第一篇：現代設計方法3000字總結

現代設計方法

現代設計方法是隨著當代科學技術的飛速發展和計算機技術的廣泛應用而在設計領域發展起來的一門新興的多元交叉學科。以滿足市場產品的質量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優為目的,以計算機輔助設計技術為主體,以知識為依托,以多種科學方法及技術為手段,研究、改進、創造產品和工藝等活動過程所用到的技術和知識群體的總稱。

現代設計方法有:并行設計、虛擬設計、綠色設計、可靠性設計、智能優化設計、計算機輔助設計、動態設計、模塊化設計、計算機仿真設計、人機學設計、摩擦學設計、反求設計、疲勞設計。

一、并行設計

并行設計是一種對產品及其相關過程(包括設計制造過程和相關的支持過程)進行并行和集成設計的系統化工作模式。強調產品開發人員一開始就考慮產品從概念設計到消亡的整個生命周期里的所有相關因素的影響，把一切可能產生的錯誤、矛盾和沖突盡可能及早地發現和解決，以縮短產品開發周期、降低產品成本、提高產品質量。

二、虛擬設計

在達到產品并行的目的以后，為了使產品一次設計成功，減少反復，往往會采用仿真技術，而對機電產品模型的建立和仿真又屬于是虛擬設計的范疇。所謂的虛擬制造(也叫擬實制造)指的是利用仿真技術、信息技術、計算機技術和現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，發現制造過程中可能出現的問題，在真實制造以前，解決這些問題，以縮減產品上市的時間，降低產品開發、制造成本，并提高產品的市場競爭力。

三、綠色設計

綠色設計是指以環境資源保護為核心概念的設計過程，其基本思想就是在設計階段就將環境因素和預防污染的措施納人產品設計之中，將環境性能作為產品的設計目標和出發點，力求使產品對環境的影響為最小。

產品設計的基本流程為：市場調研--草圖構思--方案設計。

四、可靠性設計

機電產品的可靠性設計可定義為:產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠性設計是以概率論為數學基礎，從統計學的角度去觀察偶然事件，并從偶然事件中找出其某些必然發生的規律，而這些規律一般反映了在隨機變量與隨機變量發生的可能性(概率)之間的關系。用來描述這種關系的模型很多，如正態分布模型、指數分布模和威爾分布模型。

五、智能優化設計

隨著與機電一體化相關技術不斷的發展，以及機電一體化技術的廣泛使用，我們面臨的將是越來越復雜的機電系統。解決復雜系統的出路在于使用智能優化的設計手段。智能優化設計突破了傳統的優化設計的局限，它更強調人工智能在優化設計中的作用。智能優化設計應該以計算機為實現手段，與控制論、信息論、決策論相結合，使現代機電產品具有自學習、自組織、自適應的能力，其創造性在于借助三維圖形，智能化軟件和多媒體工具等對產品進行開發設計。

六、計算機輔助設計

機械計算機輔助設計（機械CAD）技術，是在一定的計算機輔助設計平臺上，對所設計的機械零、部件，輸入要達到的技術參數，由計算機進行強度，剛度，穩定性校核，然后輸出標準的機械圖紙，簡化了大量人工計算及繪圖，效率比人工提高幾十倍甚至更多。

七、動態設計

動態設計法是在計算參數難以準確確定、設計理論和方法帶有經驗性和類比性時，根據施工 中反饋的信息和監控資料完善設計，是一種客觀求實、準確安全的設計方法。

傳統的機械設計主要是依據靜態條件下強度、剛度、穩定性及結構要求和材料選擇來進行設計的，動態設計則以系統論，控制論為依據，在一定的位移，速度，力和力矩的干擾下對影響整機性能非常重要的戰術指標（包括響應速度、跟蹤精度和動態穩定性等）進行設計。

機械動態設計的理論與方法主要包括以下四個方面：動力學建模、動態特性、計算實物試驗、模型試驗與試驗建模、機械結構動力修改。

八、模塊化設計

結構模塊化設計主要是以功能化的產品結構為基礎，分解現有的產品，在分解中考慮到各個要素的可行性，從而在早期就預測到設計中可能會出現的矛盾，提高設計的可行性和可靠性，降低產品的成本。

模塊化設計的一個重要前提是必須對產品的品種和規格以及市場對同類產品的需求量有充分的了解，只有這樣才能開展模塊的劃分、創建、組合。

九、計算仿真設計

根據工程機械不同的作業功能，在計算機上模擬各種作業過程，以分析和確定各種狀態下的作業參數，研究工程機械各系統主要部件的結構合理性，借助數學實驗等方法預估工程機械的作業效果，從而可大大減少設計上的失誤，避免或減少走彎路。

十、人機學設計

應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關系和可及范圍等人體結構特征參數；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習慣等人體機能特征參數，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等。

所謂人性化產品，就是包含人機工程的的產品，只要是“人”所使用的產品，都應在人機工程上加以考慮，產品的造型與人機工程無疑是結合在一起的。

十一、摩擦學設計

摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關系的理論與應用的一門邊緣摩擦學系統過程研究學科。以減小摩擦為目的的設計，即為摩擦學設計。

世界上使用的能源大約有1/3～1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節省能源。另外，機械產品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設備維修次數和費用，又能節省制造零件及其所需材料的費用。

十三、疲勞設計

疲勞材料、零件和構件在循環加載下，在某點或某些點產生局部的永久性損傷，并在一定循環次數后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現象。

發展趨勢：飛機、船舶、汽車、動力機械、工程機械、冶金、石油等機械以及鐵路橋梁等的主要零件和構件，大多在循環變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗對于設計各類承受循環載荷的機械和結構，成為重要的研究內容。

十四、反求設計

反求設計（也稱逆向設計），是指設計師對產品實物樣件表面進行數字化處理(數據采集、數據處理)，并利用可實現逆向三維造型設計的軟件來重新構造實物的CAD模型(曲面模型重構)，并進一步用CAD/CAE／CAM系統實現分析、再設計、數控編程、數控加工的過程。

十四、無障礙設計（barrierfreedesign）

這個概念名稱始見于1974年，是聯合國組織提出的設計新主張。無障礙設計強調在科學技術高度發展的現代社會，一切有關人類衣食住行的公共空間環境以及各類建筑設施、設備的規劃設計，都必須充分考慮具有不同程度生理傷殘缺陷者和正常活動能力衰退者（如殘疾人、老年人）群眾的使用需求，配備能夠應答、滿足這些需求的服務功能與裝置，營造一個充滿愛與關懷、切實保障人類安全、方便、舒適的現代生活環境。

十五、共用性設計UD(Universal Design)是指，在商業利潤的前提下河現有生產技術條件下，產品（廣義的，包括器具﹑環境﹑系統和過程等）的設計盡可能使不同能力的使用者（例如殘疾人﹑老年人等），在不同的外界條件下能夠安全﹑舒適地使用的一種設計過程。

第二篇：現代設計方法總結

現代設計方法是隨著當代科學技術的飛速發展和計算機技術的廣泛應用而在設計領域發展起來的一門新興的多元交叉學科。以滿足市場產品的質量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優為目的,以計算機輔助設計技術為主體,以知識為依托,以多種科學方法及技術為手段,研究、改進、創造產品和工藝等活動過程所用到的技術和知識群體的總稱。

現代設計方法有:并行設計、虛擬設計、綠色設計、可靠性設計、智能優化設計、計算機輔助設計、動態設計、模塊化設計、計算機仿真設計、人機學設計、摩擦學設計、反求設計、疲勞設計

