第二章 设计方法 功能分析法
【2019年整理】现代设计方法(ch1)
子系统，超系统：汽车=轮胎+发动机+转向系，交通系统性
③ 技术过程：加工过程，工作过程
④ 技术过程的特点：不唯一
1.3 技术系统及其确定
一、技术系统 2.技术过程的确定步骤：
① 根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对 象及其主要转换要求；
② 分析比较传统理论、现代理论和实践，确定实现主 要转换的工作原理；
7 经济成本
8 人机工程
9安 全
10 包装运输
课题名称 起止时间 课题经费
基本功能 辅助功能 作业对象：物料形状、尺寸、理化性质等 工 况：负载情况 环 境：温度、湿度、振动、噪声、灰尘等 动 力：功率、力、转矩等 运 动：运动形式、速度、加速度等 结构尺寸：作业尺寸、体积、重量 生产率(理论的、额定的、实际的) 可靠度、维修度和有效度 一次性使用寿命、多次性使用寿命(大修) 材料费、设计费、制造加工费、管理费、税费 操作方便、省力、视野宽广、舒适、仪表显示清晰、造型美观适度 保证人身安全、设备安全、如：过载保护 触电保护、连锁装置等 考虑运输方法,如：防震 、防腐、防锈、各种标记等
3. 评价过程中的几项主要工作
选定评价准则。如：成本低、寿命长、结构简单、 可靠性高等等 为评价准则选定度量尺度。即评价好坏的标准
确定评价对象有关各项准则的价值。即按预定 度量尺度对评价对象进行评定
对各单独评价值进行合成，以便对评价对象做 出总的比较
4、评价的意义
评价是决策的基础和依据
方案评价是提高产品质量的首要前提
地设计，必须对每一设计程序的信息，随时进行审核， 决不许有错误的信息流入下一道工序。实践证明，产品 设计质量不好，其原因往往是审核不严造成的。因此， 适时而严格地审核是确保设计质量的一项重要原则。
程序设计基础
第二章程序设计基础2.1程序设计方法与风格程序设计是一门艺术，需要相应的理论、技术、方法和工具来支持。
就程序设计方法和技术的发展而言，主要经过了结构化程序设计和面向对象程序设计阶段。
除了好的程序设计方法和技术外，程序设计风格也是很重要的。
因为程序设计风格会深刻地影响软件的质量和可维护性，良好的程序设计风格可以使程序结构清晰合理，使程序代码便于维护，因此程序设计风格对保证程序的质量是很重要的。
一般来说，程序设计风格是指编写程序时所表现出的特点、习惯和逻辑思路。
程序是由人来编写的，为了测试和维护程序，往往还要阅读和跟踪程序，因此程序设计的风格总体而言应该强调简单和清晰，程序必须是可理解的。
可以认为，著名的“清晰第一，效率第二”的论点已成为当今主导程序设计风格。
要形成良好的程序设计风格，主要应注重和考虑下述一些因素。
1、源程序文档化源程序文档化应考虑如下几点：(1)符号名的命名：符号名的命名应具有一定实际意义，以便于对程序功能的理解。
(2)程序注释：正确的注释能够帮助读者理解程序。
注释一般包括序言性注释和功能性注释。
序言性注释通常位于每个程序的开头部分，它给出程序的整体说明，主要描述内容包括：程序标题、程序功能说明、主要算法、接口说明、程序位置、开发简历、程序设计者、复审者、复审日期、修改日期等。
功能性注释的位置一般嵌在源程序体之中，主要描述其后的语句或程序做什么。
(3)视觉组织：为使程序的结构一目了然，可以在程序中利用空格、空行、缩进等技巧使程序层次清晰。
2、数据说明的方法在编写程序时，需要注意数据说明的风格，以便使程序中的数据说明更易于理解和维护。
一般应注意以下几点：(1)数据说明的次序规范化。
鉴于程序理解、阅读和维护的需要，使数据说明次序固定，可以使数据的属性容易查找，也有利于测试、排错和维护。
(2)说明语句中变量安排有序化。
当一个说明语句说明多个变量时，变量按字母顺序排列为好。
(3)使用注释来说明复杂数据的结构。
机械装备制造-第二章 机械制造装备设计方法 (重点)
例：普通车床的主参数是在床身上的最大回 转直径，主要性能指标是最大的工件长度。
升降台铣床的主参数是工作台工作面的宽度、 主要性能指标是工作台工作面的长度。
摇臂钻床的主参数是最大钻孔直径，主要性 能指标是主轴中心线至立柱母线的最大距离。
3.分为四个阶段
（1）产品规划阶段 （2）方案设计阶段 （3）技术设计阶段 （4）施工设计阶段 4.缺点：需要较长的开发周期和投入较大的
开发工作量。
二、变型设计（快速满足市场要求 的变化） （重点）
1.概念：在原有产品基础上，基本工作原理和总体 结构保持不变，按一定的规律演变出各种不同的 规格参数，布局和附件的产品，扩大原有产品的 性能和功能。
2.要求：组合产品的设计应先在一定范围内不同性 能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划 分并设计出一系列模块，通过模块的组合，构成 不同类型或相同类型不同性能的产品，以满足市 场的要求。
3.原理：按系列化设计的原理进行。
结论：在机械制造装备产品有一大半属于变型 设计和组合产品，创新设计的产品只占一小 部分。但创新设计的意义不容低估，是企业 在市场竞争中取胜的必要条件。变型设计和 组合设计是在基型和模块系统的基础上进行 的。而基型和模块系统也是采用创新设计方 法完成的。
