现代设计方法第1部分设计的基本概念
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现代设计方法第1章 优化设计概述
重庆大学机械工程学院
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现代设计方法——第1章 优化设计概述
1.2 目标函数
• 目标函数又称评价函数，是用来评价设计方案好坏的标准。任何一项 机械设计方案的好坏，总可以用一些设计指标来衡量，而这些设计指 标可以用设计变量的函数的取值大小加以表征，该函数就称为优化设 计的目标函数。
• 目标函数是一个标量函数。目标函数取值的大小，是衡量设计质量优 劣的指标。
• 设计变量类型 : 连续、离散。 • 根据设计变量 的多少优化问题可 分为：小型、中型、大型问题。
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现代设计方法——第1章 优化设计概述
x2
x2
x (k) 2
x (k) 2
O
O
x (k) 1
x1
(a)
x (k) 3
x3
(b)
图1-1 设计空间
x (k) 1 x1
设计空间是所有设计方案的集合，用符号 X Rn 表示。任何一个设计
gu ( X ) 0 (u 1,2, , m)
或
gu ( X ) 0 (u 1,2, , m)
式中 X——设计变量； p——等式约束的数目； m——不等式约束的数目。 在上述数学表达式式中 hv (X ) 0, gu (X ) 0 为设计变量的约束方
程，它们规定了设计变量的允许取值范围。优化设计，即是在设计变量 允许范围内，找出一组最优参数 X * [x1* x2* xn*]T , 使目标函数 f (X )
达到最优值 f ( X *) 。
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现代设计方法——第1章 优化设计概述
• 约束边界和可行域
x1 规定的 x1的下限
x1
现代设计方法---优化设计
E=2×105MPa。现要求在满足使用要求的条件下，试设计一个用
料最省的方案。
优化目标
用料最省
V 1 d 2L
4
d
F M
L
强度条件
max
FL 0.1d 3
w
M
0.2d 3
条件 刚度条件
f
FL3 3EJ
64FL3
3Ed 4
f
边界条件 L Lmin 8c14m
例3 设某车间生产A和B两种产品，每种产品各有两道工序，分 别由两台机器完成这两道工序，其工时列于表中。若每台机器每 周至多工作40小时。产品A的单价为200元，产品B的单价为500 元。问每周A、B产品应各生产多少件，可使总产值为最高。 （这是生产规划的最优化问题）
F —弹簧在负荷P作用下所产生的变形量
n —弹簧的有效圈数
d —弹簧材料的直径
G —弹簧材料的切变模量
3
• 根据上式，如己知或先预定 D2、n、d、G 各参数，通过多次试算、
修改，就有可能得到压簧刚度等于或接近于 的设P计参数。
• 刚度公式也可以写成一般的多元函数表达式，即
• 式中 代表性y能指f 标(xi ) ， 是i 设 1计,2参,量,，N分别代 表 、y 、 、 ，所以P xi 。
0 x L
x b
图1－2
这一优化设计问题是具有两个设计变 量(即x和α)的非线性规划问题。
13
例2：有一圆形等截面的销轴，一端固定，一端作用着集中载荷
F=1000N和扭矩M=100N·m。由于结构需要，轴的长度L不得小于
8cm，已知销轴材料的许用弯曲应力[σW]=120MPa，许用扭转切 应力[τ]=80MPa，允许挠度[f]=0.01cm，密度ρ=7.8t/m3，弹性模量
现代设计方法课件
(或者下移大于上移)，使其既能与筛面有较多的相对运动，以确
保其能有较多的机会从筛孔落下，又可以使分离出的短茎秆和断 穗能够从一端流出。当然，在联合收割机上，为了使分离效果更 佳，一般都利用谷物和混杂物空气动力学特性不同，在气流与筛 孔的联合作用下，将谷物与其混杂物分离。抖动输送板则是利用 抖动板的往复运动使物料均匀地被输送到另一端。物料在输送过 程中，没有必要作往复运动，而是单向运动。传统的分析方法列 出了物料运动分析的方程，并且推出了3个特征数：K1， K2 ，
