(完整版)现代设计理论与技术第二章
2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
第二章
2.2.1 计算机辅助设计的基本概念
CAD技术主要功能 • 零件造型、产品装配、工程图绘制、文档设计 • 产品渲染、动态显示 • 工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性 设计、运动学及动力学仿真
曲轴连杆应力变化
第二章
有限元分析－结构分析
机床动刚度分析－位移云图
并联运动机床的应力与应变分析
第二章
有限元分析－结构分析
齿轮接触应力分析
第二章
有限元分析－流体动力学仿真
流体动力学分析
双层水腔气缸盖 的三维实体模型
双层水腔气缸盖 的水流计算网格
冷却水流入口流量对冷 却效果影响的规律曲线
气缸盖温 度分布图
2、单一数据库与相关性设计
单一数据库：与设计相关数据来自同一数据库，实现产品 相关性设计，提高设计质量，缩短开发周期。 相关性设计：任何设计改动，都将及时反映到其它相关环 节上。如：零件图-产品装配图-零件数控程序-二维工程图； 左视图-主视图-俯视图-三维实体模型；
特征建模
第二章
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
试验设计技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及 运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。
第二章
4. 应用技术
应用技术是针对使用目的解决各类具体产品设计问题的技术， 如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容可以看作是 现代设计技术派生出来的具体技术群。
现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各
各构件转速仿真结果
第二章
现代设计理论与方法(优化设计第二章)
1
致 1 结论：Q为正定矩阵的二次型 Y QY 的等值面是以 Y 0知 2 的同心椭球面族。原二次函数就是以 X Q b 为中 力 行 心的同心椭球面族，椭圆中心为极小值点。
0
f x2
f xn x
T
0
明 德x0
f i 1 xi
n
cos i f ( x0 )T d f ( x0 ) cos(f , d )
x0
多元函数的梯度的模：
f 1/ 2 f ( x0 ) [ ( ) ] i 1 xi x0
x2 1
该方向上的单位向量为
4 2 2 5 0 5 f ( x ) e 0 2 2 1 f ( x ) 4 (2) 5 5
2 2 1 0 5 5 5 5 新点 x x1 x 0 e 1 1 1 5 1 5 5 5
明 德 任 责
Q为对称矩阵，f ( X ) X T QX
二次型
f ( X ) 致 2QX
知 力 行
第二节 多元函数的泰勒展开
1、一元函数
f x 在
x x0
点处的泰勒展开为：
1 x0 x f x0 x 2 f x f x0 f 2
f x1 x x2 x 2 0
2 f x1x2 x1 2 x f 2 致 2 知 x2 x
0
明 德 任 责
力 行
2 f x12 令 G ( x0 ) 2 f x x 2 1
设计学概论第二章-设计的多重特性
第二章设计的多重特性第一节设计与艺术一、设计的艺术渊源1.人类早期的设计与艺术活动是融为一体的，只是随着社会分工越来越细，各行业的专业性越来越强，才使得艺术从实际技术中分离开来，而艺术的观念也发生了变化。
2.随着艺术中纯形式主义研究的兴起，尤其是奥地利美术史家里格尔的《风格问题：装饰历史的基础》，终于从价值上打破了大艺术与小艺术的界限，指出了装饰和设计中内在的“艺术意志”。
3.设计概念产生于意大利文艺复兴时期，“设计”最初的狭义是指素描和制图。
二、设计的艺术指向1.康德认为美有两种：自由美和依存美；依存美含有对象的合乎目的性。
2.设计是一种特殊的艺术设计的创造过程是遵循实用化求美法则的艺术创造过程。
这种实用化的求美不是“化妆”，而是一专用的设计语言进行创造，。
3.设计被视为艺术活动，是艺术生产的一个方面，设计对美的不断追求，决定了设计中必然的艺术指向。
4.自现代运动以来，现代设计与现代艺术之间的距离日趋缩小，新的艺术形式的出现极易诱发心的设计观念，而新的设计观念也极易成为新艺术形式产生的契机。
5.随着历史发展与社会进步，创造纯精神产品的艺术逐渐从物质生产中分离出来。
社会出现了以艺术为职业的音乐家、舞蹈家、画家，出现了以艺术为专长的文学家、诗人、书法家，这种现象极大地推动了艺术的发展。
