現(xiàn)代設(shè)計方法

前言

　　“設(shè)計”是人類改造自然的基本活動之一。它與人類的生產(chǎn)活動及生活緊密相關(guān)。人類在改造自然的歷史長河中，一直從事設(shè)計活動，通過成功的設(shè)計物品來滿足文明社會的需要。“設(shè)計”在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，它直接影響著一項工程（或產(chǎn)品）的質(zhì)量、成本以及研發(fā)時間等。通過優(yōu)良設(shè)計的工程（或產(chǎn)品）可為人類社會帶來巨大益處并將危害減小到最低程度。隨著時代的進(jìn)步和社會的發(fā)展，在人類對產(chǎn)品要求越來越高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、競爭越來越激烈的今天，設(shè)計工作的作用就更顯得重要?！　‖F(xiàn)代設(shè)計方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而在設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展起來的一門新興的多元交叉學(xué)科。它是以滿足市場產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時間、成本、價格等綜合效益最優(yōu)為目的，以計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)為主體，以知識為依托，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品活動過程所用到的技術(shù)群體的總稱?！　‖F(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用將為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計乃至所有設(shè)計領(lǐng)域帶來革命性的變化，這些已為發(fā)達(dá)國家的實踐所證實。隨著國際市場的形成和市場競爭的加劇，我國企業(yè)設(shè)計人員急需學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，樹立現(xiàn)代設(shè)計的思想，掌握現(xiàn)代設(shè)計的基本概念和基本方法，獲得應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法設(shè)計產(chǎn)品的初步能力?！　‖F(xiàn)代設(shè)計方法發(fā)展很快，種類繁多，涉及面極廣。本書共分為六章，在討論傳統(tǒng)設(shè)計和現(xiàn)代設(shè)計的關(guān)系、特點(diǎn)，以及對多種常用現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行概括介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了優(yōu)化設(shè)計、計算機(jī)輔助設(shè)計、有限元法、可靠性設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計。為了使學(xué)生便于掌握課程的基本內(nèi)容和工程應(yīng)用，本教材力求理論聯(lián)系實際，引用較多的典型實例進(jìn)行分析，以加深學(xué)生對所述內(nèi)容的理解和掌握。同時本書融入了編者多年來在現(xiàn)代設(shè)計方法方面的一部分研究成果。本書可作為機(jī)械類碩士研究生和本科生教材，也可供從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計的工程技術(shù)人員參考。　　本書由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)陶棟材教授主編，第一、三章由陶棟材教授編寫；第二章由鄧春香副教授編寫；第四章由任述光副教授編寫；第五章由吳明亮副教授編寫；第六章由袁雄編寫?！　≡诒緯木帉戇^程中，編者參閱了大量文獻(xiàn)資料，吸納了有關(guān)教材和參考書中的精華，引用了許多專家、學(xué)者的部分成果和觀點(diǎn)，書后以參考文獻(xiàn)一并列出。在此特對有關(guān)作者致以真誠的感謝?！　¤b于現(xiàn)代設(shè)計方法內(nèi)容涉及面廣，發(fā)展迅速，加之編者水平有限，書中定會有不足之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《高等院?！笆晃濉币?guī)劃教材：現(xiàn)代設(shè)計方法》在討論傳統(tǒng)設(shè)計和現(xiàn)代設(shè)計的關(guān)系、特點(diǎn)，以及對多種常用現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行概括介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了優(yōu)化設(shè)計、計算機(jī)輔助設(shè)計、有限元法、可靠性設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計，同時本書融入了編者多年來在現(xiàn)代設(shè)計方法方面的一部分研究成果。通過對《高等院?！笆晃濉币?guī)劃教材：現(xiàn)代設(shè)計方法》的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握現(xiàn)代設(shè)計方法的基本思想、原理、設(shè)計過程和應(yīng)用。

