現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用

第1章 緒論

1.1 設(shè)計(jì)的概念

1.2 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)

1.3 部分現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介

1.4 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的意義

習(xí)題

第2章 設(shè)計(jì)方法學(xué)

2.1 概述

2.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)

2.3 技術(shù)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)類型

2.4 產(chǎn)品規(guī)劃方法

2.5 方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)

2.6 創(chuàng)造性思維和方法

2.7 TRIZ理論與計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新

2.8 設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)與決策

習(xí)題

第3章 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述

3.2 優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

3.3 一維優(yōu)化

3.4 多維無約束優(yōu)化方法

3.5 多維約束優(yōu)化方法

3.6 機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)中的其他相關(guān)問題

3.7 優(yōu)化設(shè)計(jì)工具軟件

3.8 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

習(xí)題

第4章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)

4.1 概述

4.2 可靠性的定義及度量指標(biāo)

4.3 可靠性工程中常用概率分布

4.4 可靠性設(shè)計(jì)原理

4.5 機(jī)械強(qiáng)度可靠度計(jì)算

4.6 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

4.7 故障樹分析

習(xí)題

第5章 有限元法

5.1 概述

5.2 彈性力學(xué)的基本理論

5.3 彈性力學(xué)有限元法

5.4 等參數(shù)單元的原理及數(shù)值積分

5.5 有限元分析中的若干處理方法

5.6 有限元分析軟件

5.7 有限元方法應(yīng)用實(shí)例

習(xí)題

附表

附表1 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表

附表2 TRIZ沖突解決原理矩陣

參考文獻(xiàn)

文章節(jié)選：

第2章 設(shè)計(jì)方法學(xué)

2.1 概述

方法是人類思維的寶貴財(cái)富,是探索科學(xué)真理的鑰匙。認(rèn)識(shí)事物、解決問題都需要正確的方法。培根說過:“沒有一個(gè)正確的方法,猶如在黑暗中摸索行走?！卑透β宸蛞苍赋?“好的方法將為人們開展更廣闊的圖景,使人們認(rèn)識(shí)更深層次的規(guī)律,從而更有效地改造世界。”設(shè)計(jì)方法學(xué)(Design Methodology)是一門新興學(xué)科,是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的重要組成部分。

工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性活動(dòng),設(shè)計(jì)的結(jié)果直接影響產(chǎn)品性能質(zhì)量、成本和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。由于在產(chǎn)品開發(fā)和提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平的工作中,科學(xué)的設(shè)計(jì)方法起著重要的作用,因此加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究有著十分重要的意義。

從20世紀(jì)60年代以來,在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中對(duì)設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究有著迅速的發(fā)展。一些國家已形成了各自的研究體系和風(fēng)格。比較有代表性的如:德國的學(xué)者和工程技術(shù)人員比較著重研究設(shè)計(jì)的進(jìn)程、步驟和規(guī)律,進(jìn)行系統(tǒng)化的邏輯分析,并將成熟的設(shè)計(jì)模式、解法等編成規(guī)范和資料供設(shè)計(jì)人員參考;英美學(xué)派偏重分析創(chuàng)造性開發(fā)和計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用;日本學(xué)者則充分利用國內(nèi)電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì),在創(chuàng)造工程學(xué)、質(zhì)量工程、價(jià)值工程方面做了不少工作。自1946年開始,前蘇聯(lián)進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造方法學(xué)的研究——TRIZ(heory of Invention Problem Solving),以G.S.Altshuler為首的研究機(jī)構(gòu)分析了世界近250萬件高水平發(fā)明專利,并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則后,建立了TRIZ理論體系。運(yùn)用這一理論,可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。

各國研究的設(shè)計(jì)方法在內(nèi)容上各有側(cè)重,但共同的特點(diǎn)都是總結(jié)設(shè)計(jì)規(guī)律,啟發(fā)創(chuàng)造性,采用現(xiàn)代化的先進(jìn)理論和方法使設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化、合理化,其目的是為了提高設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量,設(shè)計(jì)出更多功能全、性能好、成本低、外形美的產(chǎn)品,以滿足社會(huì)的需求和適應(yīng)日趨尖銳的市場(chǎng)競爭。

