《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方方法》復(fù)習(xí)提綱

1、第一章設(shè)計(jì)方法學(xué)1 .現(xiàn)代設(shè)計(jì)目標(biāo)： 縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期；提高產(chǎn)品質(zhì)量；降低生產(chǎn)成本。t-縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期q-提高產(chǎn)品質(zhì)量c-降低其成本2 .傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法特點(diǎn)：靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的、手工式的、（近似計(jì)算）現(xiàn)代設(shè)計(jì)法特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)的、科學(xué)的、計(jì)算機(jī)化的、（精確計(jì)算）3 .現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的發(fā)展分為：（1）直覺設(shè)計(jì)階段（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段（3）半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段（4）現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段4 .系統(tǒng)-執(zhí)行特定功能而達(dá)到特定目的，相互聯(lián)系，相互作用的元素。具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個(gè)整體，即由兩個(gè)或兩個(gè)以上的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和特定功能的整體都是系統(tǒng)。5 .系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的特征：由上而下、由總到

2、細(xì)。基本方法：系統(tǒng)的分析和綜合。6 .黑箱法定義：把系統(tǒng)看成是一個(gè)不透明的，不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”，在不打開黑箱的前提下，利用外部觀測(cè)，通過分析黑箱與周圍環(huán)境的信息聯(lián)系，了解其功能的一種方法。根據(jù)系統(tǒng)的某種輸入及要求獲得某種輸出的功能要求，從中尋找出某種物理效應(yīng)或原理來實(shí)現(xiàn)輸入-輸出之間的轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的解決方法，從而推求出“黑箱”的功能結(jié)構(gòu)，使“黑箱”逐漸變成“灰箱”、“白箱”的一種方法。7 .系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的步驟：山就原厚留.1y評(píng)價(jià)法/最佳/能原理/方案8、評(píng)價(jià)的目標(biāo)內(nèi)容：（1）技術(shù)評(píng)價(jià)目標(biāo)一一可行性，創(chuàng)造性，可靠性（2）經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)目標(biāo)一一成本，利潤(rùn)，市場(chǎng)潛力（3）社會(huì)評(píng)價(jià)目標(biāo)一一社會(huì)效益和

3、影響9.技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法a a）技術(shù)價(jià) wt : wt=（piqi）/pmax（pi-各技術(shù)評(píng)分值；qi-加權(quán)系數(shù)；pmax-最高分值5分或10分）(b)經(jīng)濟(jì)價(jià) ww： ww=hi/h=0.7hz/h(hi-理想成本；h-實(shí)際成本)(c)技術(shù)-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià) ：均值法：w= (wt+ww)/2雙曲線法：w= (wt.ww )10.產(chǎn)品價(jià)值 v=f/c(f-功能c-成本)11.壽命周期成本(要會(huì)畫出它的曲線圖，并做分析)c=c1+c2c1-生產(chǎn)成本c2-使用成本f tf 一f tf t tf j/c 一 =v/c j =v/c/c/c=vt =vj j =vt功能t成本t功能、成本t功能t成本第二

4、章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)1.優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型統(tǒng)一形式描述：min f(x) x=x1,x2,xn ts.t. gi(x)<=0 hj(x)=o2.迭代過程x (k+1)x (k)-a ( k)s (k)一i=1,2,3 j=1,2,mn(p<n)=x ( k) + a ( k) s (k)一第k步迭代點(diǎn)一第k步迭步長(zhǎng)一第k步迭代方向3 .終止準(zhǔn)則：|.(1)點(diǎn)距準(zhǔn)則：x(k 1) x k| k sk|1f(x(k1) f(xk)2（2）下降準(zhǔn)則：（3）梯度準(zhǔn)則：f （x k 1 ）|34 .一維搜索方法：對(duì)一維（也稱一元或單變量）函數(shù)f（x）尋求其極值點(diǎn)x*就是一維優(yōu)化方法 中限制最優(yōu)解問

5、題。5 .無約束極小化問題（無約束優(yōu)化問題） ：對(duì)于一個(gè)n維目標(biāo)函數(shù)，在沒有任何限制條件 下尋求它的極小點(diǎn)的問題。數(shù)學(xué)上表達(dá)為minf （x）x r n6、無約束優(yōu)化方法分為哪兩類方法，它們分別是什么？（1）非梯度算法（不使用導(dǎo)數(shù)信息）：隨機(jī)搜索法、坐標(biāo)輪換法、powell法、模式搜索法、單純形法；（2）梯度算法（使用導(dǎo)數(shù)信息）：梯度法、共輾梯度法、牛頓法、變尺度法。7、變尺度法集合了梯度法和牛頓法的哪些優(yōu)點(diǎn)？前期屬于梯度法，收斂速度快；后期屬于牛頓法，在迭代極值點(diǎn)速度最快。8 .單純形法對(duì)整個(gè)區(qū)間的點(diǎn)進(jìn)行搜索，典型的直接法。復(fù)合形法基本思路：在可行域中選取k個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)（n+1wkw2n）作為初