复杂的质点的运动模拟的建立通常是列动力学微分方程和解 微分方程的过程。如果模拟分析结果包括位移，则用解析方法 为好。其结果或者中间过程不包括位移的，则可以根据题意选 择一种简化问题的方法。解微分方程是模拟分析的难点，所列
微分方程常常没有原函数表达式，可以用数值积分或常微分方
程数值解法来近似地解决，其过程需应用计算机。本章中介绍3 种典型实例：质点的线、平面和空间运动模拟。
大以外，同一个体在不同的时间也存在相当大的差异，这就给理
论分析带来了很大的困难。所以，对于农机问题，试验且重复多 点试验是设计后所不可缺少的环节，而传统的理论分析往往只能 得到定性的结论。本课希望在农机的理论分析上借助于计算机， 由定性向定量分析上有所突破。
农机定量分析的成功与否，除了建模的技巧外，在很大 程度上取决于研究对象：如果问题可以归纳为静力学和运动 学问题，特别是机械运动学(刚体运动学)问题，若所作的假设 符合实际，理论分析的结果是可信的，甚至用不着通过试验 来验证。在农业机械上，谷物收获机拨禾轮轨迹、插秧机秧 爪轨迹计算和绘制等都属于这类问题。非机械运动学问题，
理论分析结论的实用意义取决于理论模型的仿真程度，而 理论模型的仿真程度取决于个人对所研究对象的熟悉程度、经 验、分析的技巧和基础知识水平，如果理论工作者对所研究的 对象有比较丰富的实践知识，他在建立模型过程中就能够正确 的选定影响该物理现象的主要因素，从而决定取舍的内容。丰 富的经验使其能把握正确的方向，而分析的技巧和坚实的基础 知识有助于解决分析中遇到的复杂问题，所以农机理论分析是 农机方面基础和专业知识的综合运用。随着农机学科知识的扩 展，除了要求理论工作者具有深厚的数学、力学、计算机软件 和优化原理知识以及运用这些知识的实际能力外，根据所研究 的具体问题的需要，也要掌握一定的物理学、物料力学、热工 学、传热学、流变学、生物化学和电工学知识，无论采取理论 的或是试验的方法进行农机的研究，均需要计算机辅助。
《现代设计方法》课程教学大纲
现代设计方法》课程教学大纲课程代码：020232025 课程英文名称：Advanced Design Methods 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 适用专业：车辆工程能源与动力工程装甲车辆工程大纲编写（修订）时间：2017.5一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标现代设计方法是汽车类专业的一门重要的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握优化设计和有限元的基本理论和方法，同时通过一些工程实例的研究，培养学生分析和解决工程问题的能力。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求通过本课程的学习，学生要对本课的基本内容有系统的理解，掌握其基本概念、理论和方法，运用这些理论分析，解决工程实际问题，并达到如下要求：1．掌握现代设计方法的基本概念、理论及发展趋势。
2．掌握优化设计理论的基本概念、建模方法、搜索方法和无约束问题、有约束问题的求解方法等内容，使学生能够用优化设计方法解决设计中的实际问题。
3．掌握有限元方法的基本理论和方法，在此基础上，能够熟练使用大型工程软件进行实际的工程设计和计算。
（三）实施说明本课程主要包括两部分内容：机械优化设计、有限元方法。
教师在授课过程中可以根据实际情况酌情安排各部分的学时，课时分配表仅供参考。
根据本专业特点，教师应结合本专业的实际问题，在教学过程中注意理论与实际结合，突出实际应用。
课程的教学目标通过讲授、课后作业和后续的实践课程三个环节来实现。
教师要注重对基本概念、基本方法和解题思路的讲解，以便学生在实际应用中能举一反三，灵活运用。
（四）对先修课的要求在学习本课程之前，必须先修完《线性代数》、《理论力学》、《材料力学》等课程。
（五）对习题课、实验环节的要求本课程的主要难点就是在较短的学时内使学生掌握机械最优化设计方法和有限单元法的基本概念、方法和具体步骤。
