現(xiàn)代設計技術的內涵與體系結構

現(xiàn)代設計技術的內涵與體系結構演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有86頁\編輯于星期日現(xiàn)代設計技術的內涵與體系結構現(xiàn)在是2頁\一共有86頁\編輯于星期日第二章現(xiàn)代設計技術2.1現(xiàn)代設計技術的內涵與體系結構 2.2計算機輔助設計(CAD)技術2.3有限元分析2.4現(xiàn)代設計方法

現(xiàn)在是3頁\一共有86頁\編輯于星期日第二章現(xiàn)代設計技術2.1現(xiàn)代設計技術的內涵與體系結構 2.2計算機輔助設計(CAD)技術2.3有限元分析2.4現(xiàn)代設計方法

現(xiàn)在是4頁\一共有86頁\編輯于星期日2.1現(xiàn)代設計技術內涵與體系結構2.1.1機械設計發(fā)展的基本歷程2.1.2現(xiàn)代設計技術的內涵和特點2.1.3現(xiàn)代設計技術體系結構

現(xiàn)在是5頁\一共有86頁\編輯于星期日2.1.1現(xiàn)代設計技術的內涵與特點

(1).設計、設計技術的定義設計技術：設計過程中解決具體設計問題的各種方法和手段

設計：人類改造自然的一種基本活動，也是一種復雜的創(chuàng)造性思維過程?，F(xiàn)在是6頁\一共有86頁\編輯于星期日(2).設計技術的發(fā)展傳統(tǒng)設計技術現(xiàn)代設計技術主要依靠設計者的經(jīng)驗，并參考類似的機械設計經(jīng)驗，即通過類比分析的方法進行設計以電子計算為手段，建立在現(xiàn)代管理技術之上，運用工程設計的新理念和新方法，實現(xiàn)計算結果最優(yōu)化、設計過程高效化和自動化的設計技術?，F(xiàn)在是7頁\一共有86頁\編輯于星期日動態(tài)、科學、主動、現(xiàn)代方法和手段傳統(tǒng)設計技術的繼承和發(fā)展，多專業(yè)和多學科交叉，綜合性技術?，F(xiàn)代設計技術靜態(tài)、經(jīng)驗、被動、手工傳統(tǒng)設計技術傳統(tǒng)技術難以滿足設計的要求。現(xiàn)在是8頁\一共有86頁\編輯于星期日（3

）.現(xiàn)代設計技術的特點1.產(chǎn)品結構分析的定量化；2.產(chǎn)品工作狀態(tài)分析的動態(tài)化；3.產(chǎn)品質量分析的可靠化；4.產(chǎn)品設計結果的最優(yōu)化；5.產(chǎn)品設計過程的高效化和自動化。引入有限元及邊界元方法，實現(xiàn)對任何產(chǎn)品的定量化分析利用理論及測試數(shù)據(jù)建造與實際工況相符合的數(shù)學模型，通過計算機分析計算，預測產(chǎn)品的動態(tài)性能和改進效果把零部件或整機中各種具有離散性的性能及參數(shù)均視為隨機變量?；诟怕收摻ㄔ炷Ｐ筒⑦M行分析計算，從而定量地作出產(chǎn)品質量的可靠性預測根據(jù)產(chǎn)品的設計目標、性能及要求構造數(shù)學模型，應用數(shù)學規(guī)劃理論和數(shù)值計算方法，通過計算機求得最優(yōu)化結果教會計算機，讓計算機完成設計過程的高效化和自動化現(xiàn)在是9頁\一共有86頁\編輯于星期日主體技術基礎技術支撐技術應用技術傳統(tǒng)設計理論與方法各產(chǎn)品領域知識與技術計算機輔助設計技術現(xiàn)代設計方法學可信性設計技術設計試驗技術相關學科與技術先進制造工藝材料科學自動化技術系統(tǒng)管理技術自然科學政治經(jīng)濟文化社會科學市場營銷學……….現(xiàn)代設計技術體系結構框圖（4）.現(xiàn)代設計技術體系現(xiàn)代設計技術由4個不同層次的技術所組成，計算機輔助設計技術CAD是現(xiàn)代設計技術的主體技術CAD技術、優(yōu)化設計、有限元分析、虛擬設計和工程數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)設計、模塊化設計、反求工程、綠色設計、模糊設計和工業(yè)設計等。可靠性設計、安全性設計、動態(tài)設計、疲勞設計、耐腐蝕設計、健壯設計和人機工程設計等。產(chǎn)品的性能試驗、可靠性試驗、數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等?，F(xiàn)在是10頁\一共有86頁\編輯于星期日1.基礎技術（理論基礎+發(fā)展源泉）基礎技術是指傳統(tǒng)的設計理論與方法，特別是運動學、靜力學與動力學、材料力學、結構力學、熱力學、電磁學、工程數(shù)學的基本原理與方法等。2.主體技術（主干）現(xiàn)代設計技術的誕生和發(fā)展與計算機技術的發(fā)展息息相關、相輔相成。計算機科學與設計技術結合產(chǎn)生計算機輔助設計、智能CAD(IntelligentCAD，ICAD)、優(yōu)化設計、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設計和工程數(shù)據(jù)庫等技術。運用現(xiàn)代設計技術的多種理論與方法如優(yōu)化設計、可靠性設計、模糊設計等理論構造的數(shù)學模型，來編制計算機應用程序，可以更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計算機的“智力”。

