汽车现代设计方法—优化设计

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【2019年整理】现代设计方法(ch1)

② 分类：
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。

现代设计理论与方法-优化设计

（4）遗传算法使用概率搜索技术。遗传算法的选择、交叉、变异等运算都是以一种概率的方式来进行的，因而遗传算法的搜索过程具有很好的灵活性。随着进化过程的进行，遗传算法新的群体会更多地产生出许多新的优良的个体
第二十页，共57页。
传统搜索方法
第二十一页，共57页。
遗传算法简介
遗传算法简称GA（Genetic Algorithm），最早由美国 Michigan 大学的 J. Holland 教授提出（于上世纪60-70年代，以1975年出版的一本著作为代表）,模拟自然界遗传机制和生物进化论而成的一种并行随机搜索最优化方法。
设计常量：可以根据客观规律或具体条件预先确定的参数，如材料的力学性能，机器的工况系数等。
设计变量：在设计过程中不断变化，需要在设计过程中进行选择的基本参数，称为设计变量，如几何尺寸、速度、加速度、温度等。
第二页，共57页。
优化设计实例
设计一密闭矩形容器，其容积为3m3，容器的宽度不小于1.5m，以便于装卸车搬运，为使成本最低，要求用料最省。
第二十八页，共57页。
若只有选择和交叉，而没有变异，则无法在初始基因组合以外的空间进行搜索，使进化过程在早期就陷入局部解而进入终止过程，从而影响解的质量。为了在尽可能大的空间中获得质量较高的优化解，必须采用变异操作。
第二十九页，共57页。
遗传算法的特点
（1）遗传算法是对参数的编码进行操作，而非对参数本身，这就是使得我们在优化计算过程中可以借鉴生物学中染色体和基因等概念，模仿自然界中生物的遗传和进化等机理
第十页，共57页。
3）分类按约束条件，又可分为性能约束和边界约束。（1）性能约束是针对设计对象的某种性能或指标而给出

现代设计方法基础-7优化设计

第三章优化设计
3.2 优化设计的数学模型
2.设计空间在一个设计问题中，所有的设计变量组成一个设计空间，变量的个数就是这个空间的维数。
设计变量的全体实际上是一组变量，可用一个列向量表示： T
x x1
x2
... xn
第三章优化设计
3．2 优化设计的数学模型
3．2．2 约束函数
1、约束的定义在优化设计中，为了得到可行的设计方案，必须根据实际要求，对设计变量的取值加以种种限制，这种限制称之为设计约束。 1）边界约束。变量取值范围 2）性能约束。 2、可行设计域和不可行设计域 1）可行设计域（凡满足所有约束条件的设计点，它在设计空间的活动范围） 2）不可行设计域针对性能要求
3.2 优化设计的数学模型
3.2.1 设计变量与设计空间
1.设计变量在优化设计的过程中，不断进行修改、调整，一直处于变化的参数称为设计变量。设计变量是表达设计方案的一组基本参数, 设计变量是对设计性能指标好坏有影响的量；设计变量应在设计过程中选择，且应是互相独立的参数。
现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰
第三章优化设计
3．2 优化设计的数学模型
约束优化模型
现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰
第三章优化设计
3．2 优化设计的数学模型
4、建立数学模型应注意的几个问题
1）应尽量使模型规模适当。 2）建立数学模型的步骤。
3）处理好模型与优化方法的选择关系。
现代设计方法基础，孟宪颐，高振莉，刘永峰
第三章优化设计
第三章优化设计
3．2 优化设计的数学模型
第三章优化设计
3.3 优化设计基本方法优化问题的解法有解析法、图解法和数值法等。工程问题是非线性、多约束、多变量问题，适合采用数值迭代方法。

