现代设计方法课程介绍5篇

第一篇：现代设计方法课程介绍

现代设计方法-课程介绍

1.课程的总体情况

现代设计方法学是一门正在形成和发展的新兴学科，它研究产品设计规律、产品设计程序及产品设计各阶段具体方法。现代设计方法学是机械工程及自动化等相关专业的一门重要课程，课程计划36-45学时.2.教学目标

本课程试图用系统工程的观点，综合各门课程基础知识，使学生掌握机械产品设计通用方法，其目的在于总结设计规律、启发创造性。在给定条件下，实现高效、最优化设计，培养开发性、创造性产品设计人才。

3.主要教学内容

基于现代设计方法种类繁多，内容又十分广泛的特点，任课教师结合多年来从事教学与科研工作的经验，将本书的重点放在目前应用十分广泛的五大类现代设计方法：创新设计、优化设计、可靠性设计、弹性力学有限元及设计中评价与决策方面。这五种方法，突出体现了现代设计方法与传统设计方法在思想方法上所发生的三个方面的深刻变化，即设计最优化思想、高速度高精度分析思想与设计参数随机化的思想。

4.教学方法

本课程教学始终贯彻理论-方法-应用教学理念。具体方法如下：

⑴ 在上课之前首先布置同学们对下一次要上课的内容进行复习，而在上课时首先挑选1-2位同学对其进行提问，看一看他们对将要学习课程内容的自学理解，然后，再根据情况，以简洁的语言将课程内容讲解一遍，对关键内容重点讲解。

⑵ 在理论-方法讲解后，通常要通过1-2个实例来讲解这理论的应用方法和步骤。

5.教学特点

本课程教学的主要特点是，针对工科应用性强的特点，采用了理论结合实际的教学方法。通过理论-方法-应用教学理念能使学生更好的理解。

6.选定的教材

本教材是该主讲老师主编，苏州大学出版社出版，连续使用了6届，修订了二次，正在准备第三次修订。

第二篇：现代设计方法课程教学大纲

现代设计方法

总学分：2 总学时：30 课程英文名称：Modern Design Methods 先修课程：

机械设计基础、机械原理、高等数学、计算机基础、运筹学 适用专业：

机械设计制造及其自动化、机械电子工程

一、课程性质、地位和任务

现代设计方法是机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、机械电子工程专业的专业选修课。现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门多元交叉学科，是以设计产品为目标，以提高设计质量和缩短设计周期为目的而发展起来的一系列新兴学科的集成。主要任务是系统学习现代设计方法的特点、技术体系、现代设计的基本理念和思路，以及一些应用广泛、实用性强的设计方法的理论及其应用。

二、教学目标要求

1.理解现代设计方法的基本概念及其特点，能以计算机为手段应用几种典型的现代设计方法解决产品设计中的主要问题；

2.掌握优化设计、可靠性设计和有限元法的基本理论和方法，建立产品设计的理念，并能正确地运用于机电产品设计。

三、理论教学内容及安排

第1章 绪 论（2学时）

教学目标：理解设计及设计系统的基本概念及内涵，部分现代设计方法的基本概念及内容；掌握现代设计方法的概念及主要内容，以及传统设计方法与现代设计的方法的区别及其特点。

重点、难点：重点是现代设计方法的基本概念及内容；难点是传统设计方法与现代设计的方法的区别及其特点。

1.1 设计的概念 1.2 设计系统

1.3 传统设计与现代设计 1.4 部分现代设计方法简介 1.5 学习现代设计方法的意义 第2章 优化设计（16学时）

教学目标：理解优化设计的基本概念及其分类，以及多目标和离散变量的优化方法；掌握优化设计的几何意义和终止准则、一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法。

重点、难点：重点是优化设计的几何意义和终止准则、一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法。难点是可行方向法和变尺度法。

