现代设计理论与方法 优化设计法和创造性设计法
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(优化设计第二章)
1
致 1 结论：Q为正定矩阵的二次型 Y QY 的等值面是以 Y 0知 2 的同心椭球面族。原二次函数就是以 X Q b 为中 力 行 心的同心椭球面族，椭圆中心为极小值点。
0
f x2
f xn x
T
0
明 德x0
f i 1 xi
n
cos i f ( x0 )T d f ( x0 ) cos(f , d )
x0
多元函数的梯度的模：
f 1/ 2 f ( x0 ) [ ( ) ] i 1 xi x0
x2 1
该方向上的单位向量为
4 2 2 5 0 5 f ( x ) e 0 2 2 1 f ( x ) 4 (2) 5 5
2 2 1 0 5 5 5 5 新点 x x1 x 0 e 1 1 1 5 1 5 5 5
明 德 任 责
Q为对称矩阵，f ( X ) X T QX
二次型
f ( X ) 致 2QX
知 力 行
第二节 多元函数的泰勒展开
1、一元函数
f x 在
x x0
点处的泰勒展开为：
1 x0 x f x0 x 2 f x f x0 f 2
f x1 x x2 x 2 0
2 f x1x2 x1 2 x f 2 致 2 知 x2 x
0
明 德 任 责
力 行
2 f x12 令 G ( x0 ) 2 f x x 2 1
现代设计理论与方法-优化设计
第二十页，共57页。
传统搜索方法
第二十一页，共57页。
遗传算法简介
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。
设计常量：可以根据客观规律或具体条件预先确定 的参数，如材料的力学性能，机器的工况系数等。
设计变量：在设计过程中不断变化，需要在设计过 程中进行选择的基本参数，称为设计变量，如几何尺 寸、速度、加速度、温度等。
第二页，共57页。
优化设计实例
设计一密闭矩形容器，其容积为3m3，容器的宽度 不小于1.5m，以便于装卸车搬运，为使成本最低， 要求用料最省。
第二十八页，共57页。
若只有选择和交叉，而没有变异，则无法在初 始基因组合以外的空间进行搜索，使进化过程在 早期就陷入局部解而进入终止过程，从而影响解 的质量。为了在尽可能大的空间中获得质量较高 的优化解，必须采用变异操作。
第二十九页，共57页。
遗传算法的特点
（1）遗传算法是对参数的编码进行操作，而非对 参数本身，这就是使得我们在优化计算过程中可 以借鉴生物学中染色体和基因等概念，模仿自然 界中生物的遗传和进化等机理
第十页，共57页。
3）分类 按约束条件，又可分为性能约束和边界约束。 （1）性能约束 是针对设计对象的某种性能或指标而给出
现代设计方法
现代设计方法在现代设计方法这门课的学习中，老师向我们系统的讲解了多种设计方法，例如优化设计、绿色设计、虚拟设计、等等。
下面我将对自己感兴趣的几种设计方法进行简单的介绍。
一、绿色设计绿色设计(Green Design)，是20世纪80年代末出现的一股国际设计潮流。
绿色设计反映了人们对于现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，同时也体现了设计师道德贺社会责任心的回归。
在漫长的人类设计史中，工业设计为人类创造了现代生活方式和生活环境的同时，也加速了资源，能源的消耗，并对地球的生态平衡造成了极大的破坏。
特别是工业设计的过度商业化，使设计成了鼓励人们无节制的消费的重要介质，“有计划的商品废止制”就是这种现象的极端表现。
无怪乎人们称“广告设计”和“工业设计”是鼓吹人们消费的罪魁祸首，招致了许多的批评和责难。
正是在这种背景下，设计师们不得不重新思考工业设计师的职责和作用，绿色设计也就应运而生。
1、绿色设计的涵义绿色设计(Green Design)，其涵义与生态设计(Ecological Design)、环境设计(Design for Environment)、生命周期设计或环境意识设计等概念比较接近，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之中，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为最小。