现代设计方法-优化设计

x2
g(X) 0 g(X) 0
x2
h(X ) 0 h(X ) 0
g(X) 0
h(X ) 0
x1
x1
在一个优化设计问题的设计空间中，满足所有
约束条件的点构成的子空间，称为可行域。
➢ 满足所有约束条件的点称为可行点（内点和边界点） ➢ 不满足所有约束条件的点称为非可行点（外点）
约束条件：
g1( X ) x12 x22 16 0 g2 ( X ) 2 x2 0
由n个设计变量 x1, x2 ,, xn 为坐标所组成的实空间称作
设计空间。一个“设计”，可用设计空间中的一点表示。
设计变量所组成的设计空间
x2
x3
X =[x1 x2]T
X=[ x1 x2 x3 ]T
x1
x2
二维设计空间
x1
三维设计空间
思考：四维空间、五维空间、……，n维空间怎么表示？
设计空间的维数表征设计的自由度，设计变量越多，则设计的自由度越大、可供选择的方案越多，设计越灵活，但难度也越大、求解也越复杂。
规格 1080 1040
970
方案
根数
Ⅰ
0
1
2
Ⅱ
0
0
3
Ⅲ
2
0
0
每根棒料料头长度
3000－1×1040－2×970 = 20 3000－3×970 = 90
3000－2×1080 = 840
设每一种下料方案中下料根数为 x1, x2 , x3 ，则下料料
头最少的目标函数为：
min f ( X ) 20x1 90x2 840x3
约束条件
一个可行设计必须满足某些设计限制条件，这些限制条件称作约束条件，简称约束。

汽车优化设计知识点

汽车优化设计知识点汽车设计的优化是一门涉及多个领域的综合性学科，旨在提高汽车性能、降低能耗和排放，并提供更好的用户体验。

本文将介绍一些汽车优化设计的基本知识点。

1.整车轻量化设计整车轻量化设计是一种重要的优化策略，通过减少汽车自身重量来提高燃油经济性和性能。

常见的轻量化设计方法包括使用轻质材料如铝合金和高强度钢材、优化结构设计以减少材料用量、采用可替代的轻量化零部件等。

轻量化设计既可以减少燃油消耗，也可以提升操控性和安全性能。

2.空气动力学优化空气动力学优化是汽车设计中重要的一环。

通过减小空气阻力可以提高汽车的燃油经济性和高速稳定性。

一些常见的空气动力学优化措施包括：降低车身高度以减小前部气流分离，优化车身外形以减少阻力系数，采用气流控制技术如扰流板和气流导向装置等。

3.发动机性能优化发动机性能优化是提高汽车整体性能的关键因素之一。

优化发动机的燃烧效率可以提高动力输出并减少尾气排放。

一些常见的发动机性能优化技术包括：采用高效燃油喷射系统和点火系统、减小内部摩擦和冷却系统的能耗、提高废气再循环效率、采用可变气门升程和可变气门正时技术等。

4.悬挂系统优化悬挂系统的优化可以提高汽车的驾驶舒适性和操控性。

合理的悬挂设计可以保证车身稳定性和转向灵活性。

一些常见的悬挂系统优化技术包括：采用可调节阻尼和弹簧刚度的悬挂系统、使用气动悬挂系统、采用主动悬挂系统和悬挂控制系统等。

5.智能驾驶辅助系统优化随着智能驾驶技术的发展，智能驾驶辅助系统优化成为了汽车设计的热点之一。

智能驾驶辅助系统可以提高驾驶安全性和便利性，为驾驶员提供实时的路况信息和协助驾驶功能。

常见的智能驾驶辅助系统包括自适应巡航控制、自动紧急制动系统、车道保持辅助系统等。

总之，汽车优化设计是一个综合性的学科，需要综合运用材料科学、工程学、空气动力学、电子技术和智能控制等领域的知识。

通过优化设计，可以提高汽车的性能、经济性、安全性和用户体验，推动整个汽车工业的发展。

现代设计方法

绿色设计
在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。
并行设计
并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。 Nhomakorabea 虚拟设计
虚拟设计技术是由多学科先进知识形成的综合系统技术，其本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。
相似性设计
人们在长期探索自然规律的过程中，逐渐形成了研究自然界和工程中各种相似现象的“相似方法”、“模化设计方法”和相应的相似理论、模拟理论。相似方法就是把个别现象的研究结果推广到所有相似现象上去的方法。
模块化设计
模块化设计（Block-based design）就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。
三次设计
三次设计即三阶段设计，所谓三阶段设计，是建立在试验设计技术基础之上的一种在新产品开发设计过程中进行三阶段设计的设计方法。
优化设计
优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应用于工程设计问题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。
可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础，是以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可靠性为目标的现代设计方法。