因此計算機輔助設計技術正是以它對數(shù)值計算和對信息與知識的獨特處理能力，成為現(xiàn)代設計技術群體的主干，即主體技術?，F(xiàn)在是11頁\一共有86頁\編輯于星期日3.支撐技術支撐技術主要有現(xiàn)代設計方法學、可信性設計技術、試驗設計技術?，F(xiàn)代設計方法學涉及的內容很廣，如并行設計、系統(tǒng)設計、功能設計、模塊化設計、價值工程、質量功能配制、反求工程、綠色設計、模糊設計、面向對象設計、工業(yè)造型設計等?？尚判栽O計是廣義的可靠性設計的擴展，主要指可靠性與安全性設計、動態(tài)分析與設計、防斷裂設計、健壯設計、耐環(huán)境設計等。試驗設計技術包括可靠性試驗、環(huán)保性能試驗與控制，以及運用計算機技術的數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等。現(xiàn)在是12頁\一共有86頁\編輯于星期日4.應用技術應用技術是針對使用目的解決各類具體產(chǎn)品設計問題的技術，如機床、汽車、工程機械、精密機械的現(xiàn)代設計內容可以看作是現(xiàn)代設計技術派生出來的具體技術群。

現(xiàn)代設計已擴展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、營銷、運行、回收等各個方面，除了必要的傳統(tǒng)設計理論與方法的基礎知識外，相關的學科與技術，尤其是制造工藝、自動化技術、系統(tǒng)管理技術、材料知識與經(jīng)驗及廣泛的自然科學知識等也是十分必要的。此外，設計產(chǎn)品總是以滿足社會需求為目的的，因此，設計人員還應具備政治、經(jīng)濟、法律、人文社會、藝術等方面的知識與素養(yǎng)?，F(xiàn)在是13頁\一共有86頁\編輯于星期日是以計算機為工具，處理產(chǎn)品設計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成產(chǎn)品設計過程的綜合計算機應用技術2.2.1計算機輔助設計的基本概念計算機輔助設計概念2.2計算機輔助設計（CAD）技術現(xiàn)在是14頁\一共有86頁\編輯于星期日零件造型、產(chǎn)品裝配、工程圖繪制、文檔設計產(chǎn)品渲染、動態(tài)顯示工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計、運動學及動力學仿真2.2.1計算機輔助設計的基本概念CAD技術主要功能現(xiàn)在是15頁\一共有86頁\編輯于星期日現(xiàn)在是16頁\一共有86頁\編輯于星期日3DMAX現(xiàn)在是17頁\一共有86頁\編輯于星期日UG有限元分析現(xiàn)在是18頁\一共有86頁\編輯于星期日(1)20世紀50年代—CAD技術的萌芽期。1950年美國麻省理工學院研制出旋風型圖形顯示設備(2)20世紀60年代—CAD技術的成長期。1962年SketchPAD圖形系統(tǒng)、首次提出了計算機圖形學；1965年美國洛克希德飛機公司推出CAD/CAM(3)20世紀70年代—CAD技術的發(fā)展期。