6.当今设计不仅以科学技术为创作手段，如电脑辅助设计，还以科学技术为实施基础，如材料加工、成型技术、能源技术、信息技术、传播技术等等。
然而这些并没有损害设计的艺术特性，反而使得现代设计具有科技含量很高的现代艺术特性，如全新的材料美，精密的技术美，极限的体量美，新奇的造型美，科幻的意趣美。
三、设计的艺术手法设计中的艺术手法有：借用、解构、装饰、参照和创造。
1.借用：(1)定义：在设计中借用某句诗，某段音乐或某个镜头，某一雕塑或其他艺术作品，借用艺术创作的思想与风格、技巧等，是设计的一种手法。
(2)作用：这种手法使设计直接借用艺术的力量吸引、娱乐观众，达到感动观众、传播信息的效果，从而达到广告的目的，这是广告设计常用的手法。
现代设计理论与方法教学设计
现代设计理论与方法教学设计背景介绍在现代社会中，设计已成为人们不可少的一部分，从产品、建筑到图形、影像等各个领域中都有着设计的身影。
而设计理论与方法则是设计师必备的基础知识。
在教学中，如何理性地引导学生掌握设计理论与方法，提高学生的实际操作能力，是提高教学质量的关键之一。
教学目标本课程的主要教学目标是：•掌握现代设计理论与方法的基础知识；•培养学生的实际操作能力；•提高学生的创新思维和解决问题的能力。
教学内容第一章设计理论基础本章主要介绍设计的概念、设计的历史、设计与美学、设计与人类学、设计思维等内容。
通过这一章的学习，学生将对设计的定义、演变有一个全新的认识，学会从不同角度去看待设计。
第二章设计方法与流程本章主要介绍设计方法与流程两个方面。
设计方法包括创意思维、关联分析、系统设计、辅助工具等，通过学习这些方法，学生将能够在实际操作中更好地解决问题。
设计流程则是设计的一个较为系统的组织形式，包括需求分析、构思设计、方案选择、设计评估、设计优化等环节。
第三章设计案例分析本章主要对现代设计中的优秀案例进行深入分析，学生将会通过对设计杰作的观察与思考，更好地理解现代设计理论与方法。
第四章实践教学本章主要是针对设计技术的实践操作，包括设计软件的使用、实验实践等，通过实践与探究，学生能够更好地理解设计理论与方法，并提高实际操作能力。
教学方法本课程注重实践与理论相结合，除了传统的课堂讲解外，还包括以下教学方法：•小组讨论。
通过小组讨论的形式，学生能够更好地交流自己的设计思路，同时也能借此机会锻炼口语表达和团队合作能力。
•案例研究教学。
通过案例研究的形式，使学生对设计理论与方法的应用有更为深刻的认识。
•实践操作。
通过实践操作，学生能够更加深入地理解设计理论与方法，并提高实际操作能力。
教学评估教学评估主要从课堂表现和作业质量两个方面进行考核。
其中，课堂表现占总成绩的40%，主要考核学生的参与度、表现和口头表达能力；作业质量占总成绩的60%，主要考核学生所完成的作业在设计思路、创意、实际操作等方面的表现。
现代制造技术第二章 现代设计技术
第七节 绿色设计
二、绿色设计的产生背景
对于绿色设计产生直接影响的，是美国设计 理论家维克多·巴巴纳克 。
第七节 绿色设计
三、绿色设计的关键技术
1.面向材料的设计技术 2.面向能源的设计技术 3.面向拆卸的设计技术 4.面向回收的设计技术
第七节 绿色设计
四、绿色设计原则 1.生态环境友善 2.节约资源 3.延长产品使用寿命 4.可回收性
第六节 虚拟设计
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第七节 绿色设计
一、绿色设计的概念 传统的产品设计理论与方法以人为中心， 以满足人的需求和解决问题为出发点，而 忽视了产品生产及使用过程中对资源和能 源的消耗以及对生态环境产生的不良影响 等后续问题。绿色设计就是针对传统设计 的这种不足而提出的一种全新的设计理念。
第七节 绿色设计
第一节 概述
单一目标规划
设计目标
多目标规划
第一节 概述
手工设计
设计手段
计算机辅助设计
第一节 概述
顺序设计
组织方式
并行设计
第一节 概述
单纯的产品设计
设计环节
全生命周期设计
第一节 概述
技术因素
设计内容
综合因素
第一节 概述
本地设计
设计地域
异地设计
第一节 概述
产品功能设计
设计功能
绿色设计
第一节 概述
第五节 反求工程
四、反求工程的应用
随着科学技术的高度发展，一个国家充分 利用现有科技成果，引进国外先进技术进 行消化、吸收，在此基础上进行创新，这 是其发展新技术的捷径和重要途径。
技术引进在促进世界各国科技与社会的进
步，生产力与经济的高速发展方面起到很
现代设计理论与技术 第二章
由 乘积变为线性相加 如果知道其中之一 或 ，则可得另一个。