是在设计的某一类产品中，选择功能、 结构和尺寸等方面较典型的产品为基型， 以它为基础，运用结构典型化、零部件通 用化、标准化的原则，设计出其它各种尺 寸参数的产品，构成产品的基型系列。 2.遵循的原则：零部件通用化、标准化、结 构的典型化、产品系列化。
3. 系列化设计的优缺点
优点：P23 缺点： P23 4. 系列化设计的步骤 （1）主参数和主要性能指标的确定
现代设计方法设计方法学
热、振动
热、振动、噪声、切屑
坯料
工艺系统
工件
(作业功能)
电源电器 (动力功能)
CNC系统 (控制功能)
传感器 (检测功能)
能量 信息
编程装置
机件 (结构功能)
图2-1 加工中心的功能构成
11
二、技术系统的确定
(一) 信息集约
✓ 1. 情报部门 产品的技术资料及发展趋势，专利情报，行业技术经济
➢ (1)对象目录
提供有关物理、几何、材料、 工艺等设计对象的知识和信息， 设计时按目录选用。表2-2是给 定构件数的约束运动机构的对 象目录。图2-3是根据表2-2中所 选机构设计的几种铆机方案， 各方案下的编号2、4、7、9与 表2-2编号一致。
例 车床加工零件
把多余材料从毛坯 上分离出去
意义：只有用抽象的概念来表述系统 的功能，才能深入识别需求的本质，
获得合格表面
辨明主题，发散思维，启发创新。
强力磨削
从技术系统的功能出发进行功能原 理设计，还可防止设计人员知识经 车削 验的局限和过早地进入具体方案。
激光加工 成型挤压
冷轧
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总功能的描述要准确、简洁，合理抽象，抓住本质，这样便于 使设计目的明确，思路开阔。
*一般包括下列内容：
①用户的需求，包括产品的功能，质量，外观，价格等 ② 新产品的功能、类型、技术指标、市场寿命周期和对社会
环境的影响，新产品的经济效益和社会效益预测，国内外市 场上同类产品的生产情况和发展趋势等 ③待解决的关键设计、工艺问题 ④开发进度、投资估算和经济分析 ⑤产品开发的必要性和可能性
作为可行性报告附件的设计项目表中列出尽可能定量的 设计要求和设计参数，包括保证产品基本功能的要求与参数， 以及希望达到的附加要求与参数。
教学设计第二章教学设计模式
第二章教学设计模式一、重难点解析这一章主要介绍了以下几项内容：教学设计模式的含义和功能、教学设计的过程模式，教学设计模式的发展的四个阶段、教学设计模式发展的“二代”，以及教学设计模式的各种类型。
1.教学设计模式的和功能⑴含义模式，通常是指可以使人模仿的系统化的、稳定的操作样式，它表现为某种规范的结构或者框架。
教学设计的模式是经过长期的教学设计实践活动所形成的教学设计的系统化、稳定的操作样式，它用简约的方式，提炼和概括了教学设计实践活动的经验，解释和说明了教学设计的理念和有关理论。
教学设计的模式既是教学设计理论的具体化，又是教学设计实践活动的升华，它同时具有理论和实践的特征。
⑵功能主要的有以下几个方面：第一，教学设计模式可以为教学设计的实践提供直接的指导。
第二，教学设计模式可以为教学设计的理论研究提供资料、素材。
教学设计模式包含了关于教学设计的特定的理论、指导思想，这些教学理论可以转化为教学设计的理论，成为教学设计理论研究的来源。
第三，教学设计模式可以为教学实践活动提供指导。
第四，教学设计模式可以为教学管理决策提供指南和依据。
因为教学设计模式提供了关于教学实践活动过程的各个环节、各个方面的信息。
2.教学设计的过程模式教学设计的模式是一系列程序化的步骤，因此，教学设计的模式也往往表现为一个有序的过程。
教学设计的过程模式可以从教学设计模式的要素和教学设计模式的构成环节两个方面来把握。
⑴教学设计模式的要素教学模式所包含的基本内容可称为教学设计模式的要素。
20世纪80年代，安德鲁斯和古德森总结出教学设计模式的14个步骤，这14个步骤反映了教学设计模式的要素。
分别为：需要的评估；考虑不同的解决教学问题的方法；形成系统；明确限制；形成广泛目标和可以观察的具体化子目标；生成与总目标和子目标相匹配的前测和后测测验；分析总目标和子目标的类型并将下属技能序列化；确定学习者的特点和准备状态；形成与科目和学习者需要相适应的教学策略；选择媒体以采用教学策略；形成以策略为基础的教学课件；对课件进行形成性评价以诊断课件使用者的学习困难；在诊断基础上，对课件进行修改；开发有关安装和维持以及定期修理教学程序的材料和过程。
一级注册建筑师考试《建筑方案设计(作图题)》(应试技巧)
一级注册建筑师考试《建筑方案设计（作图题）》（应试技巧）建筑方案设计的特征之一，就是设计成果没有标准答案，设计过程长短有别，但设计质量却有优劣、高下之分。
其中有方法运用的因素，也有技巧施展的因素。
对于建筑方案设计（作图题）科目考试来说，应试者都希望设计过程不要冗长，更不要迂回反复，也都希望拥有事半功倍的好办法。
因此寻找一点应试技巧是可以理解的，但绝不可以投机取巧。
因为应试技巧也是要以设计基本功作为前提的，也要依托于平日设计素养的切实提升。
笔者总结出以下几点应试技巧，希望可以启发应试者：一、寻找最简便的设计思路，避免方案设计陷入迷途应试者应试建筑方案设计一定要明白这仅仅是考试，不是投标或做项目设计，那就怎么简单怎么做，千万不能把问题复杂化。