我國在20世紀(jì)80年代不斷吸收引進(jìn)國外研究成果,開展了設(shè)計(jì)方法學(xué)的理論和應(yīng)用研究,并取得了一系列成果。

各國在設(shè)計(jì)方法研究過程中共同推進(jìn)和發(fā)展了“設(shè)計(jì)方法學(xué)”這門學(xué)科,從而使它成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要組成部分。設(shè)計(jì)方法學(xué)是以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來研究產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序、設(shè)計(jì)規(guī)律和設(shè)計(jì)中的思維與工作方法的一門綜合性學(xué)科。它所研究的內(nèi)容包括如下部分。

1)設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)對(duì)象是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)一定技術(shù)過程的技術(shù)系統(tǒng)。能滿足一定需要的技術(shù)過程不是唯一的,能實(shí)現(xiàn)某個(gè)具有一定技術(shù)過程的技術(shù)系統(tǒng)也不是唯一的。影響技術(shù)過程和技術(shù)系統(tǒng)的因素很多,全面系統(tǒng)地考慮、研究確定的最優(yōu)技術(shù)系統(tǒng)即為設(shè)計(jì)對(duì)象。

……

本書是關(guān)于介紹“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用”的教學(xué)用書,書中重點(diǎn)介紹應(yīng)用廣泛、實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法。具體內(nèi)容包括設(shè)計(jì)方法學(xué),機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì),可靠性設(shè)計(jì)和有限元方法。 本書可作為機(jī)械工程及相關(guān)專業(yè)本科生的教材,亦可作為工程技術(shù)人員繼續(xù)教育的培訓(xùn)教材。2100433B

本書在對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念、特點(diǎn)、技術(shù)體系以及多種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行概括介紹的基礎(chǔ)上,精選內(nèi)容,重點(diǎn)介紹應(yīng)用廣泛、實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法。具體內(nèi)容包括設(shè)計(jì)方法學(xué),機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì),可靠性設(shè)計(jì)和有限元方法。本書將現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本理論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的工具軟件及典型工程應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合,以加深讀者對(duì)所述現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的理解、掌握和實(shí)際應(yīng)用。

本書可作為機(jī)械工程及相關(guān)專業(yè)本科生的教材,亦可作為工程技術(shù)人員繼續(xù)教育的培訓(xùn)教材,還可供從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員和科技管理干部參考。

前言

第1章 緒論

1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念

1.1.1 設(shè)計(jì)的概念及特征

1.1.2 設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段

1.1.3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容及特點(diǎn)

1.2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容

1.2.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

1.3 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)及其開發(fā)

1.3.1 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)

1.3.2 現(xiàn)代產(chǎn)品的開發(fā)

1.4 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的意義與任務(wù)

習(xí)題

第2章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

2.1 概述

2.1.1 CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用概況

2.1.2 應(yīng)用CAD技術(shù)的優(yōu)越性

2.1.3 CAD技術(shù)發(fā)展展望

2.2 CAD系統(tǒng)

2.2.1 CAD系統(tǒng)的硬件

2.2.2 CAD系統(tǒng)的軟件

2.2.3 CAD系統(tǒng)的形式

2.2.4 CAD系統(tǒng)的功能

2.3 工程數(shù)據(jù)的處理方法及CAD程序編制

2.3.1 數(shù)表的分類及存取

2.3.2 線圖的分類及處理

2.3.3 列表函數(shù)表的插值算法

2.3.4 數(shù)據(jù)的公式擬合方法

2.4 數(shù)據(jù)文件及其應(yīng)用

2.5 數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用

2.5.1 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2.5.2 漢字FOXBASE 2.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在CAD中的應(yīng)用

2.5.3 工程數(shù)據(jù)庫

習(xí)題

第3章 計(jì)算機(jī)繪圖

3.1 概述

3.2 計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)