2、绿色设计的目的绿色设计的目的，是要克服传统的产业设计与产品设计的不足，使所创造的产品既能满足传统产品的要求，又能满足适应环境与可持续发展的需求。
3、绿色设计的原则三个“RE”原则——Reduce、Recycle、Reuse,即“少量化、再利用、资源再生”的“物尽其能三原则”。
不仅要减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。
4、绿色设计的内容绿色设计的主要内容包括：绿色产品设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计。
现代设计方法考试复习资料
现代设计方法复习资料现代设计方法的基本特点：程式性、创造性、系统性、最优化、综合性、计算计化。
优化设计：包括全生命周期优化设计、广义优化设计、集成优化与综合优化等。
计算机辅助设计：是设计人员借助于计算机进行设计的方法，其特点是将人的创造能力和计算机的告诉运算能力，巨大的存储能力和逻辑判断能力很好的结合起来。
有限元法：用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。
可靠性设计就是先考虑可靠性的一种设计方法。
可靠性表示系统、设备、元器件的功能在规定的田间和规定的时间内稳定程度的特性，它是衡量产品质量的一个重要指标。
可靠性定义为：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。
可靠性定义包含的五要素：产品、规定时间、规定条件、规定功能、能力。
世界坐标系：是最常用的坐标系。
该坐标系也称为用户坐标系，是一个符合右手定则的直角坐标系，用来定义在二维平面或者三维世界中的物体，理论上，世界坐标系是无限大且连续的，即它的定义域为实数域。
设备坐标系：图形输出设备（如显示器、绘图仪）自身都有一个坐标系，称之为设备坐标系，是一个二维平面坐标系，其度量单位是步长或像素，因此，它的定义域是整数域且有界。
规格化设备坐标系。
二维图形的变换矩阵： 例题解析：1)绕坐标原点以外的任意一点P(x0 y0)旋转θ角的旋转变换 可分解为： a.平移变换使旋转中心P 平移到坐标原点b.旋转变换绕坐标原点旋转θ角c.平移变换使旋转中心P 回到原来的位置。
组合变换矩阵T ＝T1 · T2 · T3各部分的功能：a b p C d q⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=1010011y x T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=100002θθθθcos sin sin cos T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=10100103y x T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+-+--=111000000)cos (sin sin )cos (cos sin sin cos θθθθθθθθy x y x TL m sAbcd可实现图形的比例、对称、旋转、错切四种基本变换。
现代设计理论与方法优化设计法和创造性设计法
现代设计理论与方法优化设计法和创造性设计法优化设计法是一种通过系统分析、建模和优化算法，以寻求最佳设计或最优解的方法。
它的主要思想是将设计问题转化为一个数学模型，通过对模型进行优化，找到最佳解决方案。
优化设计法以效率和效果最大化为目标，可以应用于各个领域的设计中。
优化设计法的基本步骤主要包括：定义设计目标和限制条件，建立数学模型，选择适当的优化算法，进行优化计算，评估结果并进行调整。
在现代工程设计中，优化设计法被广泛应用于各种领域，如结构设计、产品设计、系统设计等。
通过优化设计法，可以提高设计效率、降低成本、增加产品性能等。
与优化设计法相对应的是创造性设计法。
