现代机械设计方法介绍PPT(16张)
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机械设计课件ppt
04
详细设计
对技术设计方案进行优化和完善，完 成图纸绘制和工艺计划，为产品制造 提供根据。
02 机械材料
CHAPTER
金属材料
01
02
03
钢铁
常用的机械材料之一，具 有高强度、良好的塑性和 韧性，易于加工和焊接。
铜及铜合金
具有良好的导电导热性能 ，易于加工，常用于制造 电气和电子元件。
铝及铝合金
质轻、耐腐蚀、易于加工 ，广泛用于航空、汽车和 建筑领域。
非金属材料
工程塑料
具有良好的耐腐蚀、绝缘 、质轻和耐磨等特性，广 泛应用于化工、电子和汽 车等领域。
橡胶
具有弹性好、减震性能良 好、绝缘和耐腐蚀等特点 ，用于制造密封件、减震 器和绝缘材料等。
陶瓷
硬度高、耐磨、耐腐蚀， 常用于制造轴承、阀件和 刀具等高精度零件。
复合材料
玻璃纤维增强塑料
金属基复合材料
由玻璃纤维和有机高分子材料复合而 成，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点 。
以金属为基体，加入增强纤维或颗粒 等材料复合而成，具有高强度、耐磨 和耐热等特点。
碳纤维复合材料
由碳纤维和有机高分子材料复合而成 ，具有高强度、高模量、轻质等特点 ，广泛应用于航空、汽车和体育器材 等领域。
链传动的类型
根据链条的结构，链传动可以分为滚子链、齿形链等多种类型。
链传动的特点
链传动具有承载能力强、传动效率高、可靠性好等优点，但同时也 存在结构尺寸较大、对安装精度要求高等缺点。
04 机械制造工艺
CHAPTER
铸造工艺
砂型铸造
利用砂型作为模具进行铸造的方法，适用于各种 形状和大小的铸件。
熔模铸造
轴承结构设计
机械设计及现代设计方法(上课课件)
机械工程导论
第3章 机械设计及现代设计方法
机械设计制造及其自动化 张彩丽 2015.03
第3章 机械设计及现代设计方法
3.1
3.2
机械设计概述
现代设计方法
3.3
机械创新设计
3.1 机械设计概述
为什么要进行设计？
为创造人类自身生存所需的条件， 不断地用自己的智慧和才能改造着自然
3.1.1 设计及机械设计
3.2.3 现代设计方法简介
4、可靠性设计（ reliability design ）
什么是可靠性？
产品可靠性的影响
可靠性差： 可靠性好：
4、可靠性设计
可靠性定义：
——是产品的一种属性，是指产品在规定条件下 、规定时间内完成规定功能的能力。
包含5个要素：
1、产品
指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、器 件、设备和系统。
3.1.2 设计的类型
3.1.2 设计的类型：
1、开发性设计（完全创新设计）
2、适应性设计（再设计）
3、变参数设计（变异设计） 4、测绘和仿制（反求设计）
3.1.3 机械设计的基本过程
基本设计过程：
功 能
机 构
结 构
3.1.3 机械设计的基本过程
具体设计过程：
初步设计阶段 技术设计阶段 工作图设计阶段 安装调试阶段
3.1.4 设计过程中的方法和理论
3.2 现代设计方法
3.2.1 设计发展的基本阶段
直觉设计阶段 经验设计阶段
半经验半理论设计阶段
现代设计阶段
3.2 现代设计方法
3.2.2 传统设计与现代设计
传统设计
以生产经验为基础，运用经验、公式、图表、 设计手册等，着眼于产品的功能和技术规范， 通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设 计。
第3章 机械设计及现代设计方法
机械设计制造及其自动化 张彩丽 2015.03
第3章 机械设计及现代设计方法
3.1
3.2
机械设计概述
现代设计方法
3.3
机械创新设计
3.1 机械设计概述
为什么要进行设计？
为创造人类自身生存所需的条件， 不断地用自己的智慧和才能改造着自然
3.1.1 设计及机械设计
3.2.3 现代设计方法简介
4、可靠性设计（ reliability design ）
什么是可靠性？
产品可靠性的影响
可靠性差： 可靠性好：
4、可靠性设计
可靠性定义：
——是产品的一种属性，是指产品在规定条件下 、规定时间内完成规定功能的能力。
包含5个要素：
1、产品
指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、器 件、设备和系统。
3.1.2 设计的类型
3.1.2 设计的类型：
1、开发性设计（完全创新设计）
2、适应性设计（再设计）
3、变参数设计（变异设计） 4、测绘和仿制（反求设计）
3.1.3 机械设计的基本过程
基本设计过程：
功 能
机 构
结 构
3.1.3 机械设计的基本过程
具体设计过程：
初步设计阶段 技术设计阶段 工作图设计阶段 安装调试阶段
3.1.4 设计过程中的方法和理论
3.2 现代设计方法
3.2.1 设计发展的基本阶段
直觉设计阶段 经验设计阶段
半经验半理论设计阶段