2.8
离散时间线性非时变系统及卷积运算
F变换 对数运算 F-1变换 倒频谱分解 F变换 指数运算
过程流程
2.8
离散时间线性非时变系统及卷积运算
运用例：回声的分析和剔除 回声信号 则含回声信号的混合信号 利用 函数改写 关系(1)
取对数 因为
2.1
信号处理
5.音频信号（Audio） 音频信号是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化 A 信息载体。 CD（compact disc）音频信号的采样频率为44.1 kHz，16位 6.信噪比（signal-noise ratio简称S/N） 又称为讯噪比，是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。 对应最小信号与不失真的最大信号之比。 7.模拟信号（analog signal） 存在着比我们现在考察的正弦波频率高的正弦波通过所，但没有比此 频率低的正弦波，理论上可以证明这一点。
1830年，法国数学家傅里叶提出
A 在[-π，π]上， ｛
｝
偶函数的傅里叶级数只 能用cos项表示； 奇函数的傅里叶级数只 能用sin项表示。
2.5
傅里叶级数展开
区间由[-π，π]扩大或缩小为[-T/2,T/2], A
基波为： k次谐波为：
2.5
傅里叶级数展开
A
同样若将 展开
欧拉公式
三角函数的积商比较麻烦。
2.5
傅里叶级数展开
傅里叶级数的展开 复变函数的内积 A 则函数展开： 复平面上以角 速度1 rad/s逆 时针旋转， 顺时针旋转， 角速度k rad/s 其中
2.5
傅里叶级数展开
性质：
A 例：周期为T的方法（T＞2）
现代设计理论与方法(最终版)
第一章设计方法学1. 现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。
T--缩短产品设计周期Q--提高产品质量C--降低其成本2. 传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计算）现代设计法特点：动态的、科学的、计算机化的、（精确计算）3.现代设计理论与方法的发展分为：（1)直觉设计阶段（2)经验设计阶段（3)半理论半经验设计阶段（4)现代设计阶段4.系统－执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。
具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
5.系统化设计的特征：由上而下、由总到细。
基本方法：系统的分析和综合。
6.黑箱法定义：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开黑箱的前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系,了解其功能的一种方法。
根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
7.系统化设计的步骤：8、评价的目标内容：（1) 技术评价目标——可行性，创造性，可靠性（2) 经济评价目标——成本，利润，市场潜力（3）社会评价目标——社会效益和影响9.技术-经济评价法（a)技术价Wt : Wt=(Piqi)/Pmax（Pi-各技术评分值；qi-加权系数；Pmax-最高分值5分或10分）（b)经济价Ww：Ww=Hi/H=0.7Hz/H （Hi-理想成本；H-实际成本）（c)技术-经济综合评价：均值法：W=（Wt+Ww)/2双曲线法：W= (Wt.Ww )10.产品价值V=F/C ( F-功能C-成本)11.寿命周期成本（要会画出它的曲线图，并做分析）C=C1+C2 C1-生产成本C2-使用成本12、提高V途径（分5种情况讨论）F ↑/C →=V ↑功能F →/C ↓=V ↑成本F ↑/C ↓=V ↑功能、成本F ↑↑/C ↑=V ↑功能F ↓/C ↓↓=V ↑成本第二章机械优化设计1.优化设计的数学模型统一形式描述：min f(x) x=[x1,x2,………xn]Ts.t. gi(x)<=0 i=1,2,3…mhj(x)=o j=1,2,……n(p<n)2. 迭代过程X（k+1）=x（k）+α（k）s（k）x（k）——第K步迭代点α（k）——第K步迭步长s（k）——第K步迭代方向3. 终止准则：（1）点距准则：(1)1 k k k ksαε+-=≤X X(2)下降准则：(3）梯度准则：4.一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单变量）目标函数f(x)寻求其最优解x*的过得程称为一维优化，所使用的方法称为一维优化方法。
