从简单到复杂、从渐进创新到根本创新 的过程。
下一章：现代设计中常用的工具软件（CAD/CAM软件、工程分析软件）
3. 移植创造原理 移植创造是指吸取、借用某一领域的科学技术成果，引用或渗透到 其他领域，以变革或改进已有事物或开发产品。 4.还原创造原理 还原创造原理是指创造者回到驱使人们创造的最基本的出发点或归宿， 进行创新思考的一种创造模式。 5.价值优化原理 把价值看作某一功能与实现这一功能所需成本的比，提高产品价 值就是用低成本实现产品的功能。。 6.1.3 常用创新技法 1．群体集智法 2．系统探求法 1 ）5W2H法 2）特性列举法 3．联想类比法 1）联想发明法 2）综摄类比法 4．组合类比法
6.3.2 CAEE/CAPP/CAM/PDM/MRP-LL/EPR/CIMS
CAE——计算机辅助工程 CAM——计算机辅助制造 CAPP——计算机辅助工艺设计（前两者的联系桥梁） PDM——产品数据管理 MPR-II——制造资源规划 ERP——企业资源规划 CIM/CIMS——现代集成制造系统
6.4.2测试信号分析
种类：硬件手段和软件手段
6.4.3传递函数法
传递函数法是动态分析设计法研究的中心内容。
6.4.4模态分析法
对于复杂系统的动态性态分析，通常需要建立一个复杂的系统动力学模 型，即一个复杂的微分方程组。因此采用模态分析法，是用实验和其他数据处 理手段找出系统特有的模态参量或传递函数，并用以对系统的动态特性进行分 析、预测、评价和优化的方法。 内容： 系统固有特性分析，动力响应分析。
6.1.1创造性思维与创造力 思维是人脑对所接受和已储存的来自客观世界的信息进行有意识或无 意识、直接的或间接的加工处理，从而产生新信息的过程。 1.过程 存储准备阶段 悬想加工阶段 顿悟阶段 2. 创造力及创造活动 创造力是指在创造活动中表现出来的能力。它涉及智能和知识因素。
6.1.2创造原理 1．综合创造原理 综合创造原理是指将研究对象的各个部分、各个方面和各种因素联系起 来加以考虑，从整体上把握事物的本质和规律的一种思维法则。 2. 分离创造原理 分离创造原理是把某一创造对象进行科学的分解或离散，使主要问题从复 杂现象中暴露出来，从而理清创造者的思路，以便抓住主要矛盾或寻求 某种设计特色。
6.1.4 新产品构思方式
可分为5类： 品质分析 需求分析 关联分析 发展趋势分析 群体创造力
6.2 功能分析法
步骤： 明确任务——总功能分析——功能分解——功能元求解——功能 原理解——最佳功能原理方案
6.3计算机辅助设计
6.3.1 概述 CAD是指使用计算机系统统一支持设计工作的各项技术活动。 微机CAD将成为今后CAD发展方向。
5. 快速成型
快速成型是近年来形成的一种全新技术，它完全摆脱传统“去除材料”加工方法，而 是采用全新的“增加材料”加工法，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。
6.6 虚拟设计 （单独专题）
VD设计
6.7并行设计
并行设计是产品在设计时与相关过程进行集成的一种系统化设计方法。换言之，并行 设计是在产品设计阶段侧重于同时考虑产品全生命周期的各种主要性能指标，从而避免在 产品研制后期出现不必要的返工与重复性工作。