现代设计理论与方法重点
现代设计理论与方法
现代设计理论与方法现代设计理论与方法是指在当代社会背景下，对设计活动进行系统化、科学化地研究和总结的理论和方法。
随着科技的不断发展和社会的不断进步，现代设计理论和方法也在不断地完善和更新。
本文将从现代设计理论的发展历程、设计方法的创新以及未来发展趋势等方面进行探讨。
首先，现代设计理论的发展经历了从传统到现代的转变。
传统设计理论注重技艺和经验的积累，而现代设计理论更加注重科学化、系统化的研究。
现代设计理论不仅关注设计的外在表现，更注重设计背后的思维和理念。
例如，人机交互设计理论的提出，将人的需求和心理因素融入到设计中，使得设计更加贴近用户的实际需求。
其次，现代设计方法的创新是现代设计理论发展的重要方面。
传统的设计方法往往是基于经验和惯例，而现代设计方法更加注重科学化和系统化。
例如，用户体验设计方法的提出，通过科学的调研和分析，使得产品的设计更加符合用户的实际使用需求，提高了产品的市场竞争力。
此外，现代设计理论和方法的发展也受到了跨学科的影响。
现代设计不再局限于单一学科，而是涉及到多个学科的交叉融合。
例如，设计思维理论的提出，将设计的思维方式和方法论引入到其他学科领域，促进了不同学科之间的交流和合作。
最后，展望未来，现代设计理论和方法将继续朝着多元化、系统化、科学化的方向发展。
随着人工智能、大数据等新技术的不断发展，设计将更加注重个性化、定制化的需求，而设计方法也将更加注重数据驱动和智能化。
总之，现代设计理论与方法的发展是一个不断创新和完善的过程。
在未来的发展中，我们需要不断地学习和探索，将现代设计理论和方法应用到实际的设计实践中，推动设计领域的进步和发展。
希望本文能够对现代设计理论与方法有所启发，促进设计理论与实践的结合，推动设计领域的繁荣发展。
现代设计理论与方法(优化设计第一章)
1-3人字架优化设计的图解
引例2：货箱优化设计
问题描述： 现用薄板制造一体积为100m3，长度不小于 5m的无上盖的立方体货箱，要求该货箱的钢板耗费量最 少，试确定货箱的长、宽、高尺寸。
分析： （1）目标：用料最少，即货箱的表面积最小。 （2）设计参数确定：长x1 、宽x2 、高x3； （3）设计约束条件： （a）体积要求 （b）长度要求
行
设计变量
设计变量的全体实际上是一组变量，可用一个列 向量表示。设计变量的数目称为优化设计的维数 ，如n个设计变量，则称为n维设计问题。 设计变量的全体实际上是一组变量，可用一 x1 x 个列向量表示。设计变量的数目称为优化设 T x 2 x1 , x2 , , xn 计的维数，如n个设计变量，则称为n维设计 问题。 x
n
明 德 任 责 致 知 力 行
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。 按照产品设计变量的取值特点，设计变量可分为连续变 量（例如轴径、轮廓尺寸等）和离散变量（例如各种标 准规格等）。
设计变量
只有两个设计变量的二维设计问题可用图1中（a）所示 的平面直角坐标表示；有三个设计变量的三维设计问题 可用图1中（b）所表示的空间直角坐标表示。
致 知 力 行
设计变量
一个设计方案可以用一组基本参数的数值来 表示，这些基本参数可以构件几何量（如尺寸、 明 位置等），也可以是物理量（如质量、频率等）， 德 还可以是应力、变形等表示工作性能的导出量以 任 及非物理量（如寿命、成本等）。
责
在设计过程中进行选择并最终必须确定的各 项独立的基本参数，称作设计变量，又叫做优化 致 参数。在优化设计过程中设计变量是不断修改、 知 调整，一直处于变化状态。 力
现代设计理论重点
第一章：1，从对设计理解出发，设计活动具有需求特征，创造特征，程序特征，时代特征。
2，设计经历四个阶段，直觉设计阶段，经验设计阶段，半理论半经验设计经验，现代经验设计。
3，现代设计与传统设计的联系与区别，传统设计方法基本上是一种以静态分析，近似计算，经验设计，手工劳动为特征的设计方法。
现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，他继承了传统设计的精华，吸取了当代科技成果和计算机技术，与传统设计相比，他则是一种基于知识的，一动态分析，精确计算，优化设计和cad为特征的设计法方法。
现代设计与传统设计相比主要有以下几个方面转变：a，产品机构分析的定量比b，产品工况分析的动态话c，产品质量分析的可靠性化d，产品设计结果的最优化e，产品设计过程的高效化和自动化。
4，现代设计的特征，程式性，创造性，系统性，最优性，综合性，数字性。
5，现代设计按其创新程度可分为开发型设计，适应性设计，变形设计三种。