一、并行設計

并行設計是一種對產品及其相關過程(包括設計制造過程和相關的支持過程)進行并行和集成設計的系統化工作模式。強調產品開發人員一開始就考慮產品從概念設計到消亡的整個生命周期里的所有相關因素的影響，把一切可能產生的錯誤、矛盾和沖突盡可能及早地發現和解決，以縮短產品開發周期、降低產品成本、提高產品質量。并行設計作為現代設計理論及方法的范疇，目前已形成的并行設計方法基本上可以分為兩大類:(l)基于人員協同和集成的并行化。就是把組成與產品方面有關的，針對給定設計任務的專門的、綜合性的設計團體(企業)協同起來。

豐田的 產品開發過程有四個主要內容： ●一個產生主要設計的概念論文的規劃階段 ●同步設計的系統設計階段 ●一個具有設計標準的詳細設計階段 ●一個精益生產的樣機模具階段。

●廣泛地協調，不僅僅在設計而且還有生產以及銷售 ●協調從概念到市場完整的項目 ●概念創造以及概念支持者

●規格、成本目標、設計以及主要部件選擇，確信產品概念精確地被轉換為車型的技術細節 ●直接地、經常地與設計師以及工程師交流

●建立與顧客直接接觸（產品經理辦公室實施它自己的市場調查，除了通過市場營銷進行的定期市場調查）。

前端設計

設計環節與供應商實現設計的集成 多部門協調研發 以客戶為中心 降低批量規模

(2)基于信息、知識協同和集成的并行化。該方法基于計算機網絡來實現，各零部件的設計人員通過計算機網絡對機電產品進行設計，并進行可制造性、經濟性、可靠性、可裝配性等內容的分析及時的反饋信息，并按要求修改各零部件的設計模型，直至整個機電產品完成為止。可以采用面向制造(DFM)和面向裝配(DFA)的設計方法，涉及CAX技術、產品信息集成(PDM)技術以及與人員協同集成有關的信息技術。

當然，這兩種機電產品并行設計方法并不是相互獨立的。在實際應用過程中，它們往往是緊密結合在一起的。實例：

并行工程應用于整車項目開發案例研究

在組織機構上，建立一支跨部門矩陣式的開發團隊，團隊全體成員共同對團隊的目的和目標負責，每一個成員都能理解其職責。它確定團隊活動的焦點，包括服務和產品。全體成員相互依賴，在協同環境中工作，實施信息預發布、設計評審及反饋，定期組織團隊會議，進行信息交流、討論，進行團隊決策，確保團隊計劃向前推進。結構上可將開發團隊劃分成若干小組（IPT）。

并行工程所需的體系結構通常由工程設計、質量管理、過程管理、軟件環境和生產制造等5個系統組成（見圖1）。

一般地，汽車整車產品開發共有4個大的階段，即策劃階段、設計階段、樣品試制階段和小批試制階段。

并行工程在實施過程中對設計進度和質量控制都可分多級并行循環體，對開發進行協同、配合、反饋和修改的循環工作。設計部門與技術支持、工藝、質量、制造、銷售、計算機仿真和供應商等部門形成一個大的循環體，各部門內部又有各專業小組之間的小循環體，根據需求不同可建立不同的循環體（見圖2）。

1.在整車項目開發周期管理中的作用

圖3所示為整車開發過程的大計劃，縱向列出全部工作內容，橫向列出整體開發的時間，在什么時間完成什么內容，是什么部門完成一目了然。大計劃通過各部門充分討論，達成共識、會簽，并經總經理簽字下發。各部門再根據大計劃編制各部門更詳細的計劃，然后按計劃并行實施。

從圖中可以看出，大部分工作下游部門都提前幾個月介入，這是縮短開發周期的關鍵，即所謂的并行，而傳統的開發流程總是需要上游部門完成后再進行下游部門的工作。

以模、夾具的開發為例，運用并行工程，其與車身工程設計幾乎同時進行，從整個計劃第4個月開始介入，在整個開發周期的第22個月完成。而運用串行工程，其在車身工程設計完成后進行，從整個計劃第15個月才介入，在整個開發周期的第34個月才完成。運用并行工程開發時間上節約近36%，整個產品開發周期可以縮短40%～50%。

設計部門不斷預發布、評審、輸出，相關部門評審、驗證意見和建議不斷反饋，然后設計不斷更改，通過預發布和設計評審、修改若干個循環，這樣可以把不必要的失誤和不足消滅在設計階段，同時優化設計。在各系統設計輸出評審的時候，相關部門的意見至關重要。在產品開發的早期階段解決設計問題，所冒的風險和損失最小。

各系統的設計和預發布評審都需相關部門的工程師參加，反饋意見馬上修改。

造型設計，預發布評審需邀請設計部門的領導、設計總師、設計工程師、工藝工程師、模具工程師、制造工程師和銷售人員等。

總布置設計，需邀請車身、底盤、電器以及內外飾各系統工程師、整車安全法規工程師等參與預發布評審。

小批試制階段，小批試制是批產前的關鍵過程，所有的問題必須在此階段解決，無論是技術性的還是生產性的問題，設計、工藝、模具、夾具、制造和質量工程師必須全程跟蹤，發現問題及時修改、驗證。公告認證、安全氣囊匹配驗證和ABS匹配驗證等的驗證工作大都選用這階段生產的車，因為時間上可以提前，可并行完成，車況上與量產車非常接近。

總之，在整車開發的各個過程中，相關的部門都是提前滲入、協同工作、及時反饋、及時修改，使開發全過程方案更改次數減少50%以上，質量達到最佳，為質量的“零缺陷”打下基礎。

二、虛擬設計

在達到產品并行的目的以后，為了使產品一次設計成功，減少反復，往往會采用仿真技術，而對機電產品模型的建立和仿真又屬于是虛擬設計的范疇。所謂的虛擬制造(也叫擬實制造)指的是利用仿真技術、信息技術、計算機技術和現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，發現制造過程中可能出現的問題，在真實制造以前，解決這些問題，以縮減產品上市的時間，降低產品開發、制造成本，并提高產品的市場競爭力。

虛擬設計能實現在產品加工制造之前，建立產品的功能、結構模型，并能對其進行修改和評審，以滿足不同客戶的要求。它不僅繼承了傳統CAD設計的優點也具備了仿真技術可視化的特點，更能支持協同工作和并行設計，從而縮短了產品開發周期并通過各先進技術的利用和補充，使產品保持技術上的優勢。

汽車車輛虛擬設計與制造技術應用實例

(1)車身設計階段使用One-Step仿真軟件進行快速沖壓成形性校核，可大大減少設計返回帶來巨大損失。

(2)模具設計階段采用Increment仿真軟件進行沖壓仿真分析，可大大減少模具調試時間。

汽車研發典型流程中，實際工作中，經常出現某些車輛沖壓件成形困難不得不返回設計部門更改設計現象，不得不犧牲總體性能來解決局部設計問題。解決該問題最好辦法是對車輛件設計后立刻進行成形性校核，發現問題及早解決。由此產生了一步逆成形（One-Step Forming）軟件，如瑞士AutoForm.Eng.公司AutoForm/One-Step、加拿大FTI公司Fast3D、法國SIMTECH公司SIMEX 以及我們自主開發KMAS/One-Step軟件等。

一步成形也稱逆成形法（Inverse Approach-I.A.）。與傳統增量法由坯料到沖壓件成形順序相反，它是由制件逆成形方向反推到坯料。它可以模擬一步或多步成形、翻邊等成形過程。一步成形計算速度非常快（中等件小于20分鐘），能夠比較準確預示制件成形性，為結構和碰撞分析提供真實信息（厚度、應力等），將它作為預警系統用于車型開發早期階段。