创造性设计法是一种通过创新和想象来解决设计问题的方法。
它的核心思想是鼓励设计师发散思维，跳出传统思维模式，寻找创新的解决方案。
创造性设计法的基本步骤主要包括：明确设计问题，收集相关信息，进行头脑风暴和联想，生成创意解决方案，评估和改进。
创造性设计法强调灵感、想象和创新，它可以激发设计师的创造力，帮助他们找到具有差异化和独特性的设计方案。
在现代设计中，创造性设计法被广泛应用于各种领域，如艺术设计、工业设计、交互设计等。
优化设计法和创造性设计法在实践中常常相互结合。
优化设计法通过算法和数学模型提供了一种系统化的方法来解决设计问题，而创造性设计法则提供了一种创新的思维方式来激发创造力。
综上所述，现代设计理论与方法包括了优化设计法和创造性设计法。
优化设计法强调效率和效果的最优化，创造性设计法则强调创新和想象力的发扬。
两者可以相互配合，为设计师提供全面的解决方案，提高设计效率和设计品质。
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
现代设计理论与方法 课后答案
现代设计理论与方法课后答案
现代设计理论与方法包括以下几个方面：
1. 人机交互设计理论与方法：人机交互设计关注如何使人
与计算机系统之间的交互更加有效、高效和愉悦。
常用的
方法包括用户需求调研、用户界面设计、用户测试和评估等。
2. 用户体验设计理论与方法：用户体验设计关注用户在使
用产品或服务时的感受和满意度。
常用的方法包括用户调研、用户旅程地图绘制、用户故事编写和用户测试等。
3. 设计思维理论与方法：设计思维是一种以人为中心的创
新方法，通过观察、洞察、理解和提出解决方案来解决问题。
常用的方法包括问题定义、创意生成、原型制作和测
试验证等。
4. 可持续设计理论与方法：可持续设计关注如何在设计过
程中考虑环境、社会和经济的可持续性。
常用的方法包括
生命周期评估、材料选择、能源效率和循环利用等。
5. 创新设计理论与方法：创新设计关注如何通过创造性思
维和方法来提供新的解决方案。
常用的方法包括设计思维、设计工作坊、创意技术和设计策略等。
6. 数据驱动设计理论与方法：数据驱动设计关注如何通过
数据分析和用户行为来指导设计决策。
常用的方法包括用
户行为分析、A/B测试、数据可视化和用户反馈分析等。
7. 敏捷设计理论与方法：敏捷设计是一种以快速迭代和团队合作为核心的设计方法。
常用的方法包括敏捷开发、原型制作、用户反馈和迭代设计等。
以上是现代设计理论与方法的一些常见内容，具体的课后答案可能会根据具体的课程内容而有所不同。
现代机械设计理论与方法(1)
⑦ 满足轮齿弯曲强度要求，应有
2 g8 ( X ) x3 z小x2 AFT小YF 0
3）选用合适的优化方法求解，得
z1 22 X b 53 m 4. 5
优化设计
将设计问题的 物理模型转化 为数学模型
选用适当的优化方 法和计算机程序
通过计算机 求解得到最 佳设计方案
② 计算机辅助设计(CAD)
CAD能够帮助我们完成机械设计中的图形设计（制图） 及部分分析计算。（以计算机为工具） 计算机辅助设计
传统设计
人工计算、绘图
用计算机设计、 计算、绘图。
设计精度、稳定性 和效率有限，修改 不方便
四、现代设计方法的特点
程式性。研究设计的全过程，要求设计者从产品 规划、方案设计、技术设计到试验、试制进行全面考 虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性。突出人的创造性，力求探寻更多新方案， 开发创新性产品。
最优化。设计的目的是得到功能全、性能好、成 本低的最优产品。 综合性。建立在系统工程和创造工程基础上，综 合运用信息论、优化论、相似论、决策论、预测论等 相关理论，提供多种途径解决产品的设计问题。 计算机化。
④ 模数和齿宽之间要求 5m b 17 m
g 4 ( X ) x2 5x3 0 g5 ( X ) 17x3 x2 0
⑤ 保证各行星轮之间齿顶不相碰撞，应满足
g 6 ( X ) x1 sin
C
1 x1 (i 2)(1 sin ) 0 2 C
⑥ 满足接触强度要求，应有
主要应用于 以下方面