第四章：1.优化设计是将工程设计问题转化为最优化问题，利用数学规划的方法，借助于电子计算机的高速度运算和逻辑判断能力，从满足设计要求的一切可行方案中，按照预定的目的自动寻找最优设计的一种设计方法。
一般包括两方面的内容：a，将实际设计问题转变为数学规划为题，即建立数学问题。
b，采用适当的最优化方法求解这个数学规划问题，即求解这个数学问题。
2，优化设计的数学模型有设计变量，目标函数和约束条件组成。
3，数值迭代的终止准则，点距准则，函数值下降量准则，梯度准则。
第五章：1，可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
分为：产品，条件规定，时间规定，功能规定，能力规定。
2，可靠性的基本特定：a，可靠性设计法人为机器的工作过程是一个随机过程，作用在零部件上的载荷和材料性能都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散性质，在数学上必需用分布函数来描述，并用概率统计的方法求解b，可靠性设计方法人为所设计的任何产品都存在一定的实效可能行，并且可以定量地回答产品在工作中的可靠程度，从而弥补了常规设计的不足。
现代设计理论与方法复习内容共35页
拉格朗日法、惩罚函数法等。 通过一定的变换，将约束优化问题转化为无约束优化问题， 然后采用各种无约束优化方法求解。这种方法对不等式约束 问题和等式约束问题都适用。
惩罚函数法的基本思想：
在原目标函数中添加一些与约束有关的项，形成一个新的 目标函数（即罚函数）以取代原目标函数，然后用无约束 优化方法求新目标函数的最优解，内点法函数法适用于求解
数值迭代法的求优过程如下：
数（值１迭）点代距法准及则终止准则
相邻两点和的向量差的模
X(k1) X(k) 1
（２）函数值下降量准 则
f(X(k1))f(X(k))2
f (X(k1))f (X(k)) f (X(k))
4
（３）梯度准则
11
迭代求优的核心：
每次迭代方向 S ( k ) 和步长因子 a ( k ) 的确定。各种优化方法也主要是在这个核心问题 上显示出各自的特色。
现代产品设计按其创新程度可分为：
开发性设计、适应性设计、变形设计
设计的特征：
需求特征、创造性特征、程序特征、时代特征。2 系ຫໍສະໝຸດ 分析方法产品设计的四个进程
产品规划、方案设计、技术设计、施工设计
利用黑箱法确定总功能 利用功能数对总功能进行分解 使用形态分析法进行功能元解的组合 利用有效值评分法进行方案评价 计算
（2）采用适当的最优化方法求解这个数学规划 问题，即求解这个数学模型。
优化设计数学模型的一般形式：
m in f(X) XRn
s .t.g u X 0u 1 ,2 , ,p
h v (X ) 0v 1 ,2 , ,q n
优化设计的数学模型三要素：
设计变量、目标函数和约束条件
例4.1 有一边长为6m的正方形钢板，四角各裁去一 个小的方块，做成一个无盖的货箱。试确定裁去的 四个小方块的边长，以使做成的货箱具有最大的容积。
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。
现代设计理论与方法
§2机械设计的流程和特点（续）
机械设计的本质：
图
0-6
是功能到结构
机 械
的映射过程，是技
设 计
术人员根据需求进
作 业
行构思、计划并把流源自程设想变为现实可行
图
的机械系统的过程。
武汉理工大学智能制造与控制研究所
§2机械设计的流程和特点（续）
❖机械设计具有个性化、抽象性、多解性的 基本特征，如图0-7所示：
§3.2成型期
❖欧洲
1962年，在伦敦举行了第一届设计方法会议，主要围绕系统设计方法研 究，探讨设计过程的全面管理的系统方法和用于设计过程的系统技术。
1968年，在英国，The Design Council成立。
❖美国
1968年，在美国波士顿的MIT举行了“环境设计与规划中的新方法”会议， 着重探讨设计的复杂性问题，理解设计者如何用传统的设计方法解决设 计问题。
所引起，而80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段陆续 完成。
图0-4 设计与修改成本的比例
武汉理工大学智能制造与控制研究所
§1.1 设计在产品开发中的重要地位(续)
因此，可以得到这样的启示： 在设计越来越显示其重要性的今天，
掌握新的设计思想，应用新的设计方法和 技术，采用新的设计工具，对于提高企业 产品竞争力，具有非常重要的意义。
❖ 日本
1971年，由北乡薰等人编著的“设计工学系列丛书”出版发行，比较全面地论述了设 计方法和技术。
