《现代设计理论与方法》AB卷答案-wxw

《现代设计理论与方法》试卷A
参考答案及评分标准
一、零件失效在不同失效期具有哪些特点？
（1）早期失效期
早期失效期一般出现在产品开始工作后的较早时期，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下降到某一稳定的数值。

引起这一阶段失效率特别高的原因主要是由于材料不良、制造工艺缺陷、检验差错以及设计缺点等因素引起。

（2）正常运行期
正常运行期又称有效寿命期。

在该阶段内如果产品发生失效，一般都是由于偶然的原因而引起的，因而该阶段也称为偶然失效期。

其失效的特点是随机的，例如个别产品由于使用过程中工作条件发生不可预测的突然变化而导致失效。

这个时期的失效率低且稳定，近似为常数，是产品的最佳状态时期。

（3）耗损失效期
耗损失效期出现在产品使用的后期。

其特点是失效率随工作时间的增加而上升。

耗损失效主要是产品经长期使用后，由于某些零件的疲劳、老化、过度磨损等原因，已渐近衰竭，从而处于频发失效状态，使失效率随时间推移而上升，最终回导致产品的功能终止。

二、可靠性分布有哪几种常用分布函数，试写出它们的表达式。

（1）二项分布 ),,2,1,0()(n r q p C r X P r n r r n ===-
r n r r n k
r q p C k r F -=∑=≤0
)( （2）泊松分布 ),2,1,0(,!)(n r r e r X P r ===-μ
μ
（3）指数分布
（4）正态分布
（5）对数正态分布
（6）威布尔分布
三、试述产品的正向设计和反求工程设计的基本过程。

正向工程与反求工程过程两者比较，最本质的区别在于：
正向工程是由抽象的较高层次概念或独立实现的设计过渡到设计的物理实现，从设计概念至CAD 模型具有一个明确的过程。

而反求工程是基于一个实物原型来构造它的设计概念，并且通过对重构模型特征参数的调整和修改来达到对实物原型的产品复制和创新，以满足产品更新换代和创新设计的要求。

在反求工程中，由离散的数字化点到CAD 模型的建立是一个复杂的设计推理和数据加工过程。

一般产品的正向设计与反求工程设计的的基本过程如图所示。

一般产品正向设计过程
反求工程设计过程
四、简述绿色设计产生的背景意义及其内涵。

（10分）
（1）绿色设计的概念（4分）：在产品整个生命周期内，着重考虑产品的环境属性（自然资源的利用，环境影响及可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在实现产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等的基础上，同时使产品满足生态环境目标要求。

（2）背景意义：科技发展对生产方式的影响方面，包括一些极端的工业事件；绿色消费的需求；国际贸易的绿色壁垒，包含国际标准法规的方面的限制等；（6分）
五、举例说明“黑箱法”及其用途。

（10分）
（1）通过“黑箱”与输入、输出量及周围环境的信息联系，了解系统(产品)的功能、特性，进一步探索出系统的机理和结构，逐步使“黑箱”透亮，直至方案拟定。

它摆脱了具体设计对象，而按系统(产品)的功能和对三大流进行定性描述来进行思考，使问题简化，以利于启发设计人员构思出更新、更好的功能原理方案来。

（4分）
（2）实例范围不做限制，只要明确表示出物料、能量、信息三种输入输出量及与外界环境之间的联系，即能得到基本分（3分），将内容能进行具体分析或简单分解图示。

（3分）
《现代设计理论与方法》试卷B
参考答案及评分标准
一、可靠性设计与传统设计方法相比具有哪些特点？
(1) 传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大的盲目性。

可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中去，即由设计直接确定固有的可靠度。

(2) 传统设计方法是把设计变量视为确定性的单值变量并通过确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。

(3) 在可靠性设计中，由于应力s 和强度F 都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，就以强度F 大于应力s 的概率大小来表示，这就是可靠度指标。

(4) 传统设计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作为研究内容，因此，两者间又有着密切的联系。

可靠性设计是传统设计的延伸与发展。

在某种意义上，也可以认为可靠性设计只是传统设计的方法上把设计变量视为随机变量，并通过随机变量运算法则进行运算而已。

二、设结构件的强度F 、拉力P 和杆的直径d 都服从正态分布，且这些参数都是独立的随机变量，均值和标准差分别为：MPa F 200=μ，MN P 3.0=μ，mm d 55=μ；MPa F 15=σ，MN P 03.0=σ，mm d 275.0=σ，求可靠度R 。

解： )(6.2374)55(422mm A ==π
μ
)/(3.1266
.2374103.026
mm N A P S =⨯==μμμ )(746.2322mm d d
A ==σπμσ
)/(69.121
22
22mm N s P A S A =+=σμμμσ 33.222
-==+-S F F
S z σσμμ
Q=0.01，R=1－Q=0.99%
三、简述反求工程的基本特点以及反求工程设计的主要应用方面。

反求工程具有如下特点:
(1)可以使企业快速响应市场，大大缩短产品的设计、开发及上市周期，加快产品的更新换代速度，降低企业开发新产品的成本与风险。

(2)适合于单件、小批量、形状不规则的零件的制造，特别是模具的制造。

(3)对于设计与制造技术相对落后的国家和地区，反求工程是快速改变其落后状况，提高设计与制造水平的好方法。

反求工程设计的应用：
(1)在缺乏二维设计图纸或者原始设计参数情况下，需要将实物零件转化为计算机表达的CAD 模型，以便充分利用现有的计算机辅助分析(CAE)、计算机辅助制造(CAM)等先进技术，进行再创新设计。

(2)有些零件有较高的美学、空气动力学要求，难以在计算机上直接造型。

设计时往往需要首先制作黏土或
油泥的比例模型，然后进行各种实验，如风洞实验、水池实验等，一旦外形确定，就需要使用反求工程技术将其转化为CAD模型。

(3)一些零件可能需要经过多次修改，如在模具制造中，经常需要通过反复试冲和修改模具型面，方可得到最终符合要求的模具。

反求工程便成为制造-检验-修正-建模-制造这一环节中重要的快速建模手段。

(4)在生物医学工程领域，采用反求工程技术，摆脱原来的以手工或者按标准制定为主的落后制造方法。

通过定制人工关节和人工骨骼，保证重构的人工骨骼在植入人体后无不良影响。

如在牙齿矫正中，根据个人制作牙模，然后转化为CAD模型，经过有限元计算矫正方案，大大提高矫正成功率和效率。

通过建立数字化人体几何模型，可以根据个人定制特种服装，如宇航服、头盔等。

(5)应用反求工程技术，还可以对工艺品、文物等进行复制，可以方便的生成基于实物模型的计算机动画等。

四、举例说明机械产品生命周期内的环境影响及环境性能改进设计思路。

（10分）
（1）分析某种机械产品的生命周期主要阶段。

（2分）
（2）结合阶段分析对该产品的材料、能源、排放等环境影响特性进行描述。

分析清楚较全面即可得4分。

（3）针对前述分析问题，提出环境性能改进设计的几点思路。

思路基本可行、表述清楚得4分。

五、简述运用系统化设计方法进行原理方案设计的主要步骤。

（10分）
（1）明确设计任务
（2）确定系统的整体目的性——总功能
（3）进行功能分解
（4）分功能求解
（5）将分功能解综合为整体解——原理方案
（6）对方案进行评价，选优。

回答出基本过程（步骤）得基本分7分，对步骤能简单分析得3分。