2.1 优化设计的基本概念与数学模型(1学时)2.1.1 优化设计的概念 2.1.2 优化设计的数学模型 2.1.3 优化设计的分类

2.2 优化设计的几何意义与终止准则(1学时)2.2.1 优化设计的几何意义 2.2.2 数值迭代法及准直准则 2.3 一维搜索法(4学时)2.3.1 概述

2.3.2 常用的一维搜索法 2.3.3 黄金分割法 2.3.4 二次插值法

2.4 无约束优化问题(4学时)2.4.1 梯度法

2.4.2 牛顿法

2.4.3 共轭方向法

2.4.4 变尺度法 2.5 约束优化问题(4学时)2.5.1 可行方向法

2.5.2 惩罚函数法

2.6 多目标优化与离散变量优化问题(2学时)2.6.1 概述

2.6.2 多目标优化问题

2.6.3 离散变量优化问题

2.6.4 优化结果分析

第3章 可靠性设计（8学时）

教学目标：理解可靠性设计的必要性和基本内容、常用指标和设计原理；掌握可靠性设计的基本概念、常用分布函数的性质及其特点、可靠度的计算方法和系统可靠性的预测方法。

重点、难点：重点是可靠性设计的基本概念、常用指标和分布函数、可靠度的计算方法和系统可靠性的预测方法；难点是可靠性设计的原理及系统可靠性预测方法。

3.1可靠性设计的概念及特点(1学时)3.1.1 可靠性的概念及特点 3.1.3 可靠性设计的必要性 3.1.4 可靠性的基本内容

3.2 可靠性设计的常用指标(1学时)3.2.1 概率指标 3.2.2 寿命指标

3.3 可靠性设计常用的分布函数(1学时)3.3.1 离散型分布函数 3.3.2 连续性分布函数 3.4 可靠性设计原理(1学时)3.4.1几个概念的扩展

3.4.2 应力—强度分布的平面干涉模型 3.5 可靠度计算(2学时)3.5.1可靠度的确定方法

3.5.2可靠度计算

3.6系统的可靠性设计(2学时)3.6.1 概述

3.6.2 系统可靠性预测

3.6.3 故障树分析法在系统设计中的应用 第4章 有限元法(6学时)教学目标：理解有限元的特点、基本作用及分类；掌握有限元法的基本概念和有限元法的求解步骤。

重点、难点：重点是有限元法的基本概念以及有限元法的求解步骤；难点是单元刚度矩阵和总体刚度矩阵的求解。

4.1 概述(2学时)4.1.1 有限元法的基本概念

4.1.2 有限元法的特点及基本作用

4.1.3 有限元法的分类

4.2 有限元的求解方法及步骤(4学时)4.2.1 有限元法求解的基本步骤

4.2.2 有限元法分析过程

4.2.3 有限元法求解示例分析

四、教学方式及考核方式

课程考核方式：平时作业、课程论文、考试

课程成绩评定：平时作业及考勤(20%)、课程论文(20%)、结业考试(60%)

五、主要参考文献

[1]王凤岐.现代设计方法及其应用.天津：天津大学出版社，2008 [2]陈继平，李元科.现代设计方法.武汉：华中科技大学出版社，1996 [3]孙新民.现代设计方法实用教程.北京：北京大学出版社，2009 [4]应锦春.现代设计方法.机械工业出版社，2002 [5]李思益，任工昌，郑甲红等.现代设计方法.西安：西安电子科技大学出版社，2008 [6] http://www.xiexiebang.com/

第三篇：学习“现代设计方法”课程感想

学习“现代设计方法”课程感想

11材料2班

夏万林

学号20110410210234

现代设计方法，用英文取名为“Modern Design Technique”，是当今时代为产品制造或工程项目完成到实体化全过程而制订的技术上的方案、图样与程序。“现代设计方法”是对应于传统设计方法而提出与发展的，为一种大概念，有大的范畴，其下位可有现代机械设计方法、现代模具设计方法等。

进入大三，迎接我们的是真正的专业课，不再是以前的公共课或者是专业基础课，而《优化设计导论》作为专业课中的必修课，即是非常重要的一门课，同时也是一门结合机械类各科目知识的一门综合性课程。在近一学期的学习中，我不仅仅是学到了比较多的综合性设计方法同时也很好的认识了我们的好老师-卢老师。卢老师的课堂教学非常幽默且具有非常强的科学性。卢老师基本上是每节课都会要求同学自己动手画画做做，不要总是这样听着而什么是事都不做，尽量调动大家学习的积极性，让大家多学点，让同学愿意听，想去学。

这门课程给我们讲解了有限元设计、优化设计、机电一体化设计、计算机辅助设计、创新设计、生命周期设计、虚拟设计、稳健设计、并行设计、智能设计等十种现代设计方法。其中前面四种为较成熟应用正普及类，后面六种为较新颖内容正发展类，可以说是设计学的一个大综合。广义最优化方法有解析法、数值法、图解法、实验法、情况研究法等，工程技术问题中的最优化方法主要是指解析法和数值法，且以数值法为最典型、最具代表性，因此、本书主要讲述数值法。纵观世界机械类设计发展历史，从19世纪中叶英国工业革命至今，机械工业不断革新其要求也不断改变，现今对各个设计员的要求不断提升，由以前的单一机械结构设计到后来的机电一体化再到如今的机、电、计算机三位一体的设计要求，这样对于我们大学生尤其是三本院校的大学生，本身基础较薄弱，学习现代设计要求也不断提高、相应的难度也在提升。

通过这半个学期的学习，自己对现代设计方法有了一定的认知和掌握。我觉得开设本课程要达到的主要目的是：通过对经典解析法、线性规划与非线性规划法、数值法中的基本概念、理论和方法的学习，对工程设计实例分析的了解和熟悉，我们可以拓宽视野，增强创新设计意识，掌握现代设计方法的基本思想和基本方法，初步具有解决机械优化设计和分析问题的能力。学校的图书馆也有许多相关的书籍期刊，通过课本的学习和课外知识的学习以及《机械设计》课程学习的基础，我对设计过程的复杂性和相关基础过程有了一定的认识，其过程主要为首先是任务的提出，确定需求和潜在的需求；然后是可理解的形成，即概念设计，包括扫描技术可能和产生矛盾统一设想；最后是对可能解的评估、优选和确认，并产生最终解。通过这门课程的学习我还解决了另一个问题，对机械设计的现代设计方法的相关类型有了一定的认识。通过课程中的优化设计、解析法、数值法等方面的学习我深刻的认识到现代设计方法主要基于以下四个类型开展设计方案的。主要是结构模块化设计方法、基于产品特征知识的设计方法、系统化设计方法、智能化设计方法四个方面的设计方法，我的学习提纲也就是从这四个方面铺开的。