3.2.1 坐標(biāo)系

3.2.2 窗口、視區(qū)及開窗變換

3.2.3 二維圖形的剪裁

3.3 二維圖形的幾何變換

3.3.1 齊次坐標(biāo)與變換矩陣

3.3.2 基本幾何變換及矩陣表示

3.3.3 組合變換

3.4 機(jī)械工程圖的繪制方法

3.4.1 基本圖形的繪制

3.4.2 零件圖的繪制

3.4.3 裝配圖的繪制

習(xí)題

第4章 優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 概述

4.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)基本概念

4.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

4.1.3 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的主要類型

4.1.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代算法

4.2 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

4.2.1 二次型與正定矩陣

4.2.2 函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度

4.2.3 函數(shù)的泰勒近似展開式和海森矩陣

4.2.4 無約束優(yōu)化問題的極值條件

4.2.5 凸函數(shù)與凸規(guī)劃

4.2.6 約束優(yōu)化問題的極值條件

4.3 一維優(yōu)化方法

4.3.1 搜索區(qū)間的確定

4.3.2 0.618法（黃金分割法）

4.3.3 二次插值法

4.4 多維無約束優(yōu)化方法

4.4.1 坐標(biāo)輪換法

4.4.2 共軛方向法

4.4.3 梯度法

4.4.4 牛頓法

4.4.5 變尺度法

4.5 約束優(yōu)化方法

4.5.1 復(fù)合形法

4.5.2 懲罰函數(shù)法

4.5.3 簡約梯度法及廣義簡約梯度法

4.6 多目標(biāo)問題的優(yōu)化方法

4.6.1 加權(quán)組合法

4.6.2 功效系數(shù)法

4.6.3 主要目標(biāo)法

4.7工程優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.7.1 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟

4.7.2 微機(jī)優(yōu)化方法程序庫PC－

OPB簡介

4.7.3 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

習(xí)題

第5章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)

5.1 概述

5.1.1 研究可靠性的意義

5.1.2 可靠性的定義

5.1.3 可靠性技術(shù)的發(fā)展

5.1.4 可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

5.2 可靠性特征量

5.2.1 可靠度特征量

5.2.2 失效特征量

5.3 可靠性常用概率分布

5.4 機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)

5.4.1 強(qiáng)度概率計(jì)算法的基本理論

5.4.2 零件強(qiáng)度可靠度的計(jì)算

5.4.3 零件承載能力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.4 零件工作應(yīng)力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.5 強(qiáng)度可靠性計(jì)算條件式與許用可靠度

5.5 強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)方法及步驟

5.6 疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)

5.6.1 等幅變應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命及可靠度

5.6.2 不穩(wěn)定應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命

5.6.3 承受多級(jí)變應(yīng)力作用的零件在給定壽命時(shí)的可靠度

5.7 機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

5.7.1 可靠性預(yù)測(cè)

5.7.2 可靠性分配

習(xí)題

第6章 有限元法

6.1 概述

6.2 單元分析

6.2.1 單元分析的任務(wù)和方法

6.2.2 直接剛度法

6.2.3 虛功原理法

6.2.4 能量變分法

6.3 有限元法的應(yīng)用

6.3.1 有限元法的計(jì)算步驟

6.3.2 計(jì)算實(shí)例

6.3.3 其它問題

習(xí)題

第7章 機(jī)電產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

7.1 概述

7.1.1 工業(yè)造型設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與基本要素

7.1.2 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的原則

7.1.3 產(chǎn)品造型的美學(xué)內(nèi)容

7.1.4 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的程序

7.2 造型與形式法則

7.2.1 形態(tài)要素及其視覺效果

7.2.2 造型美的形式法則

7.3 人機(jī)工程學(xué)簡介

7.3.1 人體結(jié)構(gòu)尺寸與造型尺度

7.3.2 視覺特征與顯示器設(shè)計(jì)

7.3.3 控制器的選擇與設(shè)計(jì)

7.3.4 控制臺(tái)板設(shè)計(jì)

7.4 產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)

7.4.1 色彩的基本知識(shí)

7.4.2 色彩的對(duì)比與調(diào)合

7.4.3 產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)

習(xí)題

第8章 設(shè)計(jì)方法學(xué)

8.1 概述

8.1.1 設(shè)計(jì)方法學(xué)及其研究內(nèi)容

8.1.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)

8.2 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)法

8.2.1 技術(shù)過程及技術(shù)系統(tǒng)

