现代设计方法1-2章
【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。
第1章设计方法学 现代设计方法教学课件
0.5
寿命 0.2 成本 电池 0.8 性能
0.3
电压
理想值
优等值 及格值 加权系数 实际值A B C
1.6
2.0 3.2 0.2 2.4 2.2 1.6
9.1
8.9 8.6 0.3 9.0 8.6 8.9
120
100 85 0.5 100 110 90
第三节 评价决策
评价决策的具体方法
成 本
评选最佳方案： RT R1
R2
R3 8.4 7.45 7.7
R1分值最高，即为最佳方案。
第三节 评价决策
评价决策的具体方法
（2）技术-经济评价法：先评出方案的技术价Wt和经济价Ww，然后用相对价W和 Wt 、Ww构成平面坐标系作出优度图，对方案进行技术经济综合评价。
1.0 0.8 1 2 3
外观 0.2 0.2 手表 1 1 性能 0.6 0.6 成本 0.2 0.2
计时 0.5 0.3
防水 0.17 0.1
防磁 0.08 0.05
防震 0.17 0.1
夜光 0.08 0.05
第三节 评价决策
解（2）评分及计算总分
确定评价目标，建立评价目标矩阵：
Z z1 z2
z3
z4
z5
z6
二级子 目标 一级子 目标 总目标
第三节 评价决策
评价目标树
对目标系统进行评价时，最末一级子目标的加 权系数满足：
g
i 1
n
i
1, gi 0, i 1, 2,
,n
确定加权系数的方法有两种：经验法和计算法。
gi
wi
w
i 1
n
i
第三节 评价决策
《现代设计方法》课程教学大纲
现代设计方法》课程教学大纲课程代码：020232025 课程英文名称：Advanced Design Methods 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 适用专业：车辆工程能源与动力工程装甲车辆工程大纲编写（修订）时间：2017.5一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标现代设计方法是汽车类专业的一门重要的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握优化设计和有限元的基本理论和方法，同时通过一些工程实例的研究，培养学生分析和解决工程问题的能力。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求通过本课程的学习，学生要对本课的基本内容有系统的理解，掌握其基本概念、理论和方法，运用这些理论分析，解决工程实际问题，并达到如下要求：1．掌握现代设计方法的基本概念、理论及发展趋势。
2．掌握优化设计理论的基本概念、建模方法、搜索方法和无约束问题、有约束问题的求解方法等内容，使学生能够用优化设计方法解决设计中的实际问题。
3．掌握有限元方法的基本理论和方法，在此基础上，能够熟练使用大型工程软件进行实际的工程设计和计算。
（三）实施说明本课程主要包括两部分内容：机械优化设计、有限元方法。
教师在授课过程中可以根据实际情况酌情安排各部分的学时，课时分配表仅供参考。
根据本专业特点，教师应结合本专业的实际问题，在教学过程中注意理论与实际结合，突出实际应用。
课程的教学目标通过讲授、课后作业和后续的实践课程三个环节来实现。
教师要注重对基本概念、基本方法和解题思路的讲解，以便学生在实际应用中能举一反三，灵活运用。
（四）对先修课的要求在学习本课程之前，必须先修完《线性代数》、《理论力学》、《材料力学》等课程。
（五）对习题课、实验环节的要求本课程的主要难点就是在较短的学时内使学生掌握机械最优化设计方法和有限单元法的基本概念、方法和具体步骤。
因此根据课程的基本概念，思想和方法应用及典型的工程问题，选择安排一定的习题，习题通过课堂练、讲相结合和课后作业完成。
现代设计理论与方法 第1章绪论
4. 可靠性设计（reliability design） 可靠性设计（ ）
可靠性设计是保证系统及其零部件满足给定 的可靠性指标的设计方法。可靠性理论是在第二 次世界大战期间发展起来的。把可靠性理论应用 在机械设计方面的研究始于20世纪60年代，首先 应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到 民用工业。对于一个复杂的产品来说，为了提高 整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个 零部件的性能来达到；这样就使得产品的造价昂 贵，有时甚至难以实现，例如对于由几万甚至几 十万个零部件组成的很复杂的产品。
因此它对开发新产品，改造旧产品和提高产品 的市场竞争能力有着十分重要的作用。 设计方法学的研究内容包括：分析设计过 程及各设计阶段的任务；研究解决设计问题的 逻辑步骤和应遵循的工作原则；研究并促进各 种创新技法在设计中的运用；通过各种现代设 计理论和方法在设计中的应用, 实现产品的科学 合理设计, 提高产品的竞争能力；深入分析各种 类型设计特点，有针对性地进行设计；利用系 统工程方法编制设计信息库等。