现代设计阶段
3.2 现代设计方法
3.2.2 传统设计与现代设计
传统设计
以生产经验为基础，运用经验、公式、图表、 设计手册等，着眼于产品的功能和技术规范， 通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设 计。
现代机械设计理论与方法(PPT212页)
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
1) 师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
1) 图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
现代设计方法
注重产品设计的全过程 注重分析系统内部单元的相对关系 从功能分析入手解决产品方案设计
2.1 技术系统的组成和处理对象
系统的组成
系统单元 系统结构 边界条件 输入和输出的要素
2.2 系统分析设计方法
系统分析设计的内容
系统设计 系统制造 系统运行
系统分析设计涉及到产品开发和运行的所有环节，甚至包 括产品的售后服务和产品失效（报废）后处理，所以系统 分析设计不是单纯的产品设计。
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
4 设计要求的拟定
1) 产品功能和性能 2) 设计参数和相关的指标 3) 制造及使用等方面的限制条件
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
1 功能分析和原理方案拟定
1) 功能分析 2) 创造性设计 3) 分析——综合——评价
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
二十年来服装的变化趋势或潮流
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
4 依据功能的设计
1) 参考有关资料、专利或产品求解 2) 利用各种创造性方法以开阔思想来探寻解法 3) 采用形态综合 方案设计
5 功能分析设计法举例
1) 挖掘机的原理方案设计
2.2 系统分析设计方法
反向探求法
机械设计及现代设计方法培训课件(共69张PPT)
图3-1 技术系统
3.1
概论
3.1.1 工程设计的概念 图3-2所示为压力机用于冲压时的技术系统示意图,通过 对系统的输入和输出的主要内容分析可知,压力机这一机 械系统用来使物料分离或产生塑性变形。采用这种分析 方法,便于抓住系统的本质,有助于进一步改进或开发新 的技术系统。
图3-2 压力机用于冲 压时的技术系统
3.1
概论
3.1.4 设计的本质与过程 1.设计的本质 设计的本质是由如下设计的基本特征所决定的: 1) 约束性。 2)多解性。 3)相对性。
3.1
概论
3.1.4 设计的本质与过程 2.设计的过程 首先,对设计对象作出正确的分析,确定它的技术经济指标。 其次,采用系统学或创造性的设计方法,确定可能的设计方 案,根据经验或通过简单的计算作出分类,然后再用价值分析 方法或优选方法选择方案。 最后,用优化设计方法确定所选方案的主要参数,选择经济 的材料和工艺过程,并完成设计阶段的一切技术文件。
图3-4 机械产品设计过程的工作循环流程
3.2
设计理论与方法
3.2.1 设计理论与方法的分类
图3-5 现代机械设计方法的分类
3.2
设计理论与方法
3.2.2 机械设计理论与方法的发展趋向
图3-6 现代机械设计理论与方法的发展趋向
3.3
现代设计技术
3.3.1 现代设计技术的定义与特点 现代设计技术:以满足应市产品的质量、性能、时间、成 本/价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为
广义设计在工程技术领域中的特有表现,是对技术系统进
行构思、分析并把设想变为现实的技术实践活动。
3.1
概论
3.1.1 工程设计的概念 技术系统的处理对象是能量、物料及 信息。随着时间及其他条件的影响, 系统中存在能量、物料及信息的变化, 即能量流、物料流和信息流。其中, 能量包括机械能、电能、光能、核能 等形式,在图3-1中用实线箭头表示; 物料可为材料、毛坯、试件、半成品 等形式,在图3-1中用双线箭头表示; 而信息往往体现为测量值、指示值、 控制信号、脉冲显示等形式,在图31中用虚线箭头表示。
现代机械设计理论与方法(1)
2 2 g7 ( X ) z小x3 x2 AHT小(1 z小 / z大） 0
⑦ 满足轮齿弯曲强度要求，应有
2 g8 ( X ) x3 z小x2 AFT小YF 0
3）选用合适的优化方法求解，得
z1 22 X b 53 m 4. 5
优化设计
将设计问题的 物理模型转化 为数学模型
选用适当的优化方 法和计算机程序
通过计算机 求解得到最 佳设计方案
② 计算机辅助设计(CAD)
CAD能够帮助我们完成机械设计中的图形设计（制图） 及部分分析计算。（以计算机为工具） 计算机辅助设计
