現(xiàn)代設(shè)計方法緒論

1、教材：教材：現(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法梅順齊梅順齊 華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社 2009優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計 何忠保何忠保 吉林大學(xué)出版社吉林大學(xué)出版社 2005參考書：參考書：現(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法王安麟王安麟 華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社 2010最優(yōu)化理論與算法最優(yōu)化理論與算法陳寶林陳寶林 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 2005常用算法程序集常用算法程序集徐士良徐士良 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 2004課程目的：課程目的： 起到為有關(guān)專業(yè)課提供現(xiàn)代設(shè)計方法手段的作用起到為有關(guān)專業(yè)課提供現(xiàn)代設(shè)計方法手段的作用教學(xué)基本要求：教學(xué)基本要求： 1. 了解常用的現(xiàn)代設(shè)計方法的基本

2、原理及用途。了解常用的現(xiàn)代設(shè)計方法的基本原理及用途。 2. 在優(yōu)化設(shè)計方面受到一定的訓(xùn)煉，掌握必要的軟件應(yīng)在優(yōu)化設(shè)計方面受到一定的訓(xùn)煉，掌握必要的軟件應(yīng)用技術(shù)；培養(yǎng)解決專業(yè)設(shè)計研究的能力，為學(xué)習(xí)專業(yè)課準備用技術(shù)；培養(yǎng)解決專業(yè)設(shè)計研究的能力，為學(xué)習(xí)專業(yè)課準備技術(shù)基礎(chǔ)。技術(shù)基礎(chǔ)。于光遠：設(shè)計設(shè)想于光遠：設(shè)計設(shè)想+計算計算010203040506070設(shè)計設(shè)計生產(chǎn)準備生產(chǎn)準備與加工與加工原材料與原材料與外購件的采購?fù)赓徏牟少徆芾砗弯N售管理和銷售對成本的影響對成本的影響所需的工時成本所需的工時成本直覺設(shè)計直覺設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計半理論半經(jīng)驗設(shè)計半理論半經(jīng)驗設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計 17世紀世紀 20世紀

3、初世紀初 20世紀世紀60年代年代 1)1)直覺設(shè)計階段直覺設(shè)計階段 從自然現(xiàn)象中直接得到啟示，或憑人的從自然現(xiàn)象中直接得到啟示，或憑人的直觀感覺來設(shè)計制作工具。直觀感覺來設(shè)計制作工具。 2)2)經(jīng)驗設(shè)計階段經(jīng)驗設(shè)計階段 有經(jīng)驗的人將自己的經(jīng)驗或構(gòu)思用圖紙有經(jīng)驗的人將自己的經(jīng)驗或構(gòu)思用圖紙表達出來，然后根據(jù)圖紙組織生產(chǎn)。表達出來，然后根據(jù)圖紙組織生產(chǎn)。 3)3)半理論半經(jīng)驗設(shè)計階段半理論半經(jīng)驗設(shè)計階段 以理論計算和長期設(shè)計實踐形以理論計算和長期設(shè)計實踐形成的經(jīng)驗、公式、圖標、設(shè)計手冊等作為設(shè)計依據(jù)，通過經(jīng)驗成的經(jīng)驗、公式、圖標、設(shè)計手冊等作為設(shè)計依據(jù)，通過經(jīng)驗公式、近似系數(shù)或類比等方法進行設(shè)計

4、。公式、近似系數(shù)或類比等方法進行設(shè)計。 4)4)現(xiàn)代設(shè)計階段現(xiàn)代設(shè)計階段 設(shè)計工作實現(xiàn)設(shè)計自動化和精密計算。設(shè)計工作實現(xiàn)設(shè)計自動化和精密計算。同時，對產(chǎn)品的設(shè)計不僅考慮產(chǎn)品本身，還要考慮對系統(tǒng)和環(huán)同時，對產(chǎn)品的設(shè)計不僅考慮產(chǎn)品本身，還要考慮對系統(tǒng)和環(huán)境的影響；不僅考慮技術(shù)領(lǐng)域，還要考慮社會、經(jīng)濟等因素；境的影響；不僅考慮技術(shù)領(lǐng)域，還要考慮社會、經(jīng)濟等因素；不僅考慮當前，還要考慮長遠發(fā)展。不僅考慮當前，還要考慮長遠發(fā)展。 系統(tǒng)性：系統(tǒng)性：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法是邏輯的、系統(tǒng)的設(shè)計方法。方法是邏輯的、系統(tǒng)的設(shè)計方法。傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計方法是經(jīng)驗的、類比的設(shè)計方法。方法是經(jīng)驗的、類比的設(shè)計方法。 社會性

