现代设计理论与方法重点

绪论

1、设计的的本质是由功能到结构的映射过程，是技术人员根据需要进行构思、计划并把计划变为现实可行的机械系统的过程。

2、计划具有个性化、抽象化、多解性的基本特征。

3、现代设计方法：

计算机辅助设计概念：计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备辅助人们进行设计。优化设计是从多种设计方案中选择最佳方案的方法，它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

有限元设计就是利用假想的线和面将连续的介质内部和边界分割成有限大小、有限数目、离散的单位来研究。

稳健设计通过质量工程方法在产品设计阶段就要求把产品设计完美、健全，不受或尽量减少生产线波动带来的影响，以保证产品达到预期的质量效果。

虚拟设计是一种新技术，它可以在虚拟环境中用交互手段对在计算机内建立的模型进行修改，缩短了产品开发周期，提高了产品设计质量和一次设计成功率。

创新设计、智能设计、表面设计、绿色设计、动态设计、摩擦设计、协同设计、工业设计等。一

1、计算机辅助设计（简称CAD）：是计算机科学领域的一门重要技术，是集计算、设计绘图、工程信息管理、网络通信等领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分。

2、CAD：（computer aided design）：即计算机辅助设计CAE(computer aided engineering）：即计算机辅助分析，CAM（computer aided manufacture）：即计算机辅助制造，CAPP（computer aided process planning）：即计算机辅助工艺设计，CIMS（computer integrated manufacturing system）：即计算机集成制造系统，

8、CAD的特点：1）规范化、高质量规范设计流程，统一文档格式，提高设计质量。9、CAD发展方向：脱离图版，实现全自动无纸化设计、生产和制造，是CAD发展的最终目标。

10.CAD的基本功能及优点：1）人机交互 2）几何造型 3）计算分析 4）系统仿真 5）工程绘图 6）数据管理

11、CAD系统组成：CAD系统的硬件结构：计算机、图形输入设备、输出设备

CAD系统的软件：软件系统、支撑软件、应用软件。

二

1、优化设计：是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

2、P49页：例2-1 黄金分割法求函数，3无约束优化方法：坐标轮换法、牛顿法、

约束优化方法：遗传算法、惩罚函数法、复合形法多目标优化方法：多目标优化问题、主要目标法、统一目标法

三

1、有限元法的概念：把复杂的结构看成由有限个单元组成的整体的一种设计方法

2、有限元法的基本思想：化整为零，积零其整，把复杂的结构看成由有限个单元组成的整体

3、弹性力学中的基本假设：连续性假设，完全弹性假设，各向同性假设，均匀性假设，微小性假设，无初应力假设

2、弹性力学的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程、边界条件

3、弹性力学的基本原理：虚位移原理、最小势能原理

4、有限元模型的性能指标：可靠性、精确性、鲁棒性、计算成本的经济性、通用软件的规范性

5、缩小结题规模的常用措施：对称性和反对称性、周期性条件、降维处理和几何简化、子结构技术、线性近似化、多工况载荷的合并处理

第四章：稳健设计

1、稳健设计的基本概念：稳健设计就是通过调整设计变量及控制其容差使可控因素和不可控因素当与设计值发生变差时仍能保证产品质量的一种工程方法。换言之，若作出的设计即使在各种因素的干扰下产品质量也是稳定的，或者用廉价的零部件能组装出质量上乘、性能稳定与可靠的产品，则认为该产品的设计是稳健的·。

2、稳健设计的一般步骤：

1，确定产品的指标体系，建立可控和不可控因素对产品质量影响的质量设计模型，该模型应能充分显示出各功能因素变差对产品质量特性的影响

2，对稳健设计模型进行试验设计和数值分析模拟计算，获取质量特性的可靠分析数据3，寻找稳健设计解或稳健设计优化解，获得稳健产品的设计方案

3、产品的质量：通常认为就是产品满足规定要求或潜在需求的特征和特性总和，简言之，产品的质量就是产品适用性。

4、质量损失模型：1）功能波动（1、物品间干扰（物品间噪声） 2、外干扰（外噪声） 3、内干扰（内噪声）） 2）质量损失函数 3）质量水平 4)损失函数中系数K的决定方法

5、Taguchi三次设计基本内容：系统设计、参数设计、容差设计

五

1、虚拟现实的含义：从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。

2、虚拟现实的两个本质特征：1）多感知性：所谓多感知就是说除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、甚至应该包括味觉感知、嗅觉感知等。 2）沉浸感：沉浸感是指用户感到作为主角存在模拟环境的真实程度。

3、虚拟现实的组成：交互作用、视觉、听觉、触觉、嗅觉。

4、虚拟现实技术的主要应用领域：

1）工程应用：1、虚拟现实技术在汽车制造业的广泛应用。 2、虚拟现实技术在飞机制造与飞行仿真领域的应用。 3）虚拟实验。 4）用于遥控机器人的遥现技术。

2）医学领域的应用 3）教育培训领域的应用 4）军事应用

5、虚拟现实与仿真本质区别（虚拟现实技术与计算机仿真的关系）：

1）定性与定量：仿真环境对于其场景的真实程度要求不高；虚拟环境建模复杂，并有质感、光照等要求，但对于量的要求并不严格。2）多感知性：理想的虚拟现实系统就是应该具有人的所有感知功能；而仿真一般只局限于视觉感知。3）沉浸感：仿真系统用户与计算机之间是一种对话关系，虚拟现实利用一计算机为核心的现代高科技建立一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，形成集视、听、触等感觉于一体的和谐的人机环境。

6、虚拟现实系统组成模块：输入模块、传感器模块、响应模块、反馈模块

7、虚拟环境的实现方法：基于图像的方法、基于模型（基于景物几何）的方法

8、虚拟设计的特点：虚拟设计是指设计者在虚拟环境中进行设计。设计者可以在虚拟环境中用交互手段对在计算机内建立的模型进行修改。一个虚拟设计系统具备三项功能：3D用户界面；选择参数；数据表达与双向数据传输。

就“设计”而言，所有的设计工作都是围绕虚拟原型而展开的，只要虚拟原型能达到设