因此根据课程的基本概念，思想和方法应用及典型的工程问题，选择安排一定的习题，习题通过课堂练、讲相结合和课后作业完成。
现代设计方法
③统一的产品信息模型
统一的产品信息模型是实施并行设计的基础，产品设计过 程是一个产品信息由少到多、由粗到细不断创作、积累和完 善的过程，这些信息不仅包含完备的几何形状、尺寸信息， 而且包含精度信息、加工工艺信息、装配工艺信息、成本信 息等。二维几何模型显然不能满足这一要求，仅包含几何信 息的三维模型也不能满足这一要求。因此，并行设计的产品 信息模型应能将来自不同部门、不同内容、不同表述形式、 不同抽象程度、不同关系、不同结构的产品信息包容在一个 统一的信息模型之中。质量、降低设计制造成本，而逐步形 成和建立起来的新的设计思想和策略方法。
为了缩短产品开发时间，人们首先从“硬件”入手：通 过装备更先进的加工设备来提高加工效率，用计算机代替人 工设计来提高设计效率。在取得了预期的效果后，人们又进 而认识到：要想大幅度地缩短产品开发时间，还要从研究和 改进产品开发过程本身入手，建立新的产品开发策略思想。
什么是模块?所谓模块，指一组具有同一功能和接合要素 （指联接部位的形状、尺寸、联接件间的配合或啮合等）， 但性能、规格或结构不同却能互换的单元。
机床卡具、联轴器可称为模块，有些零部件如插头、插座， 广义上也可称为模块，但不如称为标准件更好。在模块化设 计中，也用到大量的标准件，但模块多指标准件之外、仍需 被设计而又可以用于不同的组合、从而形成具有不同功能的 设备的单元。
模块化设计，指在对产品进行市场预测、功能分析的基础 上，划分并设计出一系列通用的功能模块；根据用户的要求， 对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能、或功能 相同但性能不同、规格不同的产品。这种设计方法称为模块 化设计。
（2）模块化设计的主要方式
① 横系列模块化设计。不改变产品主参数，利用模块发 展变形产品。这种方式是易实现，应用最广。通常是在基型 品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。
设计原理09235设计概论 考试内容要点全书整理
色彩性质和色彩关系 ①色相：是界定一种颜色时所用的名字，它指的是颜色最单纯的状态，是色彩特质的基础； ②明度：是指一种颜色的相对亮度或暗度； ③纯度：也称浓度，是一种颜色的明亮或晦暗程度； 我们很自然会认为在色相环上两个相邻的颜色有着共同的特质，她们可以相互混合，相互和谐。
7. 肌理：又称质感或质地，是物质表面所呈现出来的色彩,光泽,纹理,粗细,厚薄,透明度等多种外在特征的综合表现 肌理包括：自然肌理，人工肌理 也可分为：触觉肌理，视觉肌理
1. 第 1 章 设计含义
1. 瓦萨里在 1563 年带着一批画家,雕塑家和建筑师脱离原理所属的手工业行会，在佛罗伦萨成立了西方第一所艺 术学院(Accademia del Disegno)，并首次用透视学,几何学,解刨学等理论科目代替了旧有工匠对徒弟的口传身授 2. 与 Disegno 相对应的是另一个词“经营” 3. 谢赫对“六法”的定义是什么 一气韵，生动是也； 二骨法，用笔是也；三应物，象形是也； 四随类，赋彩是也； 五经营，位置是也；六传移，摹写是也。 4. “至于经营位置，则画之总要”是唐代张彦远在其名著《历代名画记》中指出的，将”经营”上升为绘画技术范畴 的中心 5. 宋代李诫《营造法式》所谓“及有营造，位置尽皆不同”，与传入绘画领域的”经营位置”构成呼应。经营，作为 艺术概念，是空间，造型上的规划之意。而古汉语的“设计”核心含义是设想，运筹，计划与预算，与空间, 视觉没有紧密的联系。设计是人类为实现某种目的而进行的创造性活动。 6. 现代汉语所说的设计，通俗地解释为：在正式做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先制定方法,图样等 专业解释为：设计是围绕某一目的而展开的计划方案或设计方案，是思维,创造的动态的过程，其结果最终以某 种符号（语言,文字,图样,模型等）表达出来 西方的 disegno 含义丰富，其本义是素描，还包括对规则与比例的规划处理，以及对某种观念的可视化处理等 现代设计的一般含义，指的是把一种计划,设想,规划,问题解决的方法，通过视觉的方式传达出来的活动过程。 