现代设计论文-优化设计

现代设计方法论文课题名称：现代设计—优化设计

班别：卓越交Y131

姓名：刘xx

学号; 2013002070xx

2015年7月

摘要：优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术,是根据最优化原理和方法综合各方面因素,以人机配合方式或“自动探索”方式,在计算机上进行的半自动或自

动设计,以选出在现有工程条件下的最佳设计方案的一种现代设计方法。其设计原则是最优设

计:设计手段是电子计算机及计算程序;设计方法是采用最优化。

关键词：优化方法；数学模型；优化应用；MATLAB

一·现代设计——优化设计

优化设计主要包括两部分内容，一是优化设计的建模技术；另一是优化设计问题的求解

技术。如何将一个实际的设计问题抽象成一个优化设计问题，并建立起符合实际要求的优化

设计数学模型，这是优化技术的关键。建立实际问题的优化数学模型，不仅需要掌握优化设

计方法的基本理论，更重要的是要具有该设计领域的设计经验。

目前，它的内容主要包括优化设计、可靠性设计、设计方法学、计算机辅助设计、动态

设计、有限元法、工业艺术造型设计、人机工程、并行工程、价值工程、反求工程设计、模

块化设计、相似性设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计等。在运用它们进行工程设计时，

一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。这些学科汇集成了一个设计学的新体

系，即现代设计方法。

设计的思想和方法一方面不断地影响着人类的生活与生产，推动社会的进步；另一方面又

受到社会发展的反作用，不断变化和更新。实际上所谓的“传统设计”和“现代设计”都只

是相对的概念。人们把当前认为先进的那部分系统称为现代的，而其余的自然成为传统的，

若干年后，目前先进的被新发展的东西所取代，而成为传统。从人类生产的进步来看，整个

设计进程大致经历了四个阶段。

1直觉设计阶段。既从自然现象中直接获得启示，或是全凭人的直观感受来设计，制作。2经

验设计阶段。3半理论半经验设计阶段。4现代设计阶段。电子计算机技术的发展和应用，使

设计工作产生了革命性的突变。

现代设计是面向市场面向用户的设计。首先，好的产品始于先进的设计理念和对市场需求

的深刻了解以及贯穿整个设计过程中的以人为本的信念。其次，设计要求对产品进行全寿命

周期设计。即在设计过程中要考虑设计，制造，安装，运行，维修和报废等每一个阶段中用

户的需求。也就是，设计不仅要实现产品的基本功能要求，还应该体现人性化和环境友好的

先进设计思想。此外，设计对象从最初的单一功能产品变为越来越复杂的系统。功能更加先

进和全面，因此需要在设计时运用集成，综合，系统的方法与技术来解决设计问题。

与传统设计相比，有如下一些特点。

1传统设计中灵感和经验的成分占有很大的比例。思维带有很大的被动性。但是，今天技

术的飞速发展，和市场竞争的激烈化，要求人们不断地提出大胆的设想和新的开发目标，要求运用现有的最新技术去创造前所未有的心产品，并争取第一代就非常完美成功。传统的创造与设计明显的不能适应这一要求。人们着手研究创造与设计思维过程本身的规律，研究灵感，方案，优化设计产生的内在逻辑进程，由此产生了创造学，设计方法学，价值工程等理论，使今天的设计过程从基于经验转变为基于设计科学，成为人们主动的，按思维规律有意识的向目标挺进的创造过程。

2传统设计着重于实现产品本身预定的功能，现代设计则把对象置于“人-机-环境”大系统中，进行系统的设计，将预定功能在人，机，环境三者间进行科学的分配，如果由人承担某项功能从技术经济角度被认为最合理时，绝不盲目追求自动化，无人化。

3传统设计偏重于强度准则，现代的有限单元法，断裂力学的研究成果，进一步的强化了人们强度设计的能力。在这基础上，现代设计的准则拓宽到产品涉及的更多领域。

4传统设计流程往往是根据任务和目标，先做出第一方案，甚至造出机样，然后通过评定和考核，进行修改，形成第二轮方案，如此反复，直到满意为止。各分系统间缺乏协调。现代设计流程可运用虚拟样机技术，在样机制造之前就可以预测样机的性能，协调设计，减少冗余建模，更完整透彻的理解系统模型，对不能够进行实验校正的场合进行仿真。现代设计可以显著的降低设计成本，减少设计-实验周期。

5传统的设计建立在手工操作的基础上，而现代设计的CAD技术很好的解决了手工操作带来的很多问题。

设计既要满足用户对产品技术性，经济性和社会性的追求，又必须满足各方面的约束条件，为此，设计有必要在基于系统工程的现代设计方法学的指导下进行。

概括起来现代设计技术具有如下特点：

1设计范畴扩展化，2设计手段计算机化，3设计过程并行化，4设计过程智能化，5设计手段拟实化，6分析手段精确化，7集成设计环境，8强调设计的逻辑性和系统性，9动态多变量优化，10强调产品环保性，11强调产品宜人性，12强调用户参与，13强调设计阶段质量控制，14设计制造一体化，15产品全寿命周期最优化。

随着经济时代的到来，市场竞争越来越激烈，越来越全球化，优化设计在竞争中的作用更是将越来越重要。优化方法为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，在各行各业均有应用，优化设计是一种规格化的设计方法，它首先要求将设计问题按优化设计所规定的格式建立数学模型，选择合适的优化方法及计算机程序，然后再通过计算机的计算，自动获得最优设计方案。优化设计的指导思想源于它所倡导的开放型思维方式,即在面对问题时,抛开现实的局限去想象一种最理想的境界,然后再返回到当前的现状中来寻找最佳的解决方案.在管理学中有一句俗语,“思路决定出路,心动决定行动”.如此的思维方式有助于摆脱虚设的假象,这并非属于异想天开或者好高骛远的空想,而是强调一切从未来出发,然后再从现实着手。

优化设计方法可根据讨论问题的不同方面，有不同的分类方法。如果按设计变量数量来分，可分为单变量（一维）优化和多变量优化；如果按约束条件来分又可分为无约束优化和