这半个学期的学习使我受益匪浅，不仅仅是解决了这两个问题，更重要的是对现代设计方法有了个总的认识，对自己的专业能力有了很大的提高，这将是将来工作以及学习更广阔的专业知识的夯实基础，也为我将来的考研以及更远的就业提供了很好的基础，只有你专业知识学的好，将来工作上才能够游刃有余，才能够在人生的道路上走的更加平稳、快速，取得人生的辉煌。最后，感谢卢老师对我们的教导与教诲，您的辛勤工作给我们带来的将是我们无尽的人生财富，助我们扬帆人生。谢谢您！

第四篇：现代设计方法总结

现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。

现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计

一、并行设计

并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。并行设计作为现代设计理论及方法的范畴，目前已形成的并行设计方法基本上可以分为两大类:(l)基于人员协同和集成的并行化。就是把组成与产品方面有关的，针对给定设计任务的专门的、综合性的设计团体(企业)协同起来。

丰田的 产品开发过程有四个主要内容： ●一个产生主要设计的概念论文的规划阶段 ●同步设计的系统设计阶段 ●一个具有设计标准的详细设计阶段 ●一个精益生产的样机模具阶段。

●广泛地协调，不仅仅在设计而且还有生产以及销售 ●协调从概念到市场完整的项目 ●概念创造以及概念支持者

●规格、成本目标、设计以及主要部件选择，确信产品概念精确地被转换为车型的技术细节 ●直接地、经常地与设计师以及工程师交流

●建立与顾客直接接触（产品经理办公室实施它自己的市场调查，除了通过市场营销进行的定期市场调查）。

前端设计

设计环节与供应商实现设计的集成 多部门协调研发 以客户为中心 降低批量规模

(2)基于信息、知识协同和集成的并行化。该方法基于计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改各零部件的设计模型，直至整个机电产品完成为止。可以采用面向制造(DFM)和面向装配(DFA)的设计方法，涉及CAX技术、产品信息集成(PDM)技术以及与人员协同集成有关的信息技术。

当然，这两种机电产品并行设计方法并不是相互独立的。在实际应用过程中，它们往往是紧密结合在一起的。实例：

并行工程应用于整车项目开发案例研究

在组织机构上，建立一支跨部门矩阵式的开发团队，团队全体成员共同对团队的目的和目标负责，每一个成员都能理解其职责。它确定团队活动的焦点，包括服务和产品。全体成员相互依赖，在协同环境中工作，实施信息预发布、设计评审及反馈，定期组织团队会议，进行信息交流、讨论，进行团队决策，确保团队计划向前推进。结构上可将开发团队划分成若干小组（IPT）。

并行工程所需的体系结构通常由工程设计、质量管理、过程管理、软件环境和生产制造等5个系统组成（见图1）。

一般地，汽车整车产品开发共有4个大的阶段，即策划阶段、设计阶段、样品试制阶段和小批试制阶段。

并行工程在实施过程中对设计进度和质量控制都可分多级并行循环体，对开发进行协同、配合、反馈和修改的循环工作。设计部门与技术支持、工艺、质量、制造、销售、计算机仿真和供应商等部门形成一个大的循环体，各部门内部又有各专业小组之间的小循环体，根据需求不同可建立不同的循环体（见图2）。

1.在整车项目开发周期管理中的作用

图3所示为整车开发过程的大计划，纵向列出全部工作内容，横向列出整体开发的时间，在什么时间完成什么内容，是什么部门完成一目了然。大计划通过各部门充分讨论，达成共识、会签，并经总经理签字下发。各部门再根据大计划编制各部门更详细的计划，然后按计划并行实施。

从图中可以看出，大部分工作下游部门都提前几个月介入，这是缩短开发周期的关键，即所谓的并行，而传统的开发流程总是需要上游部门完成后再进行下游部门的工作。

以模、夹具的开发为例，运用并行工程，其与车身工程设计几乎同时进行，从整个计划第4个月开始介入，在整个开发周期的第22个月完成。而运用串行工程，其在车身工程设计完成后进行，从整个计划第15个月才介入，在整个开发周期的第34个月才完成。运用并行工程开发时间上节约近36%，整个产品开发周期可以缩短40%～50%。

设计部门不断预发布、评审、输出，相关部门评审、验证意见和建议不断反馈，然后设计不断更改，通过预发布和设计评审、修改若干个循环，这样可以把不必要的失误和不足消灭在设计阶段，同时优化设计。在各系统设计输出评审的时候，相关部门的意见至关重要。在产品开发的早期阶段解决设计问题，所冒的风险和损失最小。

各系统的设计和预发布评审都需相关部门的工程师参加，反馈意见马上修改。

造型设计，预发布评审需邀请设计部门的领导、设计总师、设计工程师、工艺工程师、模具工程师、制造工程师和销售人员等。

总布置设计，需邀请车身、底盘、电器以及内外饰各系统工程师、整车安全法规工程师等参与预发布评审。

小批试制阶段，小批试制是批产前的关键过程，所有的问题必须在此阶段解决，无论是技术性的还是生产性的问题，设计、工艺、模具、夹具、制造和质量工程师必须全程跟踪，发现问题及时修改、验证。公告认证、安全气囊匹配验证和ABS匹配验证等的验证工作大都选用这阶段生产的车，因为时间上可以提前，可并行完成，车况上与量产车非常接近。

总之，在整车开发的各个过程中，相关的部门都是提前渗入、协同工作、及时反馈、及时修改，使开发全过程方案更改次数减少50%以上，质量达到最佳，为质量的“零缺陷”打下基础。