其核心内容包括三个方面，即： ① 计划,构思的形成 ② 视觉传达方式，即把计划,构想,设想,解决问题的方式利用视觉的方式传达出来 ③ 计划通过传达之后的具体应用 现代设计的真正内涵是和时代社会结合，并随着社会发展而不断丰富和演化的。/ 从历史的角度看，设计的内 涵大多集中于功能和形式的关系,好的外形,符合功能等上面， 集中在功能和形式关系的平衡上。 / 扩展一些来看， 19 世纪末 20 世纪初，绝大多数的设计先驱都就形式与功能的问题进行探索，设计也被看作解决两者关系的重 要手段。 7. 设计产生的原因 ① 现代设计是工业革命造就的工业化大批量生产技术条件下的必然产物。 ② 是设计界改变以往专为权贵服务的方向，转而提出要为民众服务的口号下的产物，是 设计民主化的表现
《世界现代设计史》第一讲 设计史概述
一、“Design”释义 （设计的定义）
在设计基础知识中，包括了两大部分，一部分是“史”，一部分是“论”。 而我们所说的设计史论则包含了设计的基本问题、设计师的问题、设计的 相关问题等内容。
一、“Design”释义 （设计的定义）
古时的“设计”是谋略的意思。
现代的“设计”是一种工作计划。不同层次的设计有不同的设计目标， 也就产生不同的设计行为。
工业革命的特点
1. 工业技术的进步 （1）能源的变化：包括燃料和动力，如煤、电力、 石油、蒸汽机和内燃机。 （2）材料的变化：采用新的原材料，如钢铁、玻璃等。 （3）生产的变化：发明众多新机器。 （4）分工的变化：劳动分工细化、专门化。 （5）运输的变化：蒸汽机车、轮船、汽车、 （6）技术应用的变化：由军事领域转向民用领域。
二、设计思维
设计思维是设计活动的基础，也是设计活动的主要组成部分，它 包含了设计中调查、构想、选择、决策等若干部分，与设计表现共同构 成设计活动的主体。
三、现代设计史的起始时间
历史学角度： 世界现代史的开端－－ 1848年欧洲革命说、1914年第一次世界大战说、1917年俄国十月革命 说
企图找一个确切的时间作为一场设计革命的起源是不现实的。因为，没 有一个确切的时间，能够让我们听起来更信服。但是，就每一种说法而 言，似乎又都有道理。
三、现代设计史的起始时间
政治、经济、科技飞速发展 • • • • • •
1851年 伦敦 万国工业博览会 欧 洲 1863年 巴黎 “被否决的沙龙”
1889年 巴黎 埃菲尔铁塔
中 国
20世纪初
上海月份牌
工业设计 美术创作 建筑设计
视觉传达
三、现代设计史的起始时间
现代设计产生的根源: • 工业革命对设计的呼唤 • 发明创造与现代设计艺术 • 艺术风格流派转变的影响
设计概论
绪论1.1设计的概念1.1.1概述设计一次即是动词又是名词。
座位一个动词，设计有立意，筹划，构思等含义，表达为一系列思维或形式，图式的创造活动：设计图案，设计杯子，设计汽车，设计一项活动或者一项制度等；座位名词，设计有风格，图案，心中的计划或设想等含义，是人类创造活动的结果以及状态的表述：好的设计，失败的设计，功能主义设计，家电产品设计等等。
只要人们将知识，经验，以及直觉投射于未来，目的是改变现状的活动，都带有设计性质。
设计因此被理解为人类带有目的性，指向未来的创造性行为。
广义地说来，设计远不是仅将思想局限在家具，机器，日用品，建筑等这些对象上，而是有计划，有目的地规划一种社会，文化，制度，价值，道德和行为准则。
正是基于对设计的这种理解，英国《百科全书》把孔子和老庄也称作为伟大的设计师。
广义上说，任何“人为事物”都是经由设计而产生的。
这种广义解释似乎有使设计学科边界变得模糊的倾向，但本书所讨论的仅限于涉及的侠义范畴，这种侠义解释更接近设计的职业特征，要求具体的和物质化的设计结果，如建筑设计，环境设计，产品设计，平面设计等。
实际上，无论作为名词还是动词，广义概念还是侠义概念，设计正趋向一个开放性的结构，并且随着时代的变化而不断变化和发展。
但是，设计的一些本质特征是共同的，即创造性，精神性，适应性，目的性等，这些特征规定着设计发展的走向。
其中，设计的“目的性”是最为核心的特征之一。
设计本身不是目的，它是人为实现自身目的而使用的手段和方式，往往表现为一个过程，设计的目的是人而不是物，人是设计的根本和处罚点。