现代设计方法课件_优化设计_PPT

现代设计方法
/2
>/2
可行下降方向所在的区域
现代设计方法
假设现已由初始点沿着目标函数的负梯度方向，找到处于约束条件边界上的点，此时目标函数的梯度为f (X(k)) ，约束条件gu(X) ≤0 的梯度为 gu (X(k)) ，并设下一步的迭代方向为 S(k) 。要求沿 S(k)方向迭代时，既能满足使目标函数值有所下降的条件，即 [f (X(k))]TS(k)) <0(两向量夹角大于90)，又能满足约束条件，即 [gu (X(k))]TS(k) <0 (两向量夹角大于90)，则 S(k) 必须位于阴影区。
现代设计方法
满足 [f (X(k))]TS(k)) <0的 S(k)称为下降方向；满足 [gu (X(k))]TS(k)) <0的 S(k)称为可行方向；两者都满足的 S(k) 称为可行下降方向。即:可行下降方向区是位于点X(k)的约束曲线的切线与目标函数等值线的切线所围成的扇形区域内。
现代设计方法
现代设计方法
第三章优化设计 Optimization Design
现代设计方法
本章主要内容
➢ 优化设计概述 ➢ 优化问题的数学分析基础 ➢ 一维探索优化方法 ➢ 无约束多维问题的优化方法 ➢ 约束问题的优化方法 ➢ 多目标函数的优化方法 ➢ LINGO在优化设计中的应用
现代设计方法
3.5 约束问题的优化方法
约束问题的优化方法：设计变量的取值受到某种限制时的优化方法。只要目标函数和约束函数为连续、可微的函数，且存在一个有界的非空可行域，约束优化问题就一定有解。约束问题的优化方法主要解决三个问题：探索方向、步长以及初始可行点。
现代设计方法
1. 约束优化问题的直接法---可行方向法在可行域内按照一定的准则，直接探索出问题的最优点，而无须将约束问题转换成无约束问题去求优的方法，称为约束优化问题的直接法。约束条件常常使得可行域非凸集出现众多的局部极值点，不同的初始点往往会导致探索点逼近不同的局部极值点，因此需要多次变更初始点进行多路探索。

现代设计理论与方法优化设计

2.1.2 优化设计的一般过程
机械设计的全过程一般可分为：
1.设计问题分析 2.建立优化设计的数学模型。 3.选择适当的优化方法。 4.编写计算机程序，计算择优。
2.1.3 优化设计的数学模型 1、建立数学模型的基本原则数学模型的建立要求确切、简洁的反映工程问题。 2、数学模型的三要素设计变量、目标函数、约束条件。
2.1.3 优化设计的数学模型 3、优化设计数学模型建立实例 1）设计变量的确定
决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运动规律开始运动时，曲柄所处的位臵角φ0 为设计变量。
X [ x1
x2
x3
x4
x 5 ] [ l1 l 2 l 3 l 4 0 ]
T
T
2.1.3 优化设计的数学模型 3、优化设计数学模型建立实例 2）目标函数的建立
2.1.5 优化问题数学模型的求解方法
1）图解法的求解的步骤
（1）确定设计空间；
（2）作出约束可行域；
（3）画出目标函数的一簇等值线；（4）最后判断确定最优点。
2.1.5 优化问题数学模型的求解方法 2）图解法的求解实例
生产甲产品一件获利60元，生产乙产品一件获利120元，受条件约束，如何安排生产可获最大利润？目标函数：f（X）＝一60x1一120x2
ar) 2 l2l3
2
] 0
2.1.3 优化设计的数学模型 3、优化设计数学模型建立实例设计变量的确定
X [ x1 x2 x3 x4 x 5 ] [ l1
T
l2
l3
l4 0 ]
T
考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算时常取l1=1 ，而其他杆长按比例取为l1 的倍数。

现代设计方法---优化设计共41页文档

现代设计方法-பைடு நூலகம்-优化设计
41、实际上，我们想要的不是针对犯罪的法律，而是针对疯狂的法律。 ——马克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就像影子跟随着身体一样。— —贝卡利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进步。— —杰弗逊 44、人类受制于法律，法律受制于情理。— —托·富勒
45、法律的制定是为了保证每一个人自由发挥自己的才能，而不是为了束缚他的才能。—— 罗伯斯庇尔
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

现代设计方法优化设计

现代设计方法优化设计
现代设计方法的优化设计涉及到多个方面，以下是一些常用的优化设计方法：1. 用户研究：通过深入了解用户的需求、行为和心理，设计师可以更好地理解用户的需求和问题，从而针对性地进行优化设计。

