“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)探索與實(shí)踐.doc

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1、“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)探索與實(shí)踐　[摘要]“現(xiàn)代設(shè)計方法”是一門工程代寫論文實(shí)用性較強(qiáng)的新興邊緣學(xué)科，目的在于使其成為學(xué)生未來從事工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的有力工具，提高產(chǎn)品的設(shè)計水平和質(zhì)量，推動人類設(shè)計事業(yè)的進(jìn)步。結(jié)合多年來，在“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)中的探索與實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容的確定、教材的選用、軟件平臺的使用方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)理念、考核方式幾個方面的改進(jìn)進(jìn)行了介紹?！　關(guān)鍵詞]現(xiàn)代設(shè)計方法優(yōu)化設(shè)計有限元教學(xué)Matlab　　　　“現(xiàn)代設(shè)計方法”是一門工程實(shí)用性較強(qiáng)的新興邊緣學(xué)科，根本目的在于使它成為學(xué)生未來從事工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的有力工具，以提高產(chǎn)品的設(shè)計水平和質(zhì)量，推動人

2、類設(shè)計事業(yè)的進(jìn)步。多年來，我們在“現(xiàn)代設(shè)計方法”教學(xué)中不斷探索、實(shí)踐?！　　　∫弧⒋_定教學(xué)內(nèi)容　　　　現(xiàn)代設(shè)計方法是一門種類繁多、知識面廣的學(xué)科群，它由多種設(shè)計方法組成，包括計算機(jī)輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元法、模塊化設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、疲勞強(qiáng)度設(shè)計、并行設(shè)計、綠色設(shè)計、虛擬設(shè)計、反求工程、人機(jī)工程等。由于課時有限，在“現(xiàn)代設(shè)計方法”這門課中，主要介紹理論上比較成熟并已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代設(shè)計計算方法，包括計算機(jī)輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元法和可靠性設(shè)計，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用這四種方法解決工程實(shí)際中的一些基本問題。對于其他現(xiàn)代設(shè)計理念和方法，作為前沿知識介紹給學(xué)生，擴(kuò)大

3、學(xué)生的知識面。從教學(xué)內(nèi)容上既突出現(xiàn)代設(shè)計方法的重點(diǎn)，又覆蓋現(xiàn)代設(shè)計方法的全貌?！　　　《?、選用教材　　　　要完成以上教學(xué)內(nèi)容，目前沒有一本教材可以完全勝任，必須以一本為主，再輔以其他教材作為參考。由于“現(xiàn)代設(shè)計方法”涉及高數(shù)、物理、線性代數(shù)、概率與數(shù)理統(tǒng)計、力學(xué)等多門學(xué)科內(nèi)容，為了便于基礎(chǔ)差的學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后自學(xué)，選用了西安理工大學(xué)應(yīng)錦春教授主編的全國高等教育自學(xué)考試指定的《現(xiàn)代設(shè)計方法》教材作為主教材，這本教材中主要介紹了計算機(jī)輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元法和可靠性設(shè)計這四種現(xiàn)代設(shè)計方法。由于是自學(xué)考試教材，學(xué)生學(xué)起來有一種通俗易懂的感覺，而且實(shí)例豐富，利于學(xué)以致用。對于其他現(xiàn)代設(shè)

4、計理念和方法，參考了盧小平、吳威主編的《現(xiàn)代制造技術(shù)》，黃雨、董遇泰主編的《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法》等教材，并通過網(wǎng)絡(luò)查找更多有關(guān)現(xiàn)代設(shè)計方法的相關(guān)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上參考肖偉、劉忠主編的《Matlab程序設(shè)計與應(yīng)用》、宋兆基主編的《Matlab6.5在科學(xué)計算中的應(yīng)用》，(德)P.I.Kattan著，韓來彬譯的《Matlab有限元分析及應(yīng)用》，自編了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書?！　　　∪⑦x用優(yōu)秀的軟件平臺——Matlab軟件輔助教學(xué)　　4　　1．Matlab軟件的特點(diǎn)　　Matlab(MatrixLaboratoy)是由美國Mathworks公司1994年推出的優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件，它具有強(qiáng)大的科技計

5、算、圖形處理、可視化、開放式和可擴(kuò)展環(huán)境，特別是所附帶的幾十種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)值分析、信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、通信仿真、工程優(yōu)化、數(shù)學(xué)建模和統(tǒng)計分析等領(lǐng)域，成為目前市場上強(qiáng)有力的工程問題分析計算和程序設(shè)計的桌面工程師系統(tǒng)，是工科大學(xué)生和研究生必須掌握的基本工具?！　?．Matlab軟件在“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程中的應(yīng)用　　在“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程中，使用Matlab解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，可以簡化公式的推導(dǎo)和概念的敘述，使學(xué)生既掌握了一門計算機(jī)編程語言，又使學(xué)生進(jìn)一步加深對所學(xué)內(nèi)容的理解；同時，Matlab能方便的將計算結(jié)果用圖形、圖像等來表達(dá)，使得教學(xué)更加生動

6、、形象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！　≡诘谝徽隆肮こ虜?shù)據(jù)的計算機(jī)處理”一節(jié)中，利用Matlab軟件的interp1，interp2，interp3和interpn很容易地實(shí)現(xiàn)各種維數(shù)的函數(shù)插值，同時利用Matlab的圖形處理函數(shù)如plot，meshgrid，mesh等將插值效果直觀地表達(dá)出來。而對于曲線擬合，利用Matlab函數(shù)，既可以容易地求出擬合曲線，又可以將擬合曲線與原函數(shù)在同一坐標(biāo)系中顯示出來，直觀地表達(dá)擬合曲線與原函數(shù)的符合程度　　在第二章“優(yōu)化設(shè)計”中，涉及到高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、矩陣論等數(shù)學(xué)問題，對于工科學(xué)生而言，本門課程不需要他們對優(yōu)化的算法進(jìn)行深入的研究，只要求他們了解和掌

7、握基本概念，每一種算法的特點(diǎn)和應(yīng)用場合，并將這些算法應(yīng)用到解決實(shí)際問題中。當(dāng)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和約束條件比較復(fù)雜時，計算的工作量很大。利用Matlab軟件提供的最優(yōu)化計算工具箱能很快很好地解決幾乎所有的最優(yōu)化設(shè)計問題。對于二維優(yōu)化設(shè)計問題還可以用圖形將數(shù)學(xué)模型和結(jié)果表示出來，生動、形象，加深學(xué)生對優(yōu)化設(shè)計問題的理解?！　〉谌隆坝邢拊ā?，在求單元剛度矩陣、集成總體剛度矩陣，求解平衡方程中，由于涉及到矩陣運(yùn)算，計算工作量非常大。所以在本章中使用Matlab作為