現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法重點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 緒論1、 設(shè)計(jì)的的本質(zhì)是由功能到結(jié)構(gòu)的映射過(guò)程，是技術(shù)人員根據(jù)需要進(jìn)行構(gòu)思、計(jì)劃并把計(jì)劃變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)可行的機(jī)械系統(tǒng)的過(guò)程。2、 計(jì)劃具有個(gè)性化、抽象化、多解性的基本特征。3、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概念：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備輔助人們進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)是從多種設(shè)計(jì)方案中選擇最佳方案的方法，它以數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。有限元設(shè)計(jì)就是利用假想的線和面將連續(xù)的介質(zhì)內(nèi)部和邊界分割成有限大小、有限數(shù)目、離散的單位來(lái)研究。 穩(wěn)健設(shè)計(jì)通過(guò)質(zhì)量工程方法在產(chǎn)品設(shè)

2、計(jì)階段就要求把產(chǎn)品設(shè)計(jì)完美、健全，不受或盡量減少生產(chǎn)線波動(dòng)帶來(lái)的影響，以保證產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量效果。 虛擬設(shè)計(jì)是一種新技術(shù)，它可以在虛擬環(huán)境中用交互手段對(duì)在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立的模型進(jìn)行修改，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和一次設(shè)計(jì)成功率。創(chuàng)新設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、表面設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、摩擦設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)等。一1、 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)稱CAD）：是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的一門重要技術(shù)，是集計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、工程信息管理、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域知識(shí)于一體的高新技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。2、 CAD：（computer aided design）：即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAE(computer ai

3、ded engineering）：即計(jì)算機(jī)輔助分析，CAM（computer aided manufacture）：即計(jì)算機(jī)輔助制造，CAPP（computer aided process planning）：即計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)，CIMS（computer integrated manufacturing system）：即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，8、CAD的特點(diǎn)：1）規(guī)范化、高質(zhì)量 規(guī)范設(shè)計(jì)流程，統(tǒng)一文檔格式，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。9、CAD發(fā)展方向：脫離圖版，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)紙化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造，是CAD發(fā)展的最終目標(biāo)。10. CAD的基本功能及優(yōu)點(diǎn)：1）人機(jī)交互 2）幾何造型 3）計(jì)算分析 4）系統(tǒng)仿

4、真 5）工程繪圖 6）數(shù)據(jù)管理11、CAD系統(tǒng)組成：CAD系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)、圖形輸入設(shè)備、輸出設(shè)備 CAD系統(tǒng)的軟件：軟件系統(tǒng)、支撐軟件、應(yīng)用軟件。二1、 優(yōu)化設(shè)計(jì)：是從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計(jì)方法。它以數(shù)學(xué)中最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。2、 P49頁(yè)：例2-1 黃金分割法求函數(shù)，3無(wú)約束優(yōu)化方法：坐標(biāo)輪換法、牛頓法、 約束優(yōu)化方法：遺傳算法、懲罰函數(shù)法、復(fù)合形法多目標(biāo)優(yōu)化方法：多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題、主要目標(biāo)法、統(tǒng)一目標(biāo)法三1、 有限元法的概念：把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)看成由有限個(gè)單元組成的整體的一種設(shè)計(jì)方法

5、2、 有限元法的基本思想：化整為零，積零其整，把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)看成由有限個(gè)單元組成的整體3、 彈性力學(xué)中的基本假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)，完全彈性假設(shè)，各向同性假設(shè)，均勻性假設(shè)，微小性假設(shè)，無(wú)初應(yīng)力假設(shè)2、彈性力學(xué)的基本方程：平衡方程、幾何方程、物理方程、邊界條件3、彈性力學(xué)的基本原理：虛位移原理、最小勢(shì)能原理4、有限元模型的性能指標(biāo)：可靠性、精確性、魯棒性、計(jì)算成本的經(jīng)濟(jì)性、通用軟件的規(guī)范性5、縮小結(jié)題規(guī)模的常用措施：對(duì)稱性和反對(duì)稱性、周期性條件、降維處理和幾何簡(jiǎn)化、子結(jié)構(gòu)技術(shù)、線性近似化、多工況載荷的合并處理 第四章：穩(wěn)健設(shè)計(jì)1、 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的基本概念：穩(wěn)健設(shè)計(jì)就是通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)變量及控制其容差使可控因素和