设计方法新革命之现代设计
设计方法新革命之现代设计现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般，具体到抽象，感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。
由于科技进步的速度日益增快，特别是计算机的高速发展，人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的同时，运用相关的科学技术原理，进行过去长期以来难以想象的综合集成设计计算，使设计工作包括机械产品的设计工作产生了质的飞跃。
从上个世纪60年代末开始，设计领域中相继出现一系列新兴理论与方法。
为区别于过去常用的传统设计理论与方法，把这些新兴理论与方法统称为现代设计。
目前现代设计所指的新兴理论与方法主要有：设计方法学，优化设计，可靠性设计，有限元法，动态设计，计算机辅助设计，人工神经元计算方法，工程遗传算法，智能工程，价值工程，工业艺术造型设计，人机工程，并行工程，模块化设计，相似性设计，摩擦学设计，三次设计，反求设计。
现代设计是现代广义设计和分析科学方法的统称。
它是以突变论、智能论、系统论、离散论、信息论、对应论、优化论、控制论、功能论、模糊论、艺术论等十一论的方法学作为理论基础，得以迅速发展的，并且已经成为一门多元综合而成的新兴交叉学科。
现代设计的主要特点有：系统性、社会性、创造性、最优性、动态性、宜人性、智能性、CA化。
按照现代设计理论与方法进行产品设计应达到：功效实用性、系统可靠性、运行稳定性、人机安全性、环境无害性、操作宜人性、结构工艺性、技术经济性、造型艺术性、设计规范性。
现代设计技术体系由基础技术、主题技术、支撑技术和应用技术四个层次组成。
现代设计已经扩展到产品规划、制造、营销和回收等各个方面。
因而，所涉及的相关学科和技术出了先进制造技术、材料科学、自动化技术、系统管理技术外，还涉及政治、经济、法律、人文科学、艺术科学等领域。
现代设计与传统设计相比，在设计思想、设计对象、设计方法和设计手段都有着显著特点和先进性。
从设计指导思想来看，它由过去的经验、类比方法提高到逻辑的、理性的、系统的新设计方法;从设计对象上来看，它考虑了人、机、环境的相互协调关系，从而发挥产品的最大潜力或提高系统的有效性；从设计方法来看，它广泛采用CAD、优化设计、可靠性设计、工业艺术造型设计、创造性设计，使设计水平有一个质的飞跃；从设计手段上来看，它充分采用电子计算机、自动绘图和数据库管理等。
常规设计、现代设计、创新设计之分析
常规设计、现代设计、创新设计之分析姓名（学校班级学号）[摘要]本文就机械设计方法展开讨论，就常规设计、现代设计、创新设计三大设计方法的基本形式、区别、特征和设计原则进行对比，对[关键词] 常规设计、现代设计、创新设计1．引言随着社会的不断进步，人们对于设计的需求也在不断的改变着。
在机械设计当中，常用到的有常规设计、现代设计和创新设计。
这三种方法各有特色，下面我们就这三种设计方法展开比较和讨论，旨在以后的设计过程中能够更加得心应手。
2．常规设计2．1 常规设计的定义常规设计是指以成熟技术结构为基础，运用常规方法来进行的产品设计，它在工业生产中大量存在，并且是一种经常性的工作。
2．2 常规设计的主要内容常规性设计形式主要有理论设计、经验设计、模型试验设计三种。
理论设计是根据长期研究与实践总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。
理论设计的计算过程分为设计计算和核对计算两部分。
经验设计是根据对某些零、部件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的方法所进行的设计叫做经验设计。
模型实验设计是把初步设计的零、部件或机器，做成小模型或小尺寸样机，经过实验手段对其各个方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改，从而达到完善。
这样的设计过程接叫做模型实验设计。
如下，图1、图2，通过一些已经用过的机构的相互配合来实现功能。
