現(xiàn)代設(shè)計理論與方法.doc

1、第一章1現(xiàn)代設(shè)計理論與方法是一門墓于思維科學、伯總科學、系統(tǒng)工程、計算機技術(shù)等學科，研憲產(chǎn)品設(shè)計規(guī)律、設(shè)計技術(shù)和工具、設(shè)計實施方法的工程技術(shù)科學。2蹄的舷,廣義概念是指對發(fā)展過程的安排，包16發(fā)展的方向、程序、細節(jié)及達到的目 標.狹義舷是指將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足1B求的技術(shù)系統(tǒng)（竝術(shù)過程）的活動.3設(shè)計的含義:為了滿足人類與社會的功能要求，將京定的目標通過人們創(chuàng)逍性思維，經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，嚴生載有相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等伯息的技術(shù)文他 以取得最 滿意的社會與經(jīng)濟效益，這就是設(shè)計。啲特征:需求特征、創(chuàng)逍性特征、程序特征、時代特征。5設(shè)計的四個發(fā)展階段:直簿設(shè)計階段、經(jīng)驗設(shè)計階段、半理論半

2、經(jīng)驗設(shè)計階、現(xiàn)代設(shè)計階6現(xiàn)代i卜與傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別:傳統(tǒng)設(shè)計：以經(jīng)驗總結(jié)為基|,運用力學和數(shù)學而形成的經(jīng)驗、公式.圖羔設(shè)計手冊等作 為設(shè)計的依據(jù)，通過經(jīng)驗公式、近似寮數(shù)或類比停方法進行設(shè)計。傳統(tǒng)設(shè)計方法基本上是一 種以靜態(tài)分抓 近似計算、經(jīng)驗設(shè)計、手工勞動為特征的設(shè)計方法?，F(xiàn)代設(shè)計：是一種基于灼識的，以動態(tài)分析、精確計算、優(yōu)化設(shè)計和CAD為特征的設(shè)計方 法。7現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，主要完成了以下幾方面的轉(zhuǎn)變：1）嚴品結(jié)構(gòu)分析的定化；2）嚴品工況分析的動態(tài)化；3）產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化；4） 嚴品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化；5）嚴jft設(shè)計過程的商效化和自動化。8現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計按其創(chuàng)新程度可分為：開

3、發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變形畸爭址第二韋1功能分析組合方法:求總功能（黒箱法）分功能求解方法（調(diào)査分析法、創(chuàng)逍性方法-設(shè)計目錄法）原理解組合（形態(tài)分析法）第三車創(chuàng)逍技法:（一）集體激智法：（專題會議法，得爾菲法，635法）通過多人的集體討論和 書面交流，互相啟迪，并發(fā)兎8,進而引起創(chuàng)ifi性思維的連鎮(zhèn)反應(yīng)，形成綜合創(chuàng)新思路的一 種創(chuàng)新技法。（二）提問追潮法：（奧斯本提間法，阿諾爾特提問法，5W1H提間法）是通 過對問題進行分析和推理來擴展思路，或?qū)?fù)雜的問題加以分解，找到各種影響因素，從而 扎到問題的解決方案的一種創(chuàng)造性技法。（三）聯(lián)想類比法：（聯(lián)想發(fā)明發(fā)，類比發(fā)明發(fā)，仿 生法，綜攝法）通過啟發(fā)

4、、聯(lián)想、類比、綜合等手段，創(chuàng)造出斷的想法，這種創(chuàng)逍技法就稱 聯(lián)想類比法（四）組合創(chuàng)新法：（性IB組合，原理組合，功能組合，結(jié)枸組合）利用事物間 的內(nèi)在聯(lián)系，用巳有的知識和現(xiàn)有的成果進行新的組合。從而產(chǎn)生新的方案。第四韋1優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型三要熱 設(shè)計變童.目標函數(shù)和約束條件T設(shè)計歿tx= W3-目標函數(shù)/（X） = /（x1,x2,.x）約東條件根據(jù)形式不同分為不等式約束和停式約束根據(jù)性質(zhì)分為邊界約束（是設(shè)計變的約 束）和性能約束（是對原料工時約束）2數(shù)值迭代公式xz = x“）+ zs（可行性）且滿足（適用性） 3 維優(yōu)化方法:直接法（斐波那契法和黃金分割法）間接法（牛頓法和二次插值法） 無

5、約束優(yōu)化方法:間接（梯度法、牛法、變尺度法、共耗方向法、共極梯度法）。直接法: 坐標輪換法、第威爾法。常用的約束優(yōu)化方法:（直接法）復(fù)合形法、可行方向送，（間接法）拉格朗日乘子法和懲罰 函數(shù)法4黃金分割法的算法原理:黃金分割法亦稱0.618法。它是通過對黃金分割點函數(shù)值的計算和比較，不斷縮小初始區(qū)間得到極小點的一維搜索算法.黃金分割法的特點每次區(qū)間縮小 的比率都是相停的為0.61&5二次插值法的算法原理:二次插值法又稱拋物線法，是多項式JI近法的一種，它是利用目 標函數(shù)在單峰區(qū)間的兩個嵋點和其間一點（3個點），構(gòu)成一個與目標函數(shù)相接近的二次插 值多鞏式，以該多3式的極小點作為新的中間插入點，進