因此，设计的“目的性”体现为人的目的性，换言之就是满足人的需求。
1.1.2“设计”词义详解设计一词是英语Design在汉语中的翻译。
《设计词典》中简单地将其解释为：“把某种计划，规划，设想和解决问题的方法，通过视觉语言传达出来的过程”。
在西语中，design词义发杂，世界上各语种对DESIGN的译法也不尽相同。
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☆处理具体系统问题的系统分析和系统工程方法-----特殊
系统分析是一般系统方法在科学决策中的具体应用，是在一般系 统方法的指导下，对某些具体系统进行数量分析的决策方法。系统分 析的要素，亦即系统分析的主要项目，包括目的、可行方案、费用、 效益、模型、评价标准等
过程：
提出问题明确目标收集资料
分析问题建立模型 优选方案 ★ 前者是后者的方法论基础
>>工程系统工程、科研系统工程、军事系统 工程、企业系统工程、社会系统工程等
2、设计方法学
20世纪60年代----重视设计理论与方法的系统研究
德国----设计模式的研究 美、英--注重创造性设计的研究 日本----开发创造工程学和自动化设计、
价值工程、工业设计 总结设计规律，启发创造性，采用现代化 的先进理论和方法，使设计过程自动化、合理 化 >>是为了提高设计水平和质量，设计出更 好的产品，以满足社会日益发展的需要
环境友好适应(绿色工程)、人机友好(以人为本)、可维修、 安全性、可安装性、可拆卸、可回收
(6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
◆ 深入研究设计过程本质的基础上，以系统
论的观点研究设计进程(战略问题)和具体设计 方法(战术问题)的科学，是研究产品设计的程 序、规律及设计中思维和工作方法的一门综合 性学科
(1) 符合设计规律的设计程序
(2) 合理逻辑步骤和应遵循的工作原则
(3)分析思维规律，创造性的思维方法和技术
(4)研究各种类型设计
传统方法
现代方法
经验、类比
逻辑 、推理 、系统
静态、少参数
动态、多变量、多方案
当然,现代设计方法还不能完全取代传统设计方法， 一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍
是现代设计方法的重要组成。
具有系统性、创造性、综合性和程式性
二、ห้องสมุดไป่ตู้代中的系统科学方法
1、系统论
◆ 以系统为对象，考察和研究整体与局部之间 的相互作用与相互制约的关系，同时最优化方 法求得系统的最佳方案。
后者是前者在使用和实施中的具体表现
◆ 系统工程
★ 分析和处理的科学方法的组织管理技术
★ 一般系统方法在组织管理中的具体应用
★ 一般系统工程包括组织管理的全过程 系统分析属于系统工程的准备阶段或开始阶段
★ 理论基础:运筹学和数学、计算机科学和计算技术
在具体处理问题时，把组织和管理的事物 视为系统，运用概率、统计、运筹学、模拟等 方法，经过分析、推理、判断、综合，建成某 种系统模型，通过计算机进行运算模拟，进而 获取最佳方案，求得系统整体的最优规划、最 优管理和最优控制
(5)研究设计信息库(设计目录)的建立和应用
(6)设计自动化的实现
3、设计系统
三、系统建模
实物模型或缩尺模型 抽象模型
◆建模：建立准确描述系统特征和行为的数
学模型等抽象模型的过程，即从看起来杂乱无 章的实际工程问题中，抽象出恰当的数学关系
提炼、分析、归纳、翻译 归纳总结与演绎推理相结合 ☆ 明确目的 ☆ 确定组成要素 ☆ 验证模型
相互联系成整体；分解；整体功能性
◆ 系统方法-------系统理论的实际应用
解决对具体系统的认识和管理问题
☆运用系统概念原理来分析和认识事物的一般方法-一般
按照客观事物本身的系统性，始终以整体与部分、部分与部分、 整体与环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中，综合地、精 确地考察研究对象，以达到最佳处理问题的目的
(2)产品表示
二维三维
(3)设计方法的发展
有限元、优化、模态、并行设计、虚拟设计、计算机仿真