随后，出现了手动游标、图形输入板等多种形 式的图形输入设备。随着超大规模集成电路制 成的微处理器和存储器件的出现和计算机工作 站的问世，使CAD技术在中小型企业得到普 及。随着CAD技术向标准化、集成化、智能化 方向发展，出现了计算机集成制造系统。随着 固化技术、网络技术、多处理机、智能技术和 并行处理技术的应用，使CAD技术正在趋自动 化和智能化，并在机械设计、机器人、工厂自 动化、电子电气、软件开发、服装业、出版 业、土木建筑、地质等各个领域得到广泛应 用。
另外，可靠性设计利用概率论和统计学方法， 通过考虑载荷、材料性能、实验结果等随机性 进行可靠性设计，以解决载荷、应力和材料性 能不确定的问题，以取得高可靠性设计结果。 （3）系统性 设计方法学是通过从抽象到具体的发散的 思维方法，以产品的功能、原理、结构为构思 的模型，经过横向变异和纵向综合，由计算机 构造多种可行方案，经评价优选出最佳方案。 创造性设计学是运用创造技法，充分发挥想象 力进行创造性辩证思维，形成新的设计构思。
现代设计方法与应用第一章
1.3 系统建模
例 1-1 以传递扭矩的等截面轴优化设计为例说明系统建模问 题，其目标为轴的质量最小，如图所示。其中轴的直径 为d，跨度为l。决定该轴质量的可变影响因素两个：轴直 径d，跨度l。设轴的质量为F，轴材料密度为ρ，则该等截 面轴质量可表示为：
d
l
图 传递扭矩的等截面轴
本章习题
1-1试述设计的含义，产品设计具有哪些特征？ 1-2何为传统设计、现代设计？现代设计的主要特点表现在
第一章 绪论
1 现代设计方法概述 2 设计中的系统科学方法
3 系统建模
■ 内容 ：本章是现代设计方法的基础，将介绍现代设 计方法的概念、特征、手段和原则，并对系统论、 设计方法学和设计系统进行了说明和阐述。最后给 出了系统建模的应用范围、模型的分类以及建模时 应注意的问题，并以等截面轴传递扭矩为例说明系 统建模的方法和步骤。
(1) 分析问题
(2) 综合求解
(3) 方案评价
(4) 综合决策
定义问题
分析问题 N
综合求解
评价 Y 综合决策
最佳解
图 解决问题的逻辑步骤
1.3 系统建模
系统建模主要用于三个方面： 分析和设计实际系统 预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势 对系统实行最优控制 模型可以取各种不同的形式，不存在统一的分类原则。按照 模型的表现形式可以分为物理模型、数学模型、结构模型和 仿真模型。
1.1 现代设计方法概述（续）
设计方法的定义 ：设计方法是指在设计过程中，为设 计本身所规定的特定目标而形成的做事情的顺序。
设计方法的分类:（1）传统设计: 直觉设计 经验设计 半理论半经验设计
（2）现代设计
1.1 现代设计方法概述（续）
现代设计方法答案
环境变量一．用牛顿法求函数2214121)2()2(),(x x x x x f -+-=的极小值点坐标（迭代二次）。
解 初始点Tx ]2,3[0=则初始点处的函数梯度、海森矩阵及其逆矩阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+-=∇42)2(4)2(2)2(4)(2121310x x x x x x f⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-=∇844148442)2(12)(2102x x f⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=∇=487241241121)]([102x f 代入牛顿法迭代公式，得Tx f x f x x ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=∇∇-=34,38)()]([0121-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+-=∇02732)2(4)2(2)2(4)(2121311x x x x x x f代入牛顿法迭代公式，得⎥⎦⎤⎢⎣⎡=∇∇-=26.152.2)()]([111212x f x f x x -二、分析比较牛顿法、阻尼牛顿法、共轭梯度法、变尺度法和鲍威尔法的特点，找出前四种方法的相互联系。
比较牛顿法：牛顿法收敛很快，对于二次函数只需迭代一次便达到最优点，对非二次函数也能较快迭代到最优点，但要计算二阶偏导数矩阵及其逆阵，对维数较高的优化问题，其计算工作和存储量都太大。
阻尼牛顿法：可以看出原始牛顿法就相当于阻尼牛顿法的步长因子取成固定值1的情况。
阻尼牛顿法每次迭代都在牛顿方向上进行一维搜索，避免了迭代后函数值上升的现象，从而保持了牛顿法二次收敛的特性，而对初始点的选取并没有苛刻的要求。
这类方法的主要缺点计算复杂，工作量大，要求计算机存储量大共轭梯度法：共轭方向主要是针对二次函数的，但也可以用于一般非二次函数。
共轭方向法是二次收敛的，计算程序简单，存储量相对较少变尺度法：只需用到函数的一阶梯度；下降算法，故收敛全局；计算量小（不需要求矩阵逆）；一般可以达到超线性收敛（速度快） 鲍威尔法：多维无约束优化算法是在无约束优化算法之一，首先选取一组共轭方向，从某个初始点出发，求目标函数在这些方向上的极小值点，然后以该点为新的出发点，重复这一过程直到获得满意解，其优点是不必计算目标函数的梯度就可以在有限步内找到极值点。
