现代设计理论与原理

现代设计理论及方法

本课程主要学习一下几个方面

优化设计

优化方法是随着计算机的应用而迅速发展起来，较早应用于机械工程等领域的设计。采用优化方法，既可以使方案在规定的设计要求下达到某些优化的结果，又不必耗费过多的计算工作量，因而得到广泛的重视，其应用也越来越广。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所dvd今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。优化设计方法主要有无约束优化设计法、

约束优化设计法、遗传算法、蚁群算法

计算机辅助设计

计算扶着设计又称CAD技术是利用计算机硬件和软件系统强大的计算功能和高效灵活的图形处理能力，帮助工程设计人员进行工程设计和产品设计与开发，以达到缩短设计周期、提高设计质量、降低成本、提高市场竞争力的一门先进技术。作为一项综合性的、技术复杂的系统工程，CAD技术涉及了众多学科高科技领域，如计算机硬件技术、工程设计知识与方法、计算数学、计算力学、计算机图形学、数据结构和数据库、有限元法、计算机网络、仿真技术等。CAD这

门崭新技术已广泛渗透和普及于机械制造、航空、船舶、汽车、土木工程、电子、轻工业、纺织服装、大规模集成电路以及环境保护、城市规划等行业，成为代表与衡量一个国家科技与工业现代化水平的一个重要标

创新设计：

创新理念与设计实践的结合。发挥创造性的思维，将科学、技术、文化、艺术、社会、经济融汇在设计之中，设计出具有新颖性、创造性和实用性的新产品。创新设计可以从以下几个侧重点出发：

1、从消费者需求出发，以人为本，满足消费者的需求。

2、从挖掘产品功能出发，赋予老产品以新的功能、新的用途。

3、从成本设计理念出发，采用新材料、新方法、新技术，降低产品成本、提高产品质量、提高产品竞争力。

智能设计：

智能设计是指应用现代信息技术，采用计算机模拟人类的思维活动，提高计算机的智能水平，从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务，成为设计人员的重要辅助工具。

主要特点：在设计技术发展的不同阶段，设计活动中智能部分的承担者是不同的：在以人工设计和传统CAD为代表的传统设计技术阶段，设计智能活动是由人类专家完成的；在以智能CAD为代表的设计技术阶段，智能活动是由设计型专家系统完成的，但是由于采用单一领域符号推理技术的专家系统求解问题能力有限，设计对象的规模和复杂性都受到了限制；在以人机智能化设计系统为代表的设计技

术阶段，由于集成化和开放性的要求，智能活动是由人机共同承担的。反求设计：

反求设计（也称逆向设计），是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的CAD模型(曲面模型重构)，并进一步用CAD/CAE／CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。

逆向设计的流程示意：产品样件→ 数据采集→ 数据处理CAD/CAE/CAM系统→ 模型重构→ 制造系统→ 新产品。

反求设计：

并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。与传统的串行设计相比，并行设计更强调在产品开发的初期阶段，要求产品的设计开发者从一开始就要考虑产品整个生命周期（从产品的工艺规划、制造、装配、检验、销售、使用、维修到产品的报废为止）的所有环节，建立产品寿命周期中各个阶段性能的继承和约束关系及产品各个方面属性间的关系，以追求产品在寿命周期全过程中其性能最优。通过产品每个功能设计小组，使设计更加协调，使产品性能更加完善。从而更好的满足客户对产品综合性能的要求，并减少开发过程中产品的反复，进而提高产品的质量、缩短开发周期并大大的降低产品的成本。

稳健设计：

稳健设计就是通过调整设计变量及控制其容差使可控因家和不

可控因素当与设计值发生变差时仍能保证产品质盘的一种工程方法。换言之，若作出的设计即使在各种因素的干扰下产品质量也是稳定的，或者用康价的零部件能组装出质量上乘、性能稳定与可靠的产品，则认为该产品的设计是稳健的.

目前有关机械稳健设计的方法大体上可分为两类:一类是以经验或半经验设计为基础的传统的稳健设计方法，主要有田口稳健设计法、响应曲面法、双响应曲面法、广义线性模型法等。另一类是以机械工程模型为基础与优化技术相结合的机械稳健优化设计方法，主要有容差多面体法、灵敏度法、变差传递法、随机模型法等。

可靠性设计

可靠性设计主要是影响产品可靠性的因素及其比率分配、系统可靠性设计方法、产品可靠性设计一般程序和现代可靠性设计的主要体现系统可靠性设计方法主要包括可靠性预测：按照已知零部件或各单元的可靠性数据,计算系统的可靠性指标，以得到比较满意的系统设计方案。可靠性分配：按照已给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行可靠性分配。并在多种设计方案中比较、选优。

确定产品可靠性是指：

收集零部件、元器件的失效数据，考虑环境及负荷，确定失效率；

确定产品的寿命剖面、任务剖面及使用环境；

根据零部件、元器件、组件之间的功能关系，建立可靠性模型；

进行产品可靠性指标初次分配和预测；

根据给出的失效率指标，选择零部件、元器件的类型，以及额定值和降额应力比，确定产品的环境；

根据初选的零部件、元器件，以及所选的模型，用较精确的方法预测可靠性，并重新进行可靠性分配；

进行故障模式、影响及危害度分析（FMECA）或故障树分析（FTA）；

改进设计；

进行电磁兼容设计、热设计、降额、耐环境、安全性、容差、加固、人-机系统和维修设计等

人机工程学

人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段。综合地进行人体结构、功能，心理以及力学等问题研究的学科。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。主要包括以下几个方面；

1. 人体特性的研究

人体特性研究的主要内容是：在工业产品造型设计中与人体有关的问题。例如，人体形态特征参数、人的感知特性、人的反应特性以及人在劳动中的心理特征和人为差错等。研究的目的是解决机器设备、工具、作业场所以从各种用具的设计如何适应人的生理和心理持点。为操作者(或使用者)创造安全、舒适、健康、高效的工作条件2．人机系统的整体设计

人们设计人一机系统的目的，就是为了使整个系统工作性能最优