现代设计方法第1部分设计的基本概念
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《有限元方法基础教程》 [6]王勖成、邵敏 ：《有限单元法基本原理
与数值方法》
第一篇 优化设计方法
第1章 优化设计概述
自古以来的多数工程设计，都经过了某种程度的 “优化”过程
1. 传统的设计过程： 设计（综合） 评价（分析）
四、本课程的内容
优化设计、有限元分析、可靠性设计
介绍数学规划理论和有限元法、可 靠性设计的基本概念和基本方法，通过 实例介绍用优化理论解决机械优化设计、 用有限元法分析工程结构、对机械系统 (子系统)的可靠性分析的过程。
参考文献
[1]陈屹、谢华：《 现代设计方法及其应用》 [2]孙靖民：《 现代机械设计方法》 [3]周济 ：《机械设计优化方法及应用》 [4]孙靖民：《机械优化设计》 [4]臧勇：《现代机械设计方法》 [5]Daryl L. Logan著，伍义生、吴永礼译：
环境友好适应(绿色工程)、人机友好(以人为本)、可维修、 安全性、可安装性、可拆卸、可回收
(6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
相互联系成整体；分解；整体功能性
◆ 系统方法-------系统理论的实际应用
解决对具体系统的认识和管理问题
☆运用系统概念原理来分析和认识事物的一般方法-一般
按照客观事物本身的系统性，始终以整体与部分、部分与部分、 整体与环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中，综合地、精 确地考察研究对象，以达到最佳处理问题的目的
(5)研究设计信息库(设计目录)的建立和应用
(6)设计自动化的实现
3、设计系统
三、系统建模
实物模型或缩尺模型 抽象模型
◆建模：建立准确描述系统特征和行为的数
学模型等抽象模型的过程，即从看起来杂乱无 章的实际工程问题中，抽象出恰当的数学关系
提炼、分析、归纳、翻译 归纳总结与演绎推理相结合 ☆ 明确目的 ☆ 确定组成要素 ☆ 验证模型
后者是前者在使用和实施中的具体表现
◆ 系统工程
★ 分析和处理的科学方法的组织管理技术
★ 一般系统方法在组织管理中的具体应用
★ 一般系统工程包括组织管理的全过程 系统分析属于系统工程的准备阶段或开始阶段
★ 理论基础:运筹学和数学、计算机科学和计算技术
在具体处理问题时，把组织和管理的事物 视为系统，运用概率、统计、运筹学、模拟等 方法，经过分析、推理、判断、综合，建成某 种系统模型，通过计算机进行运算模拟，进而 获取最佳方案，求得系统整体的最优规划、最 优管理和最优控制
☆处理具体系统问题的系统分析和系统工程方法-----特殊
系统分析是一般系统方法在科学决策中的具体应用，是在一般系 统方法的指导下，对某些具体系统进行数量分析的决策方法。系统分 析的要素，亦即系统分析的主要项目，包括目的、可行方案、费用、 效益、模型、评价标准等
过程：
提出问题明确目标收集资料
分析问题建立模型 优选方案 ★ 前者是后者的方法论基础
1、现代设计手段
(1)计算机辅助设计CAD 计算机绘图 (2)计算机辅助几何建模 实体或曲面模型图 (3)工程分析与计算 CAE --有限元或动力学 (4)智能设计与专家系统
人工智能与神经网络专家系统
提高决策判断能力
(5)数据库管理系统设计
设计数据的集合
2、现代设计特征
(1) 设计手段的更新 传动图板、图纸 电子文档
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
(1) 功能满足 前提 (2)质量保证 性能、可靠、强度、刚度、稳定、动态特性等 (3)工艺优良 可制造性、可装配性、可测试性、 (4)经济合理 较低的开发成本和使用费用 (5) 社会使用（社会价值）
(2)产品表示
二维三维
(3)设计方法的发展
有限元、优化、模态、并行设计、虚拟设计、计算机仿真
(4)工作方式
ຫໍສະໝຸດ Baidu
串行设计 并行设计院 ＜＜数据库与网络技术
