现代设计方法总结共50页文档
现代设计方法
主讲教师：张洪丽
有关本课程的说明
1. 课程属性 本课程为必修课、考查课。
2. 教材 所选教材为钟志华编写的《现代设计方法》。
3. 课时分配 该课程总课时36，学分2，其中，理论教学30学时，总复习2
学时，考试2学时，机动2学时。 4. 考核方式
本课程期末考试为闭卷考试，最终成绩为平时成绩和期末考 试成绩，其中平时成绩占20%，期末考试成绩占80%。
具，帮助工程技术人员进行设计的一切适用技术的总和。是 人和计算机结合、各尽所长的新型设计方法。
具有提高设计质量、节省设计时间、提高效率、降低成 本等特点。
CAD集成化是当前CAD技术发展的一个重要方面，形式之 一是将CAD和CAM集成为一个CAD/CAM系统。
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现代设计方法的主要内容
2、 工业造型设计 工业产品造型设计是指利用艺术手段按照美学法则对工
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现代设计方法的主要内容
6、 虚拟设计 虚拟现实(Virtual Reality,VR)是采用计算机技术和多
媒体技术，营造一个逼真的具有视、听、触等多种感知的人 工虚拟环境，使置身于该环境的人通过各种多媒体传感交互 设备与这一虚构的环境进行实时交互作用，产生身临其境的 感觉。
虚拟设计的基本构思是用计算机来虚拟完成整个产品开 发过程。在计算机上建立产品模型，并进行各种分析，改进 产品设计方案，用数字化形式代替传统实物原型试验，在数 字状态下进行产品静态和动态分析，再进行集成改进。
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现代设计方法的主要内容
10、绿色设计
绿色设计(Green Design)也称为生态设计(Ecological Design)、环境设计(Design for Environment)等。其基本 思想是：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入 产品设计中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点， 力求使产品对环境的影响最小。
现代设计方法总结
三、有限元法的特点和作用
四、有限元法的解题步骤及其分类
五、刚度矩阵的确定
1.单元刚度系数的定义\2.单元刚度矩阵的确定\3.总体刚 度系数的确定\4.总体刚度矩阵的确定
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(e 单元刚度系数 Kij ) ：
该单元内除节点 j 产生单位位移外，其余各节 点的位移均为零时在节点 i 处所引起的载荷。 总体刚度系数 Kij ： 在整体结构中除了节点 j 产生单位位移外， 其余各节点的位移均为零时在节点 i 处所引起的 载荷。
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总体刚度矩阵的确定：
直接法确定总体刚度矩阵 集成法确定总体刚度矩阵 利用节点间的刚度系数直接写出总体刚度矩阵
总体刚度矩阵对角线上的刚度系数 Kij 等于在节
(e 点i汇交的几个单元的刚度系数 Kij ) 之和；非对角线
上的刚度系数 Kij 等于联结节点i与节点j间几个单元 (e 的刚度系数 Kij ) 之和。 有限元法的分析过程
梯度法迭代公式
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2.牛顿法（作业）
牛顿方向、基本牛顿法和阻尼牛顿法的迭代步骤
S
(k )
f (X
2
(k )
) f (X
T
1
(k )
)
X
( k 1)
X
(k )
S
(k )
牛顿法的 迭代算式
S (k ) 称为牛顿方向。 其中