2. 原型设计：通过制作原型，设计师可以在较短的时间内对设计进行迭代和验证，以找出最佳方案。

3. 数据驱动设计：通过收集和分析大量的用户数据，设计师可以发现用户行为和需求的模式，从而通过数据驱动来进行优化设计。

4. 用户测试：在设计的不同阶段，引入用户参与测试和反馈，可以发现设计中的问题和不足，及时进行调整和优化。

5. 敏捷设计：采取迭代式的设计方法，通过快速原型和快速反馈，不断进行调整和优化，以提高设计效果和用户满意度。

6. 跨学科合作：在设计过程中，与不同领域的专家合作，如工程师、市场营销人员等，可以综合各方专长，实现更好的设计优化。

7. 可持续设计：考虑到环境和社会的可持续性，在设计中采用可再生材料、低能耗、低污染等策略，以实现可持续发展的设计。

(完整版)《现代设计方法》复习资料(自考本科)

《现代设计方法》课程考前复习资料1、什么是优化设计？简述优化设计的分类。

答：优化设计亦称为最优化设计，它是以数学规划理论为基础，以电子计算机为辅助工具的一种设计方法宏观世界首先将设计按规定的格式建立数学模型,并选择合适的优化方法，选择或编制计算机程序，然后通过电子计算机计算自动获得最优化设计方案。

优化方法大体上可分为两类：(1计算目标函数值，比较目标函数值,并以之作为抚今迭代、收敛根据的方法。

（2变量函数极值理论为甚础利用目标函数的以性态，并以之作为寻优、迭代收敛根据的方法。

2简述求总体刚度矩阵的方法？答：求总体刚度矩阵的方法主要有两种：一种是直接根据总体刚度系数的定义分别求出它们，从而写出总体刚度矩阵：另一种是分别先求出各单元的刚度矩阵，根据叠加的原理，然后利用集成的方法求出总体刚度矩阵。

3 在有限元分析中，为什么要采用半带存储？答：(1)单元尺寸越小，单元数越多,分析计算精度越高单元数越多，总体刚度矩阵的阶数越高，所需计算的内存量和计算量越大。

（2）总体刚度矩阵具有对称性、稀疏性、奇异性以及非零元素带形颁布的规律.(3）只存储主对角线元素以上三角矩阵中宽为Nb的斜带形区内的元素，可以大大减小所需内存量。

4可靠性工程领域主要包括哪几个方面的内容?答:可靠性工程领域主要包括以下三方面的内容：(1)计。

它包括了设计方案的分析、对比与评价，必要时也包括可靠性试验、生产制造中的质量控制设计及使用维修规程的设计等.（2)分析。

它主要是失效分析，也包括必要的可靠性试验和故障分析。

这方面的工作为可靠性设计提供依据，也为重大事故提供科学的责任分析报告。

(3)数学。

这是数理统计方法在开展可靠性工程上发展起来的一个数学分支。

5机械CAD支撑软件从功能上可分为哪三类？具体包括哪些软件？答:机械CAD支撑软件从功能上可分三类：第一类解决几何图形设计问题；第二类解决工程分析与计算问题；第三类解决文档写作与生成问题。

具体包括:基本图形资源软件；二维绘图软件；几何造型软件;工程分析及计算软件;文档制作软件.6简述多维空间的一维搜索最优化方法？答：多维空间的最优化方法，一般遵循这样一种基本形式：从一个初始点X0出发，按一定规定律确定一个搜索S0，然后在搜索S0上搜索到目标函数的极小点X1；接着双以X1为新的出了点，确定一个搜索S1,再在S1方向上搜索到目标的极小点X2，作为下一次迭代的出了点。

现代设计方法简答题

现代设计方法简答题集1.参数化绘图有何优点，常用的实现方法有那几种参数化绘图的优点是使得设计图可以随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而变化，工作效率高。

常用的设计方法又：作图规则匹配法、几何作图局部求解和辅助线作图法。

2.参数化绘图方法中的几何作图局部求解法的核心思想是：1)在交互作图过程中随时标注每个新增加几何元素的自由度和所受的约束关系；2)判断几何求解的局部条件是否充分，通过遍历检测，依次解出条件成熟的元素参数；3)当图形的尺寸标注完整时，用批处理程序经过多遍扫描，解出绘图需要的所有未知数。

