現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法筆記

1、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法0 緒論0.1 設(shè)計(jì)流程與特點(diǎn)時(shí)效性、選擇性、創(chuàng)造性0.2 重要性占用資源相對(duì)少，影響全壽命成本相對(duì)高0.3 發(fā)展代表作書目0.4 內(nèi)涵理論：數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)方法：能實(shí)現(xiàn)概念，理論，經(jīng)驗(yàn)CAE，數(shù)據(jù)庫，智能化，三個(gè)階段簡介：0.4.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)0.4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)0.4.3 有限元微分差分難繁0.4.4 穩(wěn)健設(shè)計(jì)考慮設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程中的“噪聲”0.4.5 虛擬設(shè)計(jì)模擬真實(shí)環(huán)境，多感官互交0.4.6 創(chuàng)新設(shè)計(jì)現(xiàn)代創(chuàng)新方法0.4.7 智能設(shè)計(jì)知識(shí)處理+一般CAD0.4.8 其他設(shè)計(jì)方法1 CAD考：HTM，填空1.1 概述是技術(shù)，工程性很強(qiáng)1.1.1 基本概念和特點(diǎn)CAD: CAE,

2、 CAPP, CAM, CIMS等五大特點(diǎn)：高質(zhì)量規(guī)范、高效、互交、可視化、資源共享1.1.2 發(fā)展方向五大趨勢(shì)：標(biāo)準(zhǔn)、智能、集成、網(wǎng)絡(luò)、虛擬1.1.3 基本功能和優(yōu)點(diǎn)六大基本功能：人機(jī)互交、幾何造型、計(jì)算分析、系統(tǒng)仿真、工程繪圖、數(shù)據(jù)管理1.1.4 范疇1.1.5 組成1、 硬件計(jì)算機(jī)、圖形輸入設(shè)備、輸出設(shè)備（顯示和打印）2、 軟件系統(tǒng)軟件，支撐軟件，應(yīng)用軟件（二次開發(fā)）1.1.6 種類按硬件：集中式主機(jī)系統(tǒng)、小型機(jī)成套系統(tǒng)、微型機(jī)CAD系統(tǒng)、分布式網(wǎng)絡(luò)工程工作站工作方式和功能：檢索、派生、互交、智能1.2 基礎(chǔ)1.2.1 信息處理1、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)元素?cái)?shù)據(jù)模型（關(guān)系型、網(wǎng)絡(luò)型、層次型；描述

3、理論、方法）2、 設(shè)計(jì)資料處理程序化、數(shù)據(jù)庫3、 數(shù)表處理離散（儲(chǔ)存），連續(xù)（插值）4、 線圖處理公式、離散、插值1.2.2 圖形變換1、 坐標(biāo)系2、 二維變換（齊次坐標(biāo)）3、 三維變換（齊次坐標(biāo)）1.2.3 幾何造型！離散和曲線、曲面（沒有細(xì)看，比較復(fù)雜）1.3 應(yīng)用1.4 實(shí)例2 優(yōu)化設(shè)計(jì)考：計(jì)算，填空（有習(xí)題）2.1 概述2.2 一維優(yōu)化2.2.1 區(qū)間進(jìn)2退1/4，加倍2.2.2 試探法黃金分割0.618內(nèi)縮對(duì)稱補(bǔ)點(diǎn)，黃金分割2.3 無約束優(yōu)化2.3.1 坐標(biāo)輪換（有習(xí)題？）歐了2.3.2 牛頓（有習(xí)題）迭代為：2.4 約束優(yōu)化2.4.1 遺傳方法：1、 構(gòu)造染色體（編碼）010101

