《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 6 -本科生課程大綱課程名稱現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法（Modern Mechanical Design Theory and Methodology）課程代碼082103101255課程屬性專業(yè)知識課時/學(xué)分48/3課程性質(zhì)必修實踐學(xué)時責(zé)任教師 課外學(xué)時16課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修一、 課程介紹 1.課程描述：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法課程的作用是使學(xué)生掌握現(xiàn)代廣義設(shè)計領(lǐng)域中普遍運用的科學(xué)技術(shù)方法及其設(shè)計規(guī)律，從而拓寬學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計意識。使學(xué)生在概要了解現(xiàn)代化設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，重點掌握創(chuàng)新設(shè)計方法學(xué)、最優(yōu)化設(shè)

2、計、可靠性設(shè)計和有限元方法的基本理論及其在機(jī)械設(shè)計工程實踐中應(yīng)用的一般原則，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程和日后從事機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)工作打下良好的基礎(chǔ)。2.設(shè)計思路：依據(jù)2016版機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對應(yīng)畢業(yè)生應(yīng)具備的知識和能力相關(guān)要求，本課程在課堂教學(xué)方面應(yīng)著重加強(qiáng)現(xiàn)代設(shè)計理論及方法中的基本概念、基本理論和基本方法的深入探究，同時注意激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新開發(fā)能力，并輔助于課外創(chuàng)新實踐活動，提高學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的能力，提升工作質(zhì)量和效率。課程對應(yīng)的畢業(yè)生能力支撐矩陣要求見下表。序號課程內(nèi)容機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生能力要求1.41.62.12.22.32.53.13.2

3、4.41現(xiàn)代設(shè)計理論與方法概述2創(chuàng)新設(shè)計方法學(xué)3最優(yōu)化設(shè)計4可靠性設(shè)計5數(shù)字化設(shè)計及仿真技術(shù)具體要求學(xué)生掌握以下專業(yè)知識和技能： （1）了解現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計原理與方法； （2）將所學(xué)知識用于機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計、制造及控制系統(tǒng)設(shè)計過程中的計算、分析、研究。 （3）能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析機(jī)電系統(tǒng)出現(xiàn)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性、控制、振動、腐蝕等問題，并可獲得有效結(jié)論。（4）能夠針對滿足實用性、可靠性、穩(wěn)定性等要求的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計解決方案，并能在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。（5）能夠設(shè)計滿足陸上及水下作業(yè)等特定工作環(huán)境，及輕量化、智能化、美觀化等特定要求的機(jī)電系

4、統(tǒng)、機(jī)械部件和機(jī)械制造工藝，同時考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。（6）掌握常見機(jī)械產(chǎn)品所用制造技術(shù)與材料的種類、牌號、性能、加工方法及其適用場合，在機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計過程中能綜合考慮使用環(huán)境、材料與零部件選擇、加工方法及成本、裝配、控制、通訊、搬運等工程設(shè)計要素。（7）能夠針對特定工作環(huán)境及特定需求的機(jī)電系統(tǒng)，利用先進(jìn)設(shè)計軟件、計算與仿真軟件進(jìn)行設(shè)計計算、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、單元設(shè)備設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化，包括對該機(jī)電系統(tǒng)的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。（8）能夠在機(jī)械工程、控制工程、海洋工程及通訊工程等背景下的團(tuán)隊中發(fā)揮骨干作用；具有一定的組織管理能力、較強(qiáng)的自我控制能力和

5、人際交往能力，能以機(jī)械為主體整合與其相關(guān)的多個領(lǐng)域；具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，自信、靈活地處理新的人際環(huán)境和職場環(huán)境。（9）適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，具備終身學(xué)習(xí)和適應(yīng)機(jī)械工程新技術(shù)發(fā)展的能力。3. 課程與其他課程的關(guān)系：先修課程：機(jī)械設(shè)計。本課程在學(xué)生修完高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、C語言程序設(shè)計的基礎(chǔ)上，完成了機(jī)械設(shè)計課程學(xué)習(xí)后的能力提升課程，旨在提升學(xué)生的工程設(shè)計能力，并為后期專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)本課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、最優(yōu)化、可靠性設(shè)計理念和能力，并可運用有限元等數(shù)字化仿真分析技術(shù)對設(shè)計方案進(jìn)行模擬和評估，提高學(xué)生的國際視野和掌握現(xiàn)代設(shè)計理論好方法的工程設(shè)計能力，達(dá)到華盛頓