《现代设计方法》教学大纲
《现代设计方法》教学大纲一、课程概述：二、课程目标：1.熟悉现代设计方法的概念和发展历程。
2.掌握现代设计方法的基本理论和实践技巧。
3.培养学生的创新思维和解决问题的能力。
4.提高学生的设计实践能力和团队合作意识。
三、课程内容：第一章现代设计方法概论（6课时）1.1现代设计方法的定义与作用1.2现代设计方法的研究领域与方法论1.3现代设计方法的发展历程与趋势第二章问题定义与用户需求分析（12课时）2.1设计问题定义的重要性与技巧2.2用户需求分析的方法与实践2.3问题定义与用户需求分析的案例分析与讨论第三章创意发散与评估（18课时）3.1创意发散的概念与方法3.2创意评估的标准与技巧3.3创意发散与评估的实践案例分析与讨论第四章设计方案生成与优化（24课时）4.1设计方案生成的方法与工具4.2设计方案优化的原则与策略4.3设计方案生成与优化的实践案例分析与讨论第五章原型制作与用户测试（18课时）5.1原型制作的方法与技巧5.2用户测试的设计与实施5.3原型制作与用户测试的案例分析与讨论第六章项目管理与团队合作（12课时）6.1项目管理的基本概念与流程6.2团队合作的原则与技巧6.3项目管理与团队合作的案例分析与讨论四、教学方法与评价方式：1.教学方法：本课程采用以学生为主体、教师为引导的探究式学习方法，注重理论与实践的结合。
课堂将结合案例分析、小组讨论和实践操作等形式进行教学。
2.评价方式：本课程的评价方式包括平时表现、课堂参与、实践作业和期末综合考核等。
平时表现和课堂参与占比30%，实践作业占比40%，期末综合考核占比30%。
五、教材与参考资料：1.教材：2.参考资料：-相关学术论文及案例分析以上是《现代设计方法》教学大纲，旨在培养学生的现代设计思维和实践能力，帮助学生成为具有创新意识和团队合作能力的设计专业人才。
第二节 现代设计方法的概念
第二节现代设计方法的概念现代设计方法是以研究产品设计为对象的科学。
它以电子计算机为手段，运用工程设计的新理论和新方法，使设计结果达到最优化，使设计过程实现高效化和自动化的设计方法。
现代设计方法是传统设计方法的延伸与发展，是人们把相关科学技术综合应用于设计领域的产物，它使传统设计方法发生了质的变化。
一、现代设计方法的特点现代设计方法与传统设计方法相比较，主要完成了以下几方面的转变：1．产品结构分析的定量化；（优化设计）传统设计方法设计产品时，通常是在调查分析的基础上，参照同类或近类产品通过估算、经验类比或简单试验确定设计方案，然后根据初始设计方案的设计参数对零部件各项性能要求进行计算，校核各项性能参数是否满足要求，如果不完全满足，则凭借设计者的经验或主观判断对有关参数进行修改和计算，直到满足要求为止，从而获得可行的设计方案。
（可行的设计方案当然有多种）而现代设计方法中的优化设计法是先根据产品的设计目标和性能要求构造数学模型，然后应用数学规划理论或数值计算法，借助于计算机进行求解计算，从而获得具有最优技术经济效果的最优设计方案。
如各种应用于优化设计的软件有MATLAB、SAS、SPSS等。
2．产品工况分析的动态化；（有限元法）在产品结构分析中，传统的设计方法虽然能对结构简单的零部件，利用材料力学和弹性力学的计算公式作出近似的计算，但是对复杂结构的零部件或整机却只能进行定性或类比的估算。
而现代设计方法在传统设计方法基础上引入了有限元方法，依靠计算机不但对结构简单的零部件能作出更为精确的计算，而且对结构复杂的零部件或整机也能进行较为精确的计算。
（定量）3．产品质量分析的可靠性化；（可靠性设计）在产品的质量分析中，虽然传统设计方法能用安全系统法作出零部件不发生破坏（失效）的计算，但是当零部件的几何尺寸、工作应力、强度等参数具有较大的离散性时，因为这种方法未能考虑零部件的失效概率，所以即使安全系数大于1也可能发生失效。
现代设计方法
析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息
的技术文件的过程。
世界上独一无二的钢 结构设计——“鸟巢 ”
现代设计方法
0.1.2 现代设计方法产生的背景（以机械产品为例）
1.设计理论和实践的变化
2.产品功能要求的变化 3.产品制造技术的变化 4.机械行业在经营模式上发生的根本性变化
现代设计方法
1.设计理论和实践的变化 过去，在理论上主要以力学为基础，在实践上主 要以经验作为基础 现在，作为基础的理论远不止力学，还有系统论、
计算机辅助设计
可靠性设计 可视化设计 数字化设计
网络设计
价值工程
摩擦设计
有限元法
绿色设计
相似设计
……
现代设计方法
1. 优化设计（Optimal Design）
优化设计亦称为最优化设计，是以数学规划理论 为基础，以电子计算机为辅助工具，将设计问题按规 定的格式建立数学模型，并选择合适的优化算法，选 择或编制计算机程序，然后通过计算机求解获得最优 设计方案。 优化设计包括全生命周期优化设计、广义优化设 计、集成优化与综合优化。
现代设计方法
英国前首相撒切尔夫人对工业设计有一句非常精辟 的论断:“对工业设计投入一分，可以产生一千分的回
报”；
美国工业设计协会做过调查，美国工业设计平均每
投入一美元，其销售收入为二千五百美元；
工业设计的创新，必然会给产品带来丰厚的利润.