汽車制造中瓶頸問題之一是車輛模具設計與制造，特別是拉延模設計。為解決這一問題，近十年來國內外汽車模具行業廣泛采用了虛擬設計技術，即采用增量分析軟件進行沖壓過程仿真。這類軟件如法國ESIPAM-STAMP、美國LS-DYNA、瑞士AutoForm.Eng.公司AutoForm /Increment和我們自行開發KMAS/Increment軟件等。

三、綠色設計

綠色設計是指以環境資源保護為核心概念的設計過程，其基本思想就是在設計階段就將環境因素和預防污染的措施納人產品設計之中，將環境性能作為產品的設計目標和出發點，力求使產品對環境的影響為最小

產品的綠色設計主要包括以下內容:(l)產品材料的選擇和管理。產品的材料不僅要滿足傳統設計的使用和性能要求，也包括對環境約束準則的考慮。

(2)產品可拆卸性和可回收性設計。可拆卸性設計是將廢棄淘汰產品的連接按照需要和回收目標拆開而將零部件相互分離，及用利于產品拆卸的連接方式代替傳統的連接方式;可回收性設計則是將產品中的可重用零部件及材料按照其性質進行分類，以便實現零部件重用或材料循環的一種設計思想和方法。

(3)綠色產品成本分析和設計數據庫的建立。對產品的成本分析不僅包括了產品原始成本的分析，還包括產品環境成本的分析，以便設計出更綠色、成本更低的產品。而產品綠色設計數據庫包括與產品壽命周期中環境、經濟等有關的基礎數據，以及各類評判標準。

(4)產品的綠色包裝設計。除了設計出能滿足客戶要求和喜愛的產品造型和樣式之外，還要充分考慮包裝對環境的影響因素。

產品設計的基本流程為：市場調研--草圖構思--方案設計。具體到綠色設計在產品設計中的應用，其過程可分為四個階段：

1、市場調研

在市場調研階段，將產品的綠色因素作為調研時的一項重點內容。在此階段，對產品在人、資源與環境等方面存在的綠色缺陷做出調查研究，并進行分析，形成理性的調研報告。通過市場調研，可以發現產品中所蘊含的綠色機遇。可以利用前文所述的產品綠色因素，對市場做出合理的關于綠色因素的調研。同時評估出未來產品的綠色設計需求，指出現有產品與目標產品的差距。

2、概念設計

在具體的產品設計流程中，將通過市場研究所得來的綠色機遇，通過草圖設計-方案篩選-方案設計流程，把功能、造型、色彩、人機等諸因素融入到產品設計中去。使產品滿足綠色設計的三大要求：Reduce(節約)Reuse（回收利用）Recycle（循環）；二是通過產品設計中的造型、色彩、人機等因素的協調設計，使得用戶在使用綠色產品的時候，能夠感受到產品的綠色因素。

3、方案確定

對概念設計方案進行評估，得到最終確立方案。對方案的評估有兩個方面，一是在設計、制造、包裝、運輸、消費、報廢和回收過程中，廢棄物的量作為衡量標準，盡可能的減少該過程中廢棄物的量，二是看產品的在使用過程中，是否能夠很好的讓消費者感受到產品的綠色因素，可著重于考察產品的人機、形態和色彩。

4、詳細設計

在產品的詳細設計階段，繼續深化產品的綠色因素，進行詳細的產品設計。細致分析產品的生命周期，從其加工的原材料，制造、銷售、使用到回收利用的每一個階段，該產品所有與人、資源、環境相關的因素都要經過細致的分析與設計。在此設計階段可以借助虛擬技術進行產品開發，可以在虛擬的環境下，進行產品設計，生成軟產品模型以進行形態和功能的評價與測試，這樣就可避免生成硬模型帶來的能源和資源上的浪費，有利于縮短產品開發周期，降低成本，減少污染。

四、可靠性設計

機電產品的可靠性設計可定義為:產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠性設計是以概率論為數學基礎，從統計學的角度去觀察偶然事件，并從偶然事件中找出其某些必然發生的規律，而這些規律一般反映了在隨機變量與隨機變量發生的可能性(概率)之間的關系。用來描述這種關系的模型很多，如正態分布模型、指數分布模和威爾分布模型。可靠性常用的數值標準有:可靠度(Reliability)、失效率(FailureRate)平均壽命(MeanUfe)。機電系統的可靠性不僅與組成系統單元(機械單元、電氣單元或混合單元)的可靠性有關，還與組成該系統各單元間的組合方式和相互匹配有關。通常機電產品的可靠性設計包括以下幾個方面的內容:(l)明確機電產品中機械部件和電氣部件的設計制造要求。

(2)系統可靠性建模。系統常用的可靠性建模方式有:串聯系統建模、并聯系統建模、混聯系統建模、k/n系統建模和儲備系統建模。可通過這些數學模型并采適當的算法來計算出機電系統的可靠性。

(3)可靠性可預測。預測單元(機械單元、電氣單元或混合單元)的可靠性，首先要確定單元的基本失效率，它們是在一定的環境條件下得出的，設計時可以從相關的手冊、資料中查得。然后根據公式入=k入b來確定各單元的應用失效率，k為修正系數，可由專門的資料中查得。對于不同的機電系統，其可靠性預測的方法也不同，常用的有元器件統計法、數學模型法和故障樹分析法等方法。

(4)可靠性的分配。根據機電產品各單元技術水平、復雜程度、重要程度以及相關費用等條件來決定，總的來說都是為了獲取系統最高的可靠性。現在常用的分配方法有等分發、再分發、Agree分配法和相對失效法和相對概率法。

五、智能優化設計

隨著與機電一體化相關技術不斷的發展，以及機電一體化技術的廣泛使用，我們面臨的將是越來越復雜的機電系統。解決復雜系統的出路在于使用智能優化的設計手段。智能優化設計突破了傳統的優化設計的局限，它更強調人工智能在優化設計中的作用。智能優化設計應該以計算機為實現手段，與控制論、信息論、決策論相結合，使現代機電產品具有自學習、自組織、自適應的能力，其創造性在于借助三維圖形，智能化軟件和多媒體工具等對產品進行開發設計。

而實現的手段有:(l)模糊設計。模糊設計是以模糊數學為理論基礎，它首先通過對設計對象的各項性能指標建立滿足某些模糊集合的隸屬度函數，并按其重要性乘以不同的加權引子，然后按一定的算法得到綜合模糊集合的隸屬函數，再通過優化策略，把模糊問題向非模糊化轉化，從而實現尋優的過程。現在機電產品中涉及到模糊理論的場合很多，如模糊冰箱、模糊洗衣機、模糊微波爐，它們正悄然地改變著人們的生活方式。

(2)神經網絡優化設計。神經網絡是一種模仿人類大腦結構、功能的信息處理智能系統，一般由多輸人單輸出非線性單元組成神經元，各神經元按一定的模式連接，并構成各種連接模型。它通過反復的訓練和學習以及自身的適應能力來完成對復雜信息的處理，使輸出達到最優。神經網絡的重要特征就是具有很強的自適應、自組織、自學習的能力和強容錯性。為實現機電產品智能化的功能，還有一個途徑就是利用專家系統的框架。通過提取人類成熟的操作經驗和知識，以知識庫為核心，配以特征知識處理，并采用不同的匹配法則和推理機制，構成完整的最優決策系統。

.六、計算機輔助設計

機械計算機輔助設計（機械CAD）技術，是在一定的計算機輔助設計平臺上，對所設計的機械零、部件，輸入要達到的技術參數，由計算機進行強度，剛度，穩定性校核，然后輸出標準的機械圖紙，簡化了大量人工計算及繪圖，效率比人工提高幾十倍甚至更多。