5、：社會性：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計開發(fā)新產(chǎn)品的整個過程，從產(chǎn)品的概念形成開發(fā)新產(chǎn)品的整個過程，從產(chǎn)品的概念形成到報廢處理的全壽命周期中的所有問題，都要以面向社會、面向到報廢處理的全壽命周期中的所有問題，都要以面向社會、面向市場為指導(dǎo)思想全面考慮解決。市場為指導(dǎo)思想全面考慮解決。傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計是由專業(yè)技術(shù)主管指導(dǎo)是由專業(yè)技術(shù)主管指導(dǎo)設(shè)計，設(shè)計過程中注意技術(shù)性，設(shè)計試制后進行經(jīng)濟分析、成本設(shè)計，設(shè)計過程中注意技術(shù)性，設(shè)計試制后進行經(jīng)濟分析、成本核算，很少考慮社會問題。核算，很少考慮社會問題。 創(chuàng)造性：創(chuàng)造性：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計強調(diào)激勵創(chuàng)造沖動，突出創(chuàng)新意識。強調(diào)激勵創(chuàng)造沖動，突出創(chuàng)新意識。傳統(tǒng)設(shè)傳統(tǒng)設(shè)計計

6、強調(diào)經(jīng)驗類比、直接主觀的決策。強調(diào)經(jīng)驗類比、直接主觀的決策。 最優(yōu)化：最優(yōu)化：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計重視綜合集成，在性能、技術(shù)、經(jīng)濟、制造重視綜合集成，在性能、技術(shù)、經(jīng)濟、制造工藝、使用、環(huán)境等各種約束條件下，和廣泛的學(xué)科領(lǐng)域之間，工藝、使用、環(huán)境等各種約束條件下，和廣泛的學(xué)科領(lǐng)域之間，通過計算機以高效率綜合集成最新科技成果，尋求最優(yōu)方案和參通過計算機以高效率綜合集成最新科技成果，尋求最優(yōu)方案和參數(shù)。數(shù)。傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計屬于自然優(yōu)化，難以對多變量系統(tǒng)在廣泛的影響因?qū)儆谧匀粌?yōu)化，難以對多變量系統(tǒng)在廣泛的影響因素下進行定量優(yōu)化。素下進行定量優(yōu)化。 動態(tài)化：動態(tài)化：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，考慮

7、載荷譜、負載率在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，考慮載荷譜、負載率等隨機變量，進行動態(tài)多變量最優(yōu)化。等隨機變量，進行動態(tài)多變量最優(yōu)化。傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計以靜態(tài)分析和少以靜態(tài)分析和少變量為主，將載荷、應(yīng)力等因素作集中處理，由此考慮安全系數(shù)，變量為主，將載荷、應(yīng)力等因素作集中處理，由此考慮安全系數(shù)，與實際工況相差較遠。與實際工況相差較遠。 宜人性：宜人性：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計強調(diào)產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的實用性、外觀質(zhì)量的強調(diào)產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的實用性、外觀質(zhì)量的美觀性、藝術(shù)性、時代性、在保證產(chǎn)品物質(zhì)功能的前提下，要求美觀性、藝術(shù)性、時代性、在保證產(chǎn)品物質(zhì)功能的前提下，要求對用戶產(chǎn)生新穎舒暢等精神功能。對用戶產(chǎn)生新穎舒暢等精神功能。傳