传统设计
人工计算、绘图
用计算机设计、 计算、绘图。
设计精度、稳定性 和效率有限，修改 不方便
四、现代设计方法的特点
程式性。研究设计的全过程，要求设计者从产品 规划、方案设计、技术设计到试验、试制进行全面考 虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性。突出人的创造性，力求探寻更多新方案， 开发创新性产品。
最优化。设计的目的是得到功能全、性能好、成 本低的最优产品。 综合性。建立在系统工程和创造工程基础上，综 合运用信息论、优化论、相似论、决策论、预测论等 相关理论，提供多种途径解决产品的设计问题。 计算机化。
④ 模数和齿宽之间要求 5m b 17 m
g 4 ( X ) x2 5x3 0 g5 ( X ) 17x3 x2 0
⑤ 保证各行星轮之间齿顶不相碰撞，应满足
g 6 ( X ) x1 sin
C
1 x1 (i 2)(1 sin ) 0 2 C
⑥ 满足接触强度要求，应有
主要应用于 以下方面
⑦ 满足轮齿弯曲强度要求，应有
2 g8 ( X ) x3 z小x2 AFT小YF 0
3）选用合适的优化方法求解，得
z1 22 X b 53 m 4. 5
优化设计
将设计问题的 物理模型转化 为数学模型
选用适当的优化方 法和计算机程序
通过计算机 求解得到最 佳设计方案
② 计算机辅助设计(CAD)
CAD能够帮助我们完成机械设计中的图形设计（制图） 及部分分析计算。（以计算机为工具） 计算机辅助设计
传统设计
人工计算、绘图
用计算机设计、 计算、绘图。
设计精度、稳定性 和效率有限，修改 不方便
四、现代设计方法的特点
程式性。研究设计的全过程，要求设计者从产品 规划、方案设计、技术设计到试验、试制进行全面考 虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性。突出人的创造性，力求探寻更多新方案， 开发创新性产品。
最优化。设计的目的是得到功能全、性能好、成 本低的最优产品。 综合性。建立在系统工程和创造工程基础上，综 合运用信息论、优化论、相似论、决策论、预测论等 相关理论，提供多种途径解决产品的设计问题。 计算机化。
④ 模数和齿宽之间要求 5m b 17 m
g 4 ( X ) x2 5x3 0 g5 ( X ) 17x3 x2 0
⑤ 保证各行星轮之间齿顶不相碰撞，应满足
g 6 ( X ) x1 sin
C
1 x1 (i 2)(1 sin ) 0 2 C
⑥ 满足接触强度要求，应有
主要应用于 以下方面
机械设计介绍(共52张PPT)
机构的组成和运动副
机构的组成要素是构件和运动副
构件和零件
构件
机器中的独立运动单元
• 零件
• 机器中的制造单元
构件分成以下几种
机架（固定构件）
主动件 活动构件
从动件
其中，运动规律的活动构件称为原动件， 输出运动或动力的从动件称为输出件。
由假设干零件组成的构 件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
如灵巧许机用械应手、力航：天飞机的创造符合科学性原那l么im 。 [ ] ;[ ] ——随时间作周期性或非周期性变化
s s σ≤ [σ] 或 τ≤ [τ]
lim σlim 、τlim — 极限应力 s — 平安系数
学起于思，思缘于疑，如生活中会出现饮水机在倒水时手推开关会把一次性水杯压扁；
塑性材料： 脆性材料：
σlim = σs ；τlim = τs σlim = σB ；τlim = τB
σs、τs— 材料屈服极限 σB、τB— 材料强度极限
三、变应力作用下的强度问题
主要失效形式：疲劳破坏
强度条件：σ≤ [σ]
lim
s
疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关
轴
σlim = ？
初始裂纹
疲劳区 (光滑) 粗糙区
课程的性质与任务
是一门介绍常用机构和通用机械零件的根 本知识和根本设计方法的技术根底课。
教学内容
1、研究机构的组成及具有确定运动的条 件。
2、研究四种根本机构的特性和设计方 法。
3、讨论机械零部件的设计方法，如零部 件的工作能力、参数设计、结构设计、加
本课程的根本学习方法
1 着重根本概念的理解和根本设计方法的掌握， 不强调系统的理论分析；
第3章机械设计及现代设计方法(上课课件)
26
4、可靠性设计
可靠性设计——以概率论和数理统计为基础
，为保证产品可靠采用的一系列分析与设计技术
机械产品的可靠性设计分为：
1、方案论证阶段：可靠性指标 2、审批阶段：可靠性的评价 3、设计研制阶段：可靠性预测、分配和故障模式 4、生产及试验阶段：规范生产、进行寿命试验等 5、使用阶段：收集可靠性数据
➢形象思维与抽象思维： 形象思维：人脑对客观事物或现象的外在特点和
具体形象的反映活动。
抽象思维：凭借概念、判断、推理而进行的反映
客观现实的思维活动。
39
3.3.2 创新思维
➢发散思维和收敛思维：