三維建模及繪圖工具，曲面模型得到初步應用(4)20世紀80年代—CAD技術的普及期。復雜曲面描述技術，實體建模技術趨于成熟。(5)20世紀90年代—CAD技術集成化期。網(wǎng)絡環(huán)境下的CAD系統(tǒng)成為主流的設計平臺2.2.2計算機輔助設計的產(chǎn)生背景現(xiàn)在是19頁\一共有86頁\編輯于星期日1、產(chǎn)品造型建模技術

線框模型：以頂點和棱邊描述三維形體，為兩表結構；

表面模型：以表面描述形體方法，為三表結構；

實體建模：能完整表示三維的幾何信息和拓撲信息，有掃描表示法、邊界表示法、構造實體幾何法等結構形式；

特征模型：以具有工程語義的各類特征來定義描述形體的方法，便于CAD/CAM技術的集成。2、單一數(shù)據(jù)庫與相關性設計單一數(shù)據(jù)庫：與設計相關數(shù)據(jù)來自同一數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)產(chǎn)品相關性設計，提高設計質量，縮短開發(fā)周期。相關性設計：任何設計改動，都將及時反映到其它相關環(huán)節(jié)上。如：零件圖-產(chǎn)品裝配圖-零件數(shù)控程序-二維工程圖；左視圖-主視圖-俯視圖-三維實體模型；2.2.3計算機輔助設計的關鍵技術特征建?，F(xiàn)在是20頁\一共有86頁\編輯于星期日2.2.3計算機輔助設計的關鍵技術3、NURBS曲面造型技術NURBS（Non-UnifromRationalB-Splines）可統(tǒng)一自由曲線/曲面和規(guī)則曲線/曲面的數(shù)學模型，簡化系統(tǒng)結構，有利于曲線、曲面操作和修改。4、CAD與CAX集成技術CAD與CAX集成涉及建模技術、工程數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交換接口等技術。包括如下集成：①CAD/CAE/CAPP/CAM--工程設計領域集成；②CAD/ERP--與管理系統(tǒng)集成；③

異地、異構系統(tǒng)企業(yè)間CAD集成，如全球化設計、虛擬設計、虛擬制造及虛擬企業(yè)等。5、標準化技術

目的：支持異構、跨平臺的工作環(huán)境。如：IGES（InitialGraghicalExchangeSystem)圖形交換標準；STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準?，F(xiàn)在是21頁\一共有86頁\編輯于星期日CAD技術的研究熱點計算機輔助產(chǎn)品的概念設計

難題：建模和推理計算機支持的協(xié)同設計

難題：信息實時可靠交換；異構環(huán)境下可靠運行；通訊方法與手段海量信息處理

存儲、管理和檢索技術

智能CAD技術：將人工智能技術與CAD技術融為一體，難題：解決人類思維模型建立和表達CAD與虛擬現(xiàn)實（VR）技術的集成

VR向設計者提供視覺、聽覺、觸覺等直觀、自然、實時的感知，目前VR所需軟硬件價格昂貴，技術開發(fā)難度大計算機安全

技術保密，防病毒感染現(xiàn)在是22頁\一共有86頁\編輯于星期日計算機輔助設計軟件的應用多用途車概念設計－基本結構平臺多用途車概念設計－礦山運輸車多用途車概念設計－油罐車多用途車概念設計－集裝箱運輸車現(xiàn)在是23頁\一共有86頁\編輯于星期日裝甲車輛概念設計計算機輔助設計軟件的應用現(xiàn)在是24頁\一共有86頁\編輯于星期日機車概念設計計算機輔助設計軟件的應用現(xiàn)在是25頁\一共有86頁\編輯于星期日數(shù)控車銑中心透視汽車的內部結構虛擬檢修工飛機底艙的復雜管路虛擬人檢驗飛機的可維修性摩托車外觀的藝術渲染計算機輔助設計軟件的應用現(xiàn)在是26頁\一共有86頁\編輯于星期日建立物理問題的數(shù)學方程和尋求所建立方程的解算方法是數(shù)學、物理界最主要的工作之一。有限元法是求解微分方程的一種數(shù)值方法。微分方程的重要性決定了有限元的理論及工程意義。2.3有限元分析一元N次方程（直接求解、數(shù)值迭代）常微分方程（直接積分，Euler法，Runge-Kutta法，差分法）偏微分方程（差分法，邊界元法，Ritz法，Galerkin法,有限元法).......方程（解法）現(xiàn)在是27頁\一共有86頁\編輯于星期日有限元法2.3.1有限元法的基本概念和特點