图1 连杆机构图2 凸轮机构2．3 常规设计的特点常规性设计以成熟结构为基础，运用常规方法进行产品设计。
常规性设计在生产过程中不能充分利用各种资源，也很难取得很高的经济效益。
3．现代设计3．1现代设计的起源与定义近30年来，由于科学和技术的迅速发展和对客观世界的认识不断深入，设计工作所需要的理论基础和手段有了很大进步特别是电子计算机技术的发展及应用对设计工作产生了革命行的突变，为设计工作提供了实现设计自动或精密计算的条件。
例如CAD技术能得出所需要的设计计算结果资料、生产图纸和数字化模型。
现代设计理论
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、设计实验方法的工程技术学。
2.现代设计理论与方法的主要特点体现在：最优化、数字化、智能化、系统性、创新性和网络化。
3.从对设计含义的理解出发，设计活动具有需求特征、创造性特征、程序特征和时代特征。
4.从人类的发展历史来看，设计经历了4个阶段：直觉设计阶段、经验设计阶段、半理论半经验设计阶段和现代设计阶段。
5.现代产品设计按其创新程度可以分为开发性设计、适应性设计、变形设计3种类型。
一般来说，产品开发要经历功能原理设计、实用化设计、商品化设计三个重要阶段。
6.创造技法主要有：集思广益法、提问追溯法（推理思维法）、联想类比法、组合创新法。
7.优化设计的数学模型由设计变量、目标函数和约束条件3部分组成。
设计变量的个数称为优化设计的维数。
约束条件根据形式不同可分为不等式约束和等式约束，根据性质可分为边界约束和性能约束。
满足所有约束条件的设计点的集合称为可行域。
8.从不同的角度出发，优化问题可以分为不同的类别，跟据设计问题中的有无约束可以分为无约束优化问题和约束优化问题：跟据目标函数和约束函数的性质，优化问题分为线性规划问题和非线性规划问题。
根据目标函数的个数的不同，优化问题可以分为单目优化问题和多目优化问题。
9.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。
10.梯度方向是函数值增长最快的方向，称为最速上升方向，负梯度方向是函数值下降最快的方向，称为最速下降方向。
梯度向量与国电X（0）的等值线的切线方向垂直（正交）。
11.黄金分割法亦称0.168法，缩小区间采用序列消去法：是按时称原则来选取中间插入点的X1=a+0.382(b-a) X2=a+0.018(b-a) 这就是黄金分割对称取点的迭代公式，黄金分割法具有均匀的收敛速度。
12.无约束优化方法可以分为间接法和直接法。
间接法又称为解析法，直接法则是只需计算函数值确定迭代方向，常用的间接法有：梯度法、牛顿法、共轭方向法、和边尺度法，常用的直接法有鲍威尔法、坐标轮换法。
现代设计方法
8.有效寿命：设备处于最佳工作状态的时间，这个时期是系统主要的工作期，设备工作时间长、失效率恒定，处于最佳工作状态
设计方法学研究的内容包括哪些方面：
1设计对象
2设计过程及程序
3设计思维
5—5.试述浴盆曲线的失效规律和失效机理。如果产品的可靠性提高，那么，浴盆曲线将有何变化？
（1）失效分三个阶段：1）早期失效期：早期失效期一般为产品试车跑合阶段。在这一阶段中，失效率由开始很高的数值急剧地降到某一稳定的数值。引起这一阶段失效率特别高的原因是材料缺陷、制造工艺缺陷、检验查错等。2）正常运行期：正常运行期又称为有效寿命期。在此阶段内发生的失效一般都是由于偶然因素引起的。3）耗损失效期：耗损失效期出现在产品使用的后期。耗损失效主要是产品经长期使用后，由于疲劳、磨损、老化等原因，已接近衰竭，从而处于频发失效状态，使失效率随时间推移而上升，最终导致产品的功能终止。
现代ＣＡＤ技术：
现代ＣＡＤ技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法,设计环境，设计工具的各相关技术的总称，它能使设计工作的实现集成化，网络化和智能化，已达到提高产品设计质量，降低产品成本和缩短设计周期的目的。
功能：
功能是对于某一产品的特定工作能力的抽象化描述。每一件产品均具有不同的功能，对于工业产品，使用者购买的主要是其实用功能。当人们把机械、设备、仪器看作是一系统时，功能就是一个技术系统在实现某种任务为目标时，其输入输出量之间的关系。