計算機輔助設計的過程,首先進行功能設計,選擇合適的科學原理或構造原理,然后進行產品總圖的初步設計、產品選型和外型的初步設計;從總圖派生出零件,對零件的造型、尺寸、色彩等進行設計,對零件

進行有限元分析,使其結構及尺寸與應力狀態相適應;對零件進行加工模擬,對其性能做出評價、分析和優化,最終完成零件的工作圖;在計算機上制定零件制造工藝,在相應的設備上制造出零件。

如各種建模軟件，solidworks proE AutoCAD等 現代CAD系統的功能包括:

(1)設計組件重用(Reuse of design components)

(2)簡易的設計修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning)

(3)設計的標準組件的自動產生(Automatic generation of standard components of the design)

(4)設計是否滿足要求和實際規則的檢驗(Validation/verification of designs against specifications and design rules)

(5)無需建立物理原型的設計模擬(Simulation of designs without building a physical prototype)

(6)裝配件(一堆零件或者其它裝配件)的自動設計

(7)工程文檔的輸出，例如制造圖紙，材料明細表(Bill of Materials)

(8)設計到生產設備的直接輸出

(9)到快速原型或快速制造工業原型的機器的直接輸出

七、動態設計

動態設計法是在計算參數難以準確確定、設計理論和方法帶有經驗性和類比性時，根據施工 中反饋的信息和監控資料完善設計，是一種客觀求實、準確安全的設計方法。

傳統的機械設計主要是依據靜態條件下強度、剛度、穩定性及結構要求和材料選擇來進行設計的，動態設計則以系統論，控制論為依據，在一定的位移，速度，力和力矩的干擾下對影響整機性能非常重要的戰術指標（包括響應速度、跟蹤精度和動態穩定性等）進行設計。

對初步設計產品(或需要進行改進的產品)進行機械結構或系統動力學建模和動態特性分析，根據工程實際要求，給出所要求的動態特性設計目標，按結構動力學“逆問題”分析法求解結構參數，從而得到一個具有良好動靜態特性的產品，即不僅具有良好的工作工藝指標，而且機械設備本身還能夠安全、可靠地工作，并滿足相應的工作壽命要求。

機械動態設計的理論與方法主要包括以下四個方面：動力學建模、動態特性、計算實物試驗、模型試驗與試驗建模、機械結構動力修改

基坑支護動態設計應用實例

動態設計通過建立監測系統和信息反饋有利于控制施工安全，并不斷地將現場地下水及地質變化情況反饋到設計單位，調整完善設計。這一設計方法很適合用于基坑開挖支護、邊坡治理等巖土工程。現以廣東省某試驗研究中心基坑設計為例，簡要地介紹了動態設計的內容及方法。

動態設計過程

根據基坑周邊環境及場地土情況，本基坑位移的最大預警值為 4cm（0.004h，h 即為開挖深 度）。為確保基坑施工的安全和開挖順利進行，在整個施工過程中進行全過程監測，實施信息化施 工，并根據監測反饋的信息進行動態設計。下面僅以該工程實例Ⅰ區支護設計為例，詳細介紹根 據監測結果及施工信息進行動態設計的全過程：

（1）基坑施工過程中，在Ⅰ區開挖第五層土及施工第五排錨桿時，14 號測點的水平位移由 2cm 突增至4.6cm，超過本基坑位移最大預警值。設計接收到監測預警后，立即修改原支護設計，要求在開挖面補打一排長3m 的?48 注漿花管做超前支護，并將第六排錨桿改為預應力錨桿，預應 力為80kN，以控制該區域基坑水平位移。至地下室底板澆筑完成，該測點的水平位移量僅增加 0.6cm，設計采用注漿花管超前支護及預應力錨桿控制位移是正確的，這兩項措施成功地控制住了 開挖引起的水平位移。

（2）施工放線發現：Ⅰ區支護的部分錨桿將碰倒臨近的高層住宅的地下室側壁。設計根據現 場情況，將原第一、二排錨桿傾角由20°調整為30°。

動態設計在整個施工期中根據實際情況不斷地調整原設計剖面。

八、模塊化設計

結構模塊化設計主要是以功能化的產品結構為基礎，分解現有的產品，在分解中考慮到各個要素的可行性，從而在早期就預測到設計中可能會出現的矛盾，提高設計的可行性和可靠性，降低產品的成本。

模塊化設計在齒輪減速器中的應用 市場調查分析與參數范圍的確定

模塊化設計的一個重要前提是必須對產品的品種和規格以及市場對同類產品的需求量有充分的了解，只有這樣才能開展模塊的劃分、創建、組合$ 根據市場調查，為滿足冶金、礦山、建筑、化工、輕工等行業的需要，擬設計中小功率的通用齒輪減速器系列

齒輪減速器主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、圓柱—圓錐齒輪減速器三種結構，為了使齒輪減速器通過單元模塊組合，實現系列產品內傳動件互換，擬定產品的裝配形式共 減速器各級齒輪傳動中心距的確定主要考慮兩個因素：一是盡可能實現各級齒輪等接觸 強度傳動；

減速器整機結構具有明顯的分級特性，在進行模塊化設計時，以產品的功能分析為基礎，將產品的總功能分解為若干層次較高的綜合性功能單元，如圖然后根據不同的需

求，將這些綜合性功能單元分別細化為若干層次較低的、可互換的、獨立的基礎單元，如齒輪、軸承的分級分解如圖

對一定界限內的不同產品的性能、規格進行分析得出的一系列的功能模塊，這些模塊成為基礎，通過對它的選擇，重新組合構成不同的產品，以滿足市場需求。根據各部件的位置及功能不同，設計為一個個獨立的模塊，模塊之間又可以組成一個大單元，如機械液力變矩器、變速器和中央傳動一體化單元等，使整機的裝配和維護更為方便。從工程機械的傳動方式看，傳統的“液力變矩十動力換檔變速箱+兩級最終傳動”方式，逐步向模塊化的傳動方式轉變。如采用典型模塊化設計的傳動系統為：外分流式液力變矩器+傳動軸+動力換檔變速器與中央傳動的組合+離合器與盤式制動器的組合+行星最終傳動。

九、計算仿真設計

根據工程機械不同的作業功能，在計算機上模擬各種作業過程，以分析和確定各種狀態下的作業參數，研究工程機械各系統主要部件的結構合理性，借助數學實驗等方法預估工程機械的作業效果，從而可大大減少設計上的失誤，避免或減少走彎路。

空調系統計算機仿真設計實例李銳

計算機控制程序用Visual Basic 語言編寫, 其中用到重要的通信控件———MSComm。該控件使各自控設備與計算機得以溝通, 實現了計算機對空調房間內溫度、濕度、CO2 濃度的監測及對電動調節風

閥、電加濕器、新風口的自動控制。

空調系統的計算機監控原理

如圖1 所示,被控變量(溫度、濕度、CO2 濃度)由傳感器測 得的電壓模擬量先經過變送器轉換成0～5V 的電壓, 然后經過A/D 控制器轉換(A/D 轉換)成CPU 能夠處理的數字量(0～255)。當計算機 接收了給定量和被控變量的反饋量后, 運用微處理器的各種指令, 對 該偏差值進行控制規律的運算, 再經過A/D 控制器轉換(D/A 轉換), 把數字信號轉換成電壓模擬控制信號去驅動電動執行器(如電動調節 風閥的電動機), 或直接輸出開關量電信號通過繼電器來驅動開關(如 電加濕器、新風口的開關), 從而實現自動控制作用。

界面的設計包括一個主窗體、五個子窗體、一個“關于”對話框和一個標準模塊。見圖2。①主窗體, 即“空調系統的計算機仿真”窗體。②“控制”子窗體。③“系統圖”子窗體。④“歷史記錄”子窗體。⑤“曲線圖”子窗體。⑥“幫助”子窗體。