2.1现代设计技术2.1
第一节 机械设计过程
1.1 为什么要研究设计过程 人们对新的、具有好的性价比、高质量的产品的需求是持续不断的
现代产品已经变得如此复杂以至于绝大部分产品从概念发展 到硬件，都需要有一支由不同专业领域的人员组成的团队来 完成：参加项目的人员越多，就越需要进行交流和组织，以 保证不会忽略重要的问题以满足顾客的需求。 另外，全球化的市场已经孕育着非常快速和加速发展新产 品的需求。为了市场竞争的需要，一个公司必须高度有效地 进行产品设计。 最后，新产品不能按预期正常工作，推向市场需要的时间过 长，或者成本太高带来的问题。据估计，有85％是由不好 的设计过程造成的。
上述的五个阶段考虑了产品寿命期内会发生的情况。当 设计工作完成时，产品投人生产，除非有工程上的改变， 设计工程师就不再参与与产品有关的事务了。 制造 装配 发放 安装 使用
退役、分解、重新利用和再循环 如图2.4中所示，对产品的保养需要对出现的问题进行 诊断，诊断中可能需要测试，还必须把产品修理好。每个 消费者都有过这样不愉快的经历——不能清洗产品。这种 缺陷往往是由于不良的设计造成的。
许多年来，人们一直认为在高质量产品与低开发和制造 成本之间存在一个交换，即：开发和制造一个高质量的产 品需要花费更多的成本。然而近年来的经验表明，提高产 品质量和降低成本是可以联手共进的。。
1.3 设计过程
20世纪的产品和制造过程已经变得如此复杂，以至于一 个人不再具有足够的知识或时间用于产品升级换代的方方 面面。人们组成不同的团队分别负责市场、设计、制造和 整体管理。这个变革就是人们称之为按专业分隔的设计方 法。
图2.5 产品寿命周期图
特别对于机械设计问题，还有另外一个特征：设计结 果必须是一个工作硬件——产品。因此，机械设计问题 从一个界定不清楚需求开始，以一个按某种方式工作的 机械产品为结果，这种工作方式被设计师认为是可以满 足设计要求的。这就产生一个自相矛盾：设计师必须开 发出这样的机器，根据定义，它有能力满足界定不清楚 的需求。
第2_现代设计技术
（quality）、价格（cost)和服务（service）。
并行工程的实施
—— 管理方面 —— 技术方面 —— 组织方面
并行工程实施管理方面的措施
研究和实践表明，实施并行工程的关键是组织机构 改革和人的因素（human factor）等一系列的管理问题。 管理方面的措施包括：
3．并行工程强调面向过程(process—oriented) 和面向对象 (Object—oriented)
强调设计人员在设计时不仅要考虑设计，还要考虑这种 设计的工艺性、可制造性、可生产性、可维修性等等，工艺 部门的人也要同样考虑其他过程。设计某个部件时要考虑与 其他部件之间的配合。所以整个开发工作都是要着眼于整个 过程（process)和产品目标（product object)。从串行到并 行，是观念上的很大转变。
竞争优势创建技术；
5. 价值工程
全寿命周期设计技术； 绿色产品设计技术
6. 质量功能配置 7. 反求工程技术 8. 绿色设计
9. 模糊设计
10. 面向对象设计
11. 工业造型设计
Concurrent Engineering 并行设计 并行工程
并行工程提出的背景 并行工程的定义 并行工程的本质、特征、特点 并行工程的实施 并行工程研究的热点问题和发展趋势 并行工程实施案例
新产品：采用新技术原理，新设计构思，在结构、材质、工艺
等任一方面比老产品有改进，显著提高产品性能或扩 大使用功能的改进型产品。
创则兴，不创则亡
菲利浦公司：1914年 投射灯 1917年 真空管 1922年 X光管 …... 1972年 激光视盘 1980年 核磁共振 1986年 影象感应器 1990年 红绿激光技术 1991年 QL感应照明系统……
2.2现代设计技术-PPT课件
图3.4 信息的价值
2.7 信息的价值
我们生活在一个信息时代。因为这个论断对我们非常有 用，所以了解信息的价值，特别是工程信息的价值是很重要 的。图3.4表示出四类信息。最简单的信息类型是数据—— 参数或变量的值。如果我们能够揭示这些数据之间的关系， 就可以得到模型。这些关系可能是导出的公式、经验公式或 者只是定性模型。这些模型只是数据间的静态关系。为获得 知识，我们必须了解或解释模型的行为，最后，当我们积累 了足够的知识，我们就可以运用基于这些知识的判断作出设 计决策。 在我们的教育过程中，解决过许多数据模型问题。通过 求解这些问题，我们获得了作出决策的有关知识。好的决策 要靠丰富的知识，它需要涉及有关变量的模型。