有限元法FEM（FiniteElementMethod）一種求解工程數(shù)學物理問題近似解的數(shù)值分析方法，有限元分析FEA（FiniteElementAnalysis）則是采用有限元法來近似求解數(shù)學物理問題的過程。

有限元法的基本思想是將物體（即連續(xù)求解域）離散成有限個且按一定方式相互連接在一起的單元組合，來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題進行求解。現(xiàn)在是28頁\一共有86頁\編輯于星期日性能仿真分析

有限元分析－性能仿真現(xiàn)在是29頁\一共有86頁\編輯于星期日運動學動力學仿真分析有限元分析－運動學動力學仿真現(xiàn)在是30頁\一共有86頁\編輯于星期日結構分析

三維實體模型

網(wǎng)格模型及主應力分析結果

有限元分析－結構分析三維實體模型網(wǎng)格模型變形結果飛機齒輪的應力及應變分析凸輪軸的應力和應變分析曲軸連桿應力變化現(xiàn)在是31頁\一共有86頁\編輯于星期日有限元分析－結構分析機床動剛度分析－位移云圖并聯(lián)運動機床的應力與應變分析現(xiàn)在是32頁\一共有86頁\編輯于星期日齒輪接觸應力分析有限元分析－結構分析現(xiàn)在是33頁\一共有86頁\編輯于星期日流體動力學分析

有限元分析－流體動力學仿真Gulf球頭的流體分析仿真管路中的流速分析現(xiàn)在是34頁\一共有86頁\編輯于星期日熱分析

有限元分析－熱分析電熨斗在恒溫控制時的熱場電熨斗在恒溫控制時的熱場現(xiàn)在是35頁\一共有86頁\編輯于星期日有限元分析－電磁場分析電磁場分析馬蹄形磁鐵的磁場有限元分析汽車磁場分布分析圖現(xiàn)在是36頁\一共有86頁\編輯于星期日PAM-CRASH分析轎車安全氣囊兩輛轎車橫向相撞有限元分析－碰撞仿真碰撞動力學分析轎車側撞有限元仿真模擬之一轎車側撞有限元仿真模擬之二轎車側撞有限元仿真模擬之三汽車碰撞現(xiàn)在是37頁\一共有86頁\編輯于星期日多物理場耦合仿真

有限元分析－耦合仿真現(xiàn)在是38頁\一共有86頁\編輯于星期日控制系統(tǒng)仿真分析

有限元分析－控制系統(tǒng)仿真現(xiàn)在是39頁\一共有86頁\編輯于星期日制造系統(tǒng)仿真分析

有限元分析－制造系統(tǒng)仿真鑄造過程模擬沖壓仿真鑄件凝固過程的仿真沖壓有限元仿真模擬現(xiàn)在是40頁\一共有86頁\編輯于星期日一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真現(xiàn)在是41頁\一共有86頁\編輯于星期日一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真

整型件一次拉深件延成功實驗結果現(xiàn)在是42頁\一共有86頁\編輯于星期日一汽“小紅旗”轎車油底殼一次深拉延模擬與模面優(yōu)化設計有限元分析－制造系統(tǒng)仿真KMAS軟件模擬沖壓過程的三個階段實際沖壓過程對應的三個階段現(xiàn)在是43頁\一共有86頁\編輯于星期日機構分析、虛擬樣機仿真有限元分析－機構分析采用機構運動學和動力學分析，計算運動件運動歷程和運動副力傳遞歷程。進行多體系統(tǒng)分析，考慮結構件的柔度和阻尼等條件。根據(jù)工作過程動態(tài)模擬，進行裝配干涉分析。

