现代设计方法课程教学大纲

现代设计方法

总学分：2

总学时：30

课程英文名称：Modern Design Methods

先修课程：

机械设计基础、机械原理、高等数学、计算机基础、运筹学

适用专业：

机械设计制造及其自动化、机械电子工程

一、课程性质、地位和任务

现代设计方法是机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、机械电子工程专业的专业选修课。现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门多元交叉学科，是以设计产品为目标，以提高设计质量和缩短设计周期为目的而发展起来的一系列新兴学科的集成。主要任务是系统学习现代设计方法的特点、技术体系、现代设计的基本理念和思路，以及一些应用广泛、实用性强的设计方法的理论及其应用。

二、教学目标要求

1.理解现代设计方法的基本概念及其特点，能以计算机为手段应用几种典型的现代设计方法解决产品设计中的主要问题；

2.掌握优化设计、可靠性设计和有限元法的基本理论和方法，建立产品设计的理念，并能正确地运用于机电产品设计。

三、理论教学内容及安排

第1章绪论（2学时）

教学目标：理解设计及设计系统的基本概念及内涵，部分现代设计方法的基本概念及内容；掌握现代设计方法的概念及主要内容，以及传统设计方法与现代设计的方法的区别及其特点。

重点、难点：重点是现代设计方法的基本概念及内容；难点是传统设计方法

与现代设计的方法的区别及其特点。

1.1 设计的概念

1.2 设计系统

1.3 传统设计与现代设计

1.4 部分现代设计方法简介

1.5 学习现代设计方法的意义

第2章优化设计（16学时）

教学目标：理解优化设计的基本概念及其分类，以及多目标和离散变量的优化方法；掌握优化设计的几何意义和终止准则、一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法。

重点、难点：重点是优化设计的几何意义和终止准则、一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法。难点是可行方向法和变尺度法。

2.1 优化设计的基本概念与数学模型(1学时)

2.1.1 优化设计的概念

2.1.2 优化设计的数学模型

2.1.3 优化设计的分类

2.2 优化设计的几何意义与终止准则(1学时)

2.2.1 优化设计的几何意义

2.2.2 数值迭代法及准直准则

2.3 一维搜索法(4学时)

2.3.1 概述

2.3.2 常用的一维搜索法

2.3.3 黄金分割法

2.3.4 二次插值法

2.4 无约束优化问题(4学时)

2.4.1 梯度法

2.4.2 牛顿法

2.4.3 共轭方向法

2.4.4 变尺度法

2.5 约束优化问题(4学时)

2.5.1 可行方向法

2.5.2 惩罚函数法

2.6 多目标优化与离散变量优化问题(2学时)

2.6.1 概述

2.6.2 多目标优化问题

2.6.3 离散变量优化问题

2.6.4 优化结果分析

第3章可靠性设计（8学时）

教学目标：理解可靠性设计的必要性和基本内容、常用指标和设计原理；掌握可靠性设计的基本概念、常用分布函数的性质及其特点、可靠度的计算方法和系统可靠性的预测方法。

重点、难点：重点是可靠性设计的基本概念、常用指标和分布函数、可靠度的计算方法和系统可靠性的预测方法；难点是可靠性设计的原理及系统可靠性预测方法。

3.1可靠性设计的概念及特点(1学时)

3.1.1 可靠性的概念及特点

3.1.3 可靠性设计的必要性

3.1.4 可靠性的基本内容

3.2 可靠性设计的常用指标(1学时)

3.2.1 概率指标

3.2.2 寿命指标

3.3 可靠性设计常用的分布函数(1学时)

3.3.1 离散型分布函数

3.3.2 连续性分布函数

3.4 可靠性设计原理(1学时)

3.4.1几个概念的扩展

3.4.2 应力—强度分布的平面干涉模型

3.5 可靠度计算(2学时)

3.5.1可靠度的确定方法

3.5.2可靠度计算

3.6系统的可靠性设计(2学时)

3.6.1 概述

3.6.2 系统可靠性预测

3.6.3 故障树分析法在系统设计中的应用

第4章有限元法(6学时)

教学目标：理解有限元的特点、基本作用及分类；掌握有限元法的基本概念和有限元法的求解步骤。

重点、难点：重点是有限元法的基本概念以及有限元法的求解步骤；难点是单元刚度矩阵和总体刚度矩阵的求解。

4.1 概述(2学时)

4.1.1 有限元法的基本概念

4.1.2 有限元法的特点及基本作用

4.1.3 有限元法的分类

4.2 有限元的求解方法及步骤 (4学时)

4.2.1 有限元法求解的基本步骤

4.2.2 有限元法分析过程

4.2.3 有限元法求解示例分析

四、教学方式及考核方式

课程考核方式：平时作业、课程论文、考试

课程成绩评定：平时作业及考勤(20%)、课程论文(20%)、结业考试(60%)

五、主要参考文献

[1]王凤岐.现代设计方法及其应用.天津：天津大学出版社，2008

[2]陈继平，李元科.现代设计方法.武汉：华中科技大学出版社，1996

[3]孙新民.现代设计方法实用教程.北京：北京大学出版社，2009

[4]应锦春.现代设计方法.机械工业出版社，2002

[5]李思益，任工昌，郑甲红等.现代设计方法.西安：西安电子科技大学出版社，2008