2.4.2 组装设计
更复杂一些的设计是组装或称为包装设计。在这类问 题中所有零件已经设汁出，需要解决的是如何将这些零 件装配在一起组成完整的产品。实际上，这类设计问题 与玩搭积木游戏或其他拼装游戏或者是摆放卧室家具类 似。
2.4.3 参数设计
参数设计就是要确定表征研究对象特征的特性参数 值。这看起来好像很简单——只要找到满足要求的值即 可。 设计问题可能不是一个简单的方程而是由一组方程和 规则制约着的设计。
有许多设计问题是再设计问题，因为它们是用以前有 的、相似的设计为基础的。相反地，也有许多设计问题是 原创设计问题，因为它们包含新的、以前的设计不能适用 的要素。 2.4.5 再设计
在工厂中，许多的设计问题都是对现有产品的再设计。 许多再设计问题是程式化的；对设计领域非常了解，所采用 的设计方法也可以在手册中表示为一系列的公式和规则供查 阅。
2.4 机械设计问题的不同类型
选择设计问题：选择设计就是从列表中选出一项(或多项)， 这个选项满足一定的要求。是最简单的设计问题。 我们的目标就是不按照学科来描述不同类型的设计问题。
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。
设计学概论第二章ppt课件
2.设计的多重特征
当代学术研究的普遍做法表明：试图对某一学科做一成不变的概念 界定，即危险也没有必要。
从设计与艺术、科技、经济的关系上，建立界定狭义设计的基本框 架。
设 计 概 论 | 第 二 章 设计的多重特征 1.设计与艺术
1.1 设计的艺术渊源
1、美的艺术和道德 2、艺术的实用性 3、由于奥地利美术史家里格尔的《风格问题：装饰艺术的基础》一 书的影响，从价值意义上打破了大艺术与小艺术的界限，指出了装 饰和设计中内在的“艺术意志”。
威廉·莫里斯（Willam Morris 1834-1898)
设 计 概 论 | 第 二 章 设计的多重特征 1.设计与艺术
工业革命
1765年，瓦特发明了蒸汽机
现代设计是伴随着工业
革命的出现而产生的。
工业革命以许多生产机 器的发明为标志，宣告了传 统手工业生产方式的终结。 批量化的大生产促使社会各 行业、各工种的分工细化， 机器生产导致了设计与制作 的分离。因为工业生产机器 的出现，人类社会因工业革 命开始进入工业时代。
1.3设计的艺术手法
设计的艺术手法有：重复、交替、协调、渐变、对比、 主导、统一和平衡等八种艺术手法。
一、重复
二、交替
959年3月开始动工，于1973年10月20日正 式竣工交付使用，共耗时14年
三、协调 蒙德里安色彩组合
四、渐变 贝聿铭 苏州博物馆里的池塘假山
1.3设计的艺术手法
2、在今天，新艺术形式的出现常常成为引发新的设计观念的诱因， 而新的设计观念也极易成为新艺术形式产生的契机。
八、平衡
设 计 概 论 | 第 二 章 设计的多重特征 1.设计与艺术
1.4 艺术对设计的影响
维多利亚时代的艺术与设计的共同趣味
第二章现代设计技术
1
现代设计方法
专题1
1
概述 2 计算机辅助设计技术
3
4 5
有限元分析 反求工程
并行设计
6
绿色产品设计
2
0 先进制造技术概述
制造（Manufacturing) 狭义：为机电产品的机械加工工艺过程 广义：制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、
生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和 服务的一系列相关活动和工作的总称。
特种加工技术
高能束流加工（电子束、 离子束、激光束） 电加工（电解和电火花) 超声波加工 高亚水加工 多种能源的组合加工
6
0.2 先进制造技术的学科内容
3、制造自动化技术 数控技术
柔性制造系统
加工系统 物流系统 调度与控制 故障诊断
数控装置 进给系统 主轴系统 NC程序编制
设计手段计算机化
有限元法 优化设计 计算机辅助设计 反求工程技术 CAD/CAM一体化技术 工程数据库
向全寿命周期设计发展 由单纯考虑技术因素转 向综合考虑技术、经济 和社会因素
5
0.2 先进制造技术的学科内容 2、先进制造工艺技术 精密、超精密加工技 术
26
2.2 CAD技术发展过程关键点
