现代设计方法学便携版

1.设计内涵
广义概念：是指对发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节及达到的目标；
狭义的概念：是指将客观需求转化为满足需求的技术系统或技术过程的智力活动。

2.设计活动的特征：需求特征，创造性特征，程序特征，时代特征。

3.现在设计方法的基本特点：程式性，创造性，系统性，最优化，综合性，数字性。

现代产品的设计类型:开发性设计、适应性设计、变型设计。

现代产品设计的三个阶段：功能原理设计，实用化设计，商品化设计。

现代产品设计的进程：产品规划、原理方案设计、技术设计、施工设计。

现代设计的主要理论和方法：
优化设计可靠性设计
计算机辅助设计有限元法
工业造型设计反求工程设计
绿色设计动态设计
系统化设计创造性设计
摩擦学设计
模块化设计虚拟设计
价值工程人机工程
4.可靠性的定义为：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力，它包含四个要素：研究对象、规定的条件，规定的时间，规定的功能。

5.可靠性设计常用指标:可靠度R（t）,不可靠度或失效概率F(t),失效概率密度函数F(t),失效率入（t）、平均寿命，可靠寿命中位寿命特征寿命、维修度、有效度。

6.产品失效率的三个特征区:早期失效期、正常运行期、耗损失效期。

7.可靠性设计中常用的分布函数：二项分布、泊松分布、指数分布、正态分布、对数正态分布、韦布尔分布。

8.机械强度可靠性设计102
9.应力强度分布干涉理论：应力-强度模型认为强度c 大于应力s 就不会发生失效，可靠度即为零件不发生失效的概率，故可靠度R（t）
应力c和强度s均为随机变量
10. 系统可靠性设计包括：
1. 按照零部件以及各单元的可靠性数据，计算系统的可靠性，即系统可靠性预测。

2.按照已规定的系统可靠性指标，对各单元进行可靠性分配.
11.计算机辅助设计：CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

12.
13.计算机图形处理与三维造型:
CAD技术在应用上的三种基本形式：直接采用二维软件绘制工程图；软件二次开发；三维参数化设计。

三维几何建模技术
1、线框建模
2、表面（曲面）建模
3、实体模型1）构造体素几何表示法2）边界表示法：3）扫描表示法
4、特征建模
14.CAD的二次开发：建立参数画图库，二维工程图的自动生成技术，产品设计智能化开发技术，特征映射器的开发技术。

15.反求工程：又称逆向工程，它是一种以先进产品设备的实物、样件、软件或影像作为研究对象，应用产品设计方法学、系统工程学、计算机辅助技术的理论和方法进行系统分析和研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的或更先进的产品的技术。

反求工程是按照产品引进、消化、吸收与创新的思路，以“实物→原理→功能→三维重构→再设计”框架模型为工作过程。

特点：可以使企业快速响应市场，大幅缩短产品的设计开发及上市周期，加快产品的更新换代速度，降低企业开发新产品的成本与风险；适合于单件、小批量、形状不规则零件的制造，特别是模具的制造；对于设计与制造技术相对落后的国家和地区，反求工程是快速改变其落后状况，提高设计与制造水平的好方法。

反求工程技术的阶段：认识阶段，再设计阶段，加工制造及功能检验阶段。

16.正向工程与反求工程最本质的区别是:正向工程是由抽象的较高层次概念或独立实现的设计过渡到设计的物理实现即（产品的整个开发流程为“构思―设计―产品的过程”，从设计概念至CAD模型具有一个明确的过程；而反求工程是基于一个食实物原型来构造它的设计概念，并且通过对这种重构模型特征参数的调整和修改来达到对实物原型的产品复制和创新，以满足产品更新换代和创新设计的要求。

根据反求对象的不同，实物反求可分为三种：
1．整机反求
反求对象是整台机器或设备。

如一台发动机、一辆汽车、一架飞机、一台机床、成套设备中的某一设备等。

2．部件反求
反求对象是组成机器的部件。

这类部件是由一组协同工作的零件所组成的独立装配的组合体。

如机床的主轴箱、刀架等，发动机的连杆活塞组、机油泵等。

3．零件反求
反求对象是组成机器的基本制造单元。

如发动机中的曲轴、凸轮轴，机床主轴箱中的轴齿轮等零件。

反求的零件一般也是产品中的关键零件。

17绿色设计的特点：绿色设计是针对产品整个生命周期；绿色设计是并行必闭环设计；有利于保护环境；可以减少不可再生资源的消耗；绿色设计的结果是减少了废弃物数量及其处理的棘手问题。

绿色技术：是一种对环境友好、节约资源、节约资源以及减少污染的可以持续利用技术。

内涵：绿色技术是一种现代技术体系，绿色技术是一种无公害化或小公害化的技术，绿色技术生产出来的产品应该有利于人类的健康和福利。

绿色产品的特点：环境友好型，生命周期的多代性，时效性，区域性。

绿色设计的内容：绿色材料及其选择，产品的可回收性设计，产品的可拆卸设计，绿色包装设计，绿色产品的成本分析，绿色产品设计数据库与知识库。

绿色产品：绿色产品是在不增加成本，不牺牲产品质量的条件下，在产品生命周期全过程中对生态环境无害或危害极小，资源利用率极高，能源消耗最低的产品。

绿色产品具有丰富的内涵，其主要表现在以下几个方面:
（1）优良的环境友好性，即产品从生产到使用乃至废弃、回收、处理处置的各个环节都对环境无害或危害甚小。

（2）最大限度地利用材料资源，绿色产品应尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料。

（3）最大限度地节约能源，绿色产品在其生命周期的各个环节所消耗的能源应最少。

绿色包装：是指对生态环境和人体健康无害，能循环复用和再生利用，可促进持续发展的包装。

绿色包装一般具有四方面的内涵：
即材料最省、废弃物最少，且节省资源和能源；
易于回收再利用和再循环
废弃物燃烧产生新能源而不产生二次污染:
包装材料最少和自行分解、不污染环境。