3.什么是优化设计？简述优化设计的分类。

答：优化设计亦称为最优化设计，它是以数学规划理论为基础，以电子计算机为辅助工具的一种设计方法。

宏观世界首先将设计按规定的格式建立数学模型，并选择合适的优化方法，选择或编制计算机程序，然后通过电子计算机计算自动获得最优化设计方案。

优化方法大体上可分为两类：（1）计算目标函数值，比较目标函数值，并以之作为抚今迭代、收敛根据的方法。

（2）变量函数极值理论为基础利用目标函数的以性态，并以之作为寻优、迭代收敛根据的方法。

4.最常用的数据模型有那几种？其特点各是？1）层次性。

指记录间是树型的组织结构。

它体现了记录间的“一对多”的关系。

具有结构简单。

清晰的特点，适用于记录之间本身就存在一种自然的层次关系，但是它难于处理记录之间的复杂关系。

2）网络型。

指事物之间为网络的结构组织。

它体现了记录之间的“多对多”的关系。

网络型机构能处理事物之间非常复杂的关系，但是模型结构也是极其复杂的3）关系型。

它是以集合论中的“关系”的概念为理论基础，指把信息集合定义为一张二维的组织结构，每一张二维表成为一个关系，表中的每一行为一个记录，每一列为数据项。

关系型的模型结构组织比较简单但是能处理复杂的事物之间的联系。

5.什么是数据模型？常用的数据模型有哪三种？答：数据模型是指数据库内部数据的组织方式，它描述了数据之间的各种联系，也是数据的高度结构化的表现。

车辆现代设计方法

面饰工艺规程
各种制造、装配、
设
效果图、检验标准造型、装饰、检各种工艺学
计
技术文件
验等方法
造型工艺文件
试制商
品化
修改
批量生产
第三节车辆的现代设计
车辆的现代设计方法
(1) 车辆计算机辅助设计CAD; (2) 车辆计算机辅助工程CAE; (3) 车辆优化设计; (4) 车辆可靠性设计; (5) 车辆性能的计算机仿真; (6) 车辆噪声分析及设计; (7) 车辆动态设计。现代的汽车设计方法并不是各自孤立的，它们既有自己的优势，又互相渗透，在汽车设计的技术领域中发挥着各自的重要作用。
工业美学模块化设计、相
计
机械性能设计
似理论
评价决策
评价决策
工艺性设计有限元法、动态
最优结构方案最优造型方案
自动化设计
设计、摩擦学设计、高等机构学、
智能工程、专家
最优技术方案
系统
总体布置图、装配草图、技术文件总体效果图、外观效果模型
第二节机械产品设计
零件工作图外观件加工工艺、
施
工
部件装配图
计算机辅助设计（CAD）方法
主要过程
汽车车身
汽车的CAD系统一般可以完成一个完整的汽车整车或零部件的设计过程，它包括：输入关键数据进行几何造型；利用多种计算和分析方法进行工程分析；从生产工艺的角度进行设计评价；按照设计完成的数据进行自动绘图。
汽车离合器壳
第三节车辆现代设计
计算机辅助设计（CAD）方法
图形等信息。
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的活动，包括机械产品在内的各种产
品的设计。

优化设计方法介绍

优化设计方法介绍优化设计方法是一种以提高产品性能、降低成本、缩短研发周期为目标的设计理念。

在现代制造业和工程技术领域，优化设计方法发挥着越来越重要的作用。

本文将为您详细介绍优化设计方法的概念、分类及其应用。

一、优化设计方法的概念优化设计方法是指在满足一定约束条件的前提下，通过数学模型和算法，寻找产品设计参数的最优解，从而使产品在性能、成本、可靠性等方面达到最佳状态。

优化设计方法的核心在于寻求设计空间中的最优解，提高产品设计质量。

二、优化设计方法的分类1. 确定性优化设计方法确定性优化设计方法主要包括线性规划、非线性规划、整数规划等。

这类方法适用于目标函数和约束条件均为确定性的问题。

2. 随机优化设计方法随机优化设计方法主要针对目标函数或约束条件中含有随机因素的问题，如遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。

3. 混合优化设计方法混合优化设计方法是将确定性优化方法和随机优化方法相结合，以解决复杂工程问题。

例如，将遗传算法与非线性规划相结合，可以更好地处理非线性约束问题。

三、优化设计方法的应用1. 结构优化设计结构优化设计是指在保证结构强度、刚度、稳定性等性能的前提下，对结构尺寸、形状、拓扑等进行优化，以达到减轻重量、降低成本的目的。