CAD技术的核心和基础是计算机图形处理技术，因此，CAD技术的 发展与计算机图形学的发展密切相关，并伴随计算机及其外 围设备的发展而发展。 (1) 20世纪50年代，作为美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology，MIT)研制的旋风I号(Whirlwind I)计 算机的附件，第一台图形显示器诞生。第一次使用了具有指 挥和控制功能的CRT显示器 (2) 20世纪60年代是交互式计算机图形学和以其为基础的CAD技 术发展的重要时期 。1962年，MIT林肯实验室的Ivan E.Sutherland在其博士论文《Sketchpad：一个人-机通信的图 形系统》中，首次提出了“计算机图形学”这个术语，并提 出了“交互技术”、“分层存储符号的数据结构”等一些至 今还在使用的基本概念与技术。美国通用汽车公司；洛克希 德飞机制造公司；贝尔电话公司
现代设计理论与方法第二版教学设计
现代设计理论与方法第二版教学设计课程背景现代设计理论与方法是设计专业本科生必修课程之一，旨在培养学生现代设计理论的基本概念和方法，以及应用于不同设计领域的具有实践性的技能。
本课程是设计专业的核心课程之一，对于设计专业学生的整体素质和专业技能有非常重要的作用。
课程目标本课程的目标是：•掌握现代设计理论的基本概念和方法；•了解不同设计领域的设计应用和技术工具；•培养学生的设计思维和创新能力；•培养学生的团队协作和沟通能力；•提高学生的实践能力和自主学习能力。
教学内容第一章：设计理论概述•设计概念和本质•设计思维和设计方法•设计的目的和价值第二章：设计方法论•系统设计方法•用户中心设计方法•原型设计方法•敏捷设计方法第三章：设计语言•设计元素和原则•设计表达和交互•设计创意和趋势第四章：设计应用•网页设计和交互设计•平面设计和品牌设计•空间设计和展示设计•产品设计和工业设计第五章：设计实践•案例分析和评估•设计策划和实施•团队合作和项目管理•设计沟通和展示教学方法本课程主要采用讲授、案例分析、课堂讨论、项目实践、学科竞赛等教学方法，促使学生理论与实践相结合，培养创新设计思维和实践能力。
课程具体安排如下：第一部分：讲授第一部分是基础理论和方法的系统讲授。
每周2个小时，主要包括教材内容和辅助课件的讲解、案例解析和主题讨论。
第二部分：案例分析第二部分是根据不同的设计领域和实践需求，选择典型的设计案例进行分析和讨论。
每周2个小时，主要包括学生团队分析案例、提炼问题、探讨解决方案等环节。
第三部分：项目实践第三部分是从课程的设计应用和实践出发，通过个人或团队项目实践，培养学生的综合设计和实践能力。
每周4个小时，主要包括项目策划、实施、成果汇报等环节。
考核方式本课程采用多元化的考核方式，包括平时成绩、小组项目成绩、个人作业成绩、考试成绩等多种方式综合评定学生的综合素质和能力。
其中平时成绩占比30%、小组项目成绩占比30%、个人作业成绩占比20%、考试成绩占比20%。
现代建筑结构设计的理论与实践
现代建筑结构设计的理论与实践第一章：引言建筑结构设计是建筑学中的重要领域之一。
它涉及建筑的安全性、可靠性、经济性等问题，直接关系到建筑的使用寿命和维护成本。
在当今社会，随着建筑技术的不断进步和建筑材料的不断创新，现代建筑结构设计的理论与实践也在不断发展。
本文将从理论和实践两个角度，探讨现代建筑结构设计的发展现状和未来趋势。
第二章：现代建筑结构设计的理论2.1 建筑结构设计的基本原理建筑结构设计的基本原理是力学原理。
建筑结构力学是研究建筑结构在受力作用下的静力学和动力学问题，并给出基本的计算方法。
建筑结构设计应符合以下原则：（1）安全性原则。
建筑结构必须保证在正常使用和异常情况下，不发生破坏和危险。
（2）可靠性原则。
建筑结构必须保证在规定的设计使用寿命内，不出现本质性的缺陷或过早失效。
（3）经济性原则。
建筑结构的设计必须实用、经济、合理，符合相关的经济指标。
2.2 现代建筑结构设计的发展趋势（1）建筑结构模式趋向综合化。
现代建筑结构设计吸收了很多学科的理论，各种结构模式呈现高度综合化的趋势。
例如，结构与建筑的紧密结合、智能化与绿色化设计等。
（2）结构材料趋向高强度、轻质化。
在现代建筑结构设计中，轻质高强度的材料逐渐成为主流，如混凝土、钢材、玻璃等。
（3）数字化设计成为主流。
数字化技术已经成为现代建筑结构设计的重要手段，代替了传统的手绘草图和纸质设计。
数字化设计可以大大提高设计效率和精度。
第三章：现代建筑结构设计的实践3.1 区别于传统建筑的现代建筑结构设计案例（1）埃菲尔铁塔。
埃菲尔铁塔是法国建筑师古斯塔夫·埃菲尔为1889年巴黎世界博览会所设计的。
其结构为铁框架结构，以优美的比例和造型成为巴黎城的重要地标。
（2）台北101。
台北101是台湾台北的超高层建筑。
它采用钢筋混凝土双心管结构，相较于传统的框架结构，该结构可以在地震和风灾时减少结构振动，提高了建筑安全性。
3.2 现代建筑结构设计面临的挑战（1）建筑结构变化的复杂性。
现代设计理论.