特别是对于某些看似不解实则不难的试题，不要按常规思维定式想问题，要设法找一条捷径让复杂问题简单化。
尽管这不是应试者一厢情愿的事，但向这方面努力还是有机会的。
从历年命题状况来看，免不了有时原本简单的设计路线被某些设计条件的假象所掩盖，搞得应试者由于惯性思维使设计走上费时费力的方向。
其实，应试者在解读设计任务书时，只要脑筋稍微灵活一点，抓住某些突破口，就会使方案设计柳暗花明，走上一条简明顺畅的设计路线。
例如，2004年“医院病房楼，，试题，熟知病房楼设计原理的应试者一看到题目是病房楼，就会在脑海中立刻浮现传统病房楼平面标准模式之一，即板式平面模式，且主要分为病房区、护理区和医务区三个板块，其间为两条中廊；而手术层分为洁净区、半洁净区和清洁区也是三个板块双走廊。
这是最简单的病房楼平面模式之一，设计起来相当容易。
但是，用板式建筑设计该试题，也出现其建筑长度突破建筑控制线0.4m的问题，这需要应试者一方面认识到0.4m就等同于两块砖的厚度，建筑长度缩回来不是难事；另一方面坚信要用最简单办法去解决难题。
即设计任务书提出，单床病房与三床病房面积差为7m2，而病房尺寸皆为3.6m ×6.0m。
办公空间教学大纲--梅延伟
《办公空间设计》课程教学大纲（The design of office space）一、课程基本情况开课单位：设计系课程代码：132043课程学时：64课程学分：4考核方式：考查先修课程：居住空间设计、平面构成、、色彩构成、透视图表现技法适用专业：环境艺术设计专业教材与教学参考书：1. 《办公空间设计》.杨宇，沈阳：辽宁美术出版社，2010.82. 《室内设计资料集》.张綺曼，中国建筑工业出版社，1990.63. 《办公空间设计》.刘晨澍,高等教育出版社 2008.9二、课程的性质、任务和目的办公空间设计是为环境艺术设计专业开设的一门专业课，是艺术设计专业知识结构的主体部分。
通过本课程的教学，使学生比较全面、系统的掌握办公空间设计的基本理论、基本知识和基本技能，能熟练和正确运用CAD、3dmax软件进行绘制办公空间设计方案创作。
本课程是艺术设计专业环艺方向的专业必修课，通过本课程的教学，逐步提高学生在办公空间设计思维方法上的技巧，掌握办公空间的功能、形式、空间的处理原则和手法。
其任务是通过对办公空间设计的系统学习使学生了解大空间室内设计的基本过程、方法，环境造型、空间处理，能正确运用分析、立意、构思、再现等过程进行方案设计。
同时为后续专业主干课程的学习打下坚实的基础，为将来的实际工作奠定理论基础和一定的职业技能。
三、课程内容、基本要求和学时（一）课程内容和基本要求第一章绪论（4课时）第一节办公空间的历史发展及演变(1课时)1.了解办公空间的产生及发展概况2.理解办公空间设计的主要趋势第二节办公空间的分类(2课时)1.理解办公空间的几种类型2.掌握各个办公类型的主要设计方法第三节办公空间设计趋势(1课时)1.了解办公空间的发展趋势2.掌握办公空间设计的四大发展趋势第二章设计方法（22课时）第一节办公空间设计的基本方法（5课时）1.了解概念性草图的概念2.掌握方案构思的方法第二节实践教学（1课时）1.掌握不同空间的设计的方法2.掌握马克笔的表现手法第三节综合性办公空间设计（7课时）1.了解综合性办公空间相关概述2.理解综合性办公空间的设计原则3.掌握综合性办公空间设计内容第四节实践教学（1课时）1.理解办公的功能分区及其联系2.掌握各功能区域的尺度比例3.重点掌握各功能分区及道路的处理方法第五节自然形式的发展（1课时）1.掌握设计方法2.了解不同空间对于平面布局的影响第六节实践教学（1课时）1.重点掌握概念性草图转化为平面图的方法2.掌握比例尺的表示方法及运用第七节设计原则（2课时）1.了解基本设计元素2.理解组织原则3.掌握形体整合第八节超越常规：反常规、由刺激引起的设计（3课时）1.了解锐角的形式引起的设计2.了解相反的形式引起大的设计3.理解解构的设计方法第九节实践教学（1课时）重点掌握办公空间平面图中各元素的彩色表现手法第三章办公空间的空间格局与规划（8课时）第一节设计风格的定位 (1课时)1.重点掌握办公空间设计风格的要素第二节办公空间的平面组合形式（1课时）1.了解平面组合形式有哪些2.掌握各个组合形式的方法及特点第三节办公空间的空间划分（2课时）1.理解企业办公空间划分的依据2.重点掌握空间划分的方法3.重点掌握空间划分的功能区域第四节不同办公空间类型（2课时）1.了解不同的办公空间形式2.重点掌握不同企业对办公空间设计原则及方法第五节办公空间尺度与人体工程学（2课时）1.了解人体尺度对办公空间的影响2.掌握办公空间尺度与人体工程学的关系3.重点掌握空间尺度与人体的设计方法第四章办公环境空间要素（4课时）第一节空间形态 (1课时)1.了解空间布局的形式2.掌握各个空间的对办公空间的界限第二节环境要素(1课时)1.了解环境对办公空间的影响2.掌握环境及标志系统的体现第三节办公的心理环境(2课时)1.掌握心理行为要素与空间的影响2.掌握空间形态对心理的影响第五章办公空间的设计原则（5课时）第一节办公楼的设计要点(1课时)1.了解办公空间规划要求及尺寸要求2.掌握功能空间的组成第二节办公空间的功能划分及要求(2课时)1.了解各个功能划分2.