1979年，日本东京大学吉川弘之教授在日本精密机械杂志上发表“一般设计学序说” 一文，提出了一般设计学理论。
§1.1 设计在产品开发中的重要地位(续)
产品设计仅 需整个产品开 发过程中大约 8%的工时成本
现代设计理论与方法
1.工业产品设计特征：需求特征、创造性特征、程序特征、时代特征2.现代设计方法与传统设计方法相比，主要完成了一下几个方面的转变：（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性化；（4）产品设计结果的最优化；（5）产品设计过程的高效化和自动化3.现代产品设计按其创新程度可分为：开发性设计、适应性设计、变型设计4.现代产品设计的进程：产品规划（决策）、原理方案设计、技术设计、施工设计5.优化设计：借助最优化数值计算方法和计算机技术，求取工程问题的最优设计方案6.优化设计过程：设计课题分析、建立数学模型、选择优化方法、上机计算择优7.优化数学模型三要素:设计变量X、目标函数f（X）、约束条件gu（X）≤0,hv（X）=08.要运用数值迭代法寻找到目标函数的极小值X，这里关键要解决三个问题：如何确定迭代步长a、怎样选定搜索方向S、如何判断是否找到了最优点，以中止迭代9.无约束优化问题采用迭代中止准则：点距足够小、函数下降量足够小、函数梯度充分小10.可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力11.可靠性四要素：研究对象、规定的条件、规定的时间、规定的功能12.失效率：产品工作t时刻尚未失效的产品，在该时刻t以后的下一个单位时间内发生失效的概率13.机械可靠性设计和机械常规设计方法的主要区别：它把一切设计参数都视为随机变量，表现在：零部件的设计应力s是一个随机变量；零件的强度参数c也是一个随机变量14.CAD技术：利用计算机的软硬件辅助设计者对产品进行规划、分析、计算、综合、模拟、评价绘图和编写、技术文件等设计活动15.有限元法定义:基本思想：16.单元分析：连续体离散化后，即可对单元体进行特性分析，简称为单元分析主要工作：选择单元位移模式（位移函数）和分析单元的特性，即建立单元刚度矩阵。
16.有限元法的解题步骤：结构的力学模型简化、单元划分和插值函数的确定、单元特性分析、整体分析（单元组集）17.整体结构的节点力与节点位移之间的关系：18.工业造型的设计基本内容：产品的人机工程设计、产品的形态设计、产品的色彩设计、产品的铭牌、表识、字体等的设计19.反求工程（RE）：也称逆向工程、就是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的综合的一项新技术。
现代设计理论与方法 黄平
第10章习题
参考文献
附录A课堂讨论
A.1单级直齿圆柱齿轮减速器的优化设计
A.2圆柱螺旋压缩弹簧的优化设计
A.3自行车鞍座曲面反求设计
A.4绿色设计与汽车制造业
附录B设计实验
B.1一维优化实验
B.2无约束多维优化实验
B.3有约束多维优化实验
附录A、B参考文献
附录C中英文索引
8.3绿色设计的原则与方法
8.4绿色设计流程
8.5绿色设计的评价指标体系
8.6绿色设计案例分析
第8章习题
参考文献
第9章 人机工程学
9.1概述
9.2人机系统
9.3人的因素
9.4基于人因的设计
9.5人机原则
第9章习题
参考文献
第10章 设计方法学
10.1概述
10.2产品设计
10.3确定设计任务
10.4方案设计
现代设计理论与方法黄平
本书重点介绍了现代设计理论与方法中的基本理论与方法，具体内容包括：优化设计、摩擦学设计、计算机辅助设计、可靠性设计、创造性设计、反求工程设计、绿色设计、人机工程学和设计方法学。在编写过程中，尽可能将所讲授理论方法与工程中的实际问题相结合，通过算例使学习者更容易对所述现代设计理论与方法的基本内容加以理解和掌握。另外，本书附有课堂讨论和设计实验两部分内容，以加强学习的效果。本书各章附有相应的习题，供教学中使用。本书可作为机械工程类各专业高年级本科生的教材，亦可作为这些专业研究生和其他相近专业本科生、研究生的参考教材，以及工程技术人员的参考书。
第1章 绪论
1.1现代设计理论与方法内容简介
1.2课程学习基本要求
第1章习题
参考文献
第2章 优化设计
现代设计理论、方法与技术讲
现代设计技术0引言现代设计技术是先进制造技术中的首要关键技术，它是现代科技发展和全球市场竞争的产物。
产品设计是以社会需求为目标，在一定设计原则的约束下，利用设计方法和手段创造出产品结构的过程，如图l 所示。