发散思维：一种求出多种答案的思维形式。 收敛思维：一种寻求某种正确答案的思维形式。 在创造活动中，光有发散思维的活动并不能使问 题获得有效的解决，所以发散思维之后尚需进行 收敛思维。 这两种思维的有效结合组成了创造活动的一个循 环过程。
10
3.2 现代设计方法
3.2.2 传统设计与现代设计
传统设计
以生产经验为基础，运用经验、公式、图表、设 计手册等，着眼于产品的功能和技术规范，通过 经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
传统设计的每一个环节都是依靠设计者用手 工方式来完成的：
方案设计
11
3.2 现代设计方法
分析计算 信息处理、经验或知识的存储和重复使用没有一 个理想有效的方法 传统设计是以静态分析、近似计算、经验设计、 手工劳动为特征的设计方法。
1、产品的质量、性能、成本等在很大程度 上取决于设计的水平与质量。
2、统计资料表明：机械产品的质量事故约 有50%是由于设计不当造成的，产品成 本的70%-90%是由设计阶段决定的。
5
3.1.2 设计的类型
4、可靠性设计
可靠性设计——以概率论和数理统计为基础
，为保证产品可靠采用的一系列分析与设计技术
机械产品的可靠性设计分为：
1、方案论证阶段：可靠性指标 2、审批阶段：可靠性的评价 3、设计研制阶段：可靠性预测、分配和故障模式 4、生产及试验阶段：规范生产、进行寿命试验等 5、使用阶段：收集可靠性数据
➢形象思维与抽象思维： 形象思维：人脑对客观事物或现象的外在特点和
具体形象的反映活动。
抽象思维：凭借概念、判断、推理而进行的反映
客观现实的思维活动。
39
3.3.2 创新思维
➢发散思维和收敛思维：
发散思维：一种求出多种答案的思维形式。 收敛思维：一种寻求某种正确答案的思维形式。 在创造活动中，光有发散思维的活动并不能使问 题获得有效的解决，所以发散思维之后尚需进行 收敛思维。 这两种思维的有效结合组成了创造活动的一个循 环过程。
10
3.2 现代设计方法
3.2.2 传统设计与现代设计
传统设计
以生产经验为基础，运用经验、公式、图表、设 计手册等，着眼于产品的功能和技术规范，通过 经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
传统设计的每一个环节都是依靠设计者用手 工方式来完成的：
方案设计
11
3.2 现代设计方法
分析计算 信息处理、经验或知识的存储和重复使用没有一 个理想有效的方法 传统设计是以静态分析、近似计算、经验设计、 手工劳动为特征的设计方法。
1、产品的质量、性能、成本等在很大程度 上取决于设计的水平与质量。
2、统计资料表明：机械产品的质量事故约 有50%是由于设计不当造成的，产品成 本的70%-90%是由设计阶段决定的。
5
3.1.2 设计的类型
现代机械设计理论及方法概述(ppt 23页)PPT学习课件
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
绪论
关于设计及其重要性 现代机械与传统机械 现代机械设计所研究的内容 我国机械工程的发展与机械设计
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
对机械设计与理论的学位要求
在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、 材料科学、控制理论以及设计理论方面有坚实基 础；在传热学、电子技术、计算机及网络技术方 面有较强基础；在人工智能科学、管理科学（特 别是市场分析和成本分析）、环境科学及人机科 学方面有一定的基础。
现代机械设计理械设计中的性能设计
工程设计学 工程建模学
各种系统或行业机械设 计中的共性问题， 设计的原则、理论基础
从模型入手解决产品 设计，设计方法
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
使设计理论具体化和实用化的条件：
能反映设计对象有关本质方面并能定量描述 有完整的设计准则、设计步骤和各种系数在实践或实
40
60
80
100
大型复杂机械的设计必须完成“分析－分解－综合”的过程，其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。
设计理论与方法论相关领域
关于现代机械设计理论与方法 产品创新设计、稳健性设计理论、广义优化设计、优势设计、摩擦学设计 也能将机械能转换成其他类型的能量
时间 百分比（
%)
现代机械设计理论与方法
机械电子学、测控理 论与技术、信息科学
人机工程、生物机械学、工业设计等
绿色设计、人工物设计理论
产品创新设计、稳健性设计理论、广 义优化设计、优势设计、摩擦学设计 并行设计、虚拟设计、快速设计、 机电一体化设计等
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
绪论
关于设计及其重要性 现代机械与传统机械 现代机械设计所研究的内容 我国机械工程的发展与机械设计