掌握各个功能的职能及设计方法3.掌握各个功能的设计标准第三节办公空间的设计原则（2课时）1.掌握五种办公空间的设计原则第六章办公空间的设计原理（4课时）第一节办公空间设计要点(2课时)1.了解功能空间的设计尺度及要求2.理解办公空间不同功能的联系第二节办公空间的界面处理(1课时)1.理解空间地面、墙面、天棚的处理方法第三节办公空间材料、色彩、照明设计原理(1课时)1.了解材料、色彩、照明的运用2.掌握办公空间色彩及照明的设计要点第七章办公家具（4课时）第一节办公家具的应用理念(1课时)1.了解办公家具在办公空间的主要体现第二节办公家具发展（1课时)1.了解办公家具的概念及发展第三节办公家具配置（2课时）1.了解办公家具的功能2.掌握办公家具的形式与环境空间的影响第八章办公空间的设计程序与方法（6课时）第一节办公空间设计的基本程序(2课时)1.了解办公空间的几种设计程序2.掌握方案设计、施工图的绘制第二节办公空间的设计方法(2课时)1.了解列表和圆形分析方法2.掌握功能空间分割的方法第三节办公空间的设计表现(2课时)1.了解设计表现的几种形式2.掌握三维效果图的表现方法第九章办公空间设计案例（7课时）第一节各类空间设计（2课时）1.了解各类设计理念的形式2.理解各类办公空间设计风格的内容3.掌握各类办公空间设计风格的要求第二节主题办公空间设计（2课时）1.了解主题办公空间的形式2.理解主题办公空间的内容3.掌握各类办公空间设计的要求第三节实践教学（1课时）1.掌握透视学原理2.掌握效果图渲染上色的技巧第四节办公空间规划设计（2课时）1.了解各个功能空间的形式2.理解办公空间规划的内容3.掌握各个功能空间设计的要求(二)学时分配四、教学手段和教学方法本课程教学过程中使用的教学方法有：讲授法、案例教学法、讨论法。
精密仪器设计基础2012-2讲解
分辨率 重复性(2S)
测量系统 显示单元 测量体移动速
度 环境温度 环境湿度 重量
0.001mm/0.0001mm/0.00001mm 0.05µm
超高精度玻璃光栅测量系统 液晶显示屏、标准DELL电脑
400mm/秒
+10℃至+40℃ 20-80% 80kg
第二章 精密仪器设计方法
2.3.2 确定方法
第二章 精密仪器设计方法
例 测长机：以线纹尺的刻度作为已知长度，利用机 械测头进行接触测量的光学长度测量工具
第二章 精密仪器设计方法
爱彭斯坦光学系统
第二章 精密仪器设计方法
尾架倾斜产生的测量误差
l H sin (l l cos) H 1 l 2
2
令高度H与物镜焦距f相等
第二章 精密
a
tan
a(
13
3
)
1 a
第二章 精密仪器设计方法
串联式
绕z轴转动引起的误差
' 2
c(1 cos)
2
c[1 (1
4
)]
24
' 2
1 c 2
2
第二章 精密仪器设计方法
遵守阿贝原则的传动 部件设计 阿贝原则同样适合各 类仪器传动部件的设 计。
第二章 精密仪器设计方法
解决方法：
合理安排布局 避免经过变形环节 提高系统的刚度
第二章 精密仪器设计方法
四、基面合一原则：零件设计时，设计基准、
加工基准、检验基准、装配基准要统一。
基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依 据的那些点、线、面。
混凝土结构设计方法
5
2.1 结构的功能
第二章 混凝土结构设计方法
三、设计基准期
■ 结构的可靠性是有时间限制的，并不是无限期的。由于荷载过大或材料性能的 改变，以及几何尺寸和构造的变化，任何一个结构使用一定年限后就将逐步破坏。 因此，在结构设计时，必须对影响结构使用期限的各种因素给出时间限度，即所 谓设计基准期。 采用概率极限状态设计，必须明确规定结构设计基准期。〈公路统一标准 GB/T50283-1999〉规定，桥梁结构的设计基准期为100年。
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
耐久性 裂缝宽度 wmax< [wmax] wmax= [wmax] wmax> [wmax]
8
2.2 极限状态
第二章 混凝土结构设计方法
极限状态
承载能力极限状态 正常使用极限状态
1.承载力能力极限状态 Ultimate Limit State
所谓承载能力极限状态，是指结构或构件达到最大承载力或出现不适于 继续承载的变形或变位的状态。它是结构安全性功能极限状态。
超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求
◆结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； ◆结构、结构构件或其连接因超过材料强度而破坏，或因过度的塑性变形
而不能继续承载； ◆结构转变为机动体系； ◆结构或结构构件丧失稳定。
1
第二章 混凝土结构设计方法
◆ 材料力学中研究的是：单一材料、线弹性、简单结构。 ◆ 实际工程结构远比它复杂，如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要确 定其极限受弯承载力； 而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确定带裂 缝工作阶段的受力情况。 采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求。