⑦“關于我的應用程序”對話框。⑧標準模塊。

監視與控制子窗體分“輸入”“輸出”兩大塊。“輸入”指采集到的各參數的現時值, 為監測部分;“輸出”指經程序運算后要給各執行器輸出的控制值, 為控制部分。

十、人機學設計

應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關系和可及范圍等人體結構特征參數；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習慣等人體機能特征參數，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等.所謂人性化產品，就是包含人機工程的的產品，只要是“人”所使用的產品，都應在人機工程上加以考慮，產品的造型與人機工程無疑是結合在一起的。

在現行的上機條件下，筆直坐立時，操作員常常是手臂向前懸空著來操作鍵盤和鼠標的。手臂的懸空形成了肩頸部的靜態疲勞，放棄維持直坐姿勢而塌腰駝背，或者是把手腕摩擦桌面 電腦椅,學生電腦椅人機工程學設計說明

設計方案:

l 人的身體姿勢與腰椎形狀的關系:

⑴ 人的背后仰和放松時，椎間盤內壓力最小。(2)靠背傾斜角越大，肌肉負荷越小。

(3)5cm厚的短靠腰（靠住腰部，也叫地靠腰），與最簡單的面的靠背相比，可降低椎間盤壓力，減輕肌肉負荷。

⑷ 靠背最佳傾斜角（與程度面夾角）為120°，坐面最佳角度（與程度面夾角）為14°，靠背應力5cm厚的地靠背支撐著身體上部分的重量，從而減小了椎間盤內壓力。

根據人的身體姿勢與腰椎形狀的關系確定學生座椅的具體人機設計要素：

學生電腦椅使用時人身體前傾，凹緣支撐住腰部，而放松休息時，人的身體后靠，靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲線。因此應具有高靠背墊腰凹緣。⑴高度可調。辦公椅的高度調節范圍為38-53cm。

(2)可防止座椅滑動和翻倒。椅腳應設計5個，等分在直徑為40-45cm的圓周上。

(3)給人留有足夠的活動空間。需要時常站起來的座椅應采用小腳輪。⑷應保證腿的活動空間，以減輕腿的疲勞。

(5)坐面應為40～45cm寬，38～42cm長，坐面中部稍微下凹，前緣呈弧球面，坐面后傾4°～6°。(6)坐面的材料應透氣而且不出溜(例如毛料)，以增加坐面的舒服感。

（7）在座椅右側扶手旁邊設置一個可以上翻后旋轉的鍵盤和鼠標的操作臺，使座椅與顯示器熒幕之間的間隔有更大的自由度同時利于騰出電腦桌空間。此附帶加上裝置可配合電腦桌擁擠時使用，觀看視頻或圖片（畫手繪就利便了）。

用電腦，把臺面分為可別離調整高度的兩部分，保證適合的顯示器高度和鍵盤高度。

十一、摩擦學設計

摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關系的理論與應用的一門邊緣摩擦學系統過程研究學科。以減小摩擦為目的的設計，即為摩擦學設計。

世界上使用的能源大約有1/3～1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節省能源。另外，機械產品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設備維修次數和費用，又能節省制造零件及其所需材料的費用。

人類對摩擦現象早有認識，并能用來為自己服務，如史前人類 的鉆木取火。《詩經·邶風·泉水》中有“載脂載宣，還車言邁”的詩句，表明中國在春秋時期已應用動物脂肪來潤滑車軸。

摩擦學研究的對象很廣泛，在機械工程中主要包括動、靜摩擦，如滑動軸承、齒輪傳動、螺紋聯接、電氣觸頭和磁帶錄音頭等；零件表面受工作介質摩擦或碰撞、沖擊，如犁鏵和水輪機轉輪等；機械制造工藝的摩擦學問題，如金屬成形加工、切削加工和超精加工等；彈性體摩擦，如汽車輪胎與路面的摩擦、彈性密封的動力滲漏等；特殊工況條件下的摩擦學問題，如宇宙探索中遇到的高真空、低溫和離子輻射等，深海作業的高壓、腐蝕、潤滑劑稀釋和防漏密封等。

此外，還有生物中的摩擦學問題，如研究海豚皮膚結構以改進艦只設計，研究人體關節潤滑機理以診治風濕性關節炎，研究人造心臟瓣膜的耐磨壽命以謀求最佳的人工心臟設計方案等。地質學方面的摩擦學問題有地殼移動、火山爆發和地震，以及山、海，斷層形成等。在音樂和體育以及人們日常生活中也存在大量的摩擦學問題。

十三、疲勞設計

疲勞

材料、零件和構件在循環加載下，在某點或某些點產生局部的永久性損傷，并在一定循環次數后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現象。

發展趨勢 飛機、船舶、汽車、動力機械、工程機械、冶金、石油等機械以及鐵路橋梁等的主要零件和構件，大多在循環變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗對于設計各類承受循環載荷的機械和結構，成為重要的研究內容。疲勞有限壽命設計中進行壽命估算，必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計算的依據。由于疲勞壽命的長短取決于所承受的循環載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗用的載荷譜，再根據與各種疲勞相適應的損傷模型估算出疲勞壽命。疲勞理論的工程應用，經歷了從無限壽命設計到有限壽命設計，有限壽命設計尚處于完善階段。發展趨勢是：①宏觀與微觀結合，探討從位錯、滑移、微裂紋、短裂紋、長裂紋到斷裂的疲勞全過程，尋求壽命估算各階段統一的物理-力學模型。②研究不同環境下的疲勞及其壽命估算方法。③概率統計方法在疲勞中的應用，如隨機載荷下的可靠性分析方法，以及耐久性設計等。

十四、反求設計

反求設計（也稱逆向設計），是指設計師對產品實物樣件表面進行數字化處理(數據采集、數據處理)，并利用可實現逆向三維造型設計的軟件來重新構造實物的CAD模型(曲面模型重構)，并進一步用CAD/CAE／CAM系統實現分析、再設計、數控編程、數控加工的過程。

逆向設計的流程示意：產品樣件 → 數據采集 → 數據處理CAD/CAE/CAM系統 → 模型重構 → 制造系統 → 新產品。

概念車車身造型設計方法的研究，2004年國際工業設計研討會暨第9屆全國工業設計學術年會 本文運用反求工程的基本原理,通過電動概念車車身的研發,從汽車概念設計的角度,提出了一種新的造型設計方法,它以反求工程為基礎,將正向設計和反向設計相互結合起來,利用計算機輔助進行車身造型設計.該方法通過建立車身特征曲線框架來進行概念車車身模型的構建,代替了傳統反求工程制作實物模型的步驟,有效地提高了設計效率、降低了研制成本和縮短了研發周期.最后,以完成的電動概念車樣車實例證明了該方法的正確性和有效性.十四、無障礙設計（barrierfreedesign）

這個概念名稱始見于1974年，是聯合國組織提出的設計新主張。無障礙設計強調在科學技術高度發展的現代社會，一切有關人類衣食住行的公共空間環境以及各類建筑設施、設備的規劃設計，都必須充分考慮具有不同程度生理傷殘缺陷者和正常活動能力衰退者（如殘疾人、老年人）群眾的使用需求，配備能夠應答、滿足這些需求的服務功能與裝置，營造一個充滿愛與關懷、切實保障人類安全、方便、舒適的現代生活環境。

無障礙設計首先在都市建筑、交通、公共環境設施設備以及指示系統中得以體現，例如步行道上為盲人鋪設的走道、觸覺指示地圖，為乘坐輪椅者專設的衛生間、公用電話、兼有視聽雙重操作向導的銀行自助存取款機等，進而擴展到工作、生活、娛樂中使用的各種器具。