现代设计方法
0.1 设计的基本概念
0.1.1 设计的概念与内涵
设计有广义和狭义两种概念。
（1）广义：设计是将人类的理想变为现实的活动。
（2）狭义: 设计是指完成满足一定客观需求的技术
系统的活动。该技术系统包括图纸、软件程序、其它技
现代设计方法课后答案
第一章计算机辅助设计（CAD）
1.什么是CAD？什么是CAD系统？
它是指人们在计算机软硬件的辅助下对产品或工程进行设计、绘图、分析计算、修改和编写技术文件以及显示、输出的一种设计方法。
一般把应用于CAD作业的计算机、软件及外围设备，总称为CAD系统。
2.为什么CAD系统大都采用人机交互工作？
CAD不是完全的设计自动化。
实践经验证明，完全的设计自动化是非常困难的。
CAD是将人的主导性与创造性放在首位的，同时发挥计算机的长处，使二者有机的结合起来，从而提高设计质量、缩短设计周期、降低设计费用。
3.CAD技术在机械工业中有哪些主要应用？结合你用过或见到过的“CAD的应用”举一例说明。
①二维绘图②图形及符号库③参数化设计④三维造型⑤工程分析⑥设计文档和生成报表。
4.。
现代设计方法第1阶段练习题江大考试题库及答案一科共有三个阶段,这是其中一个阶段。答案在最
江南大学网络教育第一阶段练习题考试科目:《现代设计方法》第章至第章（总分100分）__________学习中心（教学点）批次：层次：专业：学号：身份证号：姓名：得分：一单选题 (共17题，总分值17分，下列选项中有且仅有一个选项符合题目要求，请在答题卡上正确填涂。
)1. 对于多元函数的无约束优化问题，判断其最优点可以根据（）。
（1 分）A. 目标函数的梯度判定B. 目标函数的性态判定C. 目标函数的凹凸性判定D. 目标函数值的大小判定2. 如果两个随机变量A和B均服从正态分布，即A＝N（100，0.05），B＝N（200，0.02），则随机变量A在 0.05之间分布的百分数与随机变量B在 0.02之间分布的百分数（）。
（1 分）A. 之比为2.5B. 之差为0.5C. 之比为0.4D. 相等3. 决定正态分布曲线形状的参数是（）。
（1 分）A. 正态变量B. 均值和标准差C. 均值D. 标准差4. 多元函数F（X）在X＊处存在极大值的充分必要条件是：在X*处的Hessian矩阵（）。
（1分）A. 等于零B. 大于零C. 负定D. 正定5. 对于函数F（x）= ，从初始点x(0)={1,1}T出发，沿方向s(0)={-1,-2}T进行一维搜索，最优步长因子为（）。
（1 分）A. 10／16B. 5／9C. 9／34D. 1／26. 根据强度—应力干涉理论，可以判定，当强度均值μr大于应力均值μs时，则零件可靠度R的值（）。
（1 分）A. 小于0.5B. 等于0.5C. 大于0.5D. 等于17. 图示三角形单元非节点载荷的节点等效载荷为（）。
（1 分）A. F yi=-100KN F yj=-50KN F yk=0B. F yi=-80KN F yj=-70KN F yk=0C. F yi=-70KN F yj=-80KN F yk=0D. F yi=-50KN F yj=-100KN F yk=08. 在有限元分析中，划分单元时，在应力变化大的区域应该（）。
现代设计史第一章：现代设计史概论 什么是设计
现代设计史
第一章 绪论
01 什么是设计？
设计史论内容
目前现代 设计理论
1.现代建筑史论 2.工业设计史论 3.平面设计史论 4.纺织服装史论
设计：“design”， 是一种规划、设想问 题解决的方法，通过 视觉 视觉传达方式 计划通过传达之后的具体应用
现代设计史
现代设计内容
现代建筑设计
现代建筑史，论 述从19世纪初以 来建筑的发展与 变迁。
现代工业产品
工业设计史，讲 述工业产品的设 计变迁和演变。
第一章 绪论
现代平面设计 现代平面设计史， 阐述包装、海报、 标志、书籍设计 等百年来的发展。
第一章 现代设计史概论
01 什么是设计？ 02 工业设计概念 03 现代设计的诞生 04 设计与经济的关系 05 设计与艺术、科学的关系 06 现代设计史的形态范畴及划分
现代设计史
第一章 绪论
重点
设计与经济、艺术、科学的 关系； 现代设计艺术分类标准与方 法
难点
现代设计产生根源； 工业革命、发明创造、现 代艺术流派等的影响
现代设计史
第一章 绪论
什么是现代设计？