8、統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計強調(diào)產(chǎn)品的物質(zhì)功能，強調(diào)產(chǎn)品的物質(zhì)功能，忽視或不能全面考慮精神功能。忽視或不能全面考慮精神功能。 智能化：智能化：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計在已認識的人的思維規(guī)律基礎(chǔ)上，以計算在已認識的人的思維規(guī)律基礎(chǔ)上，以計算機為主模仿人的智能活動，能夠設(shè)計出高度智能化的產(chǎn)品。機為主模仿人的智能活動，能夠設(shè)計出高度智能化的產(chǎn)品。傳統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計設(shè)計在局部上自發(fā)地運用了某些仿生規(guī)律，但很難達到高度智能在局部上自發(fā)地運用了某些仿生規(guī)律，但很難達到高度智能化的要求?；囊蟆?CACA化：化：現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計廣泛使用計算機使設(shè)計、計算、繪圖、制造、廣泛使用計算機使設(shè)計、計算、繪圖、制造、改進一體化，大大提高設(shè)計精

9、度、穩(wěn)定性和效率，修改也極為方改進一體化，大大提高設(shè)計精度、穩(wěn)定性和效率，修改也極為方便。便。傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計是人工計算繪圖。是人工計算繪圖。傳統(tǒng)傳統(tǒng)現(xiàn)代現(xiàn)代開發(fā)性設(shè)計：開發(fā)性設(shè)計：應(yīng)用可行的新技術(shù)，創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計應(yīng)用可行的新技術(shù)，創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計工作原理和功能結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的產(chǎn)品，或趕超先進水平，工作原理和功能結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的產(chǎn)品，或趕超先進水平，或適應(yīng)政策要求，或避開市場熱點開發(fā)有特色的冷門或適應(yīng)政策要求，或避開市場熱點開發(fā)有特色的冷門產(chǎn)品。效益高、風(fēng)險大。產(chǎn)品。效益高、風(fēng)險大。適應(yīng)性設(shè)計：適應(yīng)性設(shè)計：工作原理方案保持不變，變更局部或工作原理方案保持不變，變更局部或增設(shè)部件，加強輔助功能。增設(shè)部件，加強

10、輔助功能。變型設(shè)計：變型設(shè)計：工作原理和功能結(jié)構(gòu)不變，變更現(xiàn)有產(chǎn)工作原理和功能結(jié)構(gòu)不變，變更現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置和尺寸，改進材料工藝。品結(jié)構(gòu)配置和尺寸，改進材料工藝。 產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段 產(chǎn)品規(guī)劃、明確設(shè)計任務(wù)就是決策開發(fā)新產(chǎn)品，為新技術(shù)系產(chǎn)品規(guī)劃、明確設(shè)計任務(wù)就是決策開發(fā)新產(chǎn)品，為新技術(shù)系統(tǒng)設(shè)定技術(shù)過程和邊界，是一項創(chuàng)造性的工作。要在統(tǒng)設(shè)定技術(shù)過程和邊界，是一項創(chuàng)造性的工作。要在集約信息集約信息、調(diào)研預(yù)測調(diào)研預(yù)測的基礎(chǔ)上，識別社會的真正需求，進行可行性分析，的基礎(chǔ)上，識別社會的真正需求，進行可行性分析，提出可行性報告和合理的設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù)項目表。提出可行性報告和合理的設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù)

11、項目表。 原理方案設(shè)計階段原理方案設(shè)計階段 是指新產(chǎn)品的功能原理設(shè)計。用系統(tǒng)化設(shè)計法將確定了的新是指新產(chǎn)品的功能原理設(shè)計。用系統(tǒng)化設(shè)計法將確定了的新產(chǎn)品總功能按層次分解為分功能直到功能元。用形態(tài)學(xué)矩陣來產(chǎn)品總功能按層次分解為分功能直到功能元。用形態(tài)學(xué)矩陣來組合按不同方法求得的各功能元的多個解，得到技術(shù)系統(tǒng)的多組合按不同方法求得的各功能元的多個解，得到技術(shù)系統(tǒng)的多個個功能原理解功能原理解。經(jīng)過必要的原理試驗，通過評價決策，尋求其。經(jīng)過必要的原理試驗，通過評價決策，尋求其中的最優(yōu)解即新產(chǎn)品的最優(yōu)原理方案，列表給出原理參數(shù)，并中的最優(yōu)解即新產(chǎn)品的最優(yōu)原理方案，列表給出原理參數(shù)，并作出新產(chǎn)品的功能原理