例如，汽车车身、飞机机翼等部件的结构优化设计。

2. 参数优化设计参数优化设计是指通过调整产品设计参数，使产品性能达到最佳。

如发动机燃烧室几何参数优化、控制器参数优化等。

3. 工艺优化设计工艺优化设计是指通过对生产工艺参数的优化，提高生产效率、降低能耗、改善产品质量。

如热处理工艺参数优化、焊接工艺参数优化等。

4. 优化设计方法在多学科领域的应用优化设计方法不仅应用于单一学科领域，还可以跨学科解决复杂问题。

如多物理场耦合优化、多目标优化、动态优化等。

四、优化设计方法的实施步骤1. 明确设计目标在进行优化设计之前，要明确设计目标，这可能是提高产品的某一性能指标、降低成本、减少重量等。

现代设计方法的优化设计

现代设计方法的优化设计现代设计方法的优化设计是指通过对设计流程、工具和方法进行改进，以提高设计效率和质量。

优化设计旨在减少设计中的资源浪费，优化设计结果，降低产品开发成本和周期，并增加产品竞争力。

现代设计方法的优化设计涵盖了许多方面，以下将详细叙述几个重要的方面。

首先，现代设计方法的优化设计侧重于提升设计流程的效率。

传统的设计流程中存在许多流程瓶颈和不必要的重复工作。

现代设计方法注重流程规范化，通过建立标准化的设计流程、流程文档和各项指标，可以有效地减少流程中的误差和重复工作。

此外，现代设计方法还借鉴了敏捷开发和快速迭代的理念，将设计流程划分为多个阶段，每个阶段都有严格的时间和成果要求。

这样可以提高设计团队的工作效率，加快产品开发速度。

其次，现代设计方法的优化设计还涉及到工具的应用。

随着计算机和网络技术的发展，设计工具的功能和性能不断提升。

现代设计方法充分利用了这些高级工具，如CAD、CAE、CAM等，使设计师能够更加方便地进行设计和仿真分析。

例如，CAD软件可以实现快速、精确的三维建模，大大减少了传统手工绘图的工作量；CAE软件可以对产品进行多物理场仿真，为设计决策提供了科学的依据；CAM 软件可以实现自动化的数控编程，提高了产品加工的精度和效率。

通过充分利用这些高级工具，设计团队可以更加准确地进行设计，并快速优化设计结果。

而且，现代设计方法的优化设计还包括了对设计方法的改进。

传统设计方法中，设计师往往是通过经验和直觉进行设计，容易出现主观因素的影响。

现代设计方法通过引入系统化和科学化的方法，将设计过程转化为一种系统工程，从而能够更加客观地进行设计。

例如，TRIZ（理论与创造性问题解决方法）是一种可以帮助设计师发现创新解决方案的方法，它通过分析和运用已有的创新原理，引导设计师避免常见的设计陷阱，快速找到创新解决方案。

而六西格玛（Six Sigma）则是一种通过统计分析来提高产品质量和流程效率的方法，它强调减少变异，并通过数据驱动的方法实现过程改进。

4 现代设计方法--优化设计

4
ADM
目录
第三章平面问题有限元 3.1 平面问题基本方程及有限元矩阵方程 3.1.1 基本方程 3.1.2 有限元矩阵方程 3.2 三角形场应变单元 3.2.1 离散化 3.2.2 位移模式 3.2.3 应变 3.4 刚度矩阵 3.4.1 单元刚度矩阵 3.4.2 总体刚度矩阵的组装 3.4.3 总体位移向量 3.5 单元的等效节点力与总体载荷向量 3.5.1 单元的等效节点力 3.5.2 总体载荷向量
现代设计方法
——优化设计、有限元
Advanced Design Methods
——Design Optimization and Finite Element Method
江南大学机械工程学院
1
ADM
目录
序论
第一部分优化设计
第一章优化设计的数学基础
1.1 矢量 1.2 矩阵 1.3 多元函数
目录
7
ADM
目录
第六章杆件系统第七章薄板弯曲问题第八章结构动力学问题
8.1 结构动力学微分方程 8.2 结构动力学虚功方程 8.3 结构动力学有限元矩阵方程 8.4 结构自由振动有限元矩阵方程——模态分析
8
ADM
序论
现代设计方法的基本内容：
1. CAD 2. CAE——有限元分析* 3. 优化设计* 4. 可靠性设计 5. 逆向设计 6. 模块化设计 7. 设计专家系统 8. 价值工程 9. 虚拟设计 10. ……………
F(X0) 0
极值存在的充分条件：
DF
DX TF(X0 )
1 2
DX T H (X0 )DX
1 2
DX T H (X0 )DX
H(X0)正定， F(X0)为极小值；