二、虚拟设计

在达到产品并行的目的以后，为了使产品一次设计成功，减少反复，往往会采用仿真技术，而对机电产品模型的建立和仿真又属于是虚拟设计的范畴。所谓的虚拟制造(也叫拟实制造)指的是利用仿真技术、信息技术、计算机技术和现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，发现制造过程中可能出现的问题，在真实制造以前，解决这些问题，以缩减产品上市的时间，降低产品开发、制造成本，并提高产品的市场竞争力。

虚拟设计能实现在产品加工制造之前，建立产品的功能、结构模型，并能对其进行修改和评审，以满足不同客户的要求。它不仅继承了传统CAD设计的优点也具备了仿真技术可视化的特点，更能支持协同工作和并行设计，从而缩短了产品开发周期并通过各先进技术的利用和补充，使产品保持技术上的优势。

汽车车辆虚拟设计与制造技术应用实例

(1)车身设计阶段使用One-Step仿真软件进行快速冲压成形性校核，可大大减少设计返回带来巨大损失。

(2)模具设计阶段采用Increment仿真软件进行冲压仿真分析，可大大减少模具调试时间。

汽车研发典型流程中，实际工作中，经常出现某些车辆冲压件成形困难不得不返回设计部门更改设计现象，不得不牺牲总体性能来解决局部设计问题。解决该问题最好办法是对车辆件设计后立刻进行成形性校核，发现问题及早解决。由此产生了一步逆成形（One-Step Forming）软件，如瑞士AutoForm.Eng.公司AutoForm/One-Step、加拿大FTI公司Fast3D、法国SIMTECH公司SIMEX 以及我们自主开发KMAS/One-Step软件等。

一步成形也称逆成形法（Inverse Approach-I.A.）。与传统增量法由坯料到冲压件成形顺序相反，它是由制件逆成形方向反推到坯料。它可以模拟一步或多步成形、翻边等成形过程。一步成形计算速度非常快（中等件小于20分钟），能够比较准确预示制件成形性，为结构和碰撞分析提供真实信息（厚度、应力等），将它作为预警系统用于车型开发早期阶段。

汽车制造中瓶颈问题之一是车辆模具设计与制造，特别是拉延模设计。为解决这一问题，近十年来国内外汽车模具行业广泛采用了虚拟设计技术，即采用增量分析软件进行冲压过程仿真。这类软件如法国ESIPAM-STAMP、美国LS-DYNA、瑞士AutoForm.Eng.公司AutoForm /Increment和我们自行开发KMAS/Increment软件等。

三、绿色设计

绿色设计是指以环境资源保护为核心概念的设计过程，其基本思想就是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳人产品设计之中，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

产品的绿色设计主要包括以下内容:(l)产品材料的选择和管理。产品的材料不仅要满足传统设计的使用和性能要求，也包括对环境约束准则的考虑。

(2)产品可拆卸性和可回收性设计。可拆卸性设计是将废弃淘汰产品的连接按照需要和回收目标拆开而将零部件相互分离，及用利于产品拆卸的连接方式代替传统的连接方式;可回收性设计则是将产品中的可重用零部件及材料按照其性质进行分类，以便实现零部件重用或材料循环的一种设计思想和方法。

(3)绿色产品成本分析和设计数据库的建立。对产品的成本分析不仅包括了产品原始成本的分析，还包括产品环境成本的分析，以便设计出更绿色、成本更低的产品。而产品绿色设计数据库包括与产品寿命周期中环境、经济等有关的基础数据，以及各类评判标准。

(4)产品的绿色包装设计。除了设计出能满足客户要求和喜爱的产品造型和样式之外，还要充分考虑包装对环境的影响因素。

产品设计的基本流程为：市场调研--草图构思--方案设计。具体到绿色设计在产品设计中的应用，其过程可分为四个阶段：

1、市场调研

在市场调研阶段，将产品的绿色因素作为调研时的一项重点内容。在此阶段，对产品在人、资源与环境等方面存在的绿色缺陷做出调查研究，并进行分析，形成理性的调研报告。通过市场调研，可以发现产品中所蕴含的绿色机遇。可以利用前文所述的产品绿色因素，对市场做出合理的关于绿色因素的调研。同时评估出未来产品的绿色设计需求，指出现有产品与目标产品的差距。

2、概念设计

在具体的产品设计流程中，将通过市场研究所得来的绿色机遇，通过草图设计-方案筛选-方案设计流程，把功能、造型、色彩、人机等诸因素融入到产品设计中去。使产品满足绿色设计的三大要求：Reduce(节约)Reuse（回收利用）Recycle（循环）；二是通过产品设计中的造型、色彩、人机等因素的协调设计，使得用户在使用绿色产品的时候，能够感受到产品的绿色因素。

3、方案确定

对概念设计方案进行评估，得到最终确立方案。对方案的评估有两个方面，一是在设计、制造、包装、运输、消费、报废和回收过程中，废弃物的量作为衡量标准，尽可能的减少该过程中废弃物的量，二是看产品的在使用过程中，是否能够很好的让消费者感受到产品的绿色因素，可着重于考察产品的人机、形态和色彩。

4、详细设计

在产品的详细设计阶段，继续深化产品的绿色因素，进行详细的产品设计。细致分析产品的生命周期，从其加工的原材料，制造、销售、使用到回收利用的每一个阶段，该产品所有与人、资源、环境相关的因素都要经过细致的分析与设计。在此设计阶段可以借助虚拟技术进行产品开发，可以在虚拟的环境下，进行产品设计，生成软产品模型以进行形态和功能的评价与测试，这样就可避免生成硬模型带来的能源和资源上的浪费，有利于缩短产品开发周期，降低成本，减少污染。