12、方案圖。作出新產(chǎn)品的功能原理方案圖。 技術(shù)設(shè)計階段技術(shù)設(shè)計階段 技術(shù)設(shè)計是把新產(chǎn)品的最優(yōu)原理方案具體化。技術(shù)設(shè)計是把新產(chǎn)品的最優(yōu)原理方案具體化。首先首先是總體設(shè)是總體設(shè)計，按照計，按照人人機機環(huán)境環(huán)境社會社會的合理要求，對產(chǎn)品各部的合理要求，對產(chǎn)品各部分的位置、運動、控制等進行總體布局。分的位置、運動、控制等進行總體布局。然后然后分為同時進行的分為同時進行的實用化設(shè)計實用化設(shè)計和和商品化設(shè)計商品化設(shè)計兩條設(shè)計路線，分別經(jīng)過兩條設(shè)計路線，分別經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計和和造型設(shè)計造型設(shè)計得到若干個結(jié)構(gòu)方案和外觀方案。分別經(jīng)過試驗和評得到若干個結(jié)構(gòu)方案和外觀方案。分別經(jīng)過試驗和評價，得到價，得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)

13、方案最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案和和最優(yōu)造型方案最優(yōu)造型方案。最后分別得出結(jié)構(gòu)設(shè)。最后分別得出結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)條件、總體布置草圖、結(jié)構(gòu)裝配草圖和造型設(shè)計技術(shù)條計技術(shù)條件、總體布置草圖、結(jié)構(gòu)裝配草圖和造型設(shè)計技術(shù)條件、總體效果草圖、外觀構(gòu)思模型。件、總體效果草圖、外觀構(gòu)思模型。 施工設(shè)計階段施工設(shè)計階段 施工設(shè)計是把技術(shù)設(shè)計的結(jié)果變成施工的技術(shù)文件。一般來施工設(shè)計是把技術(shù)設(shè)計的結(jié)果變成施工的技術(shù)文件。一般來說，要完成零件工作圖、部件裝配圖、造型效果圖、設(shè)計和使說，要完成零件工作圖、部件裝配圖、造型效果圖、設(shè)計和使用說明書、設(shè)計和工藝文件等。用說明書、設(shè)計和工藝文件等。表表1-4 1-4 機械產(chǎn)品設(shè)計一般進程機械產(chǎn)品

14、設(shè)計一般進程信息集約信息集約可行性報告、設(shè)計要求項目表可行性報告、設(shè)計要求項目表產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)預(yù)測調(diào)研預(yù)測調(diào)研可行性分析可行性分析明確任務(wù)要求明確任務(wù)要求總功能分析總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能分解功能載體組合功能載體組合功能原理方案功能原理方案( (多個多個) )功能元求解功能元求解原理試驗原理試驗評價決策評價決策最優(yōu)原理方案最優(yōu)原理方案結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)方案( (多個多個) )結(jié)構(gòu)價值分析結(jié)構(gòu)價值分析試驗?zāi)Ｐ驮囼災(zāi)Ｐ驮囼炘囼灴傮w設(shè)計總體設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計造型設(shè)計造型設(shè)計造型價值分析造型價值分析外觀方案外觀方案( (多個多個) )評價決策評價決策評價

15、決策評價決策最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案總體布置圖、裝配總體布置圖、裝配草圖、技術(shù)文件草圖、技術(shù)文件總體效果圖、總體效果圖、外觀效果模型外觀效果模型零件工作圖零件工作圖外觀件加工工藝、外觀件加工工藝、面飾工藝規(guī)程面飾工藝規(guī)程部件裝配圖部件裝配圖效果圖、檢驗標準效果圖、檢驗標準技術(shù)文件技術(shù)文件造型工藝文件造型工藝文件試制試制修改修改批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)技術(shù)服務(wù)用戶訪問用戶訪問波音波音777飛機飛機神經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的比較神經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的比較BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖中板斷面平均溫度中板斷面平均溫度9、 傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式是串行串行的：產(chǎn)品設(shè)計工藝設(shè)計計劃調(diào)度生產(chǎn)制造。設(shè)計工程師與制造工程師之間互相不了解，互相不交往，中間有如隔了一堵墻，效率低下。 并行工程并