现代设计是为现代人、现代经济、现代市场和现代社会提 供服务的一种积极的活动。
现代设计是20世纪期间发展起来的设计活动，与传统设计 有很大区别，最根本的区别在于现代设计是与大工业生产 和现代文明的密切关系，与现代社会生活的密切关系，是 与传统的设计所不同的。
现代设计是工业化批量生产的技术条件下之必然产物； 同时又是设计界改变以往转为权贵服务的方向，转而提出 向民众服务的口号下的产物，是设计民主化的进程。
现代设计史
第一章 绪论
—
建
汽
现代设计方法
8.有效寿命：设备处于最佳工作状态的时间，这个时期是系统主要的工作期，设备工作时间长、失效率恒定，处于最佳工作状态
设计方法学研究的内容包括哪些方面：
1设计对象
2设计过程及程序
3设计思维
5—5.试述浴盆曲线的失效规律和失效机理。如果产品的可靠性提高，那么，浴盆曲线将有何变化？
（1）失效分三个阶段：1）早期失效期：早期失效期一般为产品试车跑合阶段。在这一阶段中，失效率由开始很高的数值急剧地降到某一稳定的数值。引起这一阶段失效率特别高的原因是材料缺陷、制造工艺缺陷、检验查错等。2）正常运行期：正常运行期又称为有效寿命期。在此阶段内发生的失效一般都是由于偶然因素引起的。3）耗损失效期：耗损失效期出现在产品使用的后期。耗损失效主要是产品经长期使用后，由于疲劳、磨损、老化等原因，已接近衰竭，从而处于频发失效状态，使失效率随时间推移而上升，最终导致产品的功能终止。
现代ＣＡＤ技术：
现代ＣＡＤ技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法,设计环境，设计工具的各相关技术的总称，它能使设计工作的实现集成化，网络化和智能化，已达到提高产品设计质量，降低产品成本和缩短设计周期的目的。
功能：
功能是对于某一产品的特定工作能力的抽象化描述。每一件产品均具有不同的功能，对于工业产品，使用者购买的主要是其实用功能。当人们把机械、设备、仪器看作是一系统时，功能就是一个技术系统在实现某种任务为目标时，其输入输出量之间的关系。
（2）出发点：进行可靠性设计时，往往将常规设计方法中涉及到设计变量（如材料强度、疲劳寿命、载荷、尺寸、应力等）看成是服从某种分布的随机变量，然后根据产品的可靠性指标要求，用概率方法设计得出产品和零件的主要参数和尺寸。
现代设计方法(李思益)章 (3)
第3章 创造及创新设计方法
（1）间接性。这里的间接性是指凭借其它信息的触发， 或通过已有知识和信息来认知没有直接感知的或根本不能感知 的事物，并预见和推知事物的发展进程和结果。例如，科学家 感知到了万物之间存在一定的吸引力，但通过思维活动后，才 得出了万有引力定律和公式。
（2）概括性。概括性是指它能略去不同类型事物之间表 面的、具体的差异，从中抽象出共同本质或特征并加以反映描 述。例如，材料或机械零件的强度计算公式就是人们分析、计 算、概括、提炼出来的适应不同材料、结构、工作性能要求的 设计计算准则。
形象思维灵活、新奇，抽象思维严密，发挥各自的优势并 综合运用可获得创新型的成果。
第3章 创造及创新设计方法
2．发散思维与收敛思维 围绕问题的各种信息，从不同方向和角度出发，从多方面 寻求问题的各种可能的解法的思维方式称为发散思维。发散思 维具有流畅（反映敏捷，快速想出各种解法）、灵活（触类旁 通，不受思维定势约束）和独特（打破常规，有特色）等特点。 发散思维是创造性思维的基本形式之一，是创造的出发点。常 用的发散思维方法有横向、纵向、逆向、分合、颠倒、质疑、 对称等。 在大量设想或多种方案的基础上，能提出一到两个被公认 为最好的方案的思维方式称为收敛（集中）思维，它是一种采 用比较、筛选、组合、论证、综合、归纳等进行的思维活动。
第3章 创造及创新设计方法
3.２ 思维类型及其特点 3.２.1 思维的定义及特点 不同学科对“思维”这个概念有着不同的定义。例如，恩 格斯从哲学角度认为：思维是物质的运动形式。心理学认为： 思维是人脑对客观现实概括和间接的反映，它反映的是事物本 质和内部规律。思维科学认为：思维是发生在人脑中的信息交 换。综合对思维的各种各样的解释，可给思维这样一个定义： 思维是人脑对客观现实的反映，是人脑对所接受和已储存的来 自客观世界的信息进行有意识或无意识、直接或间接的加工处 理，从而产生新信息的过程。思维具有如下特点：
现代设计方法习题答案
现代设计方法习题答案现代设计方法习题答案在现代设计方法的学习过程中，习题是非常重要的一环。