四、可靠性设计

机电产品的可靠性设计可定义为:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计是以概率论为数学基础，从统计学的角度去观察偶然事件，并从偶然事件中找出其某些必然发生的规律，而这些规律一般反映了在随机变量与随机变量发生的可能性(概率)之间的关系。用来描述这种关系的模型很多，如正态分布模型、指数分布模和威尔分布模型。可靠性常用的数值标准有:可靠度(Reliability)、失效率(FailureRate)平均寿命(MeanUfe)。机电系统的可靠性不仅与组成系统单元(机械单元、电气单元或混合单元)的可靠性有关，还与组成该系统各单元间的组合方式和相互匹配有关。通常机电产品的可靠性设计包括以下几个方面的内容:(l)明确机电产品中机械部件和电气部件的设计制造要求。

(2)系统可靠性建模。系统常用的可靠性建模方式有:串联系统建模、并联系统建模、混联系统建模、k/n系统建模和储备系统建模。可通过这些数学模型并采适当的算法来计算出机电系统的可靠性。

(3)可靠性可预测。预测单元(机械单元、电气单元或混合单元)的可靠性，首先要确定单元的基本失效率，它们是在一定的环境条件下得出的，设计时可以从相关的手册、资料中查得。然后根据公式入=k入b来确定各单元的应用失效率，k为修正系数，可由专门的资料中查得。对于不同的机电系统，其可靠性预测的方法也不同，常用的有元器件统计法、数学模型法和故障树分析法等方法。

(4)可靠性的分配。根据机电产品各单元技术水平、复杂程度、重要程度以及相关费用等条件来决定，总的来说都是为了获取系统最高的可靠性。现在常用的分配方法有等分发、再分发、Agree分配法和相对失效法和相对概率法。

五、智能优化设计

随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。

而实现的手段有:(l)模糊设计。模糊设计是以模糊数学为理论基础，它首先通过对设计对象的各项性能指标建立满足某些模糊集合的隶属度函数，并按其重要性乘以不同的加权引子，然后按一定的算法得到综合模糊集合的隶属函数，再通过优化策略，把模糊问题向非模糊化转化，从而实现寻优的过程。现在机电产品中涉及到模糊理论的场合很多，如模糊冰箱、模糊洗衣机、模糊微波炉，它们正悄然地改变着人们的生活方式。

(2)神经网络优化设计。神经网络是一种模仿人类大脑结构、功能的信息处理智能系统，一般由多输人单输出非线性单元组成神经元，各神经元按一定的模式连接，并构成各种连接模型。它通过反复的训练和学习以及自身的适应能力来完成对复杂信息的处理，使输出达到最优。神经网络的重要特征就是具有很强的自适应、自组织、自学习的能力和强容错性。为实现机电产品智能化的功能，还有一个途径就是利用专家系统的框架。通过提取人类成熟的操作经验和知识，以知识库为核心，配以特征知识处理，并采用不同的匹配法则和推理机制，构成完整的最优决策系统。

.六、计算机辅助设计

机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多。

计算机辅助设计的过程,首先进行功能设计,选择合适的科学原理或构造原理,然后进行产品总图的初步设计、产品选型和外型的初步设计;从总图派生出零件,对零件的造型、尺寸、色彩等进行设计,对零件

进行有限元分析,使其结构及尺寸与应力状态相适应;对零件进行加工模拟,对其性能做出评价、分析和优化,最终完成零件的工作图;在计算机上制定零件制造工艺,在相应的设备上制造出零件。

如各种建模软件，solidworks proE AutoCAD等 现代CAD系统的功能包括:

(1)设计组件重用(Reuse of design components)

(2)简易的设计修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning)

(3)设计的标准组件的自动产生(Automatic generation of standard components of the design)

(4)设计是否满足要求和实际规则的检验(Validation/verification of designs against specifications and design rules)

(5)无需建立物理原型的设计模拟(Simulation of designs without building a physical prototype)

(6)装配件(一堆零件或者其它装配件)的自动设计

(7)工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表(Bill of Materials)

(8)设计到生产设备的直接输出

(9)到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出

七、动态设计

动态设计法是在计算参数难以准确确定、设计理论和方法带有经验性和类比性时，根据施工 中反馈的信息和监控资料完善设计，是一种客观求实、准确安全的设计方法。

传统的机械设计主要是依据静态条件下强度、刚度、稳定性及结构要求和材料选择来进行设计的，动态设计则以系统论，控制论为依据，在一定的位移，速度，力和力矩的干扰下对影响整机性能非常重要的战术指标（包括响应速度、跟踪精度和动态稳定性等）进行设计。

对初步设计产品(或需要进行改进的产品)进行机械结构或系统动力学建模和动态特性分析，根据工程实际要求，给出所要求的动态特性设计目标，按结构动力学“逆问题”分析法求解结构参数，从而得到一个具有良好动静态特性的产品，即不仅具有良好的工作工艺指标，而且机械设备本身还能够安全、可靠地工作，并满足相应的工作寿命要求。

机械动态设计的理论与方法主要包括以下四个方面：动力学建模、动态特性、计算实物试验、模型试验与试验建模、机械结构动力修改

基坑支护动态设计应用实例

动态设计通过建立监测系统和信息反馈有利于控制施工安全，并不断地将现场地下水及地质变化情况反馈到设计单位，调整完善设计。这一设计方法很适合用于基坑开挖支护、边坡治理等岩土工程。现以广东省某试验研究中心基坑设计为例，简要地介绍了动态设计的内容及方法。