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3.变尺度法：计算过程不做要求
变尺度法的搜索方向为: S ( k ) H ( k ) f ( X ( k ) ) 迭代公式为:
2 u 1 v 1
m
p
2
r
现代设计方法
现代机械设计理论及方法⏹课程教学的目的⏹培养学生运用现代先进的设计理论和方法解决工程问题的能力。
⏹教学内容⏹现代设计理论：重点内容为系统分析法及创造性思维。
⏹现代设计方法：重点内容为有限元分析、优化设计、可靠性设计和创新设计。
⏹教材：陶栋材主编《现代设计方法》中国石化出版社1.1设计的概念与特征1、传统概念设计是人类改造自然的基本活动之一。
设计，即英语的Design，起源于拉丁语Designare，此词由“De”(记下)和“Signare”(符号、记号、图形之意)两词组成。
最初含义是：记下(画上)符号、记号、图形之类的意思，相当于“图案”、“意匠”等意。
设计有广义和狭义两种概念:广义的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。
狭义的概念是指将客观需求转化为满足该需求的技术系统(或技术过程)的活动。
各种产品包括机、电产品的设计即属此种。
2、新提法现代化工业产品的设计，在国外也叫做工业设计。
1964年在比利时召开的国际工业设计教育讨论会上，对工业设计定义如下：工业设计是一种创造性行为，它的目的在于决定产品的正式品质。
所谓正式品质：除了产品外形和表面特点外，更重要的是决定产品结构和功能关系，以获得一种使生产者和消费者都能满意的整体。
近些年来对设计有些新的提法：⏹设计是一种创造性活动，设计的核心是创造性，如果没有创新，就不叫设计。
⏹设计是一种优化过程，是在给定条件下，针对目标谋求最优解的过程。
⏹设计是把各种先进技术转化为生产力的一种手段，它反映当时生产力的水平，是先进生产力的代表。
⏹设计是一种技术性、经济性、社会性、艺术性的综合产物。
⏹设计是为满足需求而进行的一种创造性思维活动的实践过程。
⏹设计是通过分析、创造与综合，创造性地建立满足特定功能要求的技术系统的活动过程。
3、设计的特征(1)需求特征设计始于需要，没有需要就没有设计。
(2)创造性特征设计者应适应条件变化，不断更新老产品，创造新产品。
现代设计方法范文
现代设计方法范文
首先，现代设计方法要求将设计分解为各个子系统，并且要分析每个
子系统之间的关系。
这样，可以有效地根据客户要求，深入分析每一个子
系统，并且可以根据客户要求，完成细节设计。
其次，现代设计方法要求设计师负责更加全面的洞察，让设计师能够
从客观的角度去审视设计中存在的问题，从而作出更加恰当的设计决策，
而不是单纯的直觉。
此外，现代设计方法要求深入了解全局，以便设计者能够更加全面地
理解用户的需求，从而做出更加精确的设计。
设计者还要从用户的角度去
思考，试图了解用户需要什么，以及用户期望的交互。
另外，现代设计方法要求设计者使用多样的工具，以协助设计的创新。
比如，可以使用流程图来识别子系统之间的关系，也可以使用设计语言或
设计系统来辅助设计师的创意。
此外，现代设计方法还要求设计者善于利用工具，从而有效的挖掘设
计中的有价值的内容，而不仅仅是单纯的视觉效果。
现代设计方法
现代设计方法学号班级1 引言随着现代技术的发展，人类社会越来越依赖于高新技术产业的进步，而高新技术的繁荣离不开一系列现代设计方法的运用。
科技被视为第一竞争力的话，那么现代设计方法无疑是第二竞争力[1]。
当今社会快速发展，日新月异，这就企业竟可能用更短的时间上市新产品，赶上时代的步伐。
所以，这首先需要科技进行新设计，新技术的革新，其次还需要用现代的一些设计制造方法对产品进行快速制造，在极短的时间内满足客户的需求。
如今，比较常用的设计方法有有限元分析设计，系统化机械设计方法，计算机辅助设计等。
本文主要探讨这些方法的概念和自己对这些方法的理解。
