《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》復(fù)習(xí)提綱

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 設(shè)計方法學(xué)1. 現(xiàn)代設(shè)計目標(biāo)：縮短產(chǎn)品設(shè)計周期；提高產(chǎn)品質(zhì)量；降低生產(chǎn)成本。 T-縮短產(chǎn)品設(shè)計周期 Q-提高產(chǎn)品質(zhì)量 C-降低其成本2. 傳統(tǒng)設(shè)計法特點：靜態(tài)的、經(jīng)驗的、手工式的、（近似計算） 現(xiàn)代設(shè)計法特點：動態(tài)的、科學(xué)的、計算機(jī)化的、（精確計算）3. 現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的發(fā)展分為：（1)直覺設(shè)計階段 （2)經(jīng)驗設(shè)計階段 （3)半理論半經(jīng)驗設(shè)計階段 （4)現(xiàn)代設(shè)計階段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)成的一個整體，即由兩個或兩個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)。

2、5.系統(tǒng)化設(shè)計的特征：由上而下、由總到細(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，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)計的步驟：8、評價的目標(biāo)內(nèi)容： （1) 技術(shù)評價目標(biāo)可行性，創(chuàng)造性，可靠性 （2) 經(jīng)濟(jì)評價目標(biāo)成本，利潤，市場潛力 （3）社會評價目標(biāo)社會效益和影響

3、 9.技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評價法 （a)技術(shù)價 Wt : Wt=(Piqi)/Pmax （Pi-各技術(shù)評分值；qi-加權(quán)系數(shù)；Pmax-最高分值5分或10分） （b)經(jīng)濟(jì)價Ww： Ww=Hi/H=0.7Hz/H （Hi-理想成本；H-實際成本） （c)技術(shù)-經(jīng)濟(jì)綜合評價 ： 均值法：W=（Wt+Ww)/2 雙曲線法： W= (Wt.Ww )10. 產(chǎn)品價值 V=F/C ( F-功能 C-成本)11.壽命周期成本（要會畫出它的曲線圖，并做分析） C=C1+C2 C1-生產(chǎn)成本 C2-使用成本12、提高V途徑（分5種情況討論） F /C =V 功能F /C =V 成本F /C =V 功能、成本F /C =V

4、 功能 F /C =V 成本第二章 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計1.優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型 統(tǒng)一形式描述： min f(x) x=x1,x2,xnT s.t. gi(x)<=0 i=1,2,3m hj(x)=o j=1,2,n(p<n)2. 迭代過程 X（k+1）=x（k）+（k）s（k） x（k）第K步迭代點 （k）第K步迭步長 s（k）第K步迭代方向3. 終止準(zhǔn)則：（1）點距準(zhǔn)則： (2)下降準(zhǔn)則： (3）梯度準(zhǔn)則： 4. 一維搜索方法 : 對一維（也稱一元或單變量）函數(shù)f(x)尋求其極值點x*就是一維優(yōu)化方法中限制最優(yōu)解問題。5. 無約束極小化問題（無約束優(yōu)化問題）：對于一個n維目標(biāo)函數(shù)，在沒有

5、任何限制條件下尋求它的極小點的問題。 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、共軛梯度法、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？ 前期屬于梯度法，收斂速度快；后期屬于牛頓法，在迭代極值點速度最快。8. 單純形法對整個區(qū)間的點進(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個設(shè)計點（n+1K2n）作為初始復(fù)合形的頂點。比較各頂點目標(biāo)函數(shù)值的大小，去掉目標(biāo)函數(shù)值最大的頂點(

6、稱最壞點)，以壞點以外其余各點的中心為映射中心，用壞點的映射點替換該點，構(gòu)成新的復(fù)合形頂點。反復(fù)迭代計算，使復(fù)合形不斷向最優(yōu)點移動和收縮，直至收縮到復(fù)合形的頂點與形心非常接近，且滿足迭代精度要求為止。初始復(fù)合形產(chǎn)生的全部K個頂點必須都在可行域內(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)點法、外點法、混合法）、廣義乘子法10、 要學(xué)會用公式構(gòu)造懲罰函數(shù)（內(nèi)點法和外點法）。內(nèi)點法外點法 混合法11. 要學(xué)會用黃金分割法、牛頓法，梯度法進(jìn)行具體的計算12. 多目標(biāo)優(yōu)化方法常用方法:（1）線性加權(quán)組合法；

7、（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包括三個部分： 前處理模塊、分析計算模塊、后處理模塊。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)離散成有限個單元，并在每一個單元中設(shè)定有限個節(jié)點，從而將連續(xù)體看作僅在節(jié)點處相連接的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量并在每一單元中假設(shè)一個近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，再建立用于求解節(jié)點未知量的有限元方程組，從而將一個連續(xù)域中的無限自由