现代设计方法.ppt

第三章优化设计
本章主要内容
➢ 优化设计概述 ➢ 优化问题的数学分析基础 ➢ 一维探索优化方法 ➢ 无约束多维问题的优化方法 ➢ 约束问题的优化方法 ➢ 多目标函数的优化方法 ➢ LINGO在优化设计中的应用
3.6 多目标函数的优化方法
多目标函数的优化方法：各个目标往往是相互矛盾的，不可能它们均在同一点收敛为最小值。
（2）设计分析法
采用设计分析法处理多目标函数的优化问题时，在先求出每个分目标函数的约束最优解的基础上，再通过它们之间的相互制约，对设计进行分析、协调、修改，把各个分目标函数调整到要求值上，并得到理想的协调关系。
选择。因此原问题可归结为
q
f ( X ) f1( X ), f2 ( X ), , fk ( X ) k fk ( X )(k 1,2, , q) k 1
k 的选择方法:
1）方法1：利用分目标函数变动范围的倒数来实现
k 的选择，即
ak
fk ( X ) bk
fk ( X )
bk
ak 2
k
基本思想：按分目标函数的重要程度为其排序，将最重要的排在最前面，最不重要的排在最后面，依次类推。优化过程中首先要考虑排在前面的若干个比较重要的目标，在情况允许的条件下兼顾次要目标。对于需要考虑的比较重要的目标，依次求出各自的单目标的约束最优值；而对于在每一个单目标优化过程中没有考虑到的目标，则以最优估计值转化成约束条件来处理，优化完毕后，以实际的优化值替换该最优估计值。
（1）目标规划法
先求出每个分目标函数的最优值 fk(X*) 后，根据多目标函数优化问题的总体要求，适当地选取对应的理想
最优值 fk(X0) ,由
f
(X
)

如何把汽车优化设计

如何把汽车优化设计汇报人：日期:•汽车优化设计概述•汽车结构优化设计•汽车性能优化设计目录•汽车外观优化设计•汽车材料优化设计•汽车智能化与电动化优化设计01汽车优化设计概述汽车优化设计是一种基于计算机辅助设计、数值模拟和优化算法的技术，旨在寻找满足各种性能、成本和制造要求的最优设计方案。

提高汽车性能、降低成本、减少能耗、提高安全性、增强舒适性等。

定义与目标目标定义通过优化设计，可以减少试验次数和试验成本，提高设计效率。

提高设计效率提升产品质量降低生产成本优化设计可以综合考虑各种因素，提高产品的整体性能和质量。

通过优化设计，可以减少材料消耗、降低制造成本，提高企业的竞争力。

030201优化设计的重要性明确设计目标根据市场需求和产品定位，明确设计目标，如性能、成本、制造工艺等。

建立数学模型将设计问题转化为数学模型，包括几何模型、物理模型和数学方程等。

数值模拟利用计算机辅助设计和数值模拟技术，对设计方案进行仿真和分析。

优化算法采用各种优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，对设计方案进行优化。

方案评估与选择对优化后的方案进行评估和选择，确定最终设计方案。

实施与验证将最终设计方案付诸实施，并进行验证和改进。

汽车优化设计的流程02汽车结构优化设计采用高强度材料，如高强度钢和铝合金，降低车身重量，提高抗冲击性能。

优化材料通过CAE分析等技术手段，优化车身结构，提高车身抗碰撞性能和刚度。

优化结构设计优化车身造型，降低风阻，提高车辆燃油经济性和行驶稳定性。

空气动力学优化优化材料采用高强度材料，如高强度钢和铝合金，降低底盘重量，提高车辆操控性和燃油经济性。

优化结构设计通过CAE分析等技术手段，优化底盘结构，提高底盘抗冲击性能和刚度。

悬挂系统优化根据车辆性能需求，针对性地优化悬挂系统，提高车辆行驶平顺性和操控性。

采用高强度材料，如钛合金和铝合金，降低发动机重量，提高发动机性能和燃油经济性。

优化材料通过CAE分析等技术手段，优化发动机结构，提高发动机可靠性、耐久性和性能。