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
对机械设计与理论的学位要求
在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、 材料科学、控制理论以及设计理论方面有坚实基 础；在传热学、电子技术、计算机及网络技术方 面有较强基础；在人工智能科学、管理科学（特 别是市场分析和成本分析）、环境科学及人机科 学方面有一定的基础。
现代机械设计理械设计中的性能设计
工程设计学 工程建模学
各种系统或行业机械设 计中的共性问题， 设计的原则、理论基础
从模型入手解决产品 设计，设计方法
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
使设计理论具体化和实用化的条件：
能反映设计对象有关本质方面并能定量描述 有完整的设计准则、设计步骤和各种系数在实践或实
40
60
80
100
大型复杂机械的设计必须完成“分析－分解－综合”的过程，其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。
设计理论与方法论相关领域
关于现代机械设计理论与方法 产品创新设计、稳健性设计理论、广义优化设计、优势设计、摩擦学设计 也能将机械能转换成其他类型的能量
时间 百分比（
%)
现代机械设计理论与方法
机械电子学、测控理 论与技术、信息科学
人机工程、生物机械学、工业设计等
绿色设计、人工物设计理论
产品创新设计、稳健性设计理论、广 义优化设计、优势设计、摩擦学设计 并行设计、虚拟设计、快速设计、 机电一体化设计等
现代机械设计理论与方法
现代机械设计技术(ppt 49页)
现代设计技术
2004.9
现代设计技术
现代机械设计技术
第一章 传统设计与现代设计
关于设计 关于现代设计 关于现代机械设计技术 关于机械产品的设计技术 本课程的内容 课程安排与考核要求 课程要求
1.1 关于设计 设计？
广义： 对发展过程的安排
包括：发展的方向、程序、细节及到达的目标
由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运 动、物资流和能量流在内的动力学任务的、机械与电子部件相互 联系的伺服系统
各个发展阶段的机械产品的典型组成
典型组成 机械发展阶段
能源、动力
传 简单机械 人力、畜力
统 蒸汽机械
蒸汽
电气机械 普通电机
作业、执行
简单工具 机械构件 机械构件
现代 机电一体化 控制电机
创造性设计学：
在知识、手段和方法不充分的条件下，运用创造性技法， 充分发挥想象，进行辩证思维，形成新的构思和设计
传统设计：
经验、类比的设计方法，用收敛性的思维方法，过早地进入具体方案设计， 功能原理分析不充分、不系统，不容易创新，难于得到最优方案
1.2 关于现代设计
现代设计的特点：
2、社会性 以面向社会、面向市场为指导思想
更多地运用最新技术 大系统论
经典力学 强度准则
广义力学 可靠性准则
经验、类比、局部计 定量计算、系统分析，各种
算与分析、校核
仿真工具
任务→方案→样机→ 虚拟样机→评价→优化参数 试验→修改→(重复) →设计与制作
1.3 关于现代机械设计技术
哲学、思维科学、 心理学、智能科学
解剖学、生理学、 人体科学
3）工业产品艺术造型，满足精神功能要求 4）价值分析：以最低寿命周期费用可靠地实现必要的功能。增加附加值
2004.9
现代设计技术
现代机械设计技术
第一章 传统设计与现代设计
关于设计 关于现代设计 关于现代机械设计技术 关于机械产品的设计技术 本课程的内容 课程安排与考核要求 课程要求
1.1 关于设计 设计？
广义： 对发展过程的安排
包括：发展的方向、程序、细节及到达的目标
由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运 动、物资流和能量流在内的动力学任务的、机械与电子部件相互 联系的伺服系统
各个发展阶段的机械产品的典型组成
典型组成 机械发展阶段
能源、动力
传 简单机械 人力、畜力
统 蒸汽机械
蒸汽
电气机械 普通电机
作业、执行
简单工具 机械构件 机械构件
现代 机电一体化 控制电机
创造性设计学：
在知识、手段和方法不充分的条件下，运用创造性技法， 充分发挥想象，进行辩证思维，形成新的构思和设计
传统设计：
经验、类比的设计方法，用收敛性的思维方法，过早地进入具体方案设计， 功能原理分析不充分、不系统，不容易创新，难于得到最优方案
1.2 关于现代设计
现代设计的特点：
2、社会性 以面向社会、面向市场为指导思想
更多地运用最新技术 大系统论
经典力学 强度准则
广义力学 可靠性准则
经验、类比、局部计 定量计算、系统分析，各种
算与分析、校核
仿真工具
任务→方案→样机→ 虚拟样机→评价→优化参数 试验→修改→(重复) →设计与制作
1.3 关于现代机械设计技术
哲学、思维科学、 心理学、智能科学
解剖学、生理学、 人体科学