(5) 设计制造一体化 CAPP NC (6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统方法
现代方法
经验、类比
逻辑 、推理 、系统
静态、少参数
动态、多变量、多方案
当然,现代设计方法还不能完全取代传统设计方法， 一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍
是现代设计方法的重要组成。
具有系统性、创造性、综合性和程式性
二、现代中的系统科学方法
1、系统论
◆ 以系统为对象，考察和研究整体与局部之间 的相互作用与相互制约的关系，同时最优化方 法求得系统的最佳方案。
>>工程系统工程、科研系统工程、军事系统 工程、企业系统工程、社会系统工程等
2、设计方法学
20世纪60年代----重视设计理论与方法的系统研究
德国----设计模式的研究 美、英--注重创造性设计的研究 日本----开发创造工程学和自动化设计、
价值工程、工业设计 总结设计规律，启发创造性，采用现代化 的先进理论和方法，使设计过程自动化、合理 化 >>是为了提高设计水平和质量，设计出更 好的产品，以满足社会日益发展的需要
现代设计方法
绪论
一、现代设计方法概述
现代设计是传统设计的深入、丰富和完善。 现代设计：以市场需求为驱动，以现代设计思 想、理论为指导，以知识获取为中心，以现代技 术手段为工具，考虑产品的全生命周期和人、机、 环境相容性等因素的设计。 借助计算机，应用精度较高的分析方法（如有 限元方法等）进行分析计算，从大量的可行设计 中寻找最优的设计方案，实现用理论代替经验设 计，用精确计算代替近似计算，用优化设计、绿 色设计代替一般的安全寿命的可行性设计。其目 的是为了提高设计的主动性、科学性和准确性。
◆ 深入研究设计过程本质的基础上，以系统
论的观点研究设计进程(战略问题)和具体设计 方法(战术问题)的科学，是研究产品设计的程 序、规律及设计中思维和工作方法的一门综合 性学科
(1) 符合设计规律的设计程序
(2) 合理逻辑步骤和应遵循的工作原则
(3)分析思维规律，创造性的思维方法和技术
(4)研究各种类型设计
与数值方法》
第一篇 优化设计方法
第1章 优化设计概述
自古以来的多数工程设计，都经过了某种程度的 “优化”过程
1. 传统的设计过程： 设计（综合） 评价（分析）
四、本课程的内容
优化设计、有限元分析、可靠性设计
介绍数学规划理论和有限元法、可 靠性设计的基本概念和基本方法，通过 实例介绍用优化理论解决机械优化设计、 用有限元法分析工程结构、对机械系统 (子系统)的可靠性分析的过程。
参考文献
[1]陈屹、谢华：《 现代设计方法及其应用》 [2]孙靖民：《 现代机械设计方法》 [3]周济 ：《机械设计优化方法及应用》 [4]孙靖民：《机械优化设计》 [4]臧勇：《现代机械设计方法》 [5]Daryl L. Logan著，伍义生、吴永礼译：
环境友好适应(绿色工程)、人机友好(以人为本)、可维修、 安全性、可安装性、可拆卸、可回收
(6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
相互联系成整体；分解；整体功能性
◆ 系统方法-------系统理论的实际应用
解决对具体系统的认识和管理问题
☆运用系统概念原理来分析和认识事物的一般方法-一般
按照客观事物本身的系统性，始终以整体与部分、部分与部分、 整体与环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中，综合地、精 确地考察研究对象，以达到最佳处理问题的目的
(5)研究设计信息库(设计目录)的建立和应用
(6)设计自动化的实现
3、设计系统
三、系统建模
实物模型或缩尺模型 抽象模型
◆建模：建立准确描述系统特征和行为的数
学模型等抽象模型的过程，即从看起来杂乱无 章的实际工程问题中，抽象出恰当的数学关系
提炼、分析、归纳、翻译 归纳总结与演绎推理相结合 ☆ 明确目的 ☆ 确定组成要素 ☆ 验证模型
后者是前者在使用和实施中的具体表现
◆ 系统工程