通过习题的解答，我们可以更好地理解和掌握设计方法的核心概念和技巧。
下面我将为大家提供一些现代设计方法习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。
习题一：什么是用户中心设计（User-Centered Design）？请简要描述其核心原则。
答案：用户中心设计是一种以用户为中心的设计方法，旨在满足用户的需求和期望。
其核心原则包括以下几点：1. 理解用户需求：通过调研和用户访谈等方法，深入了解用户的需求和期望，为设计过程提供指导。
2. 设计可用性：在设计过程中，注重用户体验和界面的易用性，确保用户能够轻松地理解和操作设计产品。
3. 迭代设计：设计过程是一个循序渐进的过程，需要不断地与用户进行反馈和交流，不断改进和优化设计。
4. 多学科合作：用户中心设计需要与不同领域的专家进行紧密合作，包括用户研究人员、交互设计师、视觉设计师等，以确保设计的全面性和有效性。
习题二：请解释什么是信息架构（Information Architecture），并举例说明。
答案：信息架构是指在设计过程中对信息进行组织和分类的过程。
它关注的是如何使用户能够轻松地找到所需的信息，以及如何将信息以一种有序和易于理解的方式呈现给用户。
举个例子，假设我们正在设计一个电子商务网站。
在信息架构的过程中，我们需要考虑如何将商品分类，如何将不同的商品属性进行组织和展示，以及如何设计搜索功能等。
通过合理的信息架构，用户可以快速找到所需的商品，并且能够清楚地了解每个商品的特点和价格。
习题三：请解释什么是情感设计（Emotional Design），并说明其在产品设计中的作用。
答案：情感设计是一种注重用户情感体验的设计方法。
它通过设计产品的外观、交互和功能等方面，来引发用户的情感共鸣和情感连接。
在产品设计中，情感设计起到了至关重要的作用。
它可以提升用户对产品的好感度和满意度，从而增加用户的忠诚度和购买意愿。
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。
现代设计方法_第一阶段练习 (1)
江南大学网络教育第一阶段练习题考试科目:《现代设计方法》第章至第章（总分100分）__________学习中心（教学点）批次：层次：专业：学号：身份证号：姓名：得分：一单选题 (共18题，总分值18分，下列选项中有且仅有一个选项符合题目要求，请在答题卡上正确填涂。
)1. 在约束优化方法中，容易处理含等式约束条件的优化设计方法是（D）。
（1 分）A. 可行方向法B. 复合形法C. 内点罚函数法D. 外点罚函数法2. 平面三角形单元内任意点的位移可表示为三个节点位移的（D）。
（1 分）A. 算术平均值B. 代数和车员C. 矢量和D. 线性组合3. Powell修正算法是一种（A）。
（1 分）A. 一维搜索方法B. 处理约束问题的优化方法C. 利用梯度的无约束优化方法D. 不利用梯度的无约束优化方法4. 在一平面桁架中，节点3处铅直方向位移为已知，若用置大数法引入支承条件，则应将总体刚度矩阵中的（ B ）。
（1 分）A. 第3行和第3列上的所有元素换为大数AB. 第6行第6列上的对角线元素乘以大数AC. 第3行和第3列上的所有元素换为零D. 第6行和第6列上的所有元素换为零5. 平面应力问题中(Z轴与该平面垂直)，所有非零应力分量均位于（A）。
（1 分）A. XY平面内B. XZ平面内C. YZ平面内D. XYZ空间内6. 对于二次函数F(X)= X T AX+b T X+c,若X*为其驻点，则▽F(X*)为（A）。
（1 分）A. 零B. 无穷大C. 正值D. 负值7. 约束极值点的库恩——塔克条件为：，当约束函数是g i(X)≤0和λi>0时，则q应为（D）。
（1 分）A. 等式约束数目B. 不等式约束数目C. 起作用的等式约束数目D. 起作用的不等式约束数目8. 已知F(X)=(x1-2)2+x22,则在点处的梯度为（D）。
（1 分）A.B.C.D.9. 内点罚函数，在其无约束极值点逼近原目标函数的约束最优点时，惩罚项中（ A）。
第二章 现代设计技术
徐州工程学院教案徐州工程学院教案纸个设计变量所组成一个向量空间，称之为设计空间。
优化设计的目的就是要求所选择的设计变量使目标函数达到最佳值，通常在工程设计中，所追求的目标可能是多种多样。