C. DFP变尺度法D.黄金分割法
14.为了确定函数的单峰区间，可按照一定规律给出若干试算点，比较其函数值大小，直到找到相邻三点的函数值按(A)变化的区间为止。
A.高-低-高B.高-低-低
C.低-高-低D.低-低-高
15.内点法与外点法都可以处理约束优化问题，对于等式约束(A)。
20.当设计变量数目(D)时，该设计问题称为大型优化问题。
A. n＜10B. n＝10～50
C. n＜50D. n＞50
21.某产品的可靠度为0.9，则该零件累积失效概率为（B）。
A. 0.5B. 0.1
C. 0.9D.不能确定
22.在电子产品的失效率曲线上，由于设计、制造、储存、运输等过程形成的缺陷造成的失效属于（A）。
A.相互依赖B.相互独立
C.互为因果关系D.相互约束
11.在0.618法迭代运算的过程中，迭代区间不断缩小，其区间缩小率在迭代的过程中（B）。
A.逐步变小B.不变
C.逐步变大D.不确定
12.在以下方法中，可以用来处理有约束优化问题的间接法是(A)。
A.惩罚函数法B.复合形法
C.梯度法D.牛顿法
13.多维无约束优化方法有多种，(D)不属于其中的方法。
A.早期失效期B.偶然失效期
C.耗损失效期D.不能确定
23.在电子产品的失效率曲线上，失效率处于一个较低水品，且基本稳定，则属于（B）。
A.早期失效期B.偶然失效期
C.耗损失效期D.不能确定
24.电器元件或系统的失效密度函数一般服从（B）。
A.正态分布B.指数分布
C.威布尔分布D.对数正态分布
25.标准正态分布的特征是（A）。
3.优化设计的迭代过程和终止准则
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2.3 数学基本准备
1.关键 N点对连续信号采样，信号可以表示成N维向量。它在N维空间中对
应一当个N→点A∞。时，无限维的抽象空间称为函数空间。
2.向量的运算（模、距离、内积、角度）
模：‖ ‖
或
距离：
内积：
或
2.3 数学基本准备
A 角度： 相关系数
注：对测定值的离散化称为量化（quantification）
数字信号（digital signal）： 自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整 数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。
2.1 信号处理
5.音频信号（Audio） 音频信号是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化
频率低的正弦波，理论上可以证明这一点。
2.1 信号处理
8.奈奎斯特频率（Nyquist frequency）
限信奈号奎A斯频特率宽频度率是的指2倍最。低允许的抽样率，是带
即一个频谱受限的信号 ，如果频谱只占
据
的范围，则信号 可以用等间隔
的抽样值唯一地表示。而抽样间隔必须不大于
（其中
）或者说，最低抽样频率
2.1 信号处理
3.周期信号 1）正弦信号：
A
2）脉冲信号：
推广：能量有限，经理足够短的时间后完全消失的信号称为孤立 波。周期信号不是孤立波。
2.1 信号处理
4. 模拟信A号（analog signal）
信号的标本化或采样（sampling）：也称抽样，是信号在时间上的 离散化，即按照一定时间间隔△t 在模拟信号x(t)上逐点采取其瞬。
正相关 负相关 不相关
2.3 数学基本准备
3.函数空间 a≤t≤b域 A 模：
距离： 内积： 角度：（相关函数 correlation function）
2.3 数学基本准备
4.对向量空间
A
标准正交基底 ｛ν1,ν2｝ < ν1,ν2 > =0 , ‖ν1‖= ‖ν2‖=1
=C1ν1+C2ν2 , C1=< ,ν1 >
MA）。移动平均法则不考虑较远期的数据,并在加权移动平均法中给予 近期资料更大的权重。