6、不可控因素當(dāng)與設(shè)計(jì)值發(fā)生變差時(shí)仍能保證產(chǎn)品質(zhì)量的一種工程方法。換言之，若作出的設(shè)計(jì)即使在各種因素的干擾下產(chǎn)品質(zhì)量也是穩(wěn)定的，或者用廉價(jià)的零部件能組裝出質(zhì)量上乘、性能穩(wěn)定與可靠的產(chǎn)品，則認(rèn)為該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是穩(wěn)健的·。2、 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的一般步驟：1， 確定產(chǎn)品的指標(biāo)體系，建立可控和不可控因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響的質(zhì)量設(shè)計(jì)模型，該模型應(yīng)能充分顯示出各功能因素變差對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量特性的影響2， 對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)值分析模擬計(jì)算，獲取質(zhì)量特性的可靠分析數(shù)據(jù)3， 尋找穩(wěn)健設(shè)計(jì)解或穩(wěn)健設(shè)計(jì)優(yōu)化解，獲得穩(wěn)健產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案3、 產(chǎn)品的質(zhì)量：通常認(rèn)為就是產(chǎn)品滿足規(guī)定要求或潛在需求的特征和特性總和，簡(jiǎn)言之，產(chǎn)

7、品的質(zhì)量就是產(chǎn)品適用性。4、 質(zhì)量損失模型：1）功能波動(dòng)（1、物品間干擾（物品間噪聲） 2、外干擾（外噪聲） 3、內(nèi)干擾（內(nèi)噪聲） 2）質(zhì)量損失函數(shù) 3）質(zhì)量水平 4)損失函數(shù)中系數(shù)K的決定方法5、 Taguchi三次設(shè)計(jì)基本內(nèi)容：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)五1、 虛擬現(xiàn)實(shí)的含義：從本質(zhì)上講，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶接口，它通過(guò)給用戶同時(shí)提供諸如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等各種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)，提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。2、 虛擬現(xiàn)實(shí)的兩個(gè)本質(zhì)特征：1）多感知性：所謂多感知就是說(shuō)除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)

8、感知、觸覺(jué)感知、甚至應(yīng)該包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。 2）沉浸感：沉浸感是指用戶感到作為主角存在模擬環(huán)境的真實(shí)程度。3、 虛擬現(xiàn)實(shí)的組成：交互作用、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)。4、 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域： 1）工程應(yīng)用：1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車制造業(yè)的廣泛應(yīng)用。 2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在飛機(jī)制造與飛行仿真領(lǐng)域的應(yīng)用。 3）虛擬實(shí)驗(yàn)。 4）用于遙控機(jī)器人的遙現(xiàn)技術(shù)。 2）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 3）教育培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用 4）軍事應(yīng)用5、 虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真本質(zhì)區(qū)別（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真的關(guān)系）： 1）定性與定量：仿真環(huán)境對(duì)于其場(chǎng)景的真實(shí)程度要求不高；虛擬環(huán)境建模復(fù)雜，并有質(zhì)感、光照等要求，但對(duì)于量的要求并不嚴(yán)格。

9、2）多感知性：理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)就是應(yīng)該具有人的所有感知功能；而仿真一般只局限于視覺(jué)感知。3）沉浸感：仿真系統(tǒng)用戶與計(jì)算機(jī)之間是一種對(duì)話關(guān)系，虛擬現(xiàn)實(shí)利用一計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代高科技建立一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，形成集視、聽(tīng)、觸等感覺(jué)于一體的和諧的人機(jī)環(huán)境。6、 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)組成模塊：輸入模塊、傳感器模塊、響應(yīng)模塊、反饋模塊7、 虛擬環(huán)境的實(shí)現(xiàn)方法：基于圖像的方法、基于模型（基于景物幾何）的方法8、 虛擬設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：虛擬設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者可以在虛擬環(huán)境中用交互手段對(duì)在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立的模型進(jìn)行修改。一個(gè)虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備三項(xiàng)功能：3D用戶界面；選擇參數(shù)；數(shù)據(jù)表達(dá)與雙向

10、數(shù)據(jù)傳輸。 就“設(shè)計(jì)”而言，所有的設(shè)計(jì)工作都是圍繞虛擬原型而展開(kāi)的，只要虛擬原型能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。則實(shí)際產(chǎn)品必定能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；而進(jìn)行傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，所有的設(shè)計(jì)工作都是針對(duì)物理原型（或概念模型）展開(kāi)的。 就“虛擬”而言，設(shè)計(jì)者可以實(shí)時(shí)、交互、可視化地對(duì)原型在沉浸或非沉浸環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)改進(jìn)，并能馬上看大修改結(jié)果；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者是面向圖紙的，是在圖紙上用線條、線框勾勒出概念設(shè)計(jì)。9、 虛擬設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)CADCAM系統(tǒng)的區(qū)別：1）在討論區(qū)別的同時(shí)，應(yīng)首先重在繼承，尤其是繼承原有CAD技術(shù)的資源和成果，其次，虛擬設(shè)計(jì)是以硬件相對(duì)的高投入為代價(jià)的； 2）CAD技術(shù)往往重在交互，設(shè)計(jì)階段可視化程度不高，到原型