十五、共用性設計UD(Universal Design)是指，在商業利潤的前提下河現有生產技術條件下，產品（廣義的，包括器具﹑環境﹑系統和過程等）的設計盡可能使不同能力的使用者（例如殘疾人﹑老年人等），在不同的外界條件下能夠安全﹑舒適地使用的一種設計過程。

實例：日本松下電器公司一直在潛心研究和開發的“共用設計”理念產品NA-V80GD斜式滾筒洗衣機，在外觀方面創造性地將滾筒洗衣機的前開門傾斜了30°，變為斜向開門，它可以讓不同年齡﹑身高﹑性別和特殊人群（包括殘疾人）都能安全﹑方便的使用。

第三篇：現代設計方法期末考試總結

1、現代設計方法與傳統設計方法的關系是繼承關系和共存與突破的關系。現代設計最主要有下列特點:系統性、社會性、創造性、最優化、動態化、宜人性、智能化、CA化。

2、機械產品設計的三個階段:

（1）功能原理設計:針對某一確定的功能要求，尋求一些物理效應，并借助于某些作用原理來求得一些實現該功能目標的解法原理。（2）實用化設計:使原理構思轉化為具有實用水平的機器，完成從總體設計、部件設計、零件設計到制造施工的全部技術資料。（3）商品化設計:產品不止在技術上成功，要保證產品在市場競爭中成功。

3、設計方法學的含義:設計方法學是用系統的觀點，考慮自然科學、社會科學、經濟科學等各種現代因素，為獲得質優價廉有創新的產品，研究產品的一般設計進程、設計規律、設計思維和工作方法、設計工具的綜合性學科。

設計方法學研究的具體對象有:設計思維、設計進程、設計工具、設計評價、設計對象、現代設計理論與方法的應用。

4機械產品設計任務各有不同，一般可分為三種類型:開發性設計、適應性設計、變型設計。

9、可靠性是指產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力。產品的可靠性由固有可靠性和使用可靠性兩部分組成。

系統的可靠性，不僅取決于組成系統零、部件的可靠性，而且也取決于各組成零部件的相互組合方式。系統可靠性設計包括系統可靠性預測和系統可靠性分配兩方面內容。

可靠性的重要意義。1）高可靠性產品才能滿足現代技術和生產的需要；

2）高可靠性產品可獲得高的經濟效益；3）高可靠性產品，才有高的競爭能力

10、整體剛度矩陣有對稱性、稀疏性、奇異性三個性質。

15、要正確決策應遵循的原則是系統原則、可行性原則、滿意原則、反饋原則、多方案原則。

5、評價目標一般有三個方面。

（1）技術評價目標:技術性能、工藝性、可靠性、自動化程度。

（2）經濟評價目標:成本、利潤、投資額、回報率、市場壽命。

（3）社會評價目標:國家政策、國際慣例、資源、節能、環境污染等。

6、創造性思維是指有創見的思維即通過思維，不僅能揭示事物的本質，而且能夠在此基礎上提出新的、具有社會價值的產物。創造性思維有以下幾種形式:形象思維和抽象思維、發散思維和收斂思維、邏輯思維和非邏輯思維、直達思維和旁通思維。

創新方法:激智會法、德爾菲法、設問法、特性列舉法、聯想發明法、組合創新法（性能組合、原理組合、功能組合、模塊組合）

7優化設計包括建立數學模型和選擇適當的優化方法兩個方面的內容。優化設計就是以數學規劃理論為基礎，以計算機為工具，優選設計參數的一種現代設計方法

8、懲罰函數法:將有約束問題的數學模型改造成為無約束的數學模型，然后按無約束問題進行一系列的無約束最優化求解，直到求得問題的最優解。

根據所構造的目標函數的形式不同，決定了搜索點在可行域內、或是在可行域外，因而該算法又分為內點法、外點法、混合法三種。

（1）內點法:適合于不等式約束問題。對于內點法，求解過程要求保證【1】初始點X0和求序列最優點Xk*，都應是可行點；【2】求解到最后，序列最優點Xk*應逼近最優點X*。要達到上述兩點要求，應當rk不太小，即開始和求解階數；當rk→0時，即終了階數。

（2）外點法:適用于具有等式和不等式約束問題。懲罰函數的定義域為非可行域，即在可行域外進行搜索。

（3）混合法:是將內點法和外點法的懲罰函數形式結合起來，解決同時具有等式和不等式約束問題。

11、現代設計所指的理論與方法:設計方法學、優化設計、可靠性設計、有限元法、動態設計、計算機輔助設計、人工神經元計算方法、工程遺傳算法、智能工程，價值工程、工業藝術造型設計、人機工程、并行工程、模塊化設計、相互性設計、摩擦學設計、三次設計、反求工程設計。

12、機械產品設計進程可分為那幾個階段？

答：機械產品設計進程一般可分為產品規劃、原理方案設計、技術設計和施工設計四個階段。

（1）產品規劃階段；產品規劃，明確設計任務就是決策開發新產品，為新技術系統設定技術過程和邊界是一項創造性的工作。（2）原理方案設計階段；原理方案設計就是新產品的功能原理設計。（3）技術設計階段；該階段的主要任務是將已確定的產品的功能原理方案具體化為裝置及零件的合理結構。（4）施工設計階段。把技術設計的結果變成施工的技術文件。

13、故障樹分析法及其特點。

答：故障樹分析亦稱失效樹分析，是一種可靠性、安全性分析和風險評價方法。它通過對可能造成系統故障的各種原因進行分析，由總體至部分按倒立樹狀逐級細化分析，畫出邏輯框圖，從而確定系統故障原因的各種可能組合方式或其發生概率。

特點：（1）故障樹是一種圖形演繹法、直觀、形象；（2）不僅可以對系統可靠性和安全性進行定性和定量分析，而且可以找出系統的全部可能失效狀態；（3）需花費大量的人力、時間、軟件方法發展迅速；（4）通過分析過程，可以加深對系統的理解和熟悉程度，從而找出系統的薄弱環節。

14、有限元法的實質。

答：有限元法是以計算機為工具的一種現代數值計算方法，其實質是通過兩次近似將具有無限多個自由度的連續體轉化為只有有限個自由度的單元集合體，使問題簡化為數值求解的結構問題。第一次近似為單元劃分，精確的邊界被離散為簡單的邊界，連續的物體被離散為一系列只有結點相連的單元。第二次近似為真實復雜的位移分布被近似表示為簡單函數描述的位移分布。

16、請簡述梯度法和共軛梯度法的特點。

梯度法：梯度法又稱最速下降法，基本原理是在迭代點附近采用使目標函數值下降最快的負梯度方向作為搜索方向，求目標函數的極小值。特點：迭代計算簡單，只需求一階偏導數，所占的存儲單元少，對初始點的要求不高，在接近極小點位置時收斂速度很慢。

共軛梯度法：在梯度法靠近極值點收斂速度減慢的情況下，共軛梯度法可以通過構造共軛方向，使其收斂速度加快，具有一次收斂速度，使得計算過程簡便，效果又好；在每一步迭代過程中都要構造共軛方向，比較繁瑣。

17、試比較約束優化和無約束優化之間的區間和聯系。

答：無約束優化對于設計變量沒有限制，搜索空間內的點都是可行解，而約束優化則有限制條件，只有在可行域內的點才是可行解。無約束優化是約束優化的基礎，通過罰函數的方法可以將約束優化問題化為無約束優化問題求解。

18、優化設計問題的數學模型由哪幾個部份組成?其一般的表達形式是什么?一般由設計變量，目標函數和約束條件組成。其一般表達式為： ?minf(x),x?Rn?tgj(x)?0j?1,2,?,m?s..?hk(x)?0k?1,2,?,l?