市场竞争的需要和各种新方法、新技术、新工艺、新材料不断涌现，推动了设计方法和技术的进步，产品设计从传统的经验设计进入现代设计。
1 现代设计的内涵1.1现代设计的特征现代设计是传统设计的深入、丰富和完善，而非独立于传统设计的全新设计。
虽然目前对现代设计尚无确切定义，但可从以下特征来理解。
⑴以计算机技术为核心这是现代设计的主要特征。
计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大影响，表现为以下几方面：①设计手段的更新计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。
传统设计以图板、直尺、铅笔等作为工具，这种设计手段效率低、人工强度大。
CAD技术的出现和发展，甩掉图板的“无纸设计”作为现代设计的主流，显著提高了设计效率。
②产品表示的改变计算机技术推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。
传统设计利用投影原理表示产品结构，这种二维表示的数据单一，数据量少，不便于产品的进一步分析和制造。
随着CAD技术的发展，三维“产品模型(Product Model)”越来越得到广泛应用。
这种表示不仅包括反映产品形状和尺寸的几何信息，还可包括分析、加工、材料、特性等数据，从而可直接用于分析和制造。
③设计方法的发展促进了一些新的设计方法的出现，高性能的计算机硬件和先进的软件技术是这些方法实施的保证。
一些先进的设计方法如有限元分析、优化、模态分析等都涉及大量复杂计算，只有计算机技术的发展才能推动这些方法的进步和应用。
新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。
④工作方式的变化计算机技术促进了设计方式从“串行”到“并行”的变化。
受设计手段限制，传统设计过程采用串行方式进行，即设计任务按时序从一个环节传入下一环节。
随着数据库技术和网络技术的发展，并行设计正得到广泛应用。
现代设计理论、方法与技术讲义
现代设计技术0引言现代设计技术是先进制造技术中的首要要害技术，它是现代科技开展和全球市场竞争的产物。
产品设计是以社会需求为目标，在一定设计原那么的约束下，利用设计方法和手段制造出产品结构的过程，如图l 所示。
市场竞争的需要和各种新方法、新技术、新工艺、新材料不断涌现，推动了设计方法和技术的进步，产品设计从传统的经验设计进进现代设计。
1现代设计的内涵特征现代设计是传统设计的深进、丰富和完善，而非独立于传统设计的全新设计。
尽管目前对现代设计尚无确切定义，但可从以下特征来理解。
⑴以计算机技术为核心这是现代设计的要紧特征。
计算机技术的飞速开展对设计产生了巨大妨碍，表现为以下几方面：①设计手段的更新计算机技术推动了设计手段从“手工〞向“自动〞的转变。
传统设计以图板、直尺、铅笔等作为工具，这种设计手段效率低、人工强度大。
CAD技术的出现和开展，甩掉图板的“无纸设计〞作为现代设计的主流，显著提高了设计效率。
②产品表示的改变计算机技术推动了产品表示从“二维〞向“三维〞的转变。
传统设计利用投影原理表示产品结构，这种二维表示的数据单一，数据量少，不便于产品的进一步分析和制造。
随着CAD技术的开展，三维“产品模型(ProductModel)〞越来越得到广泛应用。
这种表示不仅包括反映产品外形和尺寸的几何信息，还可包括分析、加工、材料、特性等数据，从而可直截了当用于分析和制造。
③设计方法的开展促进了一些新的设计方法的出现，高性能的计算机硬件和先进的软件技术是这些方法实施的保证。
一些先进的设计方法如有限元分析、优化、模态分析等都涉及大量复杂计算，只有计算机技术的开展才能推动这些方法的进步和应用。
新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。
④工作方式的变化计算机技术促进了设计方式从“串行〞到“并行〞的变化。
受设计手段限制，传统设计过程采纳串行方式进行，即设计任务按时序从一个环节传进下一环节。
随着数据库技术和网络技术的开展，并行设计正得到广泛应用。
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。
现代设计理论与方法
现代设计理论与方法
现代设计理论与方法是指在当代社会背景下，对设计理论和方法进行研究和探讨，以适应当代社会的需求和发展趋势。
现代设计理论与方法的研究，旨在提高设计的科学性、系统性和创造性，促进设计的创新和发展。
首先，现代设计理论强调以人为本。
在现代社会，设计不再是简单地满足功能
需求，而是要充分考虑人的感受、习惯、文化背景等因素，注重人性化设计。