2 有限元分析设计有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）是指利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟[2]。
利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域中的总体满足条件，从而得到问题的解。
因为实际问题被较简单的问题所代替，所以这个解不是准确解，而是近似解。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
利用有限元软件如ANSYS, COMSOL, ABAQUS,HYPERWORKS等，可以对零件的热应力，静应力，振动，动载荷等分析。
一般的有限元分析的大致步骤是：1 建立零件的三维模型，建立三维模型时需要准确，即对此次有限元分析影响较大的结构必不可少，但是有些孔，槽等结构对分析几乎无影响可以不用建模出来。
2 根据零件所处的实际条件建立零件的工况，即零件的受力，接触，固定点等等。
3 利用有限元软件生成网格，网格的好坏能直接决定所得出的结果是否可靠，因此应使同一零件上的网格尽可能保持一致，对网格不合理的地方应该合理改正。
(完整word版)现代设计理论与方法重点
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。
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
现代设计的总结
现代设计的总结一、设计的目的：要以人为中心二、设计的评价：材料美、功能美、形式美（1：整齐一律2：对称均衡3：比例均衡4：协调对比5：节奏和谐）三、设计的主体是人，面对的题目主要是材料、技术、结构四、设计分为五个时期：以设计观念和设计风格的变化来分：萌芽时期（新旧石器时代）、手工业时期（奴隶和原始社会）、早期工业化时代的设计（艺术与工艺运动）、工业社会成熟时期的设计（包豪斯与现代设计教育体系）、后工业社会的设计（后现代主义设计）商业革命产生的现代设计环境：1：从神学的枷锁中解放——蒸汽机的故事2：机器的产生与设计的技术环境3：市场竞争与设计的经济环境4：设计的文化环境——多样风格5：五五、疯狂的发明时代产业革命与现代设计环境：从1750年到1919年，工业革命开始到第一次世界大战结束，是由于工业到现代工业设计的过渡时期英国“工艺美术运动”由约翰拉斯金做理论指导，莫里斯为主要奠基人发起的一场运动。
反对维多利亚奢华的装饰风格，同时也是对工业革命所带来的机械化生产的畏惧，主张中世纪的装饰风格，并反对机械生产，提倡手工艺六、英国“艺术与工艺运动”及其影响：“万国博览会”的组织者亨利科尔及同仁的主要思想认为：工艺水准下降的根本原因是工艺与艺术的分离，而机械生产是不容置疑的。
七、水晶宫：1851年在英国伦敦海德公园举办了世界首次工艺博览会，展览了用钢铁和玻璃所建造的大型建筑——水晶宫，总面积7.4万平方米，水晶宫的设计者是：瑟夫·帕克斯顿。
水晶宫的意义：1：水晶宫本身是一个机器制品，表现工业生产的机器本性。
2：没有多余的装饰，展示了设计的简洁性和功能性。
3：突破了传统的建筑观念、建筑尺度和材料，使传统的形式美法则失去了作用，开辟了建筑形式的新纪元。
4：技术成为产生新建筑和新产品材料的直接动力。
水晶宫的不足：技术与艺术的分离——也是英国工艺美术运动产生的原因八、约翰·拉斯金：（1819年~~1900年）是英国的艺评家设计思想：1：艺术是由大艺术和小艺术（建筑、工艺美术），号召艺术家应关心小艺术。
现代设计方法
现代设计方法一、回顾设计方法的发展，可以划分为四个阶段：直觉设计阶段、经验设计阶段、中间试验辅助设计阶段、现代设计法设计阶段。
二、现代设计法总的可分成现代设计哲学和现代设计方法论两部分研究内容。
三、信号分析法是现代设计的前提，以突变论为机理的创造性方法是现代设计的基石，智能论是现代设计的核心，广义优化论是现代设计的宗旨。