6、始復(fù)合形的頂點(diǎn)。比較各頂點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)值的大小，去掉目標(biāo)函數(shù)值最大的頂點(diǎn)（稱最壞點(diǎn)），以壞點(diǎn)以外其余各點(diǎn)的中心為映射中心，用壞點(diǎn)的映射點(diǎn)替換該點(diǎn)，構(gòu)成新的復(fù)合形頂點(diǎn)。反復(fù)迭代計(jì)算，使復(fù)合形不斷向最優(yōu)點(diǎn)移動(dòng)和收縮，直至收縮到復(fù)合形的頂點(diǎn)與形心非常接近，且滿足迭代精度要求為止。初始復(fù)合形產(chǎn)生的全部k個(gè)頂點(diǎn)必須都在可行域內(nèi)。9 .有約束優(yōu)化問題的分類：直接法包括：網(wǎng)格法、復(fù)合形法、隨機(jī)試驗(yàn)法、隨機(jī)方向法、可行方向法。間接法包括：懲罰函數(shù)法（內(nèi)點(diǎn)法、外點(diǎn)法、混合法）、廣義乘子法10、要學(xué)會(huì)用公式構(gòu)造懲罰函數(shù) 內(nèi)點(diǎn)法（內(nèi)點(diǎn)法和外點(diǎn)法）。(x,r(k) f (x)(x,r(k)f(x)(k)rmln( gi(

7、x) i 1（k1） cr（k）0lim r(k)k外點(diǎn)法(x,r(k) f(x)max(0,gi(x)2 hj(x)(k 1) c (k).r cr 1(x,r(k)混合法f(x)mr(k)1i 1 gi(x) r(k)2 hj(x)11 .要學(xué)會(huì)用黃金分割法、牛頓法，梯度法進(jìn)行具體的計(jì)算12 .多目標(biāo)優(yōu)化方法常用方法：（1）線性加權(quán)組合法；（2）功效系數(shù)法；（3）主要目標(biāo)法。第三章有限元法及其應(yīng)用1.你所知道的有限元分析軟件有哪些？ansys、sap、aska、marc、adina、nastran 、fepg、cosmos 等 2.ansys包括三個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊、后處理模

8、塊。3.有限元的基本思想是什么？（網(wǎng)上答案：自己刪節(jié)）是把連續(xù)的幾何機(jī)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而將連續(xù)體看作僅在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體，同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量并在每一單元中假設(shè)一個(gè)近似插值函數(shù)以表示單元中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，再建立用于求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程組，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度 問題。求解得到節(jié)點(diǎn)值后就可以通過設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至個(gè)集合體上的場(chǎng)函數(shù)。對(duì)每個(gè)單元，選取適當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù)， 使得該函數(shù)在子域內(nèi)部、在子域分界面上以及子域與外界面上都滿足一定的條件。單元組合體在已知外載荷作用下處于平衡狀

9、態(tài)時(shí)，列出一系列以節(jié)點(diǎn)、位移為未知量的線性方程組，利用計(jì)算機(jī)解出節(jié)點(diǎn)位移后，再用彈性力學(xué)的有關(guān)公式， 計(jì)算出各單元的應(yīng)力、應(yīng)變，當(dāng)各單元小到一定程度，那么它就代表連續(xù)體各處的真實(shí)情況。4、有限元法的分析過程？1）連續(xù)體離散化2）單元分析3）整體分析4）確定約束條件5）有限元方程求解6）結(jié)果分析與討論5、有限元求解應(yīng)力問題的三種方法：位移法、力法、混合法。6、有限元法的力學(xué)基礎(chǔ)是什么？彈性力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等7、三種常見桿狀單元：桿單元、平面梁?jiǎn)卧?、空間梁?jiǎn)卧?、形函數(shù)n:反映單元內(nèi)位移的分布形態(tài)，是x y坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。形函數(shù)n僅與坐標(biāo)值x y有關(guān)，與位移大小無關(guān)第四章機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)1

10、 .可靠性的由來和發(fā)展 研究對(duì)象：壽命特征 基礎(chǔ)：概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論 知識(shí)：系統(tǒng)工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、價(jià)值工程學(xué)、安全工程學(xué)等2 .機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的難點(diǎn)1)應(yīng)力因素對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的失效率的影響難以準(zhǔn)確預(yù)計(jì)2)機(jī)械產(chǎn)品的壽命試驗(yàn)都很昂貴。3)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)資源非常缺乏。3 .可靠性：是指產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。四要素：1)研究對(duì)象 2)規(guī)定的條件3)規(guī)定的時(shí)間4)規(guī)定的功能4 .可靠度r (t):產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。5、失效概率f (t):產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率。r (t) +(t)=1r(t)=1-f

11、(t)0<r(t)<1, 0<f(t)< 16、失效率入失效率即故障率，是判斷產(chǎn)品失效規(guī)律的基本參數(shù)。簡(jiǎn)化定義：產(chǎn)品工作到時(shí)刻t,在此時(shí)刻以后的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。近似計(jì)算公式為：入 *(t)=(n(t+ -n4t(n- n(t) a t 7、失效率曲線的三個(gè)特征區(qū)(要求能畫出浴盆曲線) 早期失效區(qū)一一試車、跑合階段 正常工作區(qū)一一使用壽命區(qū)入w入0功能失效區(qū)一一疲勞和磨損階段8、會(huì)計(jì)算以下可靠性壽命指標(biāo) 平均壽命mttf , mtbf mttf :mtbf :維修度：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法完成維修的概率。(m)有效度：可以維修的產(chǎn)品在某