8、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)點值后就可以通過設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至個集合體上的場函數(shù)。對每個單元，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態(tài)時，列出一系列以節(jié)點、位移為未知量的線性方程組，利用計算機(jī)解出節(jié)點位移后，再用彈性力學(xué)的有關(guān)公式，計算出各單元的應(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 ：

9、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、平面梁單元、空間梁單元。8、 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1.可靠性的由來和發(fā)展 研究對象：壽命特征 基礎(chǔ)：概率論、數(shù)理統(tǒng)計理論 知識：系統(tǒng)工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、價值工程學(xué)、安全工程學(xué)等2.機(jī)械可靠性設(shè)計的難點 1）應(yīng)力因素對機(jī)械產(chǎn)品的失效率的影響難以準(zhǔn)確預(yù)計 2）機(jī)械產(chǎn)品的壽命試驗都很昂貴。 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)定時間內(nèi)，完成規(guī)

10、定功能的能力。 四要素：）研究對象）規(guī)定的條件）規(guī)定的時間）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)定的時間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率。 R（t）+(t)=1 R(t)=1-F(t) 0R(t)1，0F(t)16、 失效率 (t) 失效率即故障率，是判斷產(chǎn)品失效規(guī)律的基本參數(shù)。 簡化定義：產(chǎn)品工作到時刻t,在此時刻以后的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。 近似計算公式為： *(t)=(n(t+t)-n(t)/(N-n(t)t)7、失效率曲線的三個特征區(qū)（要求能畫出浴盆曲線） 早期失效區(qū)試車、跑合階段 正常工作區(qū)使

11、用壽命區(qū)(t) 0 功能失效區(qū)疲勞和磨損階段8、會計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)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法完成維修的概率。(M(t) 有效度：可以維修的產(chǎn)品在某時刻具有或維持規(guī)定功能的概率。 可靠壽命tr 中位壽命及特征壽命t0.59、 應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論。（書p109）10、 可靠性系數(shù)的計算公式，并學(xué)會通過查表得出其可靠度。ZR-稱為可靠性系數(shù)（或可靠性指數(shù)） 兩類可靠性問題： 已知ZR，求R=(ZR)可靠性估計 已知R，求ZR=-1(R)可靠性設(shè)計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)

12、械系統(tǒng)可靠度分配一般遵循哪些原則？ （1）技術(shù)水平。對技術(shù)成熟的單元，能夠保證實現(xiàn)較高的可靠性，或預(yù)期投入使用時可靠性可有把握地增長到較高水平，則可分配給較高的可靠度。 （2）復(fù)雜程度。對較簡單的單元，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。對整個任務(wù)時間內(nèi)均需連續(xù)工作以及工作條件嚴(yán)酷，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)計方法有哪些？ 如并行

13、設(shè)計、相似設(shè)計、穩(wěn)健設(shè)計、綠色設(shè)計、智能設(shè)計、模糊設(shè)計、虛擬設(shè)計、動態(tài)設(shè)計和疲勞設(shè)計等2.CAE計算機(jī)輔助工程 CAM計算機(jī)輔助制造 CAPP計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（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 相關(guān)性設(shè)計是為設(shè)計工作提供了極大的方便，系統(tǒng)會自動地更新與用戶所修改的部分有關(guān)系的內(nèi)容。4.動態(tài)分析法 實際產(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)械系統(tǒng)，這時需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)分析。 用黑箱法對此進(jìn)行分析：首些要建立對象的數(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域中

14、的微分特性來描述其數(shù)學(xué)模型。5.變型設(shè)計 它是實現(xiàn)快速響應(yīng)的一種方法，這種方法特別強(qiáng)調(diào)對企業(yè)產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化重組，通過對企業(yè)現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的變型再設(shè)計，使企業(yè)的寶貴信息資源得到盡可能多的重用，從而實現(xiàn)快速響應(yīng)，以贏得市場。 基本方法：相似設(shè)計和模塊化設(shè)計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單的二維加工的組合。7.綠色設(shè)計的概念 通常也稱為生態(tài)設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、生命周期設(shè)計或環(huán)境意識設(shè)計等設(shè)計過程劃分：1）產(chǎn)品提高 2）產(chǎn)品再設(shè)計 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： 虛擬設(shè)計是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的新設(shè)計方法。它是以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對象的設(shè)計手段。9.虛擬現(xiàn)實： 在這工具幫助下，設(shè)計人員可預(yù)先以連續(xù)的、更加直觀的方式觀察和探索新概念、新工程或新產(chǎn)品。目前，沒有任何技術(shù)可以代替