（2）出发点：进行可靠性设计时，往往将常规设计方法中涉及到设计变量（如材料强度、疲劳寿命、载荷、尺寸、应力等）看成是服从某种分布的随机变量，然后根据产品的可靠性指标要求，用概率方法设计得出产品和零件的主要参数和尺寸。
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。
现代设计理论与方法
现代设计理论与方法第一章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、话应性设计、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。
机械设计常用方法
参数尺寸计算 文件和程序
施工设计 生产
全部生产图纸 与技术文件
产品
机械产品设计过程中的方法和理论
设计阶段 设计方法 设计 理论及工具 技术预测理论 市场学 信息学 系统工程学 图论 形态学 创造学 思维心理学 决策论 线性代数 模糊数学
产品规划
预测技术与开发
方案设计
系统化设计法 创造性设计法 评论与决策方法论
并行设计：是一种集成、并行地处理产品的 设计制造及其相关过程的系统方法。 2、并行工程的特点 并行设计强调在产品开发的初始阶段就全面
考虑产品寿命周期的后续活动对产品综合性能
的影响因素，建立产品寿命周期中各阶段间性 能的继承和约束关系,以使产品在其寿命过程中 性能最优。
2-2-2.并行工程设计技术和方法 1、并向设计分析
1-1.传统设计和现代设计 传统设计：以经验为基础，运用长期的设计
实践和理论计算而形成的经验、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
数或类比方法进行设计。 现代设计：是传统设计的延伸和发展，并深 入、丰富和完善，是以满足市场产品的质量、性 能、时间、成本、价格综合效益为最优目的，以 计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以 多科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产
1、系统的模型
①串联系统模型
②并联系统模型
③混联系统模型
④备用冗余系统
⑤复杂系统
2、系统可靠性预测 ①串联系统可靠读度计算：
Rs (t ) Ri (t )
i 1
n
式中：
Rs (t ) Ri (t )
是系统的可靠度 是单元ⅰ的可靠度
i= 1,2,3……n。 ②并联系统的可靠度计算：
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。
机械三大设计方法的区别与联系
机械三大设计方法的区别与联系×××【摘要】机械设计是机械工程中的核心内容，而机械设计方法又是机械设计中的核心，采用什么方法直接决定着机械产品的性能。
一般来说，把设计方法分为正向设计和反向设计。
正向设计的过程是首先明确设计目标，然后拟定设计方案，进行产品设计、样机制造和实验，最后投产的全过程。
正向设计方法可分为常规设计、现代设计、创新设计三大设计方法。
那么他们有什么区别和联系呢？【关键词】常规设计；现代设计；创新设计1.常规设计方法常规机械设计是依据力学和数学建立的理论公式或经验公式为先导，以实践经验为基础，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明书的设计过程。
常规设计也称为传统设计，分为初步设计，技术设计，施工设计三个步骤，常规设计是指以成熟技术结构为基础，运用常规方法来进行的产品设计，它在工业生产中大量存在，并且是一种经常性的工作。
其发展过程大致经历如下：（1）直觉设计阶段古代的设计是一种直觉设计。
当时人们或是从自然现象中直接得到启示，或是全凭人的直观感觉来设计制作工具。
设计方案存在于手工艺人头脑之中，无法记录表达，产品也是比较简单的。
直觉设计阶段在人类历史中经历了一个很长的时期，17世纪以前基本都属于这一阶段。
