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现代设计方法文献综述

一、传统方法与现代设计的比较

现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而

在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、

时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为

依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所

用到的技术和知识群体的总称。

传统的设计方法是以经验总结为基础，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。而现代设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计

方法和计算机设计为工具的系统设计。这种设计不但可以大大提高设计的质量、

精度和效率，而且可以将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，从而高效地

设计出性能优良、经济效益显著的新型产品[1]。

目前，设计方法和技术正处于不断改善、不断创造的历史时期。可以预见，新的汽车产品将随着现代设计方法、技术和设计科学体系的完善而有新的突破。

二、现代设计方法内容

现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而

在涉及领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。它是以设计产品为目标的一个

总的知识群体的总称。目前它的内容主要包括：优化设计、可靠性设计、计算机

辅助设计、工业艺术造型设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、相似性设计、

模块化设计、反求工程设计、动态设计、有限元法、人机工程、价值工程、并行

工程、人工神经元计算方法等。

在运用它们进行工程设计时，一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工

具。现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化

设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、

摩擦学设计、反求设计、疲劳设计

1)、并行设计

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。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。

2)、虚拟设计

在达到产品并行的目的以后，为了使产品一次设计成功，减少反复，往往会

采用仿真技术，而对机电产品模型的建立和仿真又属于是虚拟设计的范畴。所谓

的虚拟制造(也叫拟实制造)指的是利用仿真技术、信息技术、计算机技术和现实

制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，发现制造过程中可能出

现的问题，在真实制造以前，解决这些问题，以缩减产品上市的时间，降低产品

开发、制造成本，并提高产品的市场竞争力。

3)、绿色设计

绿色设计是指以环境资源保护为核心概念的设计过程，其基本思想就是在设

计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳人产品设计之中，将环境性能作为产品

的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小

4)、可靠性设计

机电产品的可靠性设计可定义为: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。可靠性设计是以概率论为数学基础，从统计学的角度去观察偶然事件，并从偶然事件中找出其某些必然发生的规律，而这些规律一般反映了在随机变量与随机变量发生的可能性(概率)之间的关系。

5)、智能优化设计

随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，

我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化

的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在

优化设计中的作用。智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、

决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性

在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。

6)、计算机辅助设计

机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台

上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚

度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率

比人工提高几十倍甚至更多。

计算机辅助设计的过程,首先进行功能设计,选择合适的科学原理或构造原理,

然后进行产品总图的初步设计、产品选型和外型的初步设计;从总图派生出零件,

对零件的造型、尺寸、色彩等进行设计,对零件进行有限元分析,使其结构及尺寸

与应力状态相适应;对零件进行加工模拟,对其性能做出评价、分析和优化,最终完

成零件的工作图;在计算机上制定零件制造工艺,在相应的设备上制造出零件。

7)、动态设计

动态设计法是在计算参数难以准确确定、设计理论和方法带有经验性和类比

性时，根据施工

中反馈的信息和监控资料完善设计，是一种客观求实、准确安全的设计方法。

传统的机械设计主要是依据静态条件下强度、刚度、稳定性及结构要求和材

料选择来进行设计的，动态设计则以系统论，控制论为依据，在一定的位移，速度，力和力矩的干扰下对影响整机性能非常重要的战术指标（包括响应速度、跟踪精度和动态稳定性等）进行设计。

8)、模块化设计

结构模块化设计主要是以功能化的产品结构为基础，分解现有的产品，在分解中考虑到各个要素的可行性，从而在早期就预测到设计中可能会出现的矛盾，提高设计的可行性和可靠性，降低产品的成本。

9)、计算仿真设计

根据工程机械不同的作业功能，在计算机上模拟各种作业过程，以分析和确定各种状态下的作业参数，研究工程机械各系统主要部件的结构合理性，借助数学实验等方法预估工程机械的作业效果，从而可大大减少设计上的失误，避免或减少走弯路。

10)、人机学设计

应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等.

所谓人性化产品，就是包含人机工程的的产品，只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。

11)、摩擦学设计

摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘摩擦学系统过程研究学科。以减小摩擦为目的的设计，即为摩擦学设计。

12)、疲劳设计

疲劳材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

发展趋势飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件，大多在循环变化的载荷下工作，疲劳是其主要的失效形式。

13)、无障碍设计（barrierfreedesign）

这个概念名称始见于1974年，是联合国组织提出的设计新主张。无障碍设计强调在科学技术高度发展的现代社会，一切有关人类衣食住行的公共空间环境以及各类建筑设施、设备的规划设计，都必须充分考虑具有不同程度生理伤残缺陷者和正常活动能力衰退者（如残疾人、老年人）群众的使用需求，配备能够应答、满足这些需求的服务功能与装置，营造一个充满爱与关怀、切实保障人类安全、方便、舒适的现代生活环境。

14)、共用性设计UD(Universal Design)是指，在商业利润的前提下河现有生产技术条件下，产品（广义的，包括器具﹑环境﹑系统和过程等）的设计尽可能使不同能力的使用者（例如残疾人﹑老年人等），在不同的外界条件下能够安全﹑舒适地使用的一种设计过程。

三、现代设计方法的发展

如今制造业的竞争将是设计的竞争，竞争的焦点是最快地引入最新技术、最短的开发周期和最小的开发成本。现代工业的不断发展，人们对产品质量的要求逐步提高，传统的产品设计技术目前已远远不能满足产品的功能和市场的要求。而现代设计技术是以电子计算机为手段，以网络为基础，建立在现代管理之上，运用工程设计的新理论、新方法，实现计算机结果最优化，设计过程高效化的设计技术，它是传统设计技术的延伸和发展。

综上所述，随着人们生活质量的提高，人们对产品的要求愈来愈高，传统设计技术目前已经远远不能满足产品的功能和市场需求，了解现代先进设计理论、方法、特点及相关概念与发展趋势。是当前各类技术人员应用先进的现代科技进行产品开发和企业不断创新，在市场中保持竞争实力的重要环节。深入研究现代设计技术与方法，大力发展现代设计技术，是制造业在市场中立于不败之地的关键所在，也是科技工作者当前最主要的工作。