12、時(shí)刻具有或維持規(guī)定功能的概率?？煽繅勖?tr中位壽命及特征壽命t0.59、應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論。(書 p109)1、基本概念若應(yīng)力，和強(qiáng)曳。妁為的田變量.貝此=口7也為隨機(jī)變量：產(chǎn)品要可秀,福滿足；e。即口品可養(yǎng)度為：r=p z0)= (05三。)可以導(dǎo)出h1號(hào)l4項(xiàng)成人制r =:> = f也或nmufl應(yīng)力、強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)的可靠度計(jì)算若n3，/)則 z = c-s-n(jiz,aj其中w“ %=白”；若令告則r=呵%)v°c+07io、可靠性系數(shù)的計(jì)算公式,并學(xué)會(huì)通過查表得出其可靠度。若令zr； s2則r照zr)： c szr-稱為可靠性系數(shù)(或可靠性指數(shù))兩類可靠性問題：

13、已知zr,求r=(zr)可靠性估計(jì)已知r,求zr=-1(r)可靠性設(shè)計(jì)10 .典型機(jī)械系統(tǒng)分為哪幾種？串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、表決系統(tǒng)11 .機(jī)械系統(tǒng)可靠度分配一般遵循哪些原則？(1)技術(shù)水平。對(duì)技術(shù)成熟的單元，能夠保證實(shí)現(xiàn)較高的可靠性，或預(yù)期投入使用時(shí)可 靠性可有把握地增長(zhǎng)到較高水平，則可分配給較高的可靠度。(2)復(fù)雜程度。對(duì)較簡(jiǎn)單的單元，組成該單元零部件數(shù)量少，組裝容易保證質(zhì)量或故障 后易于修復(fù)，則可分配給較高的可靠度。(3)重要程度。對(duì)重要的單元，該單元失效將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，或該單元失效常會(huì)導(dǎo)致 全系統(tǒng)失效，則應(yīng)分配給較高的可靠度。(4)任務(wù)情況。對(duì)整個(gè)任務(wù)時(shí)間內(nèi)均需連續(xù)工作以及工作條件嚴(yán)酷，

14、難以保證很高可靠 性的單元，則應(yīng)分配給較低的可靠度。其它章節(jié)(以概念題為主，此部分占分較少)1 .列出你所知道的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有哪些？如并行設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)、穩(wěn)健設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè) 計(jì)和疲勞設(shè)計(jì)等2 .cae 計(jì)算機(jī)輔助工程cam 計(jì)算機(jī)輔助制造capp 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(前兩者的聯(lián)系橋梁)pdm 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理mpr-ii 制造資源規(guī)劃erp企業(yè)資源規(guī)劃cim/cims現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)3 .相關(guān)性設(shè)計(jì)相關(guān)性設(shè)計(jì)是為設(shè)計(jì)工作提供了極大的方便，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地更新與用戶所修改的部分有 關(guān)系的內(nèi)容。4 .動(dòng)態(tài)分析法實(shí)際產(chǎn)品往往是由一定數(shù)量的零件通過各種方式聯(lián)接而成的機(jī)械系

15、統(tǒng)，這時(shí)需要對(duì)整個(gè) 系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。用黑箱法對(duì)此進(jìn)行分析：首些要建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，通常用復(fù)域中的傳遞函數(shù)、頻域 中的頻率特性及時(shí)域中的微分特性來描述其數(shù)學(xué)模型。5 .變型設(shè)計(jì)它是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的一種方法，這種方法特別強(qiáng)調(diào)對(duì)企業(yè)產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化、 規(guī)范化重組， 通過對(duì)企業(yè)現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的變型再設(shè)計(jì)， 使企業(yè)的寶貴信息資源得到盡可能多的重用， 從而 實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，以贏得市場(chǎng)。基本方法：相似設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)6 .快速成型它是近年來形成的一種全新技術(shù)，它完全擺脫傳統(tǒng)“去除材料”加工方法，而是采用全 新的“增加材料”加工法，將復(fù)雜的三維加工分解成簡(jiǎn)單的二維加工的組合。7 .綠色設(shè)計(jì)的概念通常也稱為生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、生命周期設(shè)計(jì)或環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)過程劃分：1）產(chǎn)品提高 2）產(chǎn)品再設(shè)計(jì) 3）產(chǎn)品功能創(chuàng)新 4）產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新8 .虛擬設(shè)計(jì)：虛擬設(shè)計(jì)是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的新設(shè)計(jì)方 法。它是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對(duì)象的設(shè)計(jì)手段。9 .虛擬現(xiàn)實(shí)：在這工具幫助下，設(shè)計(jì)人員可預(yù)先以連續(xù)的、更加直觀的方式觀察