（2）经验设计阶段随着生产的发展，单个手工艺人的经验或其头脑中的构思已很难满足这些要求。
于是，手工艺人联合起来，互相协作。
一部分经验丰富的手工艺人将自己的经验或构思用图纸表达出来，然后根据图纸组织生产。
图纸的出现，即可使具有丰富经验的手工艺人通过图纸将其经验或构思记录下来，传与他人，便于用图纸对产品进行分析、改进和提高，推动设计工作向前发展；还可满足更多的人同时参加同一产品的生产活动，满足社会对产品的需求及提高生产率的要求。
因此，利用图纸进行设计，使人类设计活动由直觉设计阶段进入到经验设计阶段。
（3）半理论半经验设计阶段20世纪以来，由于科学和技术的发展与进步，设计的基础理论研究和实验研究得到加强，随着理论研究的深入、实验数据及设计经验的积累，已形成了一套半经验半理论的设计方法。
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设计领域中的重要理论体系，它涵盖了设计的基本概念、原则、方法和技术，对于指导设计实践具有重要的指导意义。
现代设计理论与方法的研究和应用，不仅可以提高设计的科学性和艺术性，还可以促进设计产业的发展和创新。
本文将从现代设计理论与方法的基本概念、主要原则和实践方法等方面进行探讨，以期为设计师提供一定的参考和借鉴。
首先，现代设计理论与方法的基本概念是指在当代社会条件下，对设计活动的基本认识和理解。
现代设计理论强调设计的综合性和系统性，强调设计的目的性和实用性，注重设计的创新性和可持续性。
现代设计方法则强调设计的科学性和系统性，注重设计的过程管理和质量控制，倡导设计的参与性和协作性。
因此，现代设计理论与方法的基本概念是以人为本，注重实践，追求创新，追求效益。
其次，现代设计理论与方法的主要原则包括整体性原则、系统性原则、创新性原则和可持续性原则。
整体性原则是指设计应该从整体出发，注重各要素之间的协调和统一，追求整体效果的完美。
系统性原则是指设计应该从系统出发，注重设计的结构和功能的有机结合，追求系统的稳定和健康。
创新性原则是指设计应该具有创新意识和创新精神，注重设计的独特性和前瞻性，追求设计的新颖和突破。
可持续性原则是指设计应该具有可持续发展的意识和责任，注重设计的环境友好和资源节约，追求设计的持久和稳健。
最后，现代设计理论与方法的实践方法包括市场调研、用户需求分析、创意设计、工程设计和生产制造等环节。
市场调研是指通过调查和分析市场需求和竞争状况，为设计提供可靠的市场依据和预测。
用户需求分析是指通过调查和分析用户的需求和偏好，为设计提供可靠的用户依据和指导。
创意设计是指通过头脑风暴和设计思维，进行设计创意和概念的生成和筛选。
工程设计是指通过工程原理和技术手段，进行设计方案和结构的优化和完善。
生产制造是指通过工艺流程和生产设备，进行设计产品的生产和加工。
综上所述，现代设计理论与方法是设计领域中的重要理论体系，它涵盖了设计的基本概念、原则、方法和技术，对于指导设计实践具有重要的指导意义。
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系统化设计
技术系统的用途或所具有特定工作能力是 其功能，即功能就是技术系统所具有的转化作 业对象的特性。
功能分析法是系统化设计中探求功能原理
方案的主要方法。
10.1
3、功能分析法
系统化设计
功能分析是从功能的角度寻找设计问题的 解决办法。首先根据设计任务确定系统的总功
能，体现在将输入条件转换为系统的输出条件
2）推理性 纵向推理、逆向推理、横向推理。
10.2.2
4.创造性思维的特点
创造性思维
3）多向性
4）跨越性
5）综合性
10.2.3
1.创造技法
创造技法
以创造学理论，尤其是创造性思维规律为
基础，通过广泛的创造活动的实践经验进行概
括、总结、提炼而得出的创造发明的一些原理、 技巧和方法。 1）智暴法 2）提问法 5W2H法
上。总功能确定后，在进行功能分解，将总功
能分解为分功能、子功能直到功能元。功能元
是最小的功能单位，是可以直接从物理效应、 逻辑关系方面找到解法的基本功能单元。
10.1
系统化设计
4、功能分析法的设计步骤 1）总功能分析 2）功能分解 3）功能元求解