现代设计方法（赵松年华东理工大学）
前言第一章绪论第一节现代设计一、设计的概念二、现代设计的概念三、现代设计的特点第二节机械产品设计一、现代机械二、新产品开发三、机械产品设计的三个阶段四、机械产品设计的一般进程第三节部分现代设计方法简介一、价值工程二、工业产品艺术造型设计三、人机工程四、并行工程五、模块化设计六、相似性设计七、摩擦学设计八、三次设计九、反求工程设计习题参考文献第二章设计方法学第一节概述一、设计方法学的涵义二、设计方法学的研究对象第二节技术系统及其确定一、技术系统二、信息集约三、调研预测四、可行性报告第三节系统化设计一、功能分析二、功能元求解三、方案综合四、设计工具第四节评价决策一、评价目标树二、评分法三、技术-经济评价法四、模糊评价法第五节创新思维与技法一、创造力开发二、创新思维三、创新技法第六节设计实例一、现代设计的目标二、设计实例——专门化数控磨床方案设计习题参考文献第三章优化设计第一节概述一、优化设计的发展及应用二、传统设计与优化设计三、优化设计的数学模型四、优化设计的分类第二节一维搜索一、迭代算法及终止准则二、一维搜索第三节无约束优化算法一、共轭方向法二、梯度法三、共轭梯度法四、牛顿法五、变尺度法（DFP变尺度法）六、小结第四节约束优化算法一、复合形法二、惩罚函数法第五节应用实例一、OPB－1程序库概述二、OPB程序库的使用三、优化设计实例习题参考文献第四章可靠性设计第一节概述一、可靠性的概念和设计特点二、可靠性设计中常用的特征量第二节应力——强度干涉模型和零部件的可靠性设计一、应力——强度干涉模型二、可靠度的计算三、零部件的可靠性设计第三节系统的可靠性设计一、系统逻辑图二、系统的可靠性预测三、系统的可靠性分配第四节机械系统的故障树分析一、基本概念二、故障树的建立三、故障树的定性分析四、故障树的定量分析第五节可靠性试验概况一、寿命试验二、筛选试验三、环境试验四、现场使用试验第六节应用实例习题参考文献第五章有限元法第一节概述一、有限元法的基本思想二、有限元法的应用第二节有限元法的基本步骤一、引例二、有限元法的基本步骤三、总刚度矩阵的特性第三节二维线弹性问题一、单元划分二、形函数三、单元方程四、实现等参变换的条件第四节有限元程序的应用一、前处理二、有限元分析三、房处理习题参考文献第六章机械动态设计第一节概述第二节理论建模方法一、有限元建模法二、单元的动力学方程三、建立整体结构的动力学方程四、边界条件处理五、特征值问题的求解六、应用实例第三节传递矩阵建模法一、用传递矩阵法分析轴的横向振动二、计算固有频率和主振型三、应用实例第四节实验建模方法一、机械阻抗与频响函数二、振动系统频率响应函数图示法三、传递函数测量的模态分析四、不同激励方式的选用五、实模态和复模态的参数识别六、应用实例第五节机械结构动力修改一、结构动力修改准则二、应用应例习题参考文献第七章计算机辅助设计（CAD）第一节概述一、CAD的概念二、CAD系统的功能三、CAD的工作过程四、CAD的特点五、CAD的发展趋势第二节CAD系统的组成原理一、CAD系统的硬件二、CAD系统的软件三、CAD系统的类型及系统选择第三节工程数据的计算机处理一、数据组成二、数据公式化三、数据结构四、工程数据库及其管理系统第四节图形生成与变换一、坐标系、窗口与视区、图形剪裁二、几何造型三、二维图形变换四、三维图形变换第五节应用实例一、设计内容及要求二、CAD系统选择三、系统设计四、结构模块设计五、软件接口设计习题参考文献第八章人工神经元计算方法第一节概述一、什么是人工神经元计算二、人工神经元计算的特点三、人工神经元计算的应用第二节反向传播网络一、网络结构二、网络运算与传递函数三、误差反向传播四、网络训练与测试五、小结第三节应用实例一、人工神经元计算在金属成形中的应用（介面摩擦与材料流动应力的测定）二、人工神经元计算在机器人学中的应用（运动误差补偿）习题参考文献第九章工程遗传算法第一节概述一、什么是遗传算法二、遗传算法的特点三、遗传算法的应用第二节简单遗传算法一、遗传算法的基本算子二、遗传算法的一个简单算例三、遗传算法的数学描述四、参数编码与满足度函数第三节遗传算法的理论基础一、纲的术语二、纲的定理第四节应用实例一、桁架结构优化二、冗余机器人的运动学反向解习题参考文献第十章智能工程第一节概述一、智能工程的定义二、智能工程的基本概念和原则三、智能工程的研究内容和方法四、智能工程与人工智能、专家系统的区别与联系五、智能工程语言及环境第二节知识获取及表达一、知识的概念二、知识获取三、知识表述第三节知识的运用一、知识的推理二、推理实现的基本方法三、推理机的设计四、元推理机的设计第四节专家系统的结构一、基本结构二、元知识系统结构三、元知识在专家系统中的应用四、专家系统的类型第五节应用实例一、智能工程在齿轮减速箱设计专家系统（GBES）中的应用二、功能模块三、GBES系统结构四、GBES的主要功能特点习题参考文献。
设计理论与方法2
共同点：即注重总结设计规律、启发创造性、采用现代化的先 进理念和方法使设计过程自动化、合理化，其目的都是为了提 高设计水平和质量，设计出更多功能全、性能好、成本低、外 形美的产品，以满足社会的需求和适应日趋尖锐的市场竞争。