3）工业产品艺术造型，满足精神功能要求 4）价值分析：以最低寿命周期费用可靠地实现必要的功能。增加附加值
现代机械设计概论PPT(共 41张)
线性规划和非线性规划是数学规划中的两个重要分支， 在工程设计问题中均得到了广泛应用。
另外，对于一个优化问题，如果可以用一个目标函数 来衡量，称之为单目标优化问题；如果需要用两个或 两个以上的目标函数来衡量，则称之为多目标优化问 题。其中单目标优化是多目标优化的基础。
2 遗传算法
遗传算法是模拟生物在自然环境下的遗传和进化过程 而形成的一种自适应全局优化概率搜索算法。它最早 由美国密执根大学的Holland教授提出，起源于20世 纪60年代对自然和人工自适应系统的研究。
4） 形成匹配集。根据种群中各个染色体的适应度函数值， 采取一定的选择方法，从种群中选出适应值较大的个染色 体（其中有些染色体是重复的），称这个染色体的集合即 为匹配集。这一过程即为选择操作。
5） 按某种复制规则进行繁殖。由匹配集中的个染色体繁 殖产生个新的染色体，得到一个新的种群。繁殖方法主要 有两种：交叉和变异。
遗传算法的特点
遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传 机制的随机搜索法。它与传统的算法不同，大多 数古典的优化算法是基于一个单一的度量函数的 梯度或较高次统计，以产生一个确定性的试验解 序列；遗传算法不依赖于梯度信息，而是通过模 拟自然进化过程来搜索最优解，它利用某种编码 技术，作用于称为染色体的数字串，模拟由这些 串组成的群体的进化过程。
（8）遗传算法具有可扩展 性，易于同别的技术混 合。
则的或有噪声的情况下，
也能以很大的概率找到
全局最优解。
遗传算法的缺点
（1）编码不规范及编码 存在表示的不准确性。
（2）单一的遗传算法编 码不能全面地将优化问 题的约束表示出来。考 虑约束的一个方法就是 对不可行解采用阈值， 这样，计算的时间必然 增加。
相关主题
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
主要内容包括：《机电企业管理导论》、《计算机 辅助设计及制造技术》、 《现代机械设计方法》等课程。
《现代机械设计方法》是其中的重要组成部分！学 习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一 些新的设计理论和方法。
《现代机械设计方法》大纲
一．总体要求
1. 了解创新设计、有限元分析、优化设计、可靠性设计 等方法的原理、功能、特点与工程应用。
有系统的理论 方法，但往往 只能近似满足 运动学要求
方案设计 创造性
运动学分 动力学分 析与设计 析与设计
零件工作 能力设计
结构设计
受到计算手段 的制约，分析 较简单。
常将复杂问题简化，得出近 似公式或经验公式。一般按 静载荷计算，引入动载系数
常采用类比 的方法
机械零件设计的一般步骤
机械零件设计的一般步骤
现代设计方法
特征和发展动向：
• 以动态取代静态 • 以定量取代定性 • 以变量取代常量 • 以优化取代可行性设计 • 以并行取代串行设计 • 以微观取代宏观 • 以系统工程取代分部处理 • 以自动化取代人工设计
具体方法：
• 计算机辅助设计 • 优化设计 • 可靠性设计 • 虚拟产品设计 • 参数化设计 • 智能设计 • 分形设计 • 网上设计 • 创新设计 • 反求工程
设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争 激烈、产品更新速度加快的新形势。
2.机械现代设计方法 机械现代设计方法简介1 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应
用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下 列转换：
以动态的取代静态的─如机器结构动力学计算。 以定量的取代定性的─如有限元计算。 以随机量取代确定量─如可靠性设计。 以优化设计取代可行性设计─如优化设计。 并行设计取代串行设计─如并行设计。 微观的取代宏观的─如微－纳米摩擦学设计。 系统工程法取代分部处理法─如系统工程。 自动化设计取代人工设计的转化─如计算机辅助设计。
2. 掌握四种设计方法中涉及到的主要概念、主要模型、 基本方法。
3. 具有完整地运用这些方法解决简单工程实际问题的能 力。
二．相关内容和要求
1. 创新设计
1.1 基本概念
1.2 冲突及其解决原理
1.3 利用技术进化模式
2. 有限元方法 与软件应用
2.1 基本思想
2.2 弹性力学基本理论
2.3 弹性力学有限元法 2.4 设计分析若干问题
1. 计算机辅助 设计CAD
1.1 CAD概述
1.2 CAD系统的构成
1.3 工程数据处理方法 1.4 数据库及其应用
1.5 图形处理技术
1.6 常用பைடு நூலகம்AD软件
2. 有限元方法 与软件应用
2.1 基本思想
2.2 弹性力学基本理论