动态设计过程

根据基坑周边环境及场地土情况，本基坑位移的最大预警值为 4cm（0.004h，h 即为开挖深 度）。为确保基坑施工的安全和开挖顺利进行，在整个施工过程中进行全过程监测，实施信息化施 工，并根据监测反馈的信息进行动态设计。下面仅以该工程实例Ⅰ区支护设计为例，详细介绍根 据监测结果及施工信息进行动态设计的全过程：

（1）基坑施工过程中，在Ⅰ区开挖第五层土及施工第五排锚杆时，14 号测点的水平位移由 2cm 突增至4.6cm，超过本基坑位移最大预警值。设计接收到监测预警后，立即修改原支护设计，要求在开挖面补打一排长3m 的?48 注浆花管做超前支护，并将第六排锚杆改为预应力锚杆，预应 力为80kN，以控制该区域基坑水平位移。至地下室底板浇筑完成，该测点的水平位移量仅增加 0.6cm，设计采用注浆花管超前支护及预应力锚杆控制位移是正确的，这两项措施成功地控制住了 开挖引起的水平位移。

（2）施工放线发现：Ⅰ区支护的部分锚杆将碰倒临近的高层住宅的地下室侧壁。设计根据现 场情况，将原第一、二排锚杆倾角由20°调整为30°。

动态设计在整个施工期中根据实际情况不断地调整原设计剖面。

八、模块化设计

结构模块化设计主要是以功能化的产品结构为基础，分解现有的产品，在分解中考虑到各个要素的可行性，从而在早期就预测到设计中可能会出现的矛盾，提高设计的可行性和可靠性，降低产品的成本。

模块化设计在齿轮减速器中的应用 市场调查分析与参数范围的确定

模块化设计的一个重要前提是必须对产品的品种和规格以及市场对同类产品的需求量有充分的了解，只有这样才能开展模块的划分、创建、组合$ 根据市场调查，为满足冶金、矿山、建筑、化工、轻工等行业的需要，拟设计中小功率的通用齿轮减速器系列

齿轮减速器主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、圆柱—圆锥齿轮减速器三种结构，为了使齿轮减速器通过单元模块组合，实现系列产品内传动件互换，拟定产品的装配形式共 减速器各级齿轮传动中心距的确定主要考虑两个因素：一是尽可能实现各级齿轮等接触 强度传动；

减速器整机结构具有明显的分级特性，在进行模块化设计时，以产品的功能分析为基础，将产品的总功能分解为若干层次较高的综合性功能单元，如图然后根据不同的需

求，将这些综合性功能单元分别细化为若干层次较低的、可互换的、独立的基础单元，如齿轮、轴承的分级分解如图

对一定界限内的不同产品的性能、规格进行分析得出的一系列的功能模块，这些模块成为基础，通过对它的选择，重新组合构成不同的产品，以满足市场需求。根据各部件的位置及功能不同，设计为一个个独立的模块，模块之间又可以组成一个大单元，如机械液力变矩器、变速器和中央传动一体化单元等，使整机的装配和维护更为方便。从工程机械的传动方式看，传统的“液力变矩十动力换档变速箱+两级最终传动”方式，逐步向模块化的传动方式转变。如采用典型模块化设计的传动系统为：外分流式液力变矩器+传动轴+动力换档变速器与中央传动的组合+离合器与盘式制动器的组合+行星最终传动。

九、计算仿真设计

根据工程机械不同的作业功能，在计算机上模拟各种作业过程，以分析和确定各种状态下的作业参数，研究工程机械各系统主要部件的结构合理性，借助数学实验等方法预估工程机械的作业效果，从而可大大减少设计上的失误，避免或减少走弯路。

空调系统计算机仿真设计实例李锐

计算机控制程序用Visual Basic 语言编写, 其中用到重要的通信控件———MSComm。该控件使各自控设备与计算机得以沟通, 实现了计算机对空调房间内温度、湿度、CO2 浓度的监测及对电动调节风

阀、电加湿器、新风口的自动控制。

空调系统的计算机监控原理

如图1 所示,被控变量(温度、湿度、CO2 浓度)由传感器测 得的电压模拟量先经过变送器转换成0～5V 的电压, 然后经过A/D 控制器转换(A/D 转换)成CPU 能够处理的数字量(0～255)。当计算机 接收了给定量和被控变量的反馈量后, 运用微处理器的各种指令, 对 该偏差值进行控制规律的运算, 再经过A/D 控制器转换(D/A 转换), 把数字信号转换成电压模拟控制信号去驱动电动执行器(如电动调节 风阀的电动机), 或直接输出开关量电信号通过继电器来驱动开关(如 电加湿器、新风口的开关), 从而实现自动控制作用。

界面的设计包括一个主窗体、五个子窗体、一个“关于”对话框和一个标准模块。见图2。①主窗体, 即“空调系统的计算机仿真”窗体。②“控制”子窗体。③“系统图”子窗体。④“历史记录”子窗体。⑤“曲线图”子窗体。⑥“帮助”子窗体。

⑦“关于我的应用程序”对话框。⑧标准模块。

监视与控制子窗体分“输入”“输出”两大块。“输入”指采集到的各参数的现时值, 为监测部分;“输出”指经程序运算后要给各执行器输出的控制值, 为控制部分。

十、人机学设计

应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等.所谓人性化产品，就是包含人机工程的的产品，只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。