因此，现代设计理论强调人与设计之间的互动关系，提倡用户参与设计的过程，以确保设计更加贴近用户的需求。
其次，现代设计方法注重跨学科融合。
在当代社会，知识的边界日益模糊，跨
学科融合成为设计领域的一个重要趋势。
现代设计方法强调不同学科之间的交叉合作，借鉴其他学科的理论和方法，以促进设计的创新和发展。
例如，生物学、心理学、社会学等学科的知识都可以为设计提供新的思路和方法。
此外，现代设计理论与方法强调可持续发展。
在全球范围内，可持续发展已成
为一个重要的发展理念。
现代设计理论与方法要求设计不仅要满足当代的需求，还要考虑对未来世代的影响。
因此，现代设计方法强调环保、节能、资源循环利用等可持续发展的理念，提倡设计与自然的和谐共生。
总的来说，现代设计理论与方法是一个不断发展和完善的领域，它不仅关注设
计的外在表现，更注重设计背后的理论和方法。
通过对现代设计理论与方法的研究和探讨，可以促进设计的创新和发展，推动设计行业朝着更加科学、人性化、跨学科、可持续的方向发展。
希望设计师们能够不断学习和探索，为现代设计理论与方法的发展做出贡献。
现代设计理论和方法1
现代设计理论和方法一、概论1、设计：一种创造性活动为满足人们的某种需求。
2、优化：依据科学理论工程技术知识、材料进行所谓的最佳利用。
3、设计方法发展过程：四个阶段：直觉设计，经验设计，传统设计，现代设计。
4、现在是从传统设计到现代设计的过度（继承创新）5、现代设计与传统设计的关系：继承的关系；共存与突破的关系。
6、现阶段的设计相对而言落后于人们对设计的要求，只要表现为：⑴对客观设计过程研究、了解不够，尚未很好的掌握设计中的客观规律；⑵当前设计的优劣主要取决于设计者的经验；⑶设计生产率较低；⑷设计进度与质量不能很好控制；⑸设计手段与方法有待改进；⑹尚未形成能为大家接受，能有效指导设计实践，有较系统的设计理论。
7、设计的本质---革新和创造8、设计的基本内涵：存在着客观需求，需求是设计的动力源泉。
9、设计是建立技术系统的重要环节，对产品的技术和经济效果起决定性的作用。
10、现代设计方法的特点：程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机辅助设计（CAD）.11、设计工作阶段：⑴明确设计任务阶段：要进行需求分析、市场预测、可行性分析、确定设计参数及制约条件，最后给出详细想设计要求表作为设计、评价、决策的依据。
⑵方案设计阶段：实质上是产品功能原理的设计。
系统化设计法：针对功能系统将总功能分解为分功能----功能元，通过各种方法求得各功能元的多个解，组合功能元的解或直接求得多个系统原理解，在此基础上通过评价再求得较好的最佳原理方案。
⑶技术设计阶段：要将功能原理方案具体化为机器及零部件的合理结构，这阶段的主要工作包括总体设计、结构设计、商品化设计、模型试验等。
⑷施工设计阶段：12、解决问题的逻辑步骤：分析---综合---评价---决策。
评价类型：评定方案的完善程度；评定解答方案与所提问题的要求的相符程度；评定最优解答方案；评定某项特性的最优值。
决策：是在评价的基础上根据已定的目标作出行动的决定。
基本原则：系统原则、可行性原则、满意原则、反馈原则、多方案原则。
现代设计知识点
现代设计知识点现代设计是当今社会中不可忽视的重要领域之一。
在这个信息爆炸的时代，人们对于设计的需求也越来越多样化和个性化。
无论是图形设计、产品设计还是空间设计，都离不开一定的理论知识和技巧。
本文将介绍现代设计中的一些重要知识点，帮助读者更好地了解现代设计的概念和方法。
一、设计原则1. 单一原则：指设计元素的简洁性和统一性，通过清晰的图形和简明的排版来传达信息。
2. 对比原则：通过色彩、形状、大小、线条等方面的对比来增强视觉效果，突出重点信息。
3. 重复原则：通过重复使用某一设计元素来达到视觉上的统一感和连贯感，增强品牌辨识度。
4. 平衡原则：指视觉上的平衡感，通过对设计元素的布局和分配来实现。
5. 强调原则：通过使用色彩、形状、线条等方式来突出某一设计元素，吸引用户注意力。
二、色彩运用1. 冷暖色调：不同的色彩可以传递不同的情感和信息，如冷色调给人冷静、严肃的感觉，暖色调则给人温暖、活泼的感觉。
2. 色彩搭配：合理的色彩搭配可以增强视觉效果，如相似色搭配、互补色搭配等。
3. 色彩对比：通过使用明暗、冷暖、对比色等方式来增加色彩的层次和对比度。
4. 色彩心理学：不同的色彩对人们的情感和行为有一定的影响，如红色代表激情和力量，蓝色代表冷静和安宁。