2.3 弹性力学有限元法 2.4 设计分析若干问题
2.5 有限元分析软件的应用
选择零件类型、结构
计算零件上的载荷 确定计算准则 选择零件的材料
确定零件的基本尺寸 结构设计 校核计算
画出零件工作图 写出计算说明书
常规设计方法有如下不足：
方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平； 一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；
受计算手段的限制，简化假定较多，影响了设 计质量；
1.3 学习现代设计方法的意义
产品的设计是决定产品性能、质量、成本和企业经 济效益的重要环节。产品的核心竞争力很大程度上取 决于设计。通过学习，力争提高产品设计水平，既能 缩短设计周期，又能提高产品质量。
近年来，我国关于“见习机械设计工程师资格考试” 日益受到重视，和大学英语、计算机等级考试一样，每 年举行两次。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
•
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
2.5 有限元分析软件
3. 优化设计
3.1 基本概念
3.2 优化设计数学模型
3.3 优化设计数学基础 3.4 无约束优化方法
3.5 有约束优化方法 3.6 机械优化设计应用
4. 可靠性设计 4.1 可靠性度量指标 4.2 常用概率分布
4.3 零件可靠性设计 4.4 机械系统的可靠性
1. 三、本课程要求的主要内 容
学习要求
1.课堂讲解与课外自学相结合； 2.上课认真听讲，按时完成作业； 3.基于课程内容繁杂的特点，应注意平时知 识的积累。
考核方式： 课程设计成绩 闭卷(70%)+平时(30%)
•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
这些课程的目的是向学生提供机械设计方面的
基本理论和知识，并通过各种教学环节使学生具备
进行机械设计的基本能力，并具备进行机械试验的 动手能力。
通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的 创新精神、团队精神和工作作风。
必修课
机械制图
工程力学
机械设计基础
机械设计系列课程
现代机械设计方法 选修课
二、机械设计的方法
常规设计方法 产生的时代： 工业革命以来 产生的基础： 力学和材料科学的发展 基本内容： 运动学分析与设计 动力学分析与设计
现代设计方法
工作能力的分析与设计
产生的时代： 20世纪下半期 产生的基础： 计算机的发明与快速发展
1. 常规设计方法
主要依靠经验，通 过类比方法进行
主要依赖于设计者 的灵感
3. 优化设计
3.1 基本概念
3.2 优化设计数学模型
3.3 优化设计数学基础 3.4 无约束优化方法
3.5 有约束优化方法 3.6 机械优化设计应用
4. 可靠性设计 4.1 可靠性度量指标 4.2 常用概率分布
4.3 零件可靠性设计 4.4 机械系统的可靠性
教材：《现代机械设计方法》倪洪启主编，化工出版社
现代机械设计方法
南京农业大学 机械设计教研室
张海军
21.05.2019
1
21.05.2019
1
I 绪论 1.1 概述
现代设计方法概念
设计方法的发展过程 直觉——经验——半理论半经验——现代设计
1.2 现代设计方法的主要内容及特点
一、机械设计类课程简介
在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组 机械设计类课程。
《现代机械设计方法》是其中的重要组成部分！学 习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一 些新的设计理论和方法。
《现代机械设计方法》大纲
一．总体要求
1. 了解创新设计、有限元分析、优化设计、可靠性设计 等方法的原理、功能、特点与工程应用。
有系统的理论 方法，但往往 只能近似满足 运动学要求
方案设计 创造性
运动学分 动力学分 析与设计 析与设计
零件工作 能力设计
结构设计
受到计算手段 的制约，分析 较简单。
常将复杂问题简化，得出近 似公式或经验公式。一般按 静载荷计算，引入动载系数
常采用类比 的方法
机械零件设计的一般步骤
机械零件设计的一般步骤
现代设计方法
特征和发展动向：
• 以动态取代静态 • 以定量取代定性 • 以变量取代常量 • 以优化取代可行性设计 • 以并行取代串行设计 • 以微观取代宏观 • 以系统工程取代分部处理 • 以自动化取代人工设计
具体方法：
• 计算机辅助设计 • 优化设计 • 可靠性设计 • 虚拟产品设计 • 参数化设计 • 智能设计 • 分形设计 • 网上设计 • 创新设计 • 反求工程
设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争 激烈、产品更新速度加快的新形势。