第四篇：現代設計方法

現 代 設 計 與 方 法 論 文

材控0931 王蘭蘭

200920607131

現代設計方法有:并行設計、虛擬設計、綠色設計、可靠性設計、智能優化設計、計算機輔助設計、動態設計、模塊化設計、計算機仿真設計、人機學設計、摩擦學設計、反求設計、疲勞設計

一、并行設計

并行設計是一種對產品及其相關過程(包括設計制造過程和相關的支持過程)進行并行和集成設計的系統化工作模式。強調產品開發人員一開始就考慮產品從概念設計到消亡的整個生命周期里的所有相關因素的影響，把一切可能產生的錯誤、矛盾和沖突盡可能及早地發現和解決，以縮短產品開發周期、降低產品成本、提高產品質量。并行設計作為現代設計理論及方法的范疇，目前已形成的并行設計方法基本上可以分為兩大類:(l)基于人員協同和集成的并行化。就是把組成與產品方面有關的，針對給定設計任務的專門的、綜合性的設計團體(企業)協同起來。

豐田的 產品開發過程有四個主要內容： ●一個產生主要設計的概念論文的規劃階段 ●同步設計的系統設計階段

●一個具有設計標準的詳細設計階段 ●一個精益生產的樣機模具階段。

●廣泛地協調，不僅僅在設計而且還有生產以及銷售 ●協調從概念到市場完整的項目 ●概念創造以及概念支持者

●規格、成本目標、設計以及主要部件選擇，確信產品概念精確地被轉換為車型的技術細節

●直接地、經常地與設計師以及工程師交流

●建立與顧客直接接觸（產品經理辦公室實施它自己的市場調查，除了通過市場營銷進行的定期市場調查）。

前端設計

設計環節與供應商實現設計的集成 多部門協調研發 以客戶為中心 降低批量規模

(2)基于信息、知識協同和集成的并行化。該方法基于計算機網絡來實現，各零部件的設計人員通過計算機網絡對機電產品進行設計，并進行可制造性、經濟性、可靠性、可裝配性等內容的分析及時的反饋信息，并按要求修改各零部件的設計

模型，直至整個機電產品完成為止。可以采用面向制造(DFM)和面向裝配(DFA)的設計方法，涉及CAX技術、產品信息集成(PDM)技術以及與人員協同集成有關的信息技術。

當然，這兩種機電產品并行設計方法并不是相互獨立的。在實際應用過程中，它們往往是緊密結合在一起的。

二、虛擬設計

在達到產品并行的目的以后，為了使產品一次設計成功，減少反復，往往會采用仿真技術，而對機電產品模型的建立和仿真又屬于是虛擬設計的范疇。所謂的虛擬制造(也叫擬實制造)指的是利用仿真技術、信息技術、計算機技術和現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，發現制造過程中可能出現的問題，在真實制造以前，解決這些問題，以縮減產品上市的時間，降低產品開發、制造成本，并提高產品的市場競爭力。

虛擬設計能實現在產品加工制造之前，建立產品的功能、結構模型，并能對其進行修改和評審，以滿足不同客戶的要求。它不僅繼承了傳統CAD設計的優點也具備了仿真技術可視化的特點，更能支持協同工作和并行設計，從而縮短了產品開發周期并通過各先進技術的利用和補充，使產品保持技術上的優勢。

三、綠色設計

綠色設計是指以環境資源保護為核心概念的設計過程，其基本思想就是在設計階段就將環境因素和預防污染的措施納人產品設計之中，將環境性能作為產品的設計目標和出發點，力求使產品對環境的影響為最小

產品的綠色設計主要包括以下內容:(l)產品材料的選擇和管理。產品的材料不僅要滿足傳統設計的使用和性能要求，也包括對環境約束準則的考慮。

(2)產品可拆卸性和可回收性設計。可拆卸性設計是將廢棄淘汰產品的連接按照需要和回收目標拆開而將零部件相互分離，及用利于產品拆卸的連接方式代替傳統的連接方式;可回收性設計則是將產品中的可重用零部件及材料按照其性質進行分類，以便實現零部件重用或材料循環的一種設計思想和方法。

(3)綠色產品成本分析和設計數據庫的建立。對產品的成本分析不僅包括了產品原始成本的分析，還包括產品環境成本的分析，以便設計出更綠色、成本更低的產品。而產品綠色設計數據庫包括與產品壽命周期中環境、經濟等有關的基礎數據，以及各類評判標準。

(4)產品的綠色包裝設計。除了設計出能滿足客戶要求和喜愛的產品造型和樣式之外，還要充分考慮包裝對環境的影響因素。

產品設計的基本流程為：市場調研--草圖構思--方案設計。具體到綠色設計

在產品設計中的應用，其過程可分為四個階段：

1、市場調研

在市場調研階段，將產品的綠色因素作為調研時的一項重點內容。在此階段，對產品在人、資源與環境等方面存在的綠色缺陷做出調查研究，并進行分析，形成理性的調研報告。通過市場調研，可以發現產品中所蘊含的綠色機遇。可以利用前文所述的產品綠色因素，對市場做出合理的關于綠色因素的調研。同時評估出未來產品的綠色設計需求，指出現有產品與目標產品的差距。

2、概念設計

在具體的產品設計流程中，將通過市場研究所得來的綠色機遇，通過草圖設計-方案篩選-方案設計流程，把功能、造型、色彩、人機等諸因素融入到產品設計中去。使產品滿足綠色設計的三大要求：Reduce(節約)Reuse（回收利用）Recycle（循環）；二是通過產品設計中的造型、色彩、人機等因素的協調設計，使得用戶在使用綠色產品的時候，能夠感受到產品的綠色因素。

3、方案確定

對概念設計方案進行評估，得到最終確立方案。對方案的評估有兩個方面，一是在設計、制造、包裝、運輸、消費、報廢和回收過程中，廢棄物的量作為衡量標準，盡可能的減少該過程中廢棄物的量，二是看產品的在使用過程中，是否能夠很好的讓消費者感受到產品的綠色因素，可著重于考察產品的人機、形態和色彩。

4、詳細設計

在產品的詳細設計階段，繼續深化產品的綠色因素，進行詳細的產品設計。細致分析產品的生命周期，從其加工的原材料，制造、銷售、使用到回收利用的每一個階段，該產品所有與人、資源、環境相關的因素都要經過細致的分析與設計。在此設計階段可以借助虛擬技術進行產品開發，可以在虛擬的環境下，進行產品設計，生成軟產品模型以進行形態和功能的評價與測試，這樣就可避免生成硬模型帶來的能源和資源上的浪費，有利于縮短產品開發周期，降低成本，減少污染。

四、可靠性設計

機電產品的可靠性設計可定義為:產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠性設計是以概率論為數學基礎，從統計學的角度去觀察偶然事件，并從偶然事件中找出其某些必然發生的規律，而這些規律一般反映了在隨機變量與隨機變量發生的可能性(概率)之間的關系。用來描述這種關系的模型很多，如正態分布模型、指數分布模和威爾分布模型。可靠性常用的數值標準

有:可靠度(Reliability)、失效率(FailureRate)平均壽命(MeanUfe)。機電系統的可靠性不僅與組成系統單元(機械單元、電氣單元或混合單元)的可靠性有關，還與組成該系統各單元間的組合方式和相互匹配有關。通常機電產品的可靠性設計包括以下幾個方面的內容:(l)明確機電產品中機械部件和電氣部件的設計制造要求。

(2)系統可靠性建模。系統常用的可靠性建模方式有:串聯系統建模、并聯系統建模、混聯系統建模、k/n系統建模和儲備系統建模。可通過這些數學模型并采適當的算法來計算出機電系統的可靠性。