(4)工作方式
串行设计 并行设计院 ＜＜数据库与网络技术
(5) 设计制造一体化 CAPP NC (6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
《有限元方法基础教程》 [6]王勖成、邵敏 ：《有限单元法基本原理
与数值方法》
第一篇 优化设计方法
第1章 优化设计概述
自古以来的多数工程设计，都经过了某种程度的 “优化”过程
1. 传统的设计过程： 设计（综合） 评价（分析）
现代设计方法
绪论
一、现代设计方法概述
现代设计是传统设计的深入、丰富和完善。 现代设计：以市场需求为驱动，以现代设计思 想、理论为指导，以知识获取为中心，以现代技 术手段为工具，考虑产品的全生命周期和人、机、 环境相容性等因素的设计。 借助计算机，应用精度较高的分析方法（如有 限元方法等）进行分析计算，从大量的可行设计 中寻找最优的设计方案，实现用理论代替经验设 计，用精确计算代替近似计算，用优化设计、绿 色设计代替一般的安全寿命的可行性设计。其目 的是为了提高设计的主动性、科学性和准确性。
四、本课程的内容
优化设计、有限元分析、可靠性设计
介绍数学规划理论和有限元法、可 靠性设计的基本概念和基本方法，通过 实例介绍用优化理论解决机械优化设计、 用有限元法分析工程结构、对机械系统 (子系统)的可靠性分析的过程。
参考文献
[1]陈屹、谢华：《 现代设计方法及其应用》 [2]孙靖民：《 现代机械设计方法》 [3]周济 ：《机械设计优化方法及应用》 [4]孙靖民：《机械优化设计》 [4]臧勇：《现代机械设计方法》 [5]Daryl L. Logan著，伍义生、吴永礼译：
1、现代设计手段
(1)计算机辅助设计CAD 计算机绘图 (2)计算机辅助几何建模 实体或曲面模型图 (3)工程分析与计算 CAE --有限元或动力学 (4)智能设计与专家系统
人工智能与神经网络专家系统
提高决策判断能力
(5)数据库管理系统设计
设计数据的集合
2、现代设计特征
(1) 设计手段的更新 传动图板、图纸 电子文档
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
(1) 功能满足 前提 (2)质量保证 性能、可靠、强度、刚度、稳定、动态特性等 (3)工艺优良 可制造性、可装配性、可测试性、 (4)经济合理 较低的开发成本和使用费用 (5) 社会使用（社会价值）
系统分析是一般系统方法在科学决策中的具体应用，是在一般系 统方法的指导下，对某些具体系统进行数量分析的决策方法。系统分 析的要素，亦即系统分析的主要项目，包括目的、可行方案、费用、 效益、模型、评价标准等
过程：
提出问题明确目标收集资料
分析问题建立模型 优选方案 ★ 前者是后者的方法论基础
>>工程系统工程、科研系统工程、军事系统 工程、企业系统工程、社会系统工程等
2、设计方法学
20世纪60年代----重视设计理论与方法的系统研究
德国----设计模式的研究 美、英--注重创造性设计的研究 日本----开发创造工程学和自动化设计、
价值工程、工业设计 总结设计规律，启发创造性，采用现代化 的先进理论和方法，使设计过程自动化、合理 化 >>是为了提高设计水平和质量，设计出更 好的产品，以满足社会日益发展的需要
环境友好适应(绿色工程)、人机友好(以人为本)、可维修、 安全性、可安装性、可拆卸、可回收
(6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
◆ 深入研究设计过程本质的基础上，以系统
论的观点研究设计进程(战略问题)和具体设计 方法(战术问题)的科学，是研究产品设计的程 序、规律及设计中思维和工作方法的一门综合 性学科
(1) 符合设计规律的设计程序
(2) 合理逻辑步骤和应遵循的工作原则
(3)分析思维规律，创造性的思维方法和技术
(4)研究各种类型设计
传统方法
现代方法
经验、类比
逻辑 、推理 、系统
静态、少参数
动态、多变量、多方案
当然,现代设计方法还不能完全取代传统设计方法， 一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍
是现代设计方法的重要组成。