在现行的上机条件下，笔直坐立时，操作员常常是手臂向前悬空着来操作键盘和鼠标的。手臂的悬空形成了肩颈部的静态疲劳，放弃维持直坐姿势而塌腰驼背，或者是把手腕摩擦桌面 电脑椅,学生电脑椅人机工程学设计说明

设计方案:

l 人的身体姿势与腰椎形状的关系:

⑴ 人的背后仰和放松时，椎间盘内压力最小。(2)靠背倾斜角越大，肌肉负荷越小。

(3)5cm厚的短靠腰（靠住腰部，也叫地靠腰），与最简单的面的靠背相比，可降低椎间盘压力，减轻肌肉负荷。

⑷ 靠背最佳倾斜角（与程度面夹角）为120°，坐面最佳角度（与程度面夹角）为14°，靠背应力5cm厚的地靠背支撑着身体上部分的重量，从而减小了椎间盘内压力。

根据人的身体姿势与腰椎形状的关系确定学生座椅的具体人机设计要素：

学生电脑椅使用时人身体前倾，凹缘支撑住腰部，而放松休息时，人的身体后靠，靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲线。因此应具有高靠背垫腰凹缘。⑴高度可调。办公椅的高度调节范围为38-53cm。

(2)可防止座椅滑动和翻倒。椅脚应设计5个，等分在直径为40-45cm的圆周上。

(3)给人留有足够的活动空间。需要时常站起来的座椅应采用小脚轮。⑷应保证腿的活动空间，以减轻腿的疲劳。

(5)坐面应为40～45cm宽，38～42cm长，坐面中部稍微下凹，前缘呈弧球面，坐面后倾4°～6°。(6)坐面的材料应透气而且不出溜(例如毛料)，以增加坐面的舒服感。

（7）在座椅右侧扶手旁边设置一个可以上翻后旋转的键盘和鼠标的操作台，使座椅与显示器荧幕之间的间隔有更大的自由度同时利于腾出电脑桌空间。此附带加上装置可配合电脑桌拥挤时使用，观看视频或图片（画手绘就利便了）。

用电脑，把台面分为可别离调整高度的两部分，保证适合的显示器高度和键盘高度。

十一、摩擦学设计

摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘摩擦学系统过程研究学科。以减小摩擦为目的的设计，即为摩擦学设计。

世界上使用的能源大约有1/3～1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。

人类对摩擦现象早有认识，并能用来为自己服务，如史前人类 的钻木取火。《诗经·邶风·泉水》中有“载脂载宣，还车言迈”的诗句，表明中国在春秋时期已应用动物脂肪来润滑车轴。

摩擦学研究的对象很广泛，在机械工程中主要包括动、静摩擦，如滑动轴承、齿轮传动、螺纹联接、电气触头和磁带录音头等；零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击，如犁铧和水轮机转轮等；机械制造工艺的摩擦学问题，如金属成形加工、切削加工和超精加工等；弹性体摩擦，如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动力渗漏等；特殊工况条件下的摩擦学问题，如宇宙探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等，深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等。

此外，还有生物中的摩擦学问题，如研究海豚皮肤结构以改进舰只设计，研究人体关节润滑机理以诊治风湿性关节炎，研究人造心脏瓣膜的耐磨寿命以谋求最佳的人工心脏设计方案等。地质学方面的摩擦学问题有地壳移动、火山爆发和地震，以及山、海，断层形成等。在音乐和体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题。

十三、疲劳设计

疲劳

材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

发展趋势 飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件，大多在循环变化的载荷下工作，疲劳是其主要的失效形式。因此，疲劳理论和疲劳试验对于设计各类承受循环载荷的机械和结构，成为重要的研究内容。疲劳有限寿命设计中进行寿命估算，必须了解材料的疲劳性能，以此作为理论计算的依据。由于疲劳寿命的长短取决于所承受的循环载荷大小，为此还必须编制出供理论分析和全尺寸疲劳试验用的载荷谱，再根据与各种疲劳相适应的损伤模型估算出疲劳寿命。疲劳理论的工程应用，经历了从无限寿命设计到有限寿命设计，有限寿命设计尚处于完善阶段。发展趋势是：①宏观与微观结合，探讨从位错、滑移、微裂纹、短裂纹、长裂纹到断裂的疲劳全过程，寻求寿命估算各阶段统一的物理-力学模型。②研究不同环境下的疲劳及其寿命估算方法。③概率统计方法在疲劳中的应用，如随机载荷下的可靠性分析方法，以及耐久性设计等。

十四、反求设计

反求设计（也称逆向设计），是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理)，并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的CAD模型(曲面模型重构)，并进一步用CAD/CAE／CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。

逆向设计的流程示意：产品样件 → 数据采集 → 数据处理CAD/CAE/CAM系统 → 模型重构 → 制造系统 → 新产品。

概念车车身造型设计方法的研究，2004年国际工业设计研讨会暨第9届全国工业设计学术年会 本文运用反求工程的基本原理,通过电动概念车车身的研发,从汽车概念设计的角度,提出了一种新的造型设计方法,它以反求工程为基础,将正向设计和反向设计相互结合起来,利用计算机辅助进行车身造型设计.该方法通过建立车身特征曲线框架来进行概念车车身模型的构建,代替了传统反求工程制作实物模型的步骤,有效地提高了设计效率、降低了研制成本和缩短了研发周期.最后,以完成的电动概念车样车实例证明了该方法的正确性和有效性.十四、无障碍设计（barrierfreedesign）