三、排版设计1. 字体选择：选择合适的字体可以凸显品牌或内容的特点，如正式场合可选择Serif字体，而时尚感强的设计可选择Sans Serif字体。
2. 行间距与字间距：合理的行间距和字间距可以提高可读性，减轻视觉疲劳，同时也影响整体美感。
3. 对齐方式：左对齐、居中对齐、右对齐等方式都会对设计的整体效果产生影响，需根据设计目的和风格来选择合适的对齐方式。
4. 标题与段落：标题应简明扼要，突出重点；段落要有分段，有序排列，让读者容易理解。
四、用户体验设计1. 响应式设计：设计适应不同尺寸的屏幕，确保在不同设备上有良好的用户体验。
2. 导航设计：设计清晰易懂的导航系统，让用户快速找到所需信息。
1现代设计理论与方法
现代设计理论与方法学生姓名：学号：指导老师：班级：摘要本文主要介绍现代设计理论及方法：优化设计，并运用实例进行简要说明现代优方法。
一、现代设计理论及方法概述现代设计是以知识为基础的，以知识获取为中心，设计是知识的物化，新设计是新知识的物化。
现代设计中的每个设计，总是由许多不同利益方合作来完成的，对产品也应当有一种广义的理解：产品也可以是一个过程，一个软件或一个组织结构。
现代设计方法是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。
它运用了系统工程，实行人、机、环境系统一体化设计，使设计思想、设计进程、设计组织更合理化、现代化，大力采用许多动态分析方法，使问题分析动态化，实际进程、设计方案和数据的选择更为优化，计算、绘图等计算机化。
所以人们常用动态化、优化、计算机化概括其核心内容。
二、优化、优化设计和机械优化设计的含义1、优化是从处理各种事物的一切可能的方案中，寻求最优的方案。
优化的原理与方法，在科学的、工程的和社会的实际问题中的应用，便是优化设计。
2、常用优化设计方法：单变量方法，无约束问题搜索方法，有约束问题搜索方法，现代优化方法。
3、现代优化方法：遗传算法的提出遗传算法简称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。
遗传算法是以达尔文的自然选择学说为基础发展起来的。
遗传算法将“优胜劣汰，适者生存”的生物进化原理引入优化参数形成的编码串联群体中，按所选择的适应度函数并通过遗传中的选择、交叉及变异对个体进行筛选，使适应度高的个体被保留下来，组成新的群体，新的群体既继承了上一代的信息，又优于上一代。
这样周而复始，群体中个体适应度不断提高，直到满足一定的条件。
遗传算法的算法简单，可并行处理，并能到全局最优解。
4、遗传算法的应用领域（1）函数优化（2）组合优化（3）生产调度问题（4）自动控制（5）机器人（6）图像处理遗传算法的应用步骤对于一个需要进行优化的实际问题，一般可按下述步骤构造遗传算法：第一步：确定决策变量及各种约束条件，即确定描述个体的变量X和问题的解空间范围；第二步：建立优化模型，即确定目标函数的类型及数学描述形式或量化方法。
现代设计方案书理论与方法
第一章1现代设计理论与方法是一门基于思维科学、信息科学、系统工程、计算机技术等学科，研究产品设计规律、设计技术和工具、设计实施方法的工程技术科学。
2设计的概念，广义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。
狭义概念是指将客观需求转化为满足需求的技术系统(或技术过程)的活动。
3设计的含义：为了满足人类与社会的功能要求，将预定的目标通过人们创造性思维，经过一系列规划、分析和决策，产生载有相应的文字、数据、图形等信息的技术文件，以取得最满意的社会与经济效益，这就是设计。
4设计的特征：需求特征、创造性特征、程序特征、时代特征。
5设计的四个发展阶段：直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶、现代设计阶6现代设计与传统设计的区别:传统设计：以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
传统设计方法基本上是一种以静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动为特征的设计方法。
现代设计：是一种基于知识的，以动态分析、精确计算、优化设计和CAD为特征的设计方法。
7现代设计方法与传统设计方法相比，主要完成了以下几方面的转变：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性化；4）产品设计结果的最优化；5）产品设计过程的高效化和自动化。
8现代产品设计按其创新程度可分为：开发性设计、适应性设计、变形设计三种类型。