四、现代设计方法论包括：突变论方法、智能论方法、系统论方法、离散论方法、信息论方法、对应论方法、优化论方法、控制论方法、寿命论方法、模糊论方法等。
五、常用的现代设计方法有：技术预测法、科学类比法、系统分析设计法、创造性设计法、逻辑设计法、信号分析法、相似设计法、模拟设计法、优化设计法、计算机辅助设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析设计法、模糊设计法等。
六、什么是最优化？并请简述优化设计的目的。
最优化就是要使问题的解决在一定条件下达到无可争议的完善化。
优化设计的目的就是对于一个给定的设计问题，在一定的技术和物质条件下，按照某种技术的和经济的准则，找出它的最佳的设计方案。
七、工程设计的优化有直觉优化、进化优化、探索试验优化、价值分析优化和数值计算优化等。
八、可靠性指系统在规定条件和规定时间内，完成规定功能的概率量度。
使用寿命是可靠性的前提。
可靠性必须建立在寿命论的基础上，只有经济合理地对使用寿命做出决策的基础上，再进一步考虑在此期限内充分地保证系统正常有效的工作。
在整个使用期间要实现全面地可靠性管理，不允许在制造、保管、维修、运输、包装等过程中影响可靠性。
可靠性的问题应包括可靠性预测及分配、可靠性设计和可靠性管理三个内容。
影响可靠性的因素：1、系统所能完成的功能容量与精度；2、系统工作要求的寿命及外界条件的干扰；3、组成系统的结构与元件的质量。
九、提高可靠性的途径：1．设计方面：人机系统经合考虑；简单性与冗余性辩证分析；原材料与零部件有机选配。
2．制作方面：元件正确的预处理；部件、组件高质量装配；部件、整机严格地试验。
现代设计方法期末总结
现代设计⽅法期末总结1、设计是创造性的劳动，设计的本质是创新。
2、现代设计⽅法有六个特点,分别是:程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机辅助设计（CAD）。
3、传统的分析⽅法往往把事物分解为许多独⽴的互不相⼲的部分进⾏研究。
由于是孤⽴、静⽌地分析问题，所得的结论往往是⽚⾯的、有局限性的。
⽽系统⼯程的⽅法是把事物当作⼀个整体的系统来研究，从系统出发，分析各组成部分之间的有机联系及系统与外界环境的关系，是⼀种较全⾯的综合研究⽅法。
4、设计系统是⼀种信息处理系统。
5、系统⼯程的观点，设计系统是⼀个由时间维、逻辑维和⽅法维组成三维系统。
时间维：反映按时间顺序的设计⼯作阶段；逻辑维：解决问题的逻辑步骤；⽅法维：设计过程中的各种思维⽅法和⼯作⽅法。
6、设计⼯作阶段—时间维⼀般⼯程设计可分为四个阶段：1）产品规划（明确设计任务）；2）原理⽅案设计；3）技术设计；4）施⼯设计。
产品规划过程中的调查研究，包括：市场调研、技术调研、社会调研、环境调研。
产品规划阶段形成的是可⾏性研究报告或设计任务书。
原理⽅案设计形成⽅案原理图。
技术设计阶段形成零件草图等。
施⼯设计阶段形成零件图、部件装配图、全部⽣产图纸、设计说明书、⼯艺⽂件、使⽤说明书。
7、产品设计的三种类型（1）开发型设计针对设计任务提出新的功能原理⽅案，完成从产品规划到施⼯设计的全过程的设计，此类设计是创新设计。
（2）适应型设计在原理⽅案基本保持不变的情况下，变化更换部分部件或结构，使产品更⼴泛地适应使⽤要求的设计。
（3）变参数型设计产品功能、原理⽅案、结构型式基本确定，通过改变尺⼨与性能参数，满⾜不同的⼯作需要的设计。
（测绘与仿制）8、解决问题的合理逻辑步骤是：分析-综合-评价-决策。
评价是筛选的过程⼆、原理⽅案设计1、系统功能分析法—系统化设计⽅法，它是将⼯程设计任务或机械产品看作技术系统，⽤系统⼯程⽅法进⾏分析和综合。
2、技术系统—以⼀定技术⼿段来实现社会特定需求的⼈造系统。
现代设计方法 (2)
☆1：产品综合质量：产品的广义综合质量，包括Q、C、T、E、S等—质量、成本、时间、环境、服务2：与经验设计相比，传统设计：1.在很大程度上减少了设计的盲目性，提高了设计的效率与质量，降低了设计成本2.但科学性显得十分不足，还没有完全摆脱经验设计的局限性，并且缺乏系统化方法的指导设计周期较长不，，能满足现代产品快速开发的要求。