(3)可靠性可預測。預測單元(機械單元、電氣單元或混合單元)的可靠性，首先要確定單元的基本失效率，它們是在一定的環境條件下得出的，設計時可以從相關的手冊、資料中查得。然后根據公式入=k入b來確定各單元的應用失效率，k為修正系數，可由專門的資料中查得。對于不同的機電系統，其可靠性預測的方法也不同，常用的有元器件統計法、數學模型法和故障樹分析法等方法。

(4)可靠性的分配。根據機電產品各單元技術水平、復雜程度、重要程度以及相關費用等條件來決定，總的來說都是為了獲取系統最高的可靠性。現在常用的分配方法有等分發、再分發、Agree分配法和相對失效法和相對概率法。

五、計算機輔助設計

機械計算機輔助設計（機械CAD）技術，是在一定的計算機輔助設計平臺上，對所設計的機械零、部件，輸入要達到的技術參數，由計算機進行強度，剛度，穩定性校核，然后輸出標準的機械圖紙，簡化了大量人工計算及繪圖，效率比人工提高幾十倍甚至更多。

計算機輔助設計的過程,首先進行功能設計,選擇合適的科學原理或構造原理,然后進行產品總圖的初步設計、產品選型和外型的初步設計;從總圖派生出零件,對零件的造型、尺寸、色彩等進行設計,對零件進行有限元分析,使其結構及尺寸與應力狀態相適應;對零件進行加工模擬,對其性能做出評價、分析和優化,最終完成零件的工作圖;在計算機上制定零件制造工藝,在相應的設備上制造出零件。

如各種建模軟件，solidworks proE AutoCAD等 現代CAD系統的功能包括:

(1)設計組件重用

(2)簡易的設計修改和版本控制功能

(3)設計的標準組件的自動產生

(4)設計是否滿足要求和實際規則的檢驗

(5)無需建立物理原型的設計模擬

(6)裝配件(一堆零件或者其它裝配件)的自動設計

(7)工程文檔的輸出，例如制造圖紙，材料明細表

(8)設計到生產設備的直接輸出

(9)到快速原型或快速制造工業原型的機器的直接輸出

六、計算仿真設計

根據工程機械不同的作業功能，在計算機上模擬各種作業過程，以分析和確定各種狀態下的作業參數，研究工程機械各系統主要部件的結構合理性，借助數學實驗等方法預估工程機械的作業效果，從而可大大減少設計上的失誤，避免或減少走彎路。

空調系統計算機仿真設計實例李銳

計算機控制程序用Visual Basic 語言編寫, 其中用到重要的通信控件———MSComm。該控件使各自控設備與計算機得以溝通, 實現了計算機對空調房間內溫度、濕度、CO2 濃度的監測及對電動調節風閥、電加濕器、新風口的自動控制。

七、反求設計

反求設計（也稱逆向設計），是指設計師對產品實物樣件表面進行數字化處理(數據采集、數據處理)，并利用可實現逆向三維造型設計的軟件來重新構造實物的CAD模型(曲面模型重構)，并進一步用CAD/CAE／CAM系統實現分析、再設計、數控編程、數控加工的過程。

逆向設計的流程示意：產品樣件 → 數據采集 → 數據處理CAD/CAE/CAM系統 → 模型重構 → 制造系統 → 新產品。

概念車車身造型設計方法的研究，2004年國際工業設計研討會暨第9屆全國工業設計學術年會

本文運用反求工程的基本原理,通過電動概念車車身的研發,從汽車概念設計的角度,提出了一種新的造型設計方法,它以反求工程為基礎,將正向設計和反向設計相互結合起來,利用計算機輔助進行車身造型設計.該方法通過建立車身特征曲線框架來進行概念車車身模型的構建,代替了傳統反求工程制作實物模型的步驟,有效地提高了設計效率、降低了研制成本和縮短了研發周期.最后,以完成的電動概念車樣車實例證明了該方法的正確性和有效性.

第五篇：現代設計方法感想

《現代設計方法》

學習心得體會

姓

名：

張

湉

序

號：

班

級：

09級機自2班

學

好：

24091901612

系

別：

機械與電子工程系

指導教師：

張曉紅老師

日

期：

2012年4月7日

《現代設計方法》學習心得體會

——09機自2班 張湉（45號）

進入大三，迎接我們的是真正的專業課，不再是以前的公共課或者是專業基礎課，而《現代設計方法》作為專業課中的必修課，即是非常重要的一門課，同時也是一門結合機械類各科目知識的一門綜合性課程。在近一學期的學習中，我不僅僅是學到了比較多的綜合性設計方法同時也很好的認識了我們的好老師-張老師。張老師的課堂教學非常幽默且具有非常強的科學性。張老師基本上是每20分鐘左右便給我們一定的時間休息會兒，這樣聽課就不會非常疲憊，做到勞逸結合，確實學習效果也非常好。

這門課程給我們講解了設計方法學、優化設計、可靠性設計、有限元法、機械動態設計、計算機輔助設計、人工神經元計算方法、工程遺傳算法、智能工程等九種現代設計方法。可以說是設計學的一個大綜合。雖然課程還沒有講解完，但是通過已經學的知識和預習的相關知識我對這一課程有了一定程度的認識。縱觀世界機械類設計發展歷史，從19世紀中葉英國工業革命至今，機械工業不斷革新其要求也不斷改變，現今對各個設計員的要求不斷提升，由以前的單一機械結構設計到后來的機電一體化再到如今的機、電、計算機三位一體的設計要求，這樣對于我們大學生尤其是三本院校的大學生，本身基礎較薄弱，學習現代設計要求也不斷提高、相應的難度也在提升。

通過這半個學期的學習，自己對現代設計方法有了一定的認知和掌握。我覺得開設本課程要達到的主要目的是：通過對機械優化設計和有限元分析中的基本概念、理論和方法的學習，對工程設計實例分析的了解和熟悉，我們可以拓寬視野，增強創新設計意識，掌握現代設計方法的基本思想和基本方法，初步具有解決機械優化設計與有限元分析問題的能力。學校的圖書館也有許多相關的書籍期刊，通過課本的學習和課外知識的學習以及《機械設計》課程學習的基礎，我對設計過程的復雜性和相關基礎過程有了一定的認識，其過程主要為首先是任務的提出，確定需求和潛在的需求；然后是可理解的形成，即概念設計，包括掃描技術可能和產生矛盾統一設想；最后是對可能解的評估、優選和確認，并產生最終 2 解。通過這門課程的學習我還解決了另一個問題，對機械設計的現代設計方法的相關類型有了一定的認識。通過課程中的設計方法學、優化設計、計算機輔助設計等方面的學習我深刻的認識到現代設計方法主要基于以下四個類型開展設計方案的。主要是結構模塊化設計方法、基于產品特征知識的設計方法、系統化設計方法、智能化設計方法四個方面的設計方法，我的學習提綱也就是從這四個方面鋪開的。

這半個學期的學習使我受益匪淺，不僅僅是解決了這兩個問題，跟重要的是對現代設計方法有了個總的認識，對自己的專業能力有了很大的提高，這將是將來工作以及學習更廣闊的專業知識的夯實基礎，也為我將來的考研以及更遠的就業提供了很好的基礎，只有你專業知識學的好，將來工作上才能夠游刃有余，才能夠在人生的道路上走的更加平穩、快速，取得人生的輝煌。最后，感謝張老師對我們的教導與教誨，您的辛勤工作給我們帶來的將是我們無盡的人生財富，助我們揚帆人生。謝謝您！

參考文獻：

《現代設計方法》 梅順齊 何雪明主編 華中科技大學出版社；