書籍目錄

第一章 緒論1.1 設(shè)計的基本概念1.2 傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計1.3 設(shè)計過程與設(shè)計方法1.4 設(shè)計類型與設(shè)計原則1.5 部分現(xiàn)代設(shè)計方法簡介1.6 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法的意義思考題第二章 優(yōu)化設(shè)計方法2.1 概述2.2 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型2.3 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2.4 一維搜索方法2.5 無約束優(yōu)化方法2.6 有約束優(yōu)化方法2.7 Matlab在優(yōu)化方法中的應(yīng)用思考題第三章 計算機(jī)輔助設(shè)計3.1 概述3.2 設(shè)計資料的處理3.3 計算機(jī)輔助圖形處理3.4 CAD建模技術(shù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型3.5 計算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)分析3.6 計算機(jī)仿真思考題第四章 有限元法4.1 概述4.2 彈性力學(xué)基本理論4.3 有限元基本原理4.4 等參單元及數(shù)值積分4.5 有限元分析中若干問題的處理4.6 有限元分析軟件ANSYS的應(yīng)用4.7 應(yīng)用實例思考題第五章 可靠性設(shè)計5.1可靠性概論5.2機(jī)械可靠性設(shè)計原理與可靠度計算5.3機(jī)械靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計5.4疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計5.5可靠性試驗思考題第六章 創(chuàng)新設(shè)計6.1概述6.2創(chuàng)新思維的基本方法6.3創(chuàng)新思維技法6.4產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計6.5產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實例思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第二章 優(yōu)化設(shè)計方法　　2.1 概述　　早期的優(yōu)化設(shè)計是基于人類的直覺和邏輯思維進(jìn)行的，到20世紀(jì)50年代，線性規(guī)劃已有初步發(fā)展，自1947年，丹捷格（GB.Dantzig）提出了求解一般線性規(guī)劃問題的方法——單純形法之后，線性規(guī)劃在理論上趨向成熟，在實際中的應(yīng)用日益廣泛與深入。二十世紀(jì)60年代，計算機(jī)的應(yīng)用、應(yīng)用數(shù)學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了優(yōu)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，它已滲透到工程技術(shù)問題的每一角落，滲透到各個領(lǐng)域，形成了專門的科學(xué)分支。20世紀(jì)70年代后，優(yōu)化技術(shù)已達(dá)到無孔不入的程度，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防各個領(lǐng)域、各個部門都已遍布了它的足跡。　　所謂優(yōu)化設(shè)計就是借助最優(yōu)化數(shù)值計算方法和計算機(jī)技術(shù)求取工程問題的最優(yōu)化設(shè)計方案。顯然這是一種用數(shù)學(xué)方法解決設(shè)計問題的設(shè)計方法。優(yōu)化設(shè)計是保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能，減輕自重或體積，降低工程造價的一種有效設(shè)計方法，它可以使設(shè)汁者從大量煩瑣和重復(fù)的計算工作中解脫出來，使之有更多的精力從事創(chuàng)造性的設(shè)計，大大提高設(shè)計效率。主要應(yīng)用于舊產(chǎn)品的改造和新產(chǎn)品的開發(fā)，現(xiàn)在它以規(guī)劃論為核心、以高速的電子計算機(jī)為工具的重要的現(xiàn)代技術(shù)，從單變量或多變量的單目標(biāo)向多變量多目標(biāo)的優(yōu)化方向發(fā)展?！　C(jī)械優(yōu)化設(shè)計是優(yōu)化理論在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用，它建立在近代數(shù)學(xué)最優(yōu)化方法與計算機(jī)程序設(shè)計的基礎(chǔ)上，橫跨了機(jī)械設(shè)計，計算數(shù)學(xué)、計算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科，成為解決復(fù)雜設(shè)計問題的一種有效的工具。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計是機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計方法中發(fā)展最快，應(yīng)用最早的一種方法，優(yōu)化設(shè)計的一般過程如圖2-1所示。其中最重要的是建立所要解決問題的數(shù)學(xué)模型，即確定設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)及約束條件。它們的建立需要具備各個方面的專業(yè)技術(shù)知識，從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，抓住問題的關(guān)鍵。選擇優(yōu)化方法進(jìn)行解算的基本原則是計算工作量小，省時；所需存儲量??；計算精度高，數(shù)值穩(wěn)定性好；邏輯結(jié)構(gòu)簡單；滿足約束條件多。　　2.2 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型　　進(jìn)行實際問題的優(yōu)化設(shè)計，首先需要建立其數(shù)學(xué)模型?！　。?）目標(biāo)函數(shù)。傳統(tǒng)的設(shè)計方法可以說是一種經(jīng)驗方法，它的選優(yōu)思想，受到了時間、條件和經(jīng)驗的限制，有一定的局限性；而優(yōu)化設(shè)計方法它追尋一種目標(biāo)，在追尋目標(biāo)最大或最小的前提下，又保證滿足所有的約束條件。目標(biāo)函數(shù)通常分為單目標(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)，單目標(biāo)函數(shù)中通常分為性能指標(biāo)最優(yōu)和重量最輕，性能指標(biāo)最優(yōu)是目標(biāo)函數(shù)的主要形式?！　　?/pre>








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