★ 分析和处理的科学方法的组织管理技术
★ 一般系统方法在组织管理中的具体应用
★ 一般系统工程包括组织管理的全过程 系统分析属于系统工程的准备阶段或开始阶段
★ 理论基础:运筹学和数学、计算机科学和计算技术
在具体处理问题时，把组织和管理的事物 视为系统，运用概率、统计、运筹学、模拟等 方法，经过分析、推理、判断、综合，建成某 种系统模型，通过计算机进行运算模拟，进而 获取最佳方案，求得系统整体的最优规划、最 优管理和最优控制
☆处理具体系统问题的系统分析和系统工程方法-----特殊
系统分析是一般系统方法在科学决策中的具体应用，是在一般系 统方法的指导下，对某些具体系统进行数量分析的决策方法。系统分 析的要素，亦即系统分析的主要项目，包括目的、可行方案、费用、 效益、模型、评价标准等
过程：
提出问题明确目标收集资料
分析问题建立模型 优选方案 ★ 前者是后者的方法论基础
1、现代设计手段
(1)计算机辅助设计CAD 计算机绘图 (2)计算机辅助几何建模 实体或曲面模型图 (3)工程分析与计算 CAE --有限元或动力学 (4)智能设计与专家系统
人工智能与神经网络专家系统
提高决策判断能力
(5)数据库管理系统设计
设计数据的集合
2、现代设计特征
(1) 设计手段的更新 传动图板、图纸 电子文档
传统设计：生产经验、力学、数学公式 静态
现代设计：摩擦学、模态、可靠性、疲劳 动态
3、现代设计原则
(1) 功能满足 前提 (2)质量保证 性能、可靠、强度、刚度、稳定、动态特性等 (3)工艺优良 可制造性、可装配性、可测试性、 (4)经济合理 较低的开发成本和使用费用 (5) 社会使用（社会价值）
(2)产品表示
二维三维
(3)设计方法的发展
有限元、优化、模态、并行设计、虚拟设计、计算机仿真
(4)工作方式
ຫໍສະໝຸດ Baidu
串行设计 并行设计院 ＜＜数据库与网络技术
(5) 设计制造一体化 CAPP NC (6) 管理水平的提高 MIS、PDM、ERP (7) 组织模式的开放
内部封闭设计多企业异地设计 优势互补、资源共享
传统方法
现代方法
经验、类比
逻辑 、推理 、系统
静态、少参数
动态、多变量、多方案
当然,现代设计方法还不能完全取代传统设计方法， 一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍
是现代设计方法的重要组成。
具有系统性、创造性、综合性和程式性
二、现代中的系统科学方法
1、系统论
◆ 以系统为对象，考察和研究整体与局部之间 的相互作用与相互制约的关系，同时最优化方 法求得系统的最佳方案。
>>工程系统工程、科研系统工程、军事系统 工程、企业系统工程、社会系统工程等
2、设计方法学
20世纪60年代----重视设计理论与方法的系统研究
德国----设计模式的研究 美、英--注重创造性设计的研究 日本----开发创造工程学和自动化设计、
价值工程、工业设计 总结设计规律，启发创造性，采用现代化 的先进理论和方法，使设计过程自动化、合理 化 >>是为了提高设计水平和质量，设计出更 好的产品，以满足社会日益发展的需要
现代设计方法
绪论
一、现代设计方法概述
现代设计是传统设计的深入、丰富和完善。 现代设计：以市场需求为驱动，以现代设计思 想、理论为指导，以知识获取为中心，以现代技 术手段为工具，考虑产品的全生命周期和人、机、 环境相容性等因素的设计。 借助计算机，应用精度较高的分析方法（如有 限元方法等）进行分析计算，从大量的可行设计 中寻找最优的设计方案，实现用理论代替经验设 计，用精确计算代替近似计算，用优化设计、绿 色设计代替一般的安全寿命的可行性设计。其目 的是为了提高设计的主动性、科学性和准确性。
◆ 深入研究设计过程本质的基础上，以系统
论的观点研究设计进程(战略问题)和具体设计 方法(战术问题)的科学，是研究产品设计的程 序、规律及设计中思维和工作方法的一门综合 性学科
(1) 符合设计规律的设计程序
(2) 合理逻辑步骤和应遵循的工作原则
(3)分析思维规律，创造性的思维方法和技术
(4)研究各种类型设计