当目标函数只包含一）设计约束与可行域不等式约束：可行域：凡满足所有约束条件的设计点，它在设计空间的活动范围。
）设计对象的分析可相应地表示为：因为一个系统发生故障和无故障是互斥事件，必须满足或部件或元件)1000个，工作障。
我们可以计算出这种系统(或部件或元件)千小时的可靠度为：——试验品数（不可修复产品），总故障次数（可修复产品）、机械零件可靠性设计——零件（部件）的强度；概率可表示为图2-1 应力-强度概率密度分布）可靠度的一般表达式根据以上干涉模型计算在干涉区内强度大于应力的概率——可靠度。
2-2所示，当应力为时，强度大于应力的概率为强度分布密度函数区间内的概率为——应力分布密度函数；图2-2 概率密度函数联合积分求可靠度假设与为两个独立的随机事件，因此两独立事件同时发生的概率为为应力区间内的任意值，现考虑整个应力区间内的情况，当应力和强度均为正态分布时，有z=S-s由于应力和强度均为正态分布，将上式化为标准正态分布形式式中：从（1）式可知，当已知应力和强度的分布参数后，就可算得，从正态分布表就可查得可靠度。
因此，为可靠度指标，根据（（3）设各元件的失效事件是相互独立的，其可靠度分别为R1、R2…Rn，系由上式可知，串联系统的可靠度比系统中最不可靠的元件可靠度还低，并且随着元件可靠度的减小和元件数量的增加，其可靠度迅速降低。
由概率乘法定理可知，并联系统的可靠度为：并联系统的单元数目越多，系统的可靠度越高，但系统的体积、重量该系统可靠度为：三、价值工程、价值工程的基本概念。
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1)信息论方法学(信号处理是现代设计的依据)
2)功能论方法学(功能实现是现代设计的宗旨)
3)系统论方法学(系统分析是现代设计的前提)
4)突变论方法学(突变创造是现代设计的基石)
5)智能论方法学(智能运用是现代设计的核心)
6)优化论方法学(广义优化是现代设计的目标)
7)对应论方法学(相似模拟是现代设计的捷径)
传统的设计方法和现代设计方法的比较：
☻传统设计方法：静态分析、近似计算、经验设计、 手工劳动为特征的设计方法；
☺现代设计方法： 动态的，精确的，优化设计、
CAD为特征的设计方法。
与传统设计方法相比，现代设计方法完成了几个方面的转变： 1) 产品结构分析的定量化； 2) 产品工况分析的动态化；
3) 产品质量分析的可靠化； 4) 产品设计结果的最优化；
现代设计方法
教 材: 《现代设计方法》,钟志华,武汉理工大学出版社
参 考 书: 《现代设计理论与方法》，张鄂，科学出版社
《现代机械设计方法》,藏勇,冶金工业出版社 上机指导书:自编 成 绩：期末成绩70% + 平时30%
第一章 绪
• 设计及其内涵 • 设计发展的基本阶段
论
• 现代设计与传统设计
• 现代设计理论和方法
2)适应性设计
在主功能实现原理或结构方案保持基本不变的情况下，对产品作
局部变更或增设部件，使之能更广泛地适应使用要结构保持不变的情况下，变更现有产品的结构配置 和尺寸，使之满足不同的工作要求的设计。
现代产品设计的三个阶段：
1)功能原理设计
针对产品的功能要求，进行产品原理方案的构思与拟定的过程 。运用创新思维并借鉴前人有效的设计经验，把设计要求抽象为 简单模式，以简图或示意图进行方案构思，寻求能满足产品主要 功能要求的原理方案。
8)控制论方法学(动态分析是现代设计的深化)
9)离散论方法学(离散处理是现代设计的细解)
10)艺术论方法学(悦心宜人是现代设计的美感)
11)模糊论方法学(模糊定量是现代设计的发展)
1.4 现代产品的设计类型及进程
设计类型：
1)开放性设计
在全部或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的 科学技术成果进行的新型工业产品的设计。是一种完全创新的设计。
计与制造无法分开。17世纪前基本属于这一阶段，设计过程是
凭当事人的智力和灵感，是一种具有很大偶然性的自发设计。
2. 经验设计阶段
产品逐渐复杂、需求增大，促使手工艺人联合协作，逐渐
出现了图纸，开始利用图纸进行设计。一部分经验丰富的人将
自己的经验或构思用图纸表达出来，根据图纸组织生产。
17世纪初，数学与力学结合后，开始运用经验公式来解决 设计中的一些问题，并开始按图纸进行制造，如早在1670年就 已经出现了有关大海船的图纸。