4、2、 隨機(jī)產(chǎn)生初始群010101，1100113、 計(jì)算每個(gè)染色體適應(yīng)度4、 復(fù)制（優(yōu)勝劣汰）適應(yīng)度排序，計(jì)算下一代比例5、 交叉編碼互換片段，檢查是否已存在。0100116、 變異隨機(jī)確定某染色體的某段基因，0-1互換（取反），檢查是否已存在。1101117、 重復(fù)36，直到結(jié)束區(qū)別：1、 多點(diǎn)2、 利用目標(biāo)函數(shù)，而不用導(dǎo)數(shù)等3、 編碼而不是參數(shù)本身4、 概率性逼近而不是確定性逼近相似的啟發(fā)式：粒子群、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2.4.2 罰函數(shù)（有習(xí)題）建立罰函數(shù)（新的目標(biāo)函數(shù)）：（罰因子、罰函數(shù)、懲罰項(xiàng)）內(nèi)點(diǎn)，罰因子等比C變?。ǔＳ?.10.5），只能不等式，初值在可行域內(nèi)，r0重要（150）。（有習(xí)題）

5、或外點(diǎn)，罰因子等比C變大，可以等式或不等式。（有習(xí)題），C=510混合，按內(nèi)點(diǎn)取罰因子2.4.3 復(fù)合形凸可行域情況下1、 初頂點(diǎn)a. 設(shè)計(jì)N個(gè)b. 設(shè)計(jì)1個(gè)，發(fā)散，檢查可行性，向中心收攏2、 評(píng)價(jià)頂點(diǎn)3、 除最壞點(diǎn)外的幾何中心4、 最壞點(diǎn)映射或次壞點(diǎn)映射不行的話用5、 收斂判斷和循環(huán)2.5 多目標(biāo)優(yōu)化2.5.1 問題提出2.5.2 主要目標(biāo)法一個(gè)為優(yōu)化目標(biāo)，其余為不等約束（限制范圍，而不是取最?。?.5.3 統(tǒng)一目標(biāo)法線性加權(quán)2.6 應(yīng)用3 有限元設(shè)計(jì)考：計(jì)算，填空3.1 基本思想與應(yīng)用另一種數(shù)值微積分；離散，線性，矩陣技巧3.2 彈性力學(xué)有限元基本理論3.2.1 基本假設(shè)1、 連續(xù)2、 完

6、全彈性3、 各向同性4、 均勻5、 微小6、 無初應(yīng)力3.2.2 基本方程：1、 平衡方程Where：；（體積力，表面力）2、 幾何方程Where：，形函數(shù)，節(jié)點(diǎn)的位移陣列3、 物理方程Where：4、 邊界條件都給力，都給位移，給位移和力。（共3個(gè)方向）3.2.3 基本原理1、 虛位移原理2、 最小勢(shì)能原理3.2.4 X1、 ，幾何矩陣，應(yīng)力矩陣2、Where：變分（求導(dǎo)）后：3.3 彈性力學(xué)有限元一般方法（有習(xí)題）3.3.1 結(jié)構(gòu)離散化3.3.2 單元位移模式和形函數(shù)3.3.3 構(gòu)造剛度矩陣，代入最小勢(shì)能方程Where：3.3.4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以在局部坐標(biāo)系中列出上述方程，然后轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)

7、。則：Where：3.3.5 總方程先按構(gòu)造，將按位置放上去，有重合的就加上。亦然（內(nèi)力不計(jì)，集中外力直接加上，分布外力未說、未看）。代入最小勢(shì)能方程：變分（求導(dǎo)）：3.3.6 邊界條件（1） i位移已知，將K中對(duì)應(yīng)對(duì)角元素為1、其他元素為0，r元素為：（2） 位移已知，將對(duì)應(yīng)對(duì)角元素乘以大數(shù)a，r中同行元素乘以a*c3.3.7 解出邊界處理過的矩陣方程后：將代入原方程，求解外力；將代入、，求解應(yīng)變；將代入、，求解應(yīng)力。3.4 若干問題3.4.1 模型有效性確認(rèn)1、 誤差2、 性能指標(biāo)（1） 可靠性（2） 精確性（3） 魯棒性（4） 計(jì)算成本經(jīng)濟(jì)性（5） 通用軟件規(guī)范性3.4.2 縮小解題規(guī)模