2.1 概述
2.1.4 设计系统
设计系统：设计是一种信息处理系统。
从系统论的观点分析，设计系统具有三维空间。 时间维：指产品设计的各个阶段。
2.2 技术系统及其确定
(三) 可行性报告
通过技术分析、经济分析和社会分析，提出可行性报告： ① 产品开发的必要性和可能性。 ② 目前国内外该产品的现状及发展水平。 ③ 确定产品的技术规格、性能参数及约束条件(定量的设计参数)。 ④ 提出该产品的技术关键和解决途径。 ⑤ 预期达到的技术、经济、社会效益。 ⑥ 预算投资费用及项目进度、期限。 在设计方法学中，可行性报告是判断产品开发设计的必要性、可 行性的重要技术文件。
是一个能实现一定技术过程的技术系统。 设定技术过程及划定技术系统的边界，确定技术系统 的总功能，包括物质功能和精神功能。 先根据一定的准则和方法对各方案作出评价，然后按 正确的原则和步骤进行决策，逐步求得最优方案。 设计是一种创新，设计思维应是创造性思维。
把分散在不同学科领域的大量设计信息集中起来，按 系统程式分类列表，建立各种设计信息库，以便快速调用参考。 把成批涌现且不断发展的各种现 代设计理论与方法应用到设计进程中来，以提高设计质量和效率。
热、振动 热、振动、噪声、切屑
坯料
工 艺 系 统 (作业功能)
工件
电源电器 (动力功能)
CNC系统 (控制功能)
传感器 (检测功能)
能量
编程装置
机件 (结构功能)
图2.3为一个黑箱示意 图，方框内部为待设计 的技术系统，方框即为 系统边界，通过系统的 输入和输出，使系统和 环境联系起来。
设计方法学
总体最优观点
有的系统方案在这方面功能很好，在另一方面很 差，在一些相互矛盾的功能中，需要有一个合理的妥 协和折中。一些定性的目标，又很难量化，或者最优 化，因此，满意化的观点应运而生。
有了这样的“总 体最优观点”对于培 养大家从系统的角度 看问题，形成系统管 理的基本思想是非常 重要的。
跨国公司的案例
并行设计（并行工程）
并行工程提出背景 ：传统的产品开发过程是串行工程
1988年美国国防分析研究所首次提出并行工程CE （Concurrent Engineering）。
并行工程定义：是对产品及其相关过程（包括制造过程 和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工 作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到 产品整个生命周期（从概念形成到报废）中所有的因素， 包括质量、成本、进度与用户需求。
系统工程是以大型复杂系统为研究对象， 按一定目的进行设计、开发、管理与控制，以 期达到总体效果最优的理论与方法。
系统工程最基本的思想（观点） 1、全局性观点 2、总体最优观点 3、实践性观点 4、“综合性”观点
全局性观点
系统具有整体性，它导致了我们看待问题要从整 体性出发，要有全局的观点，它强调要把研究与处理 的对象看成一个系统，坚持从全局出发。 美军喷气推进实验室参加导弹研究的案例:
第二章 设计方法学
2.1概述
› 方法：是关于人们认识世界与改造世界的目的、途 径、策略、工具与操作技能这五个层次有机组合的 一个选择性系统。
› 方法学：关于方法的规律的理论。就是对方法的合 理性、有效性、效率与效果进行系统的研究、讨论、 分析。
› 方法论的意义：它不但使你明白什么时候用和如何 用锤子或螺丝刀，它还指导你在面对新的难题时， 如何创造新的工具。
现代设计方法部分习题与答案
现代设计⽅法部分习题与答案第1章1.何谓产品⽣命周期，简述其各个阶段。
产品⽣命周期（Product Life Cycle），简称PLC，是指产品的市场寿命，即⼀种新产品从开始进⼊市场到被市场淘汰的整个过程。
PLC分为介绍期（Introduc- tion）、增长期（Growth）、成熟期（Mature）、衰退期（Decline）四个阶段.2.简述现代设计所指的理论与⽅法有哪些。
3.简述产品开发的⼀般流程。
产品基本开发流程的6个阶段：阶段0，计划：规划经常被作为“零阶段”是因为它先于项⽬的达成和实际产品开发过程的启动。
阶段1，概念开发：概念开发阶段的主要任务是识别⽬标市场的需要，产⽣并评估可替代的产品概念，为进⼀步开发选择⼀个概念。
阶段2，系统⽔平设计：系统⽔平设计阶段包括产品结构的定义、产品⼦系统和部件的划分阶段3，细节设计：细节设计阶段包括产品的所有⾮标准部件及从供应商处购买的标准部件的尺⼨、材料和公差的完整明细表，建⽴流程计划并为每⼀个即将在⽣产系统中制造的部件设计⼯具。
阶段4，测试和改进：测试和改进阶段包括产品的多个⽣产前版本的构建和评估。
阶段5，产品推出：在产品推出阶段，使⽤规划⽣产系统制造第2章1.简述功能分析法的设计步骤。
总功能分析、功能分析、功能元求解、求系统原理、解求最佳系统原理⽅案。
2. 什么是技术系统？举例说明技术系统应具有的分功能单元。
技术系统所具有的功能，是完成技术过程的根本特性。
从功能的⾓度分析，技术系统应具有下列能完成不同分功能的单元：①作业单元，完成转换⼯作；②动⼒单元，完成能量的转换、传递与分配；③控制单元，接受、处理和输出控制信息；④检测单元，检测技术系统各种功能的完成情况，反馈给控制单元；⑤结构单元，实现系统各部分的连接与⽀承切削加⼯中⼼的功能构成第3章1. 产品创新的概念是什么？产品创新在哪些诱导机制下完成的，举例说明。