3. 半理论半经验设计阶段(中间试验设计阶段)
—传统设计阶段
20世纪初，对产品采用局部试验、模拟试验等作为设计辅助手
段。通过中间试验取得较可靠的数据，选择较合适的结构，从而缩
短了试制周期，提高了设计可靠性。 ① 加强设计基础理论和专业产品设计机理的研究，如材料应力应
变、摩擦磨损理论，零件失效与寿命，为设计提供了大量信息，如
• 降低制造成本，保证产品使用性能和使用寿命，增
强产品的市场竞争力，降低制造与使用能耗，减少
制造与使用过程对环境的负面影响，便于资源回收
与再利用，有利于可持续发展。
• 任务：掌握理论与相关原理，了解其作用与局限性， 解决实际问题。
CAD/CAM技术、CAPP…
现代设计阶段产品设计不仅考虑产品本身，还要考虑对系 统和环境的影响；不仅要考虑技术领域，还要考虑经济、社 会效益；不仅考虑当前，还需考虑长远发展。如汽车设计。 现代设计阶段要求在设计工作中把自然科学、社会科学、
人类工程学，以及各种艺术、实际经验和聪明才智融合在一
起，用于设计中。
5) 产品设计过程的高效化和自动化
1.3 现代设计理论和方法的主要内容和特点
• 现代设计理论与方法是以研究产品设计为对象的科学，以计算 机为手段，运用工程设计的新理论和新方法，使计算结果最优 化，设计高效化和自动化。 • 现代设计理论和方法的内容众多而丰富，由既相对独立又有机 联系的“十一论”方法学构成：
是一种优化过程，在给定条件下针对目标谋求最优解的过程；
设计是把各种先进技术转化为生产力的一种手段，它反映当时 设计是一种技术性、经济性、社会性、艺术性的综合产物； 设计是为满足需求而进行的一种创造性思维活动的实践过程；
生产力的水平，是先进生产力的代表；
设计是通过分析、创造与综合，创造性地建立满足特定功能要
• 现代产品的设计类型及进程
1.1 设计与设计过程
设计的概念：
广义的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该需求的技
术系统(或技术过程)的活动。(机、电产品设计)
设计含义的一些典型提法及其本质：
是一种创造性活动，核心是创造性，没有创新，就不叫设计；
设计、技术设计、施工设计)
4) 时代特征(设计活动受时代的物质条件、技术水平的限制，
如设计方法、设计手段、材料、制造工艺…)
1.2 设计方法的发展
• 从人类生产的进步过程来看，设计发展分为直觉设计、经验 设计、半理论半经验设计、现代设计四个阶段。
1. 直觉设计阶段
从自然现象中直接得到启示，或全凭人的直观感觉设计制作 工具，设计者多为经验丰富的手工艺人，设计方案存在于手工 艺人头脑之中，无法记录表达，手工艺人间没有信息交流，设
设计数据图表(图册)和设计手册等； ② 加强关键零件的设计研究，特别是加强了关键零部件的模拟试 验，提高了设计速度和成功率； ③ 加强了“三化”，即零件标推化、部件通用化、产品系列化的
研究，后来又提出设计组合化。
4. 现代设计阶段
设计工作所需理论基础和手段有了很大进步，特别是计算
机技术的发展及应用，使设计工作产生了革命性的突变，为 设计工作提供了实现设计自动化的条件。如CAD技术、
2)实用化设计
关键工作是将原理方案结构化，转化为具有实用水平的装置， 完成从总体设计、零件设计到制造施工的全部技术资料。
3)商品化设计
从技术、经济、社会等各方面提高产品的市场竞争能力。
现代产品设计的进程：
产品规划阶段
确定任务，给出详细的设计任务书(设计要求)
原理方案设计阶段
创新构思，优化筛选，求取理想的功能原理方案，作出新产品 功能原理方案图(简图或示意图)
技术设计阶段
总体设计结构设计(功能)和造型设计(商品化)优化结构设 计技术文件、总体&结构装置草图、造型设计文件、总体效果图 、外观构思图提出新产品的总装、结构转配和造型图。
施工设计阶段
完成零件图、部件装配图、造型说明书、工艺文件、使用说明 书等技术文件。
1.5 学习现代设计的意义与任务
求的技术系统的活动过程。
设计过程从本质上说就是创造性的思维与活动过程， 是将创新构思转化为有竞争力的产品的过程。
设计活动都具有如下特征:
1) 需求性特征 (设计源于需求，没有需求就没有设计；科学
研究和工程设计的最大区别)
2) 创造性特征
3) 程序特征(设计活动的过程性，从明确设计任务到编制
技术文件所进行的整个设计工作流程：产品规划、原理方案