現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

前言

　　“設(shè)計(jì)”是人類改造自然的基本活動(dòng)之一。它與人類的生產(chǎn)活動(dòng)及生活緊密相關(guān)。人類在改造自然的歷史長(zhǎng)河中，一直從事設(shè)計(jì)活動(dòng)，通過成功的設(shè)計(jì)物品來(lái)滿足文明社會(huì)的需要?！霸O(shè)計(jì)”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(xiàng)工程（或產(chǎn)品）的質(zhì)量、成本以及研發(fā)時(shí)間等。通過優(yōu)良設(shè)計(jì)的工程（或產(chǎn)品）可為人類社會(huì)帶來(lái)巨大益處并將危害減小到最低程度。隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，在人類對(duì)產(chǎn)品要求越來(lái)越高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的今天，設(shè)計(jì)工作的作用就更顯得重要?！　‖F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而在設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一門新興的多元交叉學(xué)科。它是以滿足市場(chǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本、價(jià)格等綜合效益最優(yōu)為目的，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體，以知識(shí)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(dòng)過程所用到的技術(shù)群體的總稱?！　‖F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用將為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)乃至所有設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化，這些已為發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)踐所證實(shí)。隨著國(guó)際市場(chǎng)的形成和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，我國(guó)企業(yè)設(shè)計(jì)人員急需學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，樹立現(xiàn)代設(shè)計(jì)的思想，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本概念和基本方法，獲得應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品的初步能力?！　‖F(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的關(guān)系、特點(diǎn)，以及對(duì)多種常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。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(shí)際，引用較多的典型實(shí)例進(jìn)行分析，以加深學(xué)生對(duì)所述內(nèi)容的理解和掌握。同時(shí)本書融入了編者多年來(lái)在現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)有關(guān)作者致以真誠(chéng)的感謝?！　¤b于現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(huì)有不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《高等院?！笆晃濉币?guī)劃教材：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》在討論傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的關(guān)系、特點(diǎn)，以及對(duì)多種常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)本書融入了編者多年來(lái)在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法方面的一部分研究成果。通過對(duì)《高等院?！笆晃濉币?guī)劃教材：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基本思想、原理、設(shè)計(jì)過程和應(yīng)用。

書籍目錄

第一章 緒論1.1 設(shè)計(jì)的基本概念1.2 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)1.3 設(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)方法1.4 設(shè)計(jì)類型與設(shè)計(jì)原則1.5 部分現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介1.6 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的意義思考題第二章 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法2.1 概述2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2.4 一維搜索方法2.5 無(wú)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)3.1 概述3.2 設(shè)計(jì)資料的處理3.3 計(jì)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(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)分析3.6 計(jì)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(shí)例思考題第五章 可靠性設(shè)計(jì)5.1可靠性概論5.2機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)原理與可靠度計(jì)算5.3機(jī)械靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)5.4疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)5.5可靠性試驗(yàn)思考題第六章 創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jì)6.5產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第二章 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法　　2.1 概述　　早期的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)際中的應(yīng)用日益廣泛與深入。二十世紀(jì)60年代，計(jì)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(gè)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(wú)孔不入的程度，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)部門都已遍布了它的足跡。　　所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)就是借助最優(yōu)化數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)求取工程問題的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。顯然這是一種用數(shù)學(xué)方法解決設(shè)計(jì)問題的設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jià)的一種有效設(shè)計(jì)方法，它可以使設(shè)汁者從大量煩瑣和重復(fù)的計(jì)算工作中解脫出來(lái)，使之有更多的精力從事創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，大大提高設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)是優(yōu)化理論在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，它建立在近代數(shù)學(xué)最優(yōu)化方法與計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，橫跨了機(jī)械設(shè)計(jì)，計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科，成為解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的一種有效的工具。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中發(fā)展最快，應(yīng)用最早的一種方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)及約束條件。它們的建立需要具備各個(gè)方面的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，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(jì)算工作量小，省時(shí)；所需存儲(chǔ)量?。挥?jì)算精度高，數(shù)值穩(wěn)定性好；邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；滿足約束條件多?！　?.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型　　進(jìn)行實(shí)際問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)方法可以說是一種經(jīng)驗(yàn)方法，它的選優(yōu)思想，受到了時(shí)間、條件和經(jīng)驗(yàn)的限制，有一定的局限性；而優(yōu)化設(shè)計(jì)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。　　……

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