产品创新：新产品在经济领域⾥的成功运⽤，包括对现有⽣产要素进⾏组合⽽形成新的产品的活动。
第二章机械产品功能原理设计
从上述材料拉伸试验机采用的力—变形关系测 量的例子中：总功能(力—变形关系测量)可分解 为四个分功能(试件拉伸、力测量、变形测量、 控制信息)，每个分功能再分解，直至功能元。 将各分功能(或功能元)组合时有三种基本结构形 式，如图所示。图中F1，F2和F3为分功能。
二：
针对某一确定的“功能目标”．寻求一些“物 理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些 实现该功能目标的“解法原理”。
主要工作内容：
是构思能实现功能目标的新的解法原理。 举例：喷墨打印技术
第二节 功能、功能单元和功能结构
一、机器的功能组成
一台机器完成的功能通常称为总功能，
5）还原创新原理
还原创新原理是指创造者回到驱使人们创造的最基 本的出发点或归宿，进行创新思考的一种创造模式。
例如，设计新型电风扇，无论是台扇、吊扇、壁扇， 最基本的出发点都是使周围空气急速流动。有没有 别的技术方案能实现这种功能或物理效应呢?有人想 到了薄板振动的方案。该方案用压电陶瓷夹持一金 属板，通电后金属薄报振荡，导致空气加速流动。 按此思路设计的电风扇，没有扇叶，面貌全新，称 为“无扇叶电风扇”。与传统的风叶旋转式电风扇 相比，具有体积小、重量轻、耗电少和噪声低等优 点。
一、功能原理设计的工作特点
1) 是用一种新的物理效应来代替旧的物理效 应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。
2) 引入某种新技术(新材料、新工艺、……)， 但首先要求设计人员有一种新想法(New Idea)、 新构思。
3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。
例如，机械表不论在技术上如何改进，其走时 的精确性始终不可能和石英电子表相媲美。 电波表的出现： 当然，在实践中，每一个功能原理设计不一定 都能体现上述三个特点，而能体现这三个特点 的，则应该是高品位的功能原理设计。
功能分解法 百科
功能分解法是一种社会科学用来分析社会现象的方法，是社会调查常用的分析方法之一。
它通过说明社会现象怎样满足一个社会系统的需要（即具有怎样的功能）来解释社会现象。
功能分析法的作用包括：
1.明确分析对象。
2.考察各组成要素间在形式上的排列和比例。
3.考察各组成要素间的相互影响和相互作用。
4.考察现象整体对社会的影响和作用。
5.通过理论分析作出结论。
功能分析法是自然科学和社会科学用来分析自然现象和社会现象的一种方法，任何事物和现象都是由两个或两个以上的部分、方面、因素所组成的，这些部分、方面和因素之间形成一种相对稳定的联系，这种相对稳定的联系称之为结构。
相互联系的各个部分、方面和因素之间总是相互依存、相互作用的，这种事物或现象内部各个部分、方面和因素之间的相互作用和影响以及该事物或现象对于外部其他事物或现象的影响和作用，称之为功能。
功能分析设计法新方案
的地方起落, 1973年3月美国政府不得不作出决定，停止开发这 种超音速飞机。
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1.2 调查研究
1.2.3 社会分析
▲绿色设计与绿色制造 △可持续发展 “既满足当代人的需求，又不对子孙后代 满足其需要之能力构成危害的发展”
（from: 《我们共同的未来》,世界环境与发展委员会WCED向联合国 第42届年会提交的研究报告）
是 条件 否
F1
F2
（a）
并联结构
（b）
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3.3.1 功能结构图的基本结构形式 （续）
▲环形结构
又称循环结构，
输出反馈为输入的
F1
F3
结构为循环结构。
F2
条件 是
F1
否 F2
（a）
（b）
环形结构
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3.3.2 建立功能结构图的要求
建立功能结构图时应注意以下要求：
▲体现功能元或分功能之间的顺序关系 ▲各分功能或功能元的划分及其排列要有一定的理
二次包络环面蜗杆传动技术经验上升为理论非液体摩擦滑动轴承的条件性校验尽管不能上升为理论塑料工业中把粉状的原料加工成片状就利用了剪切加热这一由库仑定律转化而来的技术原理即两圆辊表面线速度不同使流经其间的粉状原料加热熔化工作原理技术原理由已有的技术原理形成新的技术原理技术并不等同于科学技术的发展有他的相对独立性有些技术的产生是在已有技术成果的基础上进行移植综合和革新的结果
数学功能元主要用于机械式的加减机构 和除法机构，如差动轮系、机械台式计算机、 求积仪等。
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逻辑功能元
包括“与”、“或”、“非”三种逻 辑动作， 主要用于控制功能。