6、公約要求的國際工程師認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)符合國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要的工程技術(shù)人才。（1）現(xiàn)代設(shè)計理論與方法概述 使學(xué)生理解現(xiàn)代設(shè)計方法的基本概念、明晰傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計的特點，了解常用現(xiàn)代設(shè)計方法。（2）創(chuàng)新設(shè)計方法學(xué) 使學(xué)生了解設(shè)計方法學(xué)的研究內(nèi)容、了解設(shè)計系統(tǒng)/技術(shù)系統(tǒng)及其設(shè)計類型、掌握運用系統(tǒng)化設(shè)計法進(jìn)行原理方案設(shè)計的主要步驟、理解創(chuàng)新性設(shè)計的基本特點及常用創(chuàng)造技法、理解TRIZ理論的基本原理和方法、掌握設(shè)計中的評價和決策方法。（3）優(yōu)化設(shè)計 使學(xué)生掌握優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述和所需數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、熟練掌握一維搜索的優(yōu)化方法、熟練掌握無約束多維優(yōu)化設(shè)計方法、熟練掌握約束優(yōu)化方法。（4）可靠性設(shè)計 使學(xué)生熟練掌握

7、可靠性設(shè)計的基本概念和相關(guān)理論、掌握產(chǎn)品的失效率曲線、掌握可靠性工程中常用概率分布函數(shù)、掌握可靠性設(shè)計原理、熟練掌握機(jī)械靜強(qiáng)度可靠設(shè)計計算方法、掌握故障樹分析方法。（5）數(shù)字化設(shè)計及仿真技術(shù) 使學(xué)生掌握小位移彈性理論的基本方程與力學(xué)原理、掌握平面問題有限元方法、掌握空間問題有限元方法，能夠利用有限元等現(xiàn)代數(shù)字化仿真分析技術(shù)對設(shè)計方案進(jìn)行模擬和評估，提高工程設(shè)計能力。三、學(xué)習(xí)要求現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法課程，要求學(xué)生具備較為扎實的高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、C語言程序設(shè)計等知識基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生掌握現(xiàn)代廣義設(shè)計領(lǐng)域中普遍運用的科學(xué)技術(shù)方法及其設(shè)計規(guī)律的專業(yè)課程。要學(xué)好本課程，學(xué)生必須： （1）按時上課、認(rèn)真

8、聽講，積極參與課堂討論及典型案例分析。本課程將包含課下作業(yè)、課堂討論環(huán)節(jié)。 （2）保質(zhì)保量的按時完成課程作業(yè)，選擇典型題目作課堂討論，提升學(xué)習(xí)效果。 （3）本課程重視、鼓勵同學(xué)們參與科研實踐活動，并在工程實踐中注重應(yīng)用所學(xué)現(xiàn)代設(shè)計理論和方法。四、教學(xué)內(nèi)容（一）課堂教學(xué)內(nèi)容內(nèi)容順序計劃課時主要內(nèi)容概述1. 現(xiàn)代設(shè)計理論與方法概述61、現(xiàn)代設(shè)計方法的基本概念。2、傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計的特點。3、常用現(xiàn)代設(shè)計方法簡介。2. 創(chuàng)新設(shè)計方法學(xué)121、設(shè)計方法學(xué)的研究內(nèi)容。2、設(shè)計系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)及其設(shè)計類型。3、運用系統(tǒng)化設(shè)計法進(jìn)行原理方案設(shè)計的步驟。4、創(chuàng)新性設(shè)計的基本特點及常用創(chuàng)造技法。5、TRIZ理論

9、的基本原理和方法。6、設(shè)計中的評價和決策方法。3. 最優(yōu)化設(shè)計121、優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述和所需數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。2、一維搜索的優(yōu)化方法。3、無約束多維優(yōu)化設(shè)計方法。4、約束優(yōu)化方法。5、最優(yōu)化設(shè)計方法在機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用。4. 可靠性設(shè)計101、可靠性設(shè)計的基本概念和相關(guān)理論。2、產(chǎn)品的失效率曲線。3、可靠性工程中常用概率分布函數(shù)。4、可靠性設(shè)計原理。5、機(jī)械靜強(qiáng)度可靠設(shè)計計算方法。6、故障樹分析方法。7、可靠性設(shè)計方法在機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用。5. 數(shù)字化設(shè)計及仿真技術(shù)81、小位移彈性理論的基本方程與力學(xué)原理。2、平面問題有限元法。3、空間問題有限元法。4、基于有限元法的數(shù)字化設(shè)計及仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用。（二）課外作業(yè)利用課堂所學(xué)理論和方法，要求在課外完成下列實踐學(xué)習(xí)內(nèi)容。編制課程所學(xué)優(yōu)化設(shè)計方法的C語言程序；針對自己機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計所設(shè)計的產(chǎn)品，建立其故障樹分析模型；自學(xué)一種商業(yè)化有限元軟件，針對自己機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計所設(shè)計的產(chǎn)品，對其中的關(guān)鍵零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度評估分析。五、參考教材與主要參考書1 王鳳岐，張連洪，邵宏宇. 現(xiàn)代設(shè)計方法，天津大學(xué)出版社，20042 萬耀青，阮寶湘. 機(jī)電工程現(xiàn)代設(shè)計方法，北京理工大學(xué)出版社，1994六、成績評定（一）考核方式 E.其他 ：A.閉卷考試 B.開卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績綜合評分體系： 成績綜合評