現(xiàn)在是44頁\一共有86頁\編輯于星期日發(fā)動機運動件模擬有限元分析－機構分析控制機構運動分析發(fā)動機工作過程仿真現(xiàn)在是45頁\一共有86頁\編輯于星期日加工與成形過程建模和仿真有限元分析－加工成形過程仿真加工過程的建模和仿真目前應用最多的是切削加工過程的運動學仿真，主要用于刀具路徑軌跡規(guī)劃和運動過程的干涉檢測，很多商品化如Rro-E、UG等CAD軟件都提供了該項功能；

為了實現(xiàn)對加工過程的動力學仿真和精度仿真，需要針對不同切削加工方法，如車、銑、鉆、鏜等，建立由相應機床、刀具、工裝、工件等組成的切削系統(tǒng)動力學模型及誤差分析模型現(xiàn)在是46頁\一共有86頁\編輯于星期日刀具路徑軌跡規(guī)劃有限元分析－加工成形過程仿真①垂直進刀②步進進刀③斜線進刀④之字形進刀⑤螺旋進刀不同的切入方式以被加工件曲率為依據(jù)，以走刀路徑最大長度為目標的刀具路徑優(yōu)化刀具路徑速度變化圖不同層之間切削刀具以螺旋方式運動現(xiàn)在是47頁\一共有86頁\編輯于星期日有限元分析－加工成形過程仿真車削成形過程的仿真可對切削力、切削溫度進行預測，基于ALE方法的模型對切削力的預測誤差在10％以內

三軸數(shù)控加工模具現(xiàn)在是48頁\一共有86頁\編輯于星期日有限元分析－加工成形過程仿真高速切削過程的變形仿真現(xiàn)在是49頁\一共有86頁\編輯于星期日2.4現(xiàn)代設計方法2.4.1并行設計關于并行工程的定義目前國際上有多種提法，被普遍采用的是美國防務研究所1988年12月在第一屆CE專題研討會上給出的定義：“并行工程是一種對產(chǎn)品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)進行并行的、一體化設計的工作模式。這種工作模式可使產(chǎn)品開發(fā)人員一開始就能從產(chǎn)品的關鍵技術進行全面現(xiàn)在是50頁\一共有86頁\編輯于星期日考慮，以達到降低成本、提高產(chǎn)品質量和縮短開發(fā)周期的目的。并行設計在設計階段綜合考慮產(chǎn)品生命周期中工藝、制造、裝配、測試、維修等環(huán)節(jié)的因素，全面評價產(chǎn)品設計，及時反饋改進意見，迅速改進產(chǎn)品設計，使產(chǎn)品設計、工藝設計、制造一次成功?，F(xiàn)在是51頁\一共有86頁\編輯于星期日2.4.2反求工程反求工程(ReverseEngineering)又稱逆向工程或逆向設計。這是近年來為消化并提高引進高新技術而發(fā)展起來的一項綜合性技術。它指用一定的測量手段對實物或模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法，重構實物的CAD模型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設計與制造的過程?，F(xiàn)在是52頁\一共有86頁\編輯于星期日反求技術以已有的先進產(chǎn)品或設備的實物、軟件（圖樣、程序、技術文件等）或影像（圖片、照片等）為研究對象，應用現(xiàn)代化的手段和理論，解剖并掌握所研究對象的關鍵技術，進行創(chuàng)新，開發(fā)出新產(chǎn)品，實行“樣品-反求-再創(chuàng)造設計-產(chǎn)品”的新產(chǎn)品設計開發(fā)過程。具有關文獻統(tǒng)計，反求工程可以縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期40%以上，是提高新產(chǎn)品開發(fā)能力的有效手段?，F(xiàn)在是53頁\一共有86頁\編輯于星期日現(xiàn)在是54頁\一共有86頁\編輯于星期日反求工程的關鍵技術：1.數(shù)據(jù)測量技術:傳統(tǒng)的接觸式測量法（三坐標測量機法）；非接觸測量法（投影光柵法、激光三角法、工業(yè)CT法、核磁共振法、自動斷層掃描法）2.數(shù)據(jù)預處理技術噪聲點過濾、數(shù)據(jù)點區(qū)分、數(shù)據(jù)點精簡、數(shù)據(jù)點平滑3.模型重構及產(chǎn)品制造技術測量技術現(xiàn)在是55頁\一共有86頁\編輯于星期日點數(shù)據(jù)處理過程2.數(shù)據(jù)預處理技術現(xiàn)在是56頁\一共有86頁\編輯于星期日曲線處理過程現(xiàn)在是57頁\一共有86頁\編輯于星期日曲面處理過程現(xiàn)在是58頁\一共有86頁\編輯于星期日應用領域