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例：行走式挖掘机的形态学矩阵
系统原理解的可能方案数为：N=6 X 5 X 4 X 4 X 3=1440 如：A1+B4+C3+D2+E1 为电动履带式挖掘机
A5+B5+C2+D4+E2 为液压轮胎式挖掘机
练习：根据以下描述列出形态学矩阵
PowerPoint软件打印功能描述如下： 打印范围分：全部、当前幻灯片、给定范围共
6、宜人性。传统设计是训练用户来适应机器的要求，而现
代工程设计则能为用户提供新颖舒畅、愉快、兴奋等精神功能， 满足“人——机——环境”的协调关系。
7、质量控制。重视产品在设计阶段的质量控制活动，全程
监控质量问题，避免设计出来的产品在质量上存在先天不足的缺 陷。
第二节 设计方法学
设计方法学：以系统论的观点研究产品的设计 程序、设计规律和设计中的思维与工作方法的 一门综合性科学。
4、动态化与最优化。通过计算机
进行动态多变量最优化处理，寻求最优解决方案和设计参数。 模拟系统真实工作情况，以得到符合实际情况的最佳解。
现代制造工程设计技术特点
5、系统性与综合性。采用逻辑的系统的设计方法，综
合运用自然科学理论和社会科学理论，同时采用数学工具和电子 计算机技术，总结设计规律，提供多种解决设计问题的科学途径。
三种情况； 打印内容分：幻灯片、讲义、备注页、大纲视
图共四种方式； 打印颜色/灰度分:颜色、灰度、黑白共三种设
置； 打印效果分：幻灯片加框和幻灯片不加框两种
方式。
5.求最优原理方案——比较法
粗筛选：把与设计要求不符的或各功能元解不 相容的方案去除。
如:行走挖掘机，若动力源为电动机，则与液力耦合器、 气垫、液压缸传动等功能元解不相容，不能能成可实 现的方案，必须去除。
定量评价 选择最佳方案
功能分析法的优点
设计步骤明确 规律性强 有利于采用计算机进行设计 有利于提高设计质量和效率
容易掌握
功能分析法 ——The End
2.功能分解
将复杂的总功能分解为简单的功能单元 功能树：用树状表示的功能关系图。树根表示总
功能，树枝表示分功能，树叶表示功能元。
例：行走挖掘机的总功能是取运物料，对它 的总功能 进行分解而形成的功能树如图2-3所示。
物料运送解法目录（图2-4）
3.功能元求解
功能元分类：
(1)物理功能元：反映能量、物质、信息变化的基本物理 作用。
功能分析法
设计步骤和各阶段的应用方法
明确任务
分析
总功能
功能元
综合
功能元解 功能原理解
评价决策 最佳功能原理方案Fra bibliotek黑箱法
功能树 创造性方法 解法目录 形态学矩形
评价法
1.总功能分析
只研究功能，不涉及实现功能的方法。 黑箱法：将待求的产品设计系统看成是一个具
有未知数内容的黑箱。示意图如图2-2所示。
技术文件。
以上工程设计中应尽可能地实现CAD/CAM一体 化，从而缩短产品生产周期，提高产品质量。
功能分析法
功能——指产品技术系统的用途或所具有的特 定工作能力。
功能分析法——探寻功能方案的主要方法。这 种方法将复杂系统的总功能分化为简单的功能 单元，再对每个功能无求解，然后进行组合， 得到系统多种总方案，然后分析比较，最后得 到最佳功能方案。
(2)逻辑功能元 ： “与”、“或”、“非”三种，用于 功能的逻辑运算与控制。
(3)数学功能元：有加减、乘除、乘方开方、积分微分等 四类。
求解方法
(1)参考有关资料或利用各种创造性方法开阔去探寻解法 (2)利用解法目录求解。
如图2-4所示为物理功能中的物料运送解法目录
4.求系统原理解
将各功能元解进行合理组合，就可以得到系统 的多个原理解。
现代制造工程设计技术特点
1、社会性与环保性。产品设计向前向后延伸，以面 向社会、面向市场为指导思想进行全面考虑，强调顾 客参与设计过程，重视环保。
2、并行化与设计、制造一体化。设计与制造采用统 一的数据模型，不再是简单的串行工作方式。
3、计算机化与智能化。将计算机全面地引入设计。 利用计算机强大的计算功能，将设计进行整合与优化。 或借助于人工智能，由计算机模仿人设计出产品。
进行功能元解的组合时常采用形态综合法。以 功能元为纵坐标，各功能元解为横坐标，构成 形态学矩阵。如表2-1所示。
从每项功能元中取出一种解进行有机组合，即 得到系统的一个原理解。如果有m个功能元， 第i个功能元有n个功能元解，则可能的原理解 个数为：N=n1 x n2 x…ni…xnm
系统解的形态学矩阵（表2-1）
研究目的是：总结设计的规律性，启发设计人 员的创造性，在给定条件下，实现高效、优质 的设计。
工程设计的内容
工程设计一般包括产品规划、原理方案设计、 技术设计和施工设计四项内容。
1.产品规划：提出详细的设计任务书 2.原理方案设计：作出产品功能原理方案图 3.技术设计：把产品的最优原理方案具体化 4.施工设计：把技术设计的结果变成加工过程所需的
第二章 现代制造工程设计技术 第二节 功能设计
第一节 现代制造工程设计技术特点
现代制造工程设计是指把整个产品的开发过程 看成以下过程。
市场/客户 需求
产口设计 规范
技术文件
取取得得社社会会与与 经经济济效效益益
设计人员的创 造性思维
现代制造工程设计技术：制造领域应用科学知 识和现代技术手段进行的工程设计。