2.机械现代设计方法 机械现代设计方法简介1 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应
用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下 列转换：
以动态的取代静态的─如机器结构动力学计算。 以定量的取代定性的─如有限元计算。 以随机量取代确定量─如可靠性设计。 以优化设计取代可行性设计─如优化设计。 并行设计取代串行设计─如并行设计。 微观的取代宏观的─如微－纳米摩擦学设计。 系统工程法取代分部处理法─如系统工程。 自动化设计取代人工设计的转化─如计算机辅助设计。
2. 掌握四种设计方法中涉及到的主要概念、主要模型、 基本方法。
3. 具有完整地运用这些方法解决简单工程实际问题的能 力。
二．相关内容和要求
1. 创新设计
1.1 基本概念
1.2 冲突及其解决原理
1.3 利用技术进化模式
2. 有限元方法 与软件应用
2.1 基本思想
2.2 弹性力学基本理论
2.3 弹性力学有限元法 2.4 设计分析若干问题
1. 计算机辅助 设计CAD
1.1 CAD概述
1.2 CAD系统的构成
1.3 工程数据处理方法 1.4 数据库及其应用
1.5 图形处理技术
1.6 常用பைடு நூலகம்AD软件
2. 有限元方法 与软件应用
2.1 基本思想
2.2 弹性力学基本理论
2.3 弹性力学有限元法 2.4 设计分析若干问题
2.5 有限元分析软件的应用
选择零件类型、结构
计算零件上的载荷 确定计算准则 选择零件的材料
确定零件的基本尺寸 结构设计 校核计算
画出零件工作图 写出计算说明书
常规设计方法有如下不足：
方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平； 一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；
受计算手段的限制，简化假定较多，影响了设 计质量；
1.3 学习现代设计方法的意义
产品的设计是决定产品性能、质量、成本和企业经 济效益的重要环节。产品的核心竞争力很大程度上取 决于设计。通过学习，力争提高产品设计水平，既能 缩短设计周期，又能提高产品质量。
近年来，我国关于“见习机械设计工程师资格考试” 日益受到重视，和大学英语、计算机等级考试一样，每 年举行两次。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
•
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
2.5 有限元分析软件
3. 优化设计
3.1 基本概念
3.2 优化设计数学模型
3.3 优化设计数学基础 3.4 无约束优化方法
3.5 有约束优化方法 3.6 机械优化设计应用
4. 可靠性设计 4.1 可靠性度量指标 4.2 常用概率分布
4.3 零件可靠性设计 4.4 机械系统的可靠性
1. 三、本课程要求的主要内 容
学习要求
1.课堂讲解与课外自学相结合； 2.上课认真听讲，按时完成作业； 3.基于课程内容繁杂的特点，应注意平时知 识的积累。
考核方式： 课程设计成绩 闭卷(70%)+平时(30%)
•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
这些课程的目的是向学生提供机械设计方面的
基本理论和知识，并通过各种教学环节使学生具备
进行机械设计的基本能力，并具备进行机械试验的 动手能力。
通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的 创新精神、团队精神和工作作风。
必修课
机械制图
工程力学
机械设计基础
机械设计系列课程
现代机械设计方法 选修课
二、机械设计的方法
常规设计方法 产生的时代： 工业革命以来 产生的基础： 力学和材料科学的发展 基本内容： 运动学分析与设计 动力学分析与设计
现代设计方法
工作能力的分析与设计
产生的时代： 20世纪下半期 产生的基础： 计算机的发明与快速发展
1. 常规设计方法
主要依靠经验，通 过类比方法进行
主要依赖于设计者 的灵感
3. 优化设计
3.1 基本概念
3.2 优化设计数学模型
3.3 优化设计数学基础 3.4 无约束优化方法
3.5 有约束优化方法 3.6 机械优化设计应用
4. 可靠性设计 4.1 可靠性度量指标 4.2 常用概率分布
4.3 零件可靠性设计 4.4 机械系统的可靠性
教材：《现代机械设计方法》倪洪启主编，化工出版社
现代机械设计方法
南京农业大学 机械设计教研室
张海军
21.05.2019
1
21.05.2019
1
I 绪论 1.1 概述
现代设计方法概念
设计方法的发展过程 直觉——经验——半理论半经验——现代设计
1.2 现代设计方法的主要内容及特点
一、机械设计类课程简介
在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组 机械设计类课程。