(1)新零件的設計，主要用于產(chǎn)品的改型或彷型設計。

(2)已有零件的復制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設計意圖。

(3)損壞或磨損零件的還原。

(4)數(shù)字化模型的檢測，例如檢驗產(chǎn)品的變形分析、焊接質量等，以及進行模型的比較。

現(xiàn)在是59頁\一共有86頁\編輯于星期日應用領域

民用領域

三維彩色數(shù)字攝影、三維型面檢測

人體數(shù)字化、服裝CAD、人體建模、人體數(shù)字雕塑、三維面容識別

醫(yī)學仿生、醫(yī)學測量與模擬、整形美容及正畸的模擬與評價

三維彩色數(shù)字化、數(shù)字博物館、有形文物及檔案的管理、鑒定與復制

三維動畫影片的制作、3D游戲建模、三維游戲中三維模型的輸入與建立

公安刑偵、腳印、工具痕跡、彈痕采集及數(shù)字化

現(xiàn)在是60頁\一共有86頁\編輯于星期日應用領域

工業(yè)領域工業(yè)產(chǎn)品的檢測與測量、產(chǎn)品及模具的逆向工程(汽車，航空，家電工業(yè))

零部件形狀變形檢測、形狀測量、研究測量、工業(yè)在線檢測

工業(yè)產(chǎn)品造型中的逆向三維重構

設計物理模型轉換到數(shù)字模型

工業(yè)產(chǎn)品及零部件的質量檢測

工業(yè)品的解析與仿制

工業(yè)研究實驗的檢測工具

模具設計與檢測領域

現(xiàn)在是61頁\一共有86頁\編輯于星期日某汽車模具廠現(xiàn)場掃描的實例

三維掃描儀對物體多方位多角度進行拍攝

利用被測物體表面的特征點或者標記點自動拼接后獲得的完整點云數(shù)據(jù)

經(jīng)過對原始數(shù)據(jù)進行除噪、取樣后獲得高質量的點云數(shù)據(jù)從點云數(shù)據(jù)中提取特征線、邊界線

逆向軟件中建成模型

在逆向件中數(shù)模對比分析，檢驗產(chǎn)品

現(xiàn)在是62頁\一共有86頁\編輯于星期日實例現(xiàn)在是63頁\一共有86頁\編輯于星期日人體數(shù)據(jù)掃描、三角面片處理、雕塑快速成型加工制作的整套解決方案

現(xiàn)在是64頁\一共有86頁\編輯于星期日

2.4.3模塊化設計

模塊化設計概念

模塊化設計是指對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產(chǎn)品，以滿足市場不同需求的設計方法。模塊特征：

相對獨立性、互換性、通用性現(xiàn)在是65頁\一共有86頁\編輯于星期日

2.4.4綠色產(chǎn)品設計

綠色設計概念

綠色設計是指在產(chǎn)品全生命周期內，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(自然資源的利用、環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復利用性等)，并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，并行地考慮產(chǎn)品應有的基本功能、使用壽命、經(jīng)濟性和質量等。綠色產(chǎn)品的特點：(1)擴大了產(chǎn)品生命周期。(2)有利于環(huán)境保護，降低資源要求。綠色設計現(xiàn)在是66頁\一共有86頁\編輯于星期日2.4.5優(yōu)化設計優(yōu)化設計概念優(yōu)化設計是根據(jù)一般的設計方法，把工程問題轉變成數(shù)學模型，再應用優(yōu)化設計和計算機找到最優(yōu)的設計方案。優(yōu)化設計的步驟(1)分析設計對象，確定設計變量(2)確定設計約束條件，建立目標函數(shù)(3)選擇優(yōu)化求解方法，分析優(yōu)化結果現(xiàn)在是67頁\一共有86頁\編輯于星期日優(yōu)化設計步驟