8、常用措施（有習(xí)題）1、 對(duì)稱和反對(duì)稱性2、 周期性3、 降維和幾何簡化4、 子結(jié)構(gòu)5、 線性化近似6、 多工況合并處理3.5 軟件介紹4 穩(wěn)健設(shè)計(jì)考：填空，等4.1 基本概念（有習(xí)題：機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般步驟，穩(wěn)健設(shè)計(jì)在機(jī)械中的應(yīng)用）該章節(jié)中，容差似乎和公差密切相關(guān)，不知道參考文獻(xiàn)和翻譯問題如何。4.1.1 基本概念設(shè)計(jì)參數(shù)在實(shí)施時(shí)的誤差也考慮在內(nèi)4.1.2 現(xiàn)代穩(wěn)健設(shè)計(jì)方差和偏差減少方差更難。一般步驟：（1） 建模。確定產(chǎn)品的指標(biāo)體系，建立可控與不可控因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響的質(zhì)量設(shè)計(jì)模型，該模型應(yīng)能充分顯示各功能因素變差對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量特性的影響。（2） 物理、仿真試驗(yàn)和/或數(shù)學(xué)分析。對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型進(jìn)行試

9、驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)值分析模擬計(jì)算，獲取質(zhì)量特性的可靠分析數(shù)據(jù)。（3） 尋優(yōu)。尋找穩(wěn)健優(yōu)化解或穩(wěn)健設(shè)計(jì)解，獲得穩(wěn)健產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。4.1.3 工程分析4.2 質(zhì)量信息和分析方法（有習(xí)題：不同模型的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)）4.2.1 產(chǎn)品的質(zhì)量4.2.2 質(zhì)量因素和質(zhì)量特性值4.2.3 質(zhì)量特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)4.3 基于質(zhì)量損失的穩(wěn)健設(shè)計(jì)（有習(xí)題：不同模型的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)）質(zhì)量損失模型基于信噪比和正交試驗(yàn)物品間、外、內(nèi)噪聲參數(shù)設(shè)計(jì)（可控因素）和容差設(shè)計(jì)（成本·質(zhì)量問題）4.4 基于響應(yīng)面模型的穩(wěn)健設(shè)計(jì)（有習(xí)題：不同模型的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)）基于實(shí)驗(yàn)（物理或仿真）多變量問題試驗(yàn)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)處理技術(shù)三個(gè)階段：因素篩

10、分（試驗(yàn)：物理-中心；仿真-正交）、尋域（線性擬合）、優(yōu)化（響應(yīng)面）4.5 基于容差模型的穩(wěn)健設(shè)計(jì)（有習(xí)題：不同模型的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)）容差和分布律，信噪關(guān)系名義變量已知，求容差有約束優(yōu)化問題4.6 基于隨機(jī)模型的穩(wěn)健設(shè)計(jì)（有習(xí)題：不同模型的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)）可控和不可控隨機(jī)變量，優(yōu)化函數(shù)變量為隨機(jī)變量4.7 基于成本·質(zhì)量模型的穩(wěn)健設(shè)計(jì)（有習(xí)題：不同模型的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)）容差成本模型，制造和質(zhì)量損失都考慮低成本高質(zhì)量兼顧由成本（容差）定質(zhì)量；由質(zhì)量定成本（容差）5 虛擬設(shè)計(jì)考：填空5.1 虛擬設(shè)計(jì)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)5.1.1 習(xí)題1概念：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。自然互交，多感官（視、聽、觸等）。創(chuàng)建和