具有系统性、创造性、综合性和程式性
二、ห้องสมุดไป่ตู้代中的系统科学方法
1、系统论
◆ 以系统为对象，考察和研究整体与局部之间 的相互作用与相互制约的关系，同时最优化方 法求得系统的最佳方案。
后者是前者在使用和实施中的具体表现
◆ 系统工程
★ 分析和处理的科学方法的组织管理技术
★ 一般系统方法在组织管理中的具体应用
★ 一般系统工程包括组织管理的全过程 系统分析属于系统工程的准备阶段或开始阶段
★ 理论基础:运筹学和数学、计算机科学和计算技术
在具体处理问题时，把组织和管理的事物 视为系统，运用概率、统计、运筹学、模拟等 方法，经过分析、推理、判断、综合，建成某 种系统模型，通过计算机进行运算模拟，进而 获取最佳方案，求得系统整体的最优规划、最 优管理和最优控制
(5)研究设计信息库(设计目录)的建立和应用
(6)设计自动化的实现
3、设计系统
三、系统建模
实物模型或缩尺模型 抽象模型
◆建模：建立准确描述系统特征和行为的数
学模型等抽象模型的过程，即从看起来杂乱无 章的实际工程问题中，抽象出恰当的数学关系
提炼、分析、归纳、翻译 归纳总结与演绎推理相结合 ☆ 明确目的 ☆ 确定组成要素 ☆ 验证模型
相互联系成整体；分解；整体功能性
◆ 系统方法-------系统理论的实际应用
解决对具体系统的认识和管理问题
☆运用系统概念原理来分析和认识事物的一般方法-一般
按照客观事物本身的系统性，始终以整体与部分、部分与部分、 整体与环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中，综合地、精 确地考察研究对象，以达到最佳处理问题的目的
(2)产品表示
二维三维
(3)设计方法的发展
有限元、优化、模态、并行设计、虚拟设计、计算机仿真
(4)工作方式
串行设计 并行设计院 ＜＜数据库与网络技术
(5) 设计制造一体化 CAPP NC (6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
《有限元方法基础教程》 [6]王勖成、邵敏 ：《有限单元法基本原理
与数值方法》
第一篇 优化设计方法
第1章 优化设计概述
自古以来的多数工程设计，都经过了某种程度的 “优化”过程
1. 传统的设计过程： 设计（综合） 评价（分析）
现代设计方法
绪论
一、现代设计方法概述
现代设计是传统设计的深入、丰富和完善。 现代设计：以市场需求为驱动，以现代设计思 想、理论为指导，以知识获取为中心，以现代技 术手段为工具，考虑产品的全生命周期和人、机、 环境相容性等因素的设计。 借助计算机，应用精度较高的分析方法（如有 限元方法等）进行分析计算，从大量的可行设计 中寻找最优的设计方案，实现用理论代替经验设 计，用精确计算代替近似计算，用优化设计、绿 色设计代替一般的安全寿命的可行性设计。其目 的是为了提高设计的主动性、科学性和准确性。
四、本课程的内容
优化设计、有限元分析、可靠性设计
介绍数学规划理论和有限元法、可 靠性设计的基本概念和基本方法，通过 实例介绍用优化理论解决机械优化设计、 用有限元法分析工程结构、对机械系统 (子系统)的可靠性分析的过程。
参考文献
[1]陈屹、谢华：《 现代设计方法及其应用》 [2]孙靖民：《 现代机械设计方法》 [3]周济 ：《机械设计优化方法及应用》 [4]孙靖民：《机械优化设计》 [4]臧勇：《现代机械设计方法》 [5]Daryl L. Logan著，伍义生、吴永礼译：
1、现代设计手段
(1)计算机辅助设计CAD 计算机绘图 (2)计算机辅助几何建模 实体或曲面模型图 (3)工程分析与计算 CAE --有限元或动力学 (4)智能设计与专家系统
人工智能与神经网络专家系统
提高决策判断能力
(5)数据库管理系统设计
设计数据的集合
2、现代设计特征
(1) 设计手段的更新 传动图板、图纸 电子文档
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
(1) 功能满足 前提 (2)质量保证 性能、可靠、强度、刚度、稳定、动态特性等 (3)工艺优良 可制造性、可装配性、可测试性、 (4)经济合理 较低的开发成本和使用费用 (5) 社会使用（社会价值）