11、生產(chǎn)出來(lái)后才暴露出問(wèn)題；3）CAD技術(shù)無(wú)法利用除視覺(jué)以外的其他感知功能；CAD技術(shù)無(wú)法進(jìn)行深層次設(shè)計(jì)，如可裝配性分析和干涉檢驗(yàn)等。11、 虛擬設(shè)計(jì)中采用的建模方法主要有：1）幾何建模 2）基于圖像的虛擬環(huán)境建模技術(shù) 3）圖像與幾何結(jié)合的建模：圖像與幾何結(jié)合的建模技術(shù)可以最大程度地挖掘兩種建模技術(shù)的潛力，把高仿真的圖像映射于簡(jiǎn)單的對(duì)象模型，在幾乎不犧牲三維模型真實(shí)度的情況下，可以極大地減少模型的網(wǎng)格數(shù)量。4）基于特征的建模 5）基于特征的參數(shù)化建模六1. 創(chuàng)造性思維具有廣闊性、深刻性、獨(dú)特性、批判性、敏捷性和靈活性等特點(diǎn)。它主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）理論思維（又稱抽象思維、邏輯思維） 2）發(fā)散

12、思維（又稱輻射思維、多向思維） 3）逆向思維 4）側(cè)向思維（又稱旁通思維）傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法包括試錯(cuò)法、頭腦風(fēng)暴法、形態(tài)分析法。2. TRIZ理論的核心是消除矛盾及技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的原理，并建立基于知識(shí)消除矛盾的邏輯化方法，用系統(tǒng)化的解題流程來(lái)解決特殊問(wèn)題或矛盾。核心思想主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：1）任何一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展都遵循客觀的規(guī)律反展演變，具有客觀的進(jìn)化規(guī)律和模式，各種技術(shù)難題和矛盾的不斷解決是推動(dòng)這種進(jìn)化過(guò)程的動(dòng)力。2）創(chuàng)新實(shí)踐中遇到的工程矛盾及解決方案總是重復(fù)出現(xiàn)，徹底解決工程矛盾的創(chuàng)新原理和方法容易掌握，而且，解決本領(lǐng)域技術(shù)問(wèn)題的最有效的方法往往來(lái)自其他領(lǐng)域的科學(xué)原理。3）技術(shù)系統(tǒng)反展的理想狀

13、態(tài)是用最少的資源實(shí)現(xiàn)最大效益的功能。3. TRIZ理論認(rèn)為，產(chǎn)品創(chuàng)新的標(biāo)志是移走設(shè)計(jì)中的沖突，并產(chǎn)生有競(jìng)爭(zhēng)力的解。4. 沖突的發(fā)現(xiàn)與解決是推動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)化的動(dòng)力。TRIZ理論把工程沖突分為三類：管理沖突、物理沖突、技術(shù)沖突。5. TRIZ解決物理沖突的核心思想在于實(shí)現(xiàn)沖突雙方的分離，TRIZ采用分離原理解決沖突，分離原理包括空間分離、時(shí)間分離、條件分離、總體和部分分離四種方法。七1. 智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以知識(shí)處理為核心的CAD系統(tǒng)。2. 智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本功能：1）知識(shí)處理功能 2）分析計(jì)算功能 3）數(shù)據(jù)服務(wù)功能 4）圖形處理功能。3. 知識(shí)獲取就是把用于求解的專門知識(shí)從某些知識(shí)源中提煉出來(lái)，將之轉(zhuǎn)換

14、成計(jì)算機(jī)內(nèi)可執(zhí)行代碼的過(guò)程。知識(shí)源就是知識(shí)獲取的對(duì)象，知識(shí)的來(lái)源是多種多樣的，可從書中得到；也可以從領(lǐng)域?qū)＜姨幍玫?。知識(shí)獲取系統(tǒng)最難獲取的就是領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)。知識(shí)來(lái)源的復(fù)雜性決定了知識(shí)獲取的復(fù)雜性。4. 知識(shí)獲取過(guò)程之一是提煉知識(shí)，它包括對(duì)已有知識(shí)的理解、抽取、組織、從已有的知識(shí)和實(shí)例中產(chǎn)生新知識(shí)。在抽取新知識(shí)時(shí)應(yīng)做到：1）準(zhǔn)確性 2）可靠性 3）完整性 4）精煉性5. 知識(shí)獲取方法按其能力可分為以下幾類：1）無(wú)推理能力的知識(shí)獲取方法（即人工獲取方法）；2）利用知識(shí)編輯工具的知識(shí)獲取方法（即半自動(dòng)知識(shí)獲取方法）；3）具有推理能力的知識(shí)獲取方法（即自動(dòng)獲取方法）。它又可以分為演繹式和歸納式等