11、體驗(yàn)虛擬世界。特征：多感知性，沉浸感組成：互交作用，視聽觸嗅5.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)主要是定性；虛擬與現(xiàn)實(shí)（人、環(huán)境等）的互交、疊加等5.2.1 習(xí)題25.2.2 習(xí)題3結(jié)構(gòu)：分類：5.3 虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)新型輸入輸出設(shè)備，昂貴設(shè)備等5.4 虛擬設(shè)計(jì)/制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)繼承了CAD，強(qiáng)化了可視化，增加了其他感知，可以實(shí)現(xiàn)虛擬裝配等5.4.1 習(xí)題5硬件基礎(chǔ)：5.4.2 習(xí)題45.5 虛擬設(shè)計(jì)建模基礎(chǔ)主要是幾何和圖5.5.1 習(xí)題6環(huán)境：5.5.2 習(xí)題7 5.5.3 習(xí)題8圖像，投影序列圖像，特征匹配（插補(bǔ)整合），邊緣平滑處理（加權(quán)），縫合（重渲染） 圖像貼在幾何模型上，降低幾何模型成本

12、5.5.4 習(xí)題96 創(chuàng)新設(shè)計(jì)填空6.1 創(chuàng)新方法與TRIZ創(chuàng)新問題解決方法TRIZ；核心思想6.1.1 創(chuàng)造性思維理論、發(fā)散、逆向、側(cè)向6.1.2 創(chuàng)新方法傳統(tǒng)：試錯(cuò)、扁平商議、分解組合6.1.3 TRIZ產(chǎn)生和發(fā)展6.1.4 基本內(nèi)容1、 核心思想（1） 技術(shù)系統(tǒng)不斷遇到難題，不斷進(jìn)步（2） 難題反復(fù)出現(xiàn)，可以解決，往往最有效的方法來自其它領(lǐng)域（3） 技術(shù)分理想狀態(tài)是最小消耗最大收益2、 理論主要內(nèi)容3、 基本概念6.2 設(shè)計(jì)沖突及其消解6.2.1 設(shè)計(jì)中的沖突6.2.2 技術(shù)沖突及解決1、 39個(gè)通用參數(shù)物理、技術(shù)正向、技術(shù)負(fù)向2、 40條創(chuàng)新原理1） 分割2） 抽取、提取3） 局部質(zhì)量

13、（過渡）4） 非對(duì)稱5） 合并6） 多功能7） 嵌套8） 質(zhì)量補(bǔ)償9） 預(yù)加反作用（物理層）10） 預(yù)操作（操作）11） 預(yù)防（增加可靠性）12） 等勢(shì)（例如，高度）13） 反向作用14） 曲面化（離心力）15） 動(dòng)態(tài)（各階段都佳）16） 過量或不足作用（不是正好）17） 增加緯度（上下鋪）18） 機(jī)械震動(dòng)（利用共振等）19） 周期性20） 連續(xù)有效工作21） 快速通過22） 變害為利23） 反饋24） 中介、媒介25） 自服務(wù)（潛艇自制淡水）26） 復(fù)制、廉價(jià)替代27） 一次性用品28） 其它領(lǐng)域替代（部分）機(jī)械功能29） 氣動(dòng)、液壓30） 軟殼、薄膜（隔離）31） 多孔32） 顏色、變色33） 同質(zhì)（或相近，成套設(shè)備）34） 拋棄和自動(dòng)再生（來補(bǔ)償拋棄部分）35） 改變特性36） 相變37） 熱膨脹38） 加速氧化（還原呢？）39） 惰性介質(zhì)40） 復(fù)合材料3、 矛盾矩陣將39個(gè)通用參數(shù)和40條發(fā)明原理對(duì)應(yīng)6.2.3 物理矛盾及解決核心技：沖突雙方的分離1、 空間分離2、 時(shí)間分離3、 條件分離4、 總體與部分（宏觀與微觀）7 智能設(shè)計(jì)填空7.1 概述CAD完成基于數(shù)學(xué)模型的計(jì)算；智能設(shè)計(jì)完成基