現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法

1、第一章1現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法是一門基于思維科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科，研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)律、設(shè)計(jì)技術(shù)和工具、設(shè)計(jì)實(shí)施方法的工程技術(shù)科學(xué)。2設(shè)計(jì)的概念，廣義概念是指對發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)及達(dá)到的目標(biāo)。狹義概念是指將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足需求的技術(shù)系統(tǒng)(或技術(shù)過程)的活動。3設(shè)計(jì)的含義：為了滿足人類與社會的功能要求，將預(yù)定的目標(biāo)通過人們創(chuàng)造性思維，經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生載有相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的技術(shù)文件，以取得最滿意的社會與經(jīng)濟(jì)效益，這就是設(shè)計(jì)。4設(shè)計(jì)的特征：需求特征、創(chuàng)造性特征、程序特征、時(shí)代特征。5設(shè)計(jì)的四個(gè)發(fā)展階段：直覺設(shè)計(jì)階段、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段、半

2、理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階、現(xiàn)代設(shè)計(jì)階6現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別:傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法基本上是一種以靜態(tài)分析、近似計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、手工勞動為特征的設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)：是一種基于知識的，以動態(tài)分析、精確計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)和CAD為特征的設(shè)計(jì)方法。7現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，主要完成了以下幾方面的轉(zhuǎn)變：1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；2）產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化；3）產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化；4）產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化；5）產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的高效化和自動化。8現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)按其創(chuàng)新程度可分為：開發(fā)

3、性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)三種類型。第二章1功能分析組合方法：求總功能（黑箱法）分功能求解方法（調(diào)查分析法、創(chuàng)造性方法、設(shè)計(jì)目錄法）原理解組合（形態(tài)分析法）第三章1創(chuàng)造技法：（一）集體激智法：(專題會議法，德爾菲法，635法)通過多人的集體討論和書面交流，互相啟迪，并發(fā)靈感，進(jìn)而引起創(chuàng)造性思維的連鎖反應(yīng)，形成綜合創(chuàng)新思路的一種創(chuàng)新技法。（二）提問追溯法：（奧斯本提問法，阿諾爾特提問法，5W-1H提問法）是通過對問題進(jìn)行分析和推理來擴(kuò)展思路，或?qū)?fù)雜的問題加以分解，找到各種影響因素，從而扎到問題的解決方案的一種創(chuàng)造性技法。（三）聯(lián)想類比法：（聯(lián)想發(fā)明發(fā)，類比發(fā)明發(fā)，仿生法，綜攝法）通過啟發(fā)、聯(lián)

4、想、類比、綜合等手段，創(chuàng)造出新的想法，這種創(chuàng)造技法就稱聯(lián)想類比法（四）組合創(chuàng)新法：（性能組合，原理組合，功能組合，結(jié)構(gòu)組合）利用事物間的內(nèi)在聯(lián)系，用已有的知識和現(xiàn)有的成果進(jìn)行新的組合。從而產(chǎn)生新的方案。第四章1優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型三要素：設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件設(shè)計(jì)變量X=目標(biāo)函數(shù)約束條件根據(jù)形式不同分為不等式約束和等式約束根據(jù)性質(zhì)分為邊界約束(是設(shè)計(jì)變量的約束）和性能約束（是對原料工時(shí)約束）2數(shù)值迭代公式（可行性）且滿足（適用性）3一維優(yōu)化方法：直接法（斐波那契法和黃金分割法）間接法（牛頓法和二次插值法）無約束優(yōu)化方法：間接（梯度法、牛頓法、變尺度法、共軛方向法、共軛梯度法）。直接法：坐標(biāo)

5、輪換法、鮑威爾法。常用的約束優(yōu)化方法：（直接法）復(fù)合形法、可行方向法，（間接法)拉格朗日乘子法和懲罰函數(shù)法4黃金分割法的算法原理：黃金分割法亦稱0.618法。它是通過對黃金分割點(diǎn)函數(shù)值的計(jì)算和比較，不斷縮小初始區(qū)間得到極小點(diǎn)的一維搜索算法。黃金分割法的特點(diǎn)每次區(qū)間縮小的比率都是相等的為0.618.5二次插值法的算法原理：二次插值法又稱拋物線法，是多項(xiàng)式逼近法的一種，它是利用目標(biāo)函數(shù)在單峰區(qū)間的兩個(gè)端點(diǎn)和其間一點(diǎn)（3個(gè)點(diǎn)），構(gòu)成一個(gè)與目標(biāo)函數(shù)相接近的二次插值多項(xiàng)式，以該多項(xiàng)式的極小點(diǎn)作為新的中間插入點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)間縮小的一維搜索算法。6梯度法的基本思想：以迭代點(diǎn)的負(fù)梯度方向作為每次迭代的搜索方向，直