6、行區(qū)間縮小的一堆搜索算法。6梯度法的基本思想：以迭代點的負梯度方向作為每次迭代的搜索方向，直至找封極小點。7變尺度法與牛頓法、梯度法的區(qū)別和聯(lián)系？變尺度法的迭代公式x網(wǎng)=#汕時是梯度法，#是阻尼牛換法8牛檢法的墓本思想：在點迭代點X*附近用一個二次函數(shù)0以）近似的代善目標函數(shù)八X）, /（X）S（X）,然后用0（ X）的極小點作為/（X）的下一個迭代點x（z 9牛帳法的迭代公式：X = X（H（X“）W（X），阻尼牛膜法又稱修正牛疇的迭代公式：叫冷“）心的）變尺度法的迭代公式：X = X-小弟於切住）10郝罰函數(shù)法的基本思想：在瓜目標函數(shù)中誡加一些與約束有關(guān)的項,形成一個新的目標 函數(shù)（即罰函

7、數(shù)）以取代原目標函數(shù)，然后用無約束優(yōu)化方法求新目標函數(shù)的量優(yōu)解 懲罰函數(shù)法分為內(nèi)點法和外點法、混合法11內(nèi)點罰函數(shù)法與外點罰函數(shù)法的區(qū)別？內(nèi)點法是求解不停式約束優(yōu)化問題的1種方法，原理是將綴罰函數(shù)定義于可行域內(nèi)，迭代過 程在可行域內(nèi)進行。外點法是求解停式約束優(yōu)化問題的一種方法，原理是將懲罰函數(shù)定義于可行域外?；旌戏ㄇ蠼獠坏仁郊s束，等式約束優(yōu)化問題的一種方法12優(yōu)化設(shè)計一般刨&兩部分內(nèi)容：1）將實際設(shè)計間題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學規(guī)劃問題，即立數(shù)孚模塑.2）釆用適當?shù)暮纼?yōu)化方法求 解這個數(shù)學規(guī)劃問題，即求解這個數(shù)學模曲13送代求優(yōu)的核心:每次迭代方向S和步長因子的確定。各種優(yōu)化方法也主要是在 這個核心間題上顯

8、示出各自的特各14函數(shù)極值點所在搜索區(qū)間（單峰區(qū)間）特征:著巳知方向S比上的三點一 /g V幾） 15梯度法的一般迭代式:X“+n = X）+ &*）S）16梯度法的搜索方向:S） 17約束優(yōu)化亶接法的基本思想：設(shè)法使每一次迭代產(chǎn)生的新迭代點限制在可行域內(nèi)，且使 目標函數(shù)值逐步下降，直至最后獲得一個在可行域內(nèi)的約束最優(yōu)解。直接法要求對嚴生的每 一個新迭代點都要進行可行性和適用性檢査。18約束優(yōu)化間接法的基本思想：通過一定的變換,將約束優(yōu)化間題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題,然后釆用各種無約束優(yōu)化方法求解.這種方法對不等式約束問題和等式約束問題都適用19復(fù)合形法的基本思想：通過對復(fù)合形各頂點函數(shù)值的計算與

9、比較,反復(fù)進行點的映射與復(fù)合形的收縮，使之逐步近約束最優(yōu)廨。第五韋1可靠性的定義:即可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條仲下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。卜的駕用指標的槪念及計算公式:1可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的柢率2不可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定功UB的槪率3失效概率密度函數(shù)：對不可靠度函數(shù)的微分4失效率嚴品工作t時刻時翡未失效的產(chǎn)品，在該時刻t以啟的下一個單位時間內(nèi)發(fā)生失效 的*.5平均壽命：產(chǎn)品壽命的平均值 3與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，機械可靠性設(shè)計的轄點: 1在可靠性設(shè)計中，認為作用于卅上的裁荷（工作應(yīng)力）和材料的強度都不是確定童，而 是St機妞，具

10、有明顯的離散性質(zhì)。2在可靠性設(shè)計中，認為所設(shè)計的寒部件存在一定的失 效可能性，但央效概車應(yīng)控IH在允許范圍內(nèi)，不得超過允許值。4應(yīng)力一強度干涉模型：應(yīng)力S和強度4服從某一林分布，分別用/G）和g（5）表示應(yīng) 力和強度的概車密度函數(shù).將它們0在同一坐標系中，兩種分布曲線有重聲，如圖510的 右圖所示（圖中的陰形線部分），這種重疊稱為應(yīng)力一強度千涉現(xiàn)象。將這種千涉稱為應(yīng)力 _強度干涉模型。即根據(jù)應(yīng)力和35度千澇1況，計算干涉區(qū)內(nèi)強度小于應(yīng) 應(yīng)力廣義指引起失效的負荷，強度時抵抗失效的能力5什么是串聯(lián)，（并聯(lián)，混聯(lián)）系統(tǒng)？如何計算串聯(lián)，（并聯(lián)，混聯(lián)）系統(tǒng)的可靠度？ 串聯(lián)爲統(tǒng):若嚴品或系統(tǒng)是由幾個單元或子系統(tǒng)組成的而其中