指数平滑法兼容了全期平均和移动平均所长,不舍弃过去的数据, 但是仅给予逐渐减弱的影响程度,即随着数据的远离,赋予逐渐收敛为 零的权数.下面将详细介绍指数平滑法这种方法。
对于N个测定点的序列｛ ， … ｝，
2.2 信号处理的例子
若信号是随两个变量变化的函数，它就是一个二维信号。其中图像信号 就是坐标与像素两种变量的二维信号。
2. 随机信号（random signal）：由已知现时点信号，不能正确的确定其 变化的信号。
确定信号（deterministic signal）： 对于指定的某一时刻，可以确定一相应的函数值，这种信号被称为确 定性信号。
互相关函数：两个信号在时间上有多大程度的相错。 函数
系数
2.4 相关函数
非周期信号 理论定义：与周期函数一样,周期信号是每隔时间T以后,信号重复
出现。AT就称为信号的周期。非周期信号与之相反,不具有周期性。
τ可用来测量相隔的时间，从而测出速度
自相关函数 用途：要知道信号中φ是否有
周期性，可做自相关函数。 自相关函数在nT处有峰值。
2.加权平滑 加权平滑给固定跨越期限内的每个变量值以不同的权重。其原理是：
历史各期A 产品需求的数据信息对预测未来期内的需求量的作用是不一 样的。除了以n为周期的周期性变化外，远离目标期的变量值的影响力 相对较低，故应给予较低的权重。
计算公式
Wi应满足
高斯加权函数
2.2 信号处理的例子
3. 噪A声的频率较高而且其量值也不大的时候，用平滑法可在一定
5.对函数空间 标准正交函数系 ｛Φk(t),k=0,1,2,…｝
2.3 数学基本准备
克罗内克的δ表示 函数 A
例：标准正交函数集 在
是一标准正交函数集
★ 向量空间中的标准正交基引入到函数空间，大小为1，互相正交的函 数集合，意味着可将任意函数分解为性质已知的多个函数的分量。
2.4 相关函数
定义相关函数时，要事先根据目的， 明确哪些相关重要，哪些不重要。 低值如减关平注A均信不号合变适化）的；相如关东系京数，，莫必斯要科时，可南减美去布信宜号诺的斯平艾均利值斯（气如温重，视用高 摄氏、华氏、绝对温度减去平均值做相关，得出的值不同。
频率一起生成的一个错误频率，这时混淆会
产生杂音。对于图像生成来说，混淆会产生
锯齿状的边缘或者梯阶效果。
2.2 信号处理的例子
1.波形的平滑 让A波形线条原来的锯齿变平滑,看起来像是正弦曲线那样平滑。 移动平均法又称滑动平均法、滑动平均模型法（Moving average，
为 。只要离散系统的奈奎斯特频率高于被采
样信号的最高频率或带宽，就可以避免混叠现
象。
2.1 信号处理
9.假频（alias）
的抽样抽数样A少数于据两产个生时的，频在率系上统的的混的淆输。出某端一就频会率被的看输作入是信另号一每频个率周信期
号的抽样。
aliasing混淆，别名混叠，在声音采样
来说，混淆是指在进行取样时，和一个正确
第二章
相关概念及方法
2.1 信号处理 2.2 信号处理的例子 2.3 数学基本准备 2.4 相关函数 2.5 傅里叶级数展开 2.6 离散傅里叶变换及逆变换 2.7 取样及取样定理 2.8 离散时间线性非时变系统及卷积运算
2.1 信号处理
1. 一维信号：
若信号Ax(n)仅仅是时间n这一个变量的函数，那么x(n)为一维时间信号。 二维信号：
信息载体A 。 CD（compact disc）音频信号的采样频率为44.1 kHz，16位
6.信噪比（signal-noise ratio简称S/N） 又称为讯噪比，是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。
对应最小信号与不失真的最大信号之比。
7.模拟信号（analog signal） 存在着比我们现在考察的正弦波频率高的正弦波通过所，但没有比此
2.5 傅里叶级数展开
1830年，法国数学家傅里叶提出
在[-π，Aπ]上， ｛
｝ 偶函数的傅里叶级数只 能用cos项表示； 奇函数的傅里叶级数只 能用sin项表示。
2.5 傅里叶级数展开
区间由[-π，π]扩大或缩小为[-T/2,T/2], A