因此推行绿色包装的目标，就是要以保存最大限度的自然资源、形成最小数量的废弃物和最低限度的环境污染。

目前的绿色设计方法主要有生命周期设计，模块化设计，面向拆卸的设计，面向回收的设计、长寿命设计、节能设计、虚拟设计等。

生命周期设计
产品生命周期又称生命循环或寿命周期，是指产品从自然中来，到自然中去的全过程，即产品“从摇篮到坟墓”的整个生命过程各阶段。

包括从自然中获取最初资源，经过开采、加工、再加工等生产过程形成最终产品，又经过产品存储、运输、销售、使用等过程，直至产品报废或处置，构成物质转化的一个生命周期。

生命周期设计实际上是面向产品生命周期所有环节、所有方面的设计。

绿色设计的概念：绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造过程中对环境的总体负面影响减到最小，各项指标符合绿色环保的要求。

其基本思想是：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。

绿色设计的核心是“5R”：即节约资源，减少污染（Reduce）；绿色生活，环保选购（Reevaluate）；
重复使用，多次利用（Reuse）；分类回收，循环再生（Recycle）；保护自然，万物共存（Rescue）等方面。

不仅要减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。

绿色设计的原则：绿色设计与传统设计相比较应遵循以下原则：（1）资源最佳利用原则（2）能量消耗最少原则（3）最小污染原则（4）零损害原则（5）技术先进原则（6）生态经济效益最佳原则
18.优化设计：是借助最优化数值计算方法和计算机技术，求取工程问题的最优设计方案。

数学模型的三要素：设计产量、目标函数、约束条件。

优化问题的分类：1)按是否包含有约束条件分：无约束优化问题和约束优化问题。

2)按设计变量的多少可分：单变量优化和多变量优化。

3)按目标函数和约束函数的性质分：线性规划和非线性规划。

优化问题数学模型的求解方法：图解法、数学解析法、数值迭代法。

多维优化方法：鲍威尔法、梯度法、牛顿法，变尺度法。

黄金分割法：又称0.618法，是一种通过不断缩小区间得到极小值点的一维搜索算法。

19.工业造型设计
工业设计的定义：就批量生产的产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工以及装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。

人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。

国际人类工效学学会（IEA）：人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究工作中、家庭生活中和
休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等的学科。

人机工程学发展的三个阶段：经验人机工程学、科学~、现代~
形态要素的构成：点、线、面、立体、色彩、肌理事构成一切形态的基本要素。

产品造型的美学法则：（1比例与尺度、2均衡与稳定、3统一与变化、4调和与对比）
1黄金分割比例与黄金矩形、均方根比例、相加级数比、整数比、人体模度比例
比例:指形体自身各部分的大小、长短、高低在度量上的比较关系，一般不涉及具体量值。

尺度:来源于自然，更多是指与人相关的尺寸及这种尺寸与人相比较所得到的印象。

均衡：指设想造型物支点在正中或接近正中部位，支点两边各造型要素的量感与其到支点的距离的乘积大致相等。

稳定：主要指视觉稳定，与造型物各部分的量感分布有关。

统一：指造型要素的一致、调和、重复、呼应，并最终形成造型物整体的风格与主调。

变化：指利用造型要素的差异性，求得在统一完整的基础上体现局部的特点，互相衬托，使造型更加活泼动人，具有视觉美感。

调和：两个或两个以上的构成要素间存在较大的差异时，通过另外的构成要素的过渡、衔接，给人以协调和柔和的感觉。

强调共性、一致性。

对比：突出同一性质构成要素间的差异性，使构成要素间有明显的不同特点，通过要素间的相互作用、烘托，给人以生动活泼的感觉。

强调个性、特征。

20.系统化设计定义：系统化设计法是把设计对象看作一个完整的技术系统，然后用系统工程方法对系统各要素进行分析和综合，使系统内部协调一致，并使系统与环境相协调，以获得整体最优化设计。

黑箱法是一种寻求系统总功能的创造性思维方法。

“黑箱”就是一个未知其内部机理和结构的箱子，“黑箱法”就是将所研究的复杂系统看作一个黑箱，在不打开它的前提下，暂时忽略次要因素，首先集中考虑系统的输入输出关系，通过观测与分析黑箱和外部环境的相互关系，求解待设计系统的功能，从而进一步了解其内部结构的机理。

创造技法以创造学理论，尤其是创造性思维规律为基础，通过广泛的创造活动的实践经验进行概括、总结、提炼而得出的创造发明的一些原理、技巧和方法。

1）智暴法2）提问法5W2H法3）类比法4）组合创新法。