現(xiàn)在是68頁\一共有86頁\編輯于星期日（1）設計變量

設計變量的不同參數(shù)表示不同的設計方案。設計變量必須是一組相互獨立的變量，將其表示成X，即：X=（x1,x2,…,xn)T其中n是設計變量的個數(shù)，也稱為維數(shù)。設計變量的取值：一是連續(xù)變化量，另一是離散量比如齒輪的模數(shù)。

由n個設計變量所組成一個向量空間，稱之為設計空間。

現(xiàn)在是69頁\一共有86頁\編輯于星期日N=1,設計空間為一根實數(shù)軸，稱為一維優(yōu)化問題N=2,設計空間為一平面，稱為二維優(yōu)化問題N=3,設計空間為三維立體，稱為三維立體。N>3,設計空間為超越空間。一個設計方案相當于設計空間中的一個點。現(xiàn)在是70頁\一共有86頁\編輯于星期日（2）目標函數(shù)每一個設計問題，都有一個或多個設計中所追求的目標。用設計變量的函數(shù)來表示。目標函數(shù)是準則性函數(shù)，又稱為評價函數(shù)。可表示為：F(X)=F(x1,x2,…,xn)T

優(yōu)化設計的目的：按要求選擇所需的設計變量，使目標函數(shù)達到最佳值。最佳值可能是極大值，也可能是極小值。如求產(chǎn)值最大、效率最高等問題，屬于求極大值問題，maxF(X)現(xiàn)在是71頁\一共有86頁\編輯于星期日產(chǎn)品的重量最輕、成本最低等問題，即為求目標函數(shù)的極小值問題，屬于求目標函數(shù)的極大值問題，記為minF(X)為了優(yōu)化算法與處理程序的統(tǒng)一，可將目標函數(shù)均規(guī)格化為求極小化問題，即

minF(X)=-maxF(X)或mixF(x)=1/maxF(X)現(xiàn)在是72頁\一共有86頁\編輯于星期日(3)設計約束與可行域

優(yōu)化設計不僅要使所選擇方案的設計指標達到最佳值，同時還必須滿足一系列的附加設計條件，這些附加設計都構成對設計變量取值的限制，在優(yōu)化設計中被稱為設計約束。設計約束有兩種：一種是不等式約束，另一種是等式約束。不等式約束形式：gu(x)<=0或gu(x)>=0等式約束形式：hv(x)=0現(xiàn)在是73頁\一共有86頁\編輯于星期日由于設計約束的存在，在整個設計空間范圍內被分為可行域和非可行域兩個不同的區(qū)域。g（X）=0g（X）>0g（X）<0非可行域可行域x1x20約束變量影響設計空間可行域

現(xiàn)在是74頁\一共有86頁\編輯于星期日2）優(yōu)化方法的分類按目標函數(shù)數(shù)量：單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化按設計變量數(shù)量(n)：

n=2-10小型優(yōu)化

n=10-50中型優(yōu)化n>50大型優(yōu)化按約束條件：無約束優(yōu)化和有約束優(yōu)化；求解方法：準則法、數(shù)學規(guī)劃法線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃。現(xiàn)在是75頁\一共有86頁\編輯于星期日設計對象的分析設計變量和設計約束條件的確定目標函數(shù)的建立、合適的優(yōu)化計算方法的選擇優(yōu)化結果分析3）優(yōu)化設計的步驟現(xiàn)在是76頁\一共有86頁\編輯于星期日常用優(yōu)化求解方法一維搜索法黃金分割法多項式逼近法無約束非線性規(guī)劃算法間接法梯度法（最速下降法）牛頓法（二階梯度法）DFP變尺度法直接法Powell法（方向加速）單純形法有約束非線性規(guī)劃算法直接法網(wǎng)格法隨機方向法復合形法間接法拉格郎日乘子法罰函數(shù)法可變容差法現(xiàn)在是77頁\一共有86頁\編輯于星期日4)優(yōu)化設計舉例如圖對稱兩桿桁架：2P＝300KN，2L＝1500mm，H＝900mm，E＝2.1×105N/mm，ρ＝7.85×103Kg/m3，σs＝350N/mm2，D＝25-60mm、B＝3-8mm。求解：滿足強度前提下桁架重量最輕