第二章1功能分析组合方法：求总功能（黑箱法）分功能求解方法（调查分析法、创造性方法、设计目录法）原理解组合（形态分析法）第三章1创造技法：（一）集体激智法：(专题会议法，德尔菲法，635法)通过多人的集体讨论和书面交流，互相启迪，并发灵感，进而引起创造性思维的连锁反应，形成综合创新思路的一种创新技法。
（二）提问追溯法：（奥斯本提问法，阿诺尔特提问法，5W-1H提问法）是通过对问题进行分析和推理来扩展思路，或将复杂的问题加以分解，找到各种影响因素，从而扎到问题的解决方案的一种创造性技法。
现代设计方法重点知识点
现代设计方法重点知识点封面设计：封面是设计作品的门面，是传达信息和吸引目标受众的第一视觉印象。
具体要点如下：1. 主题明确：封面设计需要准确传递作品的主题，让读者一目了然。
2. 色彩搭配：选择恰当的色彩搭配，可以增强封面的吸引力和视觉冲击力。
3. 字体设计：使用合适的字体风格和大小，能够突出封面的信息，并增加版式的美感。
4. 图片运用：选择高质量的图片素材，并善于利用图片布局提升封面的艺术效果。
排版设计：好的排版设计能够使信息更加清晰、易读。
以下为重点知识点：1. 线条与间隔：合理运用线条和间隔来组织文字和图片，提高版面的整体美感和可读性。
2. 标题与副标题：通过设置醒目的标题，能够快速吸引读者的注意力，辅助标题能够更具体地传达内容。
3. 段落设计：合理分段，避免大段文字堆砌，增加段落间的空白以提高可读性。
4. 对齐与分栏：使用对齐方式使版面整齐统一，分栏能让内容更有条理性。
色彩运用：色彩是设计中重要的表现手段之一，它能够传达情感和引起读者的共鸣。
以下是色彩运用的关键点：1. 色彩搭配：合适的色彩搭配可以产生和谐、统一的视觉效果。
需要注意色相、明度和饱和度的搭配与平衡。
2. 色彩对比：在设计中使用色彩对比可以产生强烈的视觉冲击，吸引读者的注意力，如冷暖色对比、互补色对比等。
3. 色彩情感：不同色彩具有不同的情感表达，如红色代表激情、蓝色代表冷静等。
设计师应根据需求选择合适的色彩表达。
平面设计：平面设计是视觉传达的一种形式，要点如下：1. 图形元素：通过图形元素的设计和运用，可以突出设计的主题，增强视觉冲击力。
2. 图片处理：利用Photoshop等软件对图片进行修饰和处理，提高图片的质量和美感。
3. 图标设计：设计简洁、易于识别的图标，提高信息传递的效率和准确性。
4. 布局设计：合理安排版面的元素，例如文字、图片、图表等，使设计整体结构紧凑有序。
用户体验设计：用户体验设计是以用户为中心的设计方法，强调让用户的使用过程更加顺畅和愉悦。
现代设计方法与理论重点
1、以弹性力学位移法为例，阐述有限单元法的分析步骤及各步的根据。
答：一、先是连续体的离散化，包括：单元划分、节点和单元编号、确定坐标轴及节点坐标、载荷移置以及约束处理。
二、两次迭代、九步循环：A 由基本未知量（节点坐标），选取单元位移函数，得到单元位移表达式B 根据几何方程，求得单元应变表达式C 根据弹性方程 ，求得单元应力表达式D 根据虚功方程，得到单元节点力的表达式E 根据节点平衡方程，建立总体平衡，建立线性方程组，F 进行约束处理，对总体刚度矩阵降阶处理，求解线性方程组，得到节点位移G 由节点位移求得任意点的位移H 由位移求得应变I 由应变求得应力2、简述应力-----强度分布干涉理论的内容，并解释在安全系数大于1的情况下为什么还会出现一定的不可靠度问题。
答：应力--------强度分布干涉理论：A 机械产品的“可靠度”实质上就是零件在给定的运行条件下抵抗失效的能力，也就是“应力”与“强度”互相作用的结果或者说是“应力”与“强度”干涉的结果B 一般情况下零件的应力、强度呈分布状态（或正态分布），二者干涉区即为工作不可靠的区。
C 零件强度随时间增加而下降D 安全系数大于1仅代表强度分布的期望值大于应力分布的期望值，却无法避免两个分布曲线的重叠、而有重叠即有可能失效。
3、简单叙述坐标轮换法到Powell 法的发展思路答：a 坐标轮换法的基本思想：将一个n 维无约束优化问题转化为依次沿着相应的n 个坐标轴方向的一维优化问题。
坐标轮换法概念清晰，计算简单，但迭代路径较长，计算效率低下，特别是维数较高或目标函数形态不好时，收敛速度很慢。
坐标轮换法一般只能用于低维优化问题的求解。
为了克服坐标轮换法迭代路径曲折和收敛速度较慢的缺点，希望搜索方向尽可能指向目标函数的极小点，提出了共轭方向法。
B 共轭方向法的算法思想：对于n 维函数，首先采用坐标轮换法进行第一轮迭代，以第一轮迭代的最末一个极小点和初始点相连构成一个新的方向S （1）；以此新的方向为最末一个方向，去掉第一个方向，得到第二轮迭代的n 个搜索方向，经过第二轮迭代后构造新的方向S（2）；仿次进行下去，经过n 轮迭代就产生了n 个互相共轭的方向S(1),S(2),。