4）求系统原理解
5）求最佳系统原理方案
10.1
系统化设计
10.1
系统化设计
3、功能分析法的设计步骤 1）总功能分析 黑箱法（Black Box）
系统对环境的影响
输 入
黑箱
（待设计的技术系统）
输 入
环境对系统的影响
10.1
系统化设计
3、功能分析法的设计步骤 1）总功能分析 黑箱法（Black Box）
例如：拉伸材料试验机的总功能是：试件拉伸、 测量力和相应的变形值。
3、功能分析法的设计步骤 1）总功能分析 黑箱法（Black Box） 黑箱法是一种寻求系统总功能的创造性思 维方法。“黑箱”就是一个未知其内部机理和 结构的箱子，“黑箱法”就是将所研究的复杂 系统看作一个黑箱，在不打开它的前提下，暂 时忽略次要因素，首先集中考虑系统的输入输 出关系，通过观测与分析黑箱和外部环境的相 互关系，求解待设计系统的功能，从而进一步 了解其内部结构的机理。
10.2.2
1.思维
创造性思维
思维图解
逻辑思维
创造性思维
10.2.2
2.创造性思维
创造性思维
反映事物本质属性和内在、外在有机联系 的具有新颖的广义模式的一种可物化的思维活 动。 思维结果具有明显的新颖性和独特性。
10.2.2
3.创造性思维的实质 选择
创造性思维
找资料、调研、充分的思索，特 别强调有意识的选择。
实 质
突破
从“逻辑的中断”到“思想上的 飞跃”，孕育出新观点、新理论、 新方案。
有效而及时地抓住新的本质，筑 起新的思维支架。
重新 建构
10.2.2
4.创造性思维的特点
创造性思维
1）独创性
不受外界因素干扰,不受已有知识、经验 限制，不依附和屈从于任何一种旧有或权威 的思路和方法。 怀疑性、抗压性、自变性
与环境相协调，以获得整体最优化设计。
10.1
系统化设计
2、系统化设计的技术系统
设计的实施需要借助一些实体（实体系 统），工程设计人员的设计对象往往是这一系 统，这个实体系统称为技术系统。 利用技术系统，可以对作业对象（能量、
物料、信息）进行改变或者转换，这样的过程
叫做技术过程。
10.1
3、功能分析法
系统化设计
物理功能元、逻辑功能元、数学功能元
10.2
10.２.1 创造力
创造性设计
创造力是多种能力、个性和心理特征的综合
表现，包括观察能力、记忆能力、想象能力、思
维能力、表达能力、自我控制能力、文化素质、 理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。
10.2.2
1.思维
创造性思维
人脑对客观事物间接的和概括的反映，它 既能动的反映客观世界，又能动的反作用于 客观世界。 人脑对客观事物进行分析、综合、判断、 推理的活动过程。
试 件
黑箱
试件拉断 力 变形
10.1
系统化设计
2）可以将总功能分解为功能单元如下图。
试件夹持松开 试件拉伸 夹头移动 信号采集 试件拉 伸 ，力 和 变形的 测量 变形测量 力测量 放大 显示 信号采集 放大 显示 开机 动作控制 停机 自动停机 运动形式转换 速度、转矩转换
10.1
3）功能元求解
3）类比法
4）组合创新法
创造性思维训练
一、下图中，交叉放着10枚硬币，纵横皆等 距。现在请你移动其中的两枚硬币，使10枚 硬币恰好组成一个正“＋”字型。
创造性思维训练
二、只能画一根直线把一个等腰梯形分成二 个完全相等的公司正准备要招收新的职员，其中 一个测试的问题是……
第10章
系统化设计法和创造性设计
主要内容： 了解系统化设计； 了解黑箱法； 了解创造性思维； 了解创造性思维技法。
10.1
系统化设计
所谓系统就是具有特定功能的、相互间有联
系的许多要素构成的一个整体。根据需要，系统
可以进一步划分为子系统和系统单元。
1、定义 系统化设计法是把设计对象看作一个完整的 技术系统，然后用系统工程方法对系统各要素进 行分析和综合，使系统内部协调一致，并使系统
你开着一辆车/在一个暴风雨的晚上/你经过一个车站 有三个人正在等车，恶劣的天气随时可能对它们的生 命构成威胁。
一个是快要死的老人。 有一个医生，他曾救过你的命。 还有一个女人/男人，她/他是那种你做梦都 想嫁/娶的人。
但你的车总共只能坐两个人，你会如何选择？请解 释一下你的理由。