設(shè)計(jì)方法論文-任興成

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1、任興成103280225機(jī)制專1002現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概述摘要：《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》這門課主要介紹了理論上比較成熟并且已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)算方法，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等，能夠運(yùn)用這些方法解決工程實(shí)際屮的一些基本問題，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，推動(dòng)人類設(shè)計(jì)事業(yè)的進(jìn)步。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，機(jī)械產(chǎn)品，發(fā)展趨勢(shì)：方案設(shè)計(jì)方法；引言隨著科學(xué)技術(shù)的訊速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的口益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短,更新?lián)Q代速度加快，出現(xiàn)了一批新的設(shè)計(jì)學(xué)科和一系列新的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法，諸如優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等。這些

2、方法的發(fā)展和應(yīng)用，使得各個(gè)丄程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工作從形式到效果都發(fā)牛了根本性的變化，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)主要研究內(nèi)容包括以下兒方面：（1）分析設(shè)計(jì)過程及各設(shè)計(jì)階段的任務(wù)，尋求符合科學(xué)規(guī)律的設(shè)計(jì)程序。（2）研究解決設(shè)計(jì)問題的邏輯步驟和應(yīng)遵循的工作原則。以系統(tǒng)工程分析、綜合、評(píng)價(jià)、決策的解題步驟貫徹于設(shè)計(jì)各階段，使問題逐步深入擴(kuò)展，多方案求優(yōu)。（4）分析各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法如系統(tǒng)工程、創(chuàng)造工程、價(jià)值工程、優(yōu)化工程等在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的科學(xué)合理設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。（3）強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)讓中設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新能力的重要性，分

3、析創(chuàng)新思維規(guī)律，研究并促進(jìn)各種創(chuàng)新技法在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。（5）深入分析各種類型設(shè)計(jì)如開發(fā)型設(shè)計(jì)、擴(kuò)展型設(shè)計(jì)、變參數(shù)設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)等的特點(diǎn)，以便按規(guī)律更有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。（6）研究設(shè)計(jì)信息庫的建立。用系統(tǒng)工程方法編制設(shè)計(jì)目錄-設(shè)計(jì)信息庫。把設(shè)計(jì)過程中所需的大量信息規(guī)律地加以分類、排列、儲(chǔ)存，便丁?設(shè)計(jì)者查找和調(diào)用，便于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用。（7）研究產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。運(yùn)用先進(jìn)理論，建立知識(shí)庫系統(tǒng)，利用智能化手段使設(shè)計(jì)自動(dòng)化逐步實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代設(shè)計(jì)主要基于以下兩方面：（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指，將工程設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，借助

4、電子計(jì)算機(jī)高速度、高精度和人儲(chǔ)存量的運(yùn)算處理能力，從滿足設(shè)計(jì)要求的一切可行方案屮自動(dòng)尋求最佳設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)部分主要包括優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、一維搜索法、無約束優(yōu)化方法和線性規(guī)劃方法等。（2）可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)是指一項(xiàng)工程或產(chǎn)站在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力?？煽啃栽O(shè)計(jì)是與常規(guī)設(shè)計(jì)不同的設(shè)計(jì)方法，它將設(shè)計(jì)變雖:看作隨機(jī)變雖:，將町靠度作為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一，應(yīng)用可靠性理論対零部件、系統(tǒng)或工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。可靠性設(shè)計(jì)部分主要包括系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)、故障樹分析法等根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用

5、方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。1、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要索結(jié)合后,即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由徳國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ),制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，侶導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。徳國工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221"技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式，皋本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)

6、VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外，我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引川了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，其中具有代表性的是：(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、T藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用八需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)口標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。(2)將產(chǎn)品看作冇機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同吋采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)甜的功能要求，形成

7、產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。(3)將機(jī)械設(shè)計(jì)屮系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基木問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)吊作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成-?個(gè)系統(tǒng),根據(jù)設(shè)計(jì)冃標(biāo)，止確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。市于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下而介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。1設(shè)計(jì)元素法用五個(gè)設(shè)計(jì)元索(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元索和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)站的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)胡的所有特征和特征值即已確定。

8、我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。2圖形建模法研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)''KALEIT,用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其和關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)