8.2.2 功能分析法

8.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

8.3 創(chuàng)造性設(shè)計(jì)法

8.3.1 創(chuàng)造力和創(chuàng)造過程

8.3.2 創(chuàng)造性思維及其特點(diǎn)和類型

8.3.3 創(chuàng)造技法

8.4 設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)與決策

8.4.1 設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)

8.4.2 設(shè)計(jì)中的決策

習(xí)題

第9章 工程遺傳算法

9.1 概述

9.1.1 工程遺傳算法的概念

9.1.2 遺傳算法的特點(diǎn)及應(yīng)用

9.2 遺傳算法的基本原理及其計(jì)算步驟

9.2.1 遺傳算法的基本原理

9.2.2 遺傳算法的基本操作

9.2.3 遺傳算法的迭代計(jì)算步驟

9.2.4 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)

9.2.5 遺傳算法的數(shù)學(xué)描述

9.3 遺傳算法在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

習(xí)題

第10章 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的綜合應(yīng)用

10.1 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

10.1.1 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的創(chuàng)建方法

10.1.2 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)舉例

10.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.2.1 面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法的基本原理與特點(diǎn)

10.2.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法在機(jī)械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.3 參數(shù)化繪圖方法及其在機(jī)械CAD中的應(yīng)用

10.4 三次設(shè)計(jì)法及其在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

10.4.1 三次設(shè)計(jì)法原理

10.4.2 三次設(shè)計(jì)法在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

附錄1

附錄2

附錄3 2100433B

緒論

01.1 設(shè)計(jì)的基本概念

01.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的分類及主要現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介

01.3 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的意義與任務(wù)

思考與練習(xí)

第1章 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)

1.1 設(shè)計(jì)方法學(xué)概述

1.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)原則

1.3 技術(shù)系統(tǒng)及其確定

1.4 方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)

1.5 設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)決策

思考與練習(xí)

第2章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）

2.1 CAD概述

2.2 CAD系統(tǒng)

2.3 CAD系統(tǒng)的圖形處理

2.4 工程數(shù)據(jù)的處理

2.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用

思考與練習(xí)

第3章 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)

3.3 一維探索優(yōu)化方法

3.4 無約束多維問題的優(yōu)化方法

3.5 約束問題的優(yōu)化方法

3.6 多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化方法

3.7 LINGO在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

思考與練習(xí)

第4章 有限元法

4.1 有限元法概述

4.2 有限元法的基本步驟

4.3 二維線彈性問題

4.4 有限元程序的應(yīng)用

4.5 ANSYS有限元軟件的應(yīng)用

思考與練習(xí)

第5章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)

5.1 可靠性設(shè)計(jì)的基本理論和概念

5.2 可靠性工程中常用概率分布

5.3 可靠性設(shè)計(jì)原理

5.4 機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)

5.5 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

思考與練習(xí)

第6章 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法前沿

6.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)

6.2 快速響應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)

6.3 綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)

6.4 并行設(shè)計(jì)技術(shù)

6.5 虛擬設(shè)計(jì)

6.6 協(xié)同沒計(jì)

思考與練習(xí)

附錄A 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書是根據(jù)目前高等學(xué)校教學(xué)改革的實(shí)際需要，參照高等學(xué)校相關(guān)課程教學(xué)的基本要求，并結(jié)合課題組相關(guān)教學(xué)、科研成果編寫而成的。 本書共7章：第1章為緒論，對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)進(jìn)行了概述；第2章介紹并行設(shè)計(jì)中的相關(guān)模型、關(guān)鍵技術(shù)與方法等；第3章介紹TRIZ中的基礎(chǔ)知識(shí)、基本工具等；第4章介紹公理化設(shè)計(jì)的相關(guān)模型、設(shè)計(jì)定理等；第5章介紹可拓設(shè)計(jì)中的相關(guān)模型、可拓變換、推理方法等；第6章介紹遺傳算法的基本原理與應(yīng)用等；第7章介紹其他現(xiàn)代智能設(shè)計(jì)方法。為了便于學(xué)習(xí)，章后給出了工程案例分析。 本書可作為高等學(xué)校理工科類研究生或本科生的選修教材，也可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員、管理人員參考。