6、至找到極小點(diǎn)。7變尺度法與牛頓法、梯度法的區(qū)別和聯(lián)系？變尺度法的迭代公式若時(shí)是梯度法，若是阻尼牛頓法8牛頓法的基本思想：在點(diǎn)迭代點(diǎn)附近用一個(gè)二次函數(shù)近似的代替目標(biāo)函數(shù)，然后用的極小點(diǎn)作為的下一個(gè)迭代點(diǎn)。9牛頓法的迭代公式：，阻尼牛頓法又稱修正牛頓法的迭代公式：變尺度法的迭代公式：10懲罰函數(shù)法的基本思想：在原目標(biāo)函數(shù)中添加一些與約束有關(guān)的項(xiàng)，形成一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)（即罰函數(shù)）以取代原目標(biāo)函數(shù)，然后用無約束優(yōu)化方法求新目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解懲罰函數(shù)法分為內(nèi)點(diǎn)法和外點(diǎn)法、混合法。11內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法與外點(diǎn)罰函數(shù)法的區(qū)別？內(nèi)點(diǎn)法是求解不等式約束優(yōu)化問題的一種方法，原理是將懲罰函數(shù)定義于可行域內(nèi)，迭代過程在可行域

7、內(nèi)進(jìn)行。外點(diǎn)法是求解等式約束優(yōu)化問題的一種方法，原理是將懲罰函數(shù)定義于可行域外?；旌戏ㄇ蠼獠坏仁郊s束，等式約束優(yōu)化問題的一種方法12優(yōu)化設(shè)計(jì)一般包括兩部分內(nèi)容：1）將實(shí)際設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)規(guī)劃問題，即建立數(shù)學(xué)模型。2）采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法求解這個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，即求解這個(gè)數(shù)學(xué)模型。13迭代求優(yōu)的核心：每次迭代方向和步長因子的確定。各種優(yōu)化方法也主要是在這個(gè)核心問題上顯示出各自的特色。14函數(shù)極值點(diǎn)所在搜索區(qū)間（單峰區(qū)間）特征：若已知方向上的三點(diǎn)及其函數(shù)值、，函數(shù)值呈“大小大”的關(guān)系，即15梯度法的一般迭代式：16梯度法的搜索方向：17約束優(yōu)化直接法的基本思想：設(shè)法使每一次迭代產(chǎn)生的新迭代點(diǎn)限制在

8、可行域內(nèi)，且使目標(biāo)函數(shù)值逐步下降，直至最后獲得一個(gè)在可行域內(nèi)的約束最優(yōu)解。直接法要求對產(chǎn)生的每一個(gè)新迭代點(diǎn)都要進(jìn)行可行性和適用性檢查。18約束優(yōu)化間接法的基本思想：通過一定的變換，將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題，然后采用各種無約束優(yōu)化方法求解。這種方法對不等式約束問題和等式約束問題都適用。19復(fù)合形法的基本思想：通過對復(fù)合形各頂點(diǎn)函數(shù)值的計(jì)算與比較，反復(fù)進(jìn)行點(diǎn)的映射與復(fù)合形的收縮，使之逐步逼近約束最優(yōu)解。第五章1可靠性的定義：即可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。2可靠性設(shè)計(jì)的常用指標(biāo)的概念及計(jì)算公式：1可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率

9、2不可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)喪失規(guī)定功能的概率3失效概率密度函數(shù)：對不可靠度函數(shù)的微分4失效率產(chǎn)品工作t時(shí)刻時(shí)尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻t以后的下一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。5平均壽命：產(chǎn)品壽命的平均值3與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：1在可靠性設(shè)計(jì)中，認(rèn)為作用于零件上的載荷（工作應(yīng)力）和材料的強(qiáng)度都不是確定量，而是隨機(jī)變量，具有明顯的離散性質(zhì)。2在可靠性設(shè)計(jì)中，認(rèn)為所設(shè)計(jì)的零部件存在一定的失效可能性，但失效概率應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)，不得超過允許值。4應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型：應(yīng)力S和強(qiáng)度服從某一概率分布，分別用和表示應(yīng)力和強(qiáng)度的概率密度函數(shù)。將它們畫在同一坐標(biāo)系中，兩種分布曲線有重疊，如圖5-10的右圖所示（圖中的陰影線部分），這種重疊稱為應(yīng)力強(qiáng)度干涉現(xiàn)象。將這種干涉稱為應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型。即根據(jù)應(yīng)力和強(qiáng)度干涉情況，計(jì)算干涉區(qū)內(nèi)強(qiáng)度小于應(yīng)應(yīng)力廣義指引起失效的負(fù)荷，強(qiáng)度時(shí)抵抗失效的能力5什么是串聯(lián)，（并聯(lián)，混聯(lián)）系統(tǒng)？如何計(jì)算串聯(lián)，（并聯(lián)，混聯(lián)）系統(tǒng)的可靠度？串