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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计要求。
则实际产品必定能达到设计要求；而进行传统设计时，所有的设计工作都是针对物理原型（或概念模型）展开的。
就“虚拟”而言，设计者可以实时、交互、可视化地对原型在沉浸或非沉浸环境中进行反复改进，并能马上看大修改结果；传统设计时，设计者是面向图纸的，是在图纸上用线条、线框勾勒出概念设计。
9、虚拟设计与传统CAD\CAM系统的区别：1）在讨论区别的同时，应首先重在继承，尤其是继承原有CAD技术的资源和成果，其次，虚拟设计是以硬件相对的高投入为代价的； 2）CAD技术往往重在交互，设计阶段可视化程度不高，到原型生产出来后才暴露出问题；3）CAD技术无法利用除视觉以外的其他感知功能；CAD技术无法进行深层次设计，如可装配性分析和干涉检验等。
11、虚拟设计中采用的建模方法主要有：1）几何建模 2）基于图像的虚拟环境建模技术3）图像与几何结合的建模：图像与几何结合的建模技术可以最大程度地挖掘两种建模技术的潜力，把高仿真的图像映射于简单的对象模型，在几乎不牺牲三维模型真实度的情况下，可以极大地减少模型的网格数量。
4）基于特征的建模 5）基于特征的参数化建模六1.创造性思维具有广阔性、深刻性、独特性、批判性、敏捷性和灵活性等特点。
它主要表现在以下几个方面：1）理论思维（又称抽象思维、逻辑思维） 2）发散思维（又称辐射思维、多向思维） 3）逆向思维 4）侧向思维（又称旁通思维）传统的创新方法包括试错法、头脑风暴法、形态分析法。
2.TRIZ理论的核心是消除矛盾及技术系统进化的原理，并建立基于知识消除矛盾的逻辑化方法，用系统化的解题流程来解决特殊问题或矛盾。
核心思想主要体现在3个方面：1）任何一个技术系统的发展都遵循客观的规律反展演变，具有客观的进化规律和模式，各种技术难题和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。
2）创新实践中遇到的工程矛盾及解决方案总是重复出现，彻底解决工程矛盾的创新原理和方法容易掌握，而且，解决本领域技术问题的最有效的方法往往来自其他领域的科学原理。
3）技术系统反展的理想状态是用最少的资源实现最大效益的功能。
3.TRIZ理论认为，产品创新的标志是移走设计中的冲突，并产生有竞争力的解。
4.冲突的发现与解决是推动产品进化的动力。
TRIZ理论把工程冲突分为三类：管理冲突、物理冲突、技术冲突。
5.TRIZ解决物理冲突的核心思想在于实现冲突双方的分离，TRIZ采用分离原理解决冲突，分离原理包括空间分离、时间分离、条件分离、总体和部分分离四种方法。
七1.智能设计系统是以知识处理为核心的CAD系统。
2.智能设计系统的基本功能：1）知识处理功能 2）分析计算功能 3）数据服务功能 4）图形处理功能。
3.知识获取就是把用于求解的专门知识从某些知识源中提炼出来，将之转换成计算机内可执行代码的过程。
知识源就是知识获取的对象，知识的来源是多种多样的，可从书中得到；也可以从领域专家处得到。
知识获取系统最难获取的就是领域专家的经验知识。
知识来源的复杂性决定了知识获取的复杂性。
4.知识获取过程之一是提炼知识，它包括对已有知识的理解、抽取、组织、从已有的知识和实例中产生新知识。
在抽取新知识时应做到：1）准确性 2）可靠性 3）完整性 4）精炼性5.知识获取方法按其能力可分为以下几类：1）无推理能力的知识获取方法（即人工获取方法）；2）利用知识编辑工具的知识获取方法（即半自动知识获取方法）；3）具有推理能力的知识获取方法（即自动获取方法）。
它又可以分为演绎式和归纳式等；4）超水平的自主式获取方法。
6.知识获取的步骤：1）识别领域知识的基本结构，寻找相对应的知识表示方法，这是知识获取最为困难的一步；2）抽取细节知识转换成计算机可识别的代码；3）调试精炼知识库。
7.知识获取的三个阶段：1）对问题的认识阶段 2）知识的整理吸收阶段 3）调试精炼知识库也可在很大程度上实现自动化。
8.一个性能良好的推理机，应满足如下基本要求：1）高效率的搜索和匹配机制 2）可控制性 3）可观测性 4）启发性9.推理机设计包括两方面的内容：推理方法和推理控制策略。
推理方法研究的是前提与结论之间的种种逻辑关系及其信息传递规律等，控制策略则是指导推理过程中进行搜索的策略。