☆3：现代设计方法与传统设计方法的关系：1. 现代产品设计方法是传统设计方法的继承、延伸与扩展①体现在设计原理、方法、思维、哲理等方面的创新②设计范畴在不断扩大③两者在某种程度上共存于一体。
2. 现代设计和传统设计的相对性☆4：现代设计和传统设计的相对性：人们把当前认为先进的那部分系统称为“现代的”，而其余的都自然成为“传统的”；若干年后目前的现代部分就可能被新发展的东西所取代而成为传统的。
设计方法也一样，也有传统的和现代的之分，而且不断由传统走向现代☆例如:CAD技术，相对于可靠性设计、疲劳设计等，可以认为是一种现代设计方法；但也有传统CAD技术和现代CAD技术之分。
传统CAD技术，主要指计算机辅助绘图。
在现代CAD技术中。
计算机能够为设计提供图形支持以外的更多更广泛的支持，如概念设计、产品数据管理PDM、分析、决策、预测、仿真等现代CAD技术包括了CAD技术在集成化、网络化、智能化方面的最新成就。
CAD/CAM/CAE/CAPP/CAQ, ICAD (Integrated CAD)网络化协同设计智能设计☆5：如何理解现代设计范畴在不断扩大传统设计通常只限于方案设计和技术设计，然而计算机技术的飞速发展与广泛应用深刻影响着产品设计开发过程、制造过程、营销及售后服务过程，同时也促进着这些过程的交叉融合，使设计内容与边界不断扩展：A：产品规划B：制造过程的工艺、检验、试验、包装、运输、营销、市场策划、产品运行、维护、使用、报废、回收C：全过程全生命周期各个环节的设计（产品全生命周期设计）☆6:现代机械设计方法按设计方法分：优化设计、智能设计、虚拟设计、可视化设计、网络设计、并行设计，协同设计，数字化设计，……现代产品设计方法的理论基础包括思维科学、通用设计原理、系统工程、信息科学、自动化科学和现代管理科学等等。
现代设计方法简介
• 四、价值分析
• 1．概念 • 以功能分析为核心以开发创造性为基础，以科 学分析为工具，寻求功能与成本最佳比例，是 产品获得最大价值的一种现代管理技术。 • 2．分析程序（过程） • ①确定价值分析对象 • ②进行成本分析和功能价值估算 • ③应用最新成果进行革新和创造提出新方案。 • ④对新方案进行评价和决策。
• 2．主要研究内容 • ①设计规律。设计工作应符合客观事物发展规 律 • ②设计思维规律。设计人员运用科学的创造性 思维规律、方法和技术 • ③设计过程。研究各设计阶段的任务与特点寻 找符合设计规律的设计方法。 • ④设计步骤。研究解决问题的合理逻辑步骤。 • ⑤设计类型。研究不同类型的设计特点及方法 步骤。 • ⑥设计信息库。大量设计信息的表达存储和使 用。 • ⑦设计工具。研究先进的高效的设计工具
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2．CAD技术的优越性 ①能显著提高设计效率 提高结构设计和工程制图的速度 ②有利于产品的标准化、系列化 可利用存储的信息及数据库中的标准件。 ③设计与分析统一 利用CAE软件进行性能分析 ④设计与制造一体 CAD数据可生成数据代码，用于数控机 床加工。
• 二、设计方法学 • 1．概念 • 用系统观点，考虑自然科学、社会科学 经济学诸因素以获得优质，价廉新颖的 产品，所应用的设计思想、设计规律及 设计中的设计过程、设计方法和设计工 具的总和。
• 三、工业设计
• 1．概念 • 以工业产品为表现对象，在满足工业属性的前提下， 用艺术手段创造出实用、美观、经济的产品。 • 2．基本特征 • ①批量性：有一定批量有工业属性，不同于工艺品 • ②创造性：区别于仿制，是一种创造活动 • ③实用性：考虑产品的规定功能 • ④艺术性：造型美是产品整体设计体现出来的全部美 的综合 • ⑤舒适性：考虑操作的生理和心理因素 • ⑥经济性：应用价值工程学、设计物美价廉的产品 • ⑦时代性：产品具有时尚性和流行性 • ⑧社会性：考虑消费者的社会属性和社会环境