这个概念名称始见于1974年，是联合国组织提出的设计新主张。无障碍设计强调在科学技术高度发展的现代社会，一切有关人类衣食住行的公共空间环境以及各类建筑设施、设备的规划设计，都必须充分考虑具有不同程度生理伤残缺陷者和正常活动能力衰退者（如残疾人、老年人）群众的使用需求，配备能够应答、满足这些需求的服务功能与装置，营造一个充满爱与关怀、切实保障人类安全、方便、舒适的现代生活环境。

无障碍设计首先在都市建筑、交通、公共环境设施设备以及指示系统中得以体现，例如步行道上为盲人铺设的走道、触觉指示地图，为乘坐轮椅者专设的卫生间、公用电话、兼有视听双重操作向导的银行自助存取款机等，进而扩展到工作、生活、娱乐中使用的各种器具。

十五、共用性设计UD(Universal Design)是指，在商业利润的前提下河现有生产技术条件下，产品（广义的，包括器具﹑环境﹑系统和过程等）的设计尽可能使不同能力的使用者（例如残疾人﹑老年人等），在不同的外界条件下能够安全﹑舒适地使用的一种设计过程。

实例：日本松下电器公司一直在潜心研究和开发的“共用设计”理念产品NA-V80GD斜式滚筒洗衣机，在外观方面创造性地将滚筒洗衣机的前开门倾斜了30°，变为斜向开门，它可以让不同年龄﹑身高﹑性别和特殊人群（包括残疾人）都能安全﹑方便的使用。

第五篇：现代设计方法感想

《现代设计方法》

学习心得体会

姓

名：

张

湉

序

号：

班

级：

09级机自2班

学

好：

24091901612

系

别：

机械与电子工程系

指导教师：

张晓红老师

日

期：

2012年4月7日

《现代设计方法》学习心得体会

——09机自2班 张湉（45号）

进入大三，迎接我们的是真正的专业课，不再是以前的公共课或者是专业基础课，而《现代设计方法》作为专业课中的必修课，即是非常重要的一门课，同时也是一门结合机械类各科目知识的一门综合性课程。在近一学期的学习中，我不仅仅是学到了比较多的综合性设计方法同时也很好的认识了我们的好老师-张老师。张老师的课堂教学非常幽默且具有非常强的科学性。张老师基本上是每20分钟左右便给我们一定的时间休息会儿，这样听课就不会非常疲惫，做到劳逸结合，确实学习效果也非常好。

这门课程给我们讲解了设计方法学、优化设计、可靠性设计、有限元法、机械动态设计、计算机辅助设计、人工神经元计算方法、工程遗传算法、智能工程等九种现代设计方法。可以说是设计学的一个大综合。虽然课程还没有讲解完，但是通过已经学的知识和预习的相关知识我对这一课程有了一定程度的认识。纵观世界机械类设计发展历史，从19世纪中叶英国工业革命至今，机械工业不断革新其要求也不断改变，现今对各个设计员的要求不断提升，由以前的单一机械结构设计到后来的机电一体化再到如今的机、电、计算机三位一体的设计要求，这样对于我们大学生尤其是三本院校的大学生，本身基础较薄弱，学习现代设计要求也不断提高、相应的难度也在提升。

通过这半个学期的学习，自己对现代设计方法有了一定的认知和掌握。我觉得开设本课程要达到的主要目的是：通过对机械优化设计和有限元分析中的基本概念、理论和方法的学习，对工程设计实例分析的了解和熟悉，我们可以拓宽视野，增强创新设计意识，掌握现代设计方法的基本思想和基本方法，初步具有解决机械优化设计与有限元分析问题的能力。学校的图书馆也有许多相关的书籍期刊，通过课本的学习和课外知识的学习以及《机械设计》课程学习的基础，我对设计过程的复杂性和相关基础过程有了一定的认识，其过程主要为首先是任务的提出，确定需求和潜在的需求；然后是可理解的形成，即概念设计，包括扫描技术可能和产生矛盾统一设想；最后是对可能解的评估、优选和确认，并产生最终 2 解。通过这门课程的学习我还解决了另一个问题，对机械设计的现代设计方法的相关类型有了一定的认识。通过课程中的设计方法学、优化设计、计算机辅助设计等方面的学习我深刻的认识到现代设计方法主要基于以下四个类型开展设计方案的。主要是结构模块化设计方法、基于产品特征知识的设计方法、系统化设计方法、智能化设计方法四个方面的设计方法，我的学习提纲也就是从这四个方面铺开的。

这半个学期的学习使我受益匪浅，不仅仅是解决了这两个问题，跟重要的是对现代设计方法有了个总的认识，对自己的专业能力有了很大的提高，这将是将来工作以及学习更广阔的专业知识的夯实基础，也为我将来的考研以及更远的就业提供了很好的基础，只有你专业知识学的好，将来工作上才能够游刃有余，才能够在人生的道路上走的更加平稳、快速，取得人生的辉煌。最后，感谢张老师对我们的教导与教诲，您的辛勤工作给我们带来的将是我们无尽的人生财富，助我们扬帆人生。谢谢您！

参考文献：

《现代设计方法》 梅顺齐 何雪明主编 华中科技大学出版社；