15、；4）超水平的自主式獲取方法。6. 知識(shí)獲取的步驟：1）識(shí)別領(lǐng)域知識(shí)的基本結(jié)構(gòu)，尋找相對(duì)應(yīng)的知識(shí)表示方法，這是知識(shí)獲取最為困難的一步；2）抽取細(xì)節(jié)知識(shí)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的代碼；3）調(diào)試精煉知識(shí)庫(kù)。7. 知識(shí)獲取的三個(gè)階段：1）對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)階段 2）知識(shí)的整理吸收階段 3）調(diào)試精煉知識(shí)庫(kù)也可在很大程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。8. 一個(gè)性能良好的推理機(jī)，應(yīng)滿足如下基本要求：1）高效率的搜索和匹配機(jī)制 2）可控制性 3）可觀測(cè)性 4）啟發(fā)性 9. 推理機(jī)設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容：推理方法和推理控制策略。推理方法研究的是前提與結(jié)論之間的種種邏輯關(guān)系及其信息傳遞規(guī)律等，控制策略則是指導(dǎo)推理過(guò)程中進(jìn)行搜索的策略。10.

16、 推理方法可分為多種類型。按推理方式可分為演繹推理和歸納推理；按推理過(guò)程中的確定性可分為精確推理和不精確推理；按推理的單調(diào)性可分為單調(diào)推理和非單調(diào)推理。11. 正向推理是從已知事實(shí)（數(shù)據(jù)）到結(jié)論的推理，也稱事實(shí)驅(qū)動(dòng)或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)推理。12. 反向推理是從目標(biāo)到初始事實(shí)（數(shù)據(jù)）的推理，又稱目標(biāo)驅(qū)動(dòng)或假設(shè)驅(qū)動(dòng)推理。 13. 開(kāi)發(fā)建造一個(gè)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本步驟：1.系統(tǒng)需求分析 1）設(shè)計(jì)任務(wù)的確定 2）可行性論證 3）開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇 2.設(shè)計(jì)對(duì)象建模問(wèn)題 1）設(shè)計(jì)問(wèn)題概念化與形式化 2）系統(tǒng)功能的確定 3.知識(shí)系統(tǒng)的建立 1）選擇知識(shí)表達(dá)方式 2）建造知識(shí)庫(kù) 4.形成原型系統(tǒng) 5.系統(tǒng)修正與擴(kuò)

17、展 6.投入使用 7.系統(tǒng)維護(hù) 八1. 綠色產(chǎn)品的特征：1.技術(shù)先進(jìn)性 2.環(huán)境保護(hù)性 3.材料、資源利用最優(yōu)性 4.安全性 5.人-機(jī)和諧性 6.良好的可拆卸性 7.經(jīng)濟(jì)性 8.多生命周期性 2. 綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容：1.綠色設(shè)計(jì)材料的選擇 2.可拆卸性設(shè)計(jì) 3.模塊化設(shè)計(jì) 4.可回收性設(shè)計(jì) 5壽命設(shè)計(jì) 6.人性化設(shè)計(jì) 3. 綠色設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則：1.注重利用環(huán)境友好型的原則 2.方便廢棄材料回收的原則 3.最大限度利用材料資源的原則 4.可拆卸性及可維護(hù)性設(shè)計(jì)原則 5.可重復(fù)利用和可交叉利用性原則 6.應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的原則4. 綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)：1綠色設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建 2.綠色設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)的建立 3.綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系及方法 5. 表面工程的關(guān)鍵技術(shù)有：紋理技術(shù)、曲面設(shè)計(jì)、色彩圖案設(shè)計(jì)。6. 幾種新的曲面造型方法：1.基于物理模型的曲面造型方法 2.基于偏微分方程（PDE）的曲面造型方法 3.流曲線曲面造型。7. 摩擦設(shè)計(jì)的內(nèi)容：1.表面形貌設(shè)計(jì) 2.潤(rùn)滑設(shè)計(jì) 3.摩擦副表面層設(shè)計(jì)8. 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法：1.按初步設(shè)計(jì)圖樣或?qū)嵨镞M(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模 2.按照所建立的動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算系統(tǒng)