现代设计方法课件----讲稿

讲稿课程名称：现代设计方法

Modern Design Method 课型：选修课

总学时：40

学分数：2

任课教师：ooooo

授课对象：2006级

华中农业大学工学院

《现代设计方法》课程大纲

第一章绪论（2h）

第一节概述

第二节现代设计方法的概念

第三节现代设计方法的主要内容

第四节现代设计方法的学习的目的与意义

第二章优化设计（20h）

第一节优化设计的基本概念与数学模型

第二节优化设计的几何意义与终止准则

第三节一维搜索方法

第四节无约束优化方法

第五节约束优化方法

第六节多目标优化方法与离散变量优化问题

第三章可靠性设计（8h）

第一节可靠性设计概述

第二节可靠性基本概念和理论

第三节系统可靠性模型的建立、可靠性预计和分配

第四节可靠性设计方法

第四章有限元法（8h）

第一节有限元法概述

第二节有限元法的基本思想及其应用

第三节有限元法求解实例

第四节几种大型有限元分析系统简介

第五章其他现代设计方法（2h）

第一节可靠性设计

第二节动态设计

第三节人机工程学

第四节其它方法简介

本章小结

第一章绪论

第一节概述

一、现代设计的概念

设计：设计在通俗中说来是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。它是从给出的合理的目标参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。

设计方法设计中的一般过程及解决具体设计问题的方法、手段。

传统设计(Traditional Design)：人类的设计活动经历了直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶段，即所谓的传统设计阶段。

现代设计(Modern Design)：以市场需求为驱动、以知识获取为中心、以现代设计思想、方法和现代技术手段为工具，考虑产品的整个生命周期和人、机、环境相容性等因素的设计。

二、现代设计方法的产生背景（以机械工业为例）：

1)设计理论和实践的变化：过去，机械产品设计理论主要以力学为基础，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、控制论、信息论、传感理论、信号处理理论、电子学、计算机等等，作为实践的基础远不止经验，而且还涉及各有关的学科，同时，自身也在形成自己的学科体系——制造理论、工艺理论。

2)产品功能要求的变化：过去机械产品功能单一化、造型简单化、实用化，新的产品在不同程度上都同微电子技术、微计算机技术相结合，取代、延伸、加强与扩大人脑的部分作用。机械产品的种类和品种正日新月异，老的正在脱胎换骨，新的不断问世，几乎“无所不包”、“无孔不入”。

3)产品制造技术的变化：机械制造技术正在彻底改造，广泛采用各种高新技术，特别是微电子技术与电子计算机技术，从数控化走向柔性化、集成化、智能化，成为现代科技前沿热点之一。

4)机械工程、机械工业的企业管理发生根本性的变化：从以产品为主的管理发展到以面向市场信息为主的管理，并依靠建立在市场信息基础上的管理来实现企业与客户之间的相互沟通。过去主要是注重产品的质量，企业的管理主要集中在产量、产品的质量上；现在，企业在关注产品质量的同时，更多的关注市场需求，“客户需要什么样的产品，就设计什么样的产品”。

这些变化引起人们开始新的思考、新的认识，现代设计方法这门课程就是这些变化的结果，它是一门符合现代市场经济、知识经济时代发展需要的一门课程，作为工科的学生必须了解和掌握有关现代设计的思想和方法，通过这门课程的学习主要了解现代产品设计的主要方法，从思维观点发

生质的变化，为今后的工作打下一定的基础。

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。因此传统的设计方法的安全系数法不能定量的给出产品质量的可靠性预测。

而现代设计方法中的可靠性设计法，根据实际情况，把零部件或整机的各种性能参数（具有离散性的参数）均视为随机变量，应用概率论建造数理统计模型并进行分析计算，这样可以定量作出