《现代设计理论与方法》教学大纲

1、现代设计理论与方法教学大纲一、课程基本情况英文名称：Modern design theory and method课程编号：F071760001032总 学 时：32 讲课学时：32 实践学时：0总 学 分：2课程性质：选修考核方式：考查适用对象：机械设计制造及其自动化先修课程：机械原理、机械设计、机械制造技术基础、机械精度设计与检测参考文献：1张鄂. 现代设计理论与方法（第二版）. 北京：科学出版社，2017.12周金宇. 现代机械设计方法. 北京：高等教育出版社，2018.7二、课程简介与目标现代设计理论与方法课程是机械设计制造及其自动化专业的专业选修课程，涉及数学、力学、机械原理、机械设

2、计、机械制造、计算机算法等相关知识。通过本课程的学习，了解现代设计与传统设计的区别和联系，具有运用优化设计、可靠性设计、有限元法、反求设计等技术手段和方法解决设计问题的能力，为后续的学习、实践及今后的工作与发展打下良好基础。通过本课程的学习，达到如下目标：目标1：熟悉现代设计理论与方法的主要内容及特点，了解现代设计的发展趋势，认识学习现代设计方法的意义和任务。了解反求工程设计、绿色设计、并行设计等现代设计方法的原理和方法，能够分析具体工程问题的影响因素。目标2: 掌握优化设计的基本概念和方法，掌握常用优化算法的基本原理和适用范围，能选择合适的算法解决机械优化设计问题。培养灵活运用优化方法解决复

3、杂机械工程问题的能力。目标3：掌握可靠性设计的基本理论、可靠性分析与预测方法，能利用可靠性分析与预测方法解决常用机械结构的可靠性计算。掌握有限元法的基本原理，能利用有限元法对复杂工程问题进行分析、求解，掌握常用有限元法软件的基本操作。三、课程教学目标与毕业要求关系矩阵 课程目标毕业要求目标1目标2目标3指标点1-4 掌握机械设计原理与方法、机械制造工程原理与技术、机械系统中的传动与控制、计算机应用技术等专业知识，能够将相关知识和数学模型方法用于工矿机械设计与制造过程中复杂机械工程问题解决方案的比较与综合。指标点2-3 能够运用机械工程原理、技术和方法，认识到解决复杂机械工程问题有多种方案，能借

4、助文献研究寻找可替代的解决方案，并能分析工程问题的影响因素，获得有效结论。指标点5-2能够开发、选择与使用机械工程实践中所需的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件，对复杂工程问题进行分析、计算与设计。四、教学内容、教学方法和手段、学时分配主要内容包括：优化设计、机械可靠性设计、有限元法、反求工程设计、绿色设计、并行设计等现代设计方法。教学内容知识单元1：现代设计理论与方法概述 （支撑学习目标2） （建议2学时）教与学要求：能陈述设计及其内涵，比较、归纳现代设计与传统设计的区别，阐明现代设计理论与方法的主要内容和特点，领会学习现代设计方法的意义和任务。学生在课后通过查找资料能辨析不同设计方

5、法的功能差异。教学内容：1-1 设计及其内涵、设计发展的阶段、现代设计与传统设计。1-2 现代设计理论与方法的主要内容及特点。1-3 学习现代设计理论与方法的意义和任务。重点：现代设计理论与方法的主要内容及特点。知识单元2：优化设计 （支撑学习目标1） （建议12学时）教与学要求：能阐明常用无约束和有约束优化算法的基本原理和适用范围，能建立优化问题的数学模型，能选择合适的算法解决机械优化设计问题。2-1 优化设计的数学模型及数学基础2-2 一维优化方法 2-3 多维无约束优化方法 2-4 约束优化方法 2-5 多目标优化方法 2-6工程优化设计应用重点：一维优化方法、多维无约束优化方法。难点：

6、多维无约束优化方法。知识单元3：可靠性设计 （支撑学习目标3） （建议8学时）教与学要求：能阐明常用可靠性设计指标及常用的分布函数，能解释机械强度可靠性设计的理论依据、强度与工作应力分布规律，能对常用零件的可靠性进行分析计算，能应用疲劳可靠性理论分析、评价零件的可靠度，能分析、比较、预测系统可靠性。3-1 可靠性设计的基本内容及数学基础3-2 机械强度可靠性设计 3-3 疲劳强度可靠性分析3-4 系统可靠性设计 重点：机械强度可靠性设计、疲劳强度可靠性分析。难点：机械强度可靠性设计。知识单元4：有限元法 （支撑学习目标3） （建议4学时）教与学要求：能解释有限元法的基本原理、有限单元的划分方法

7、及原则，能应用有限元法的基本原理分析具体的工程应用问题，能掌握常见有限元软件的基本操作。4-1 单元特性的推导方法4-2 有限元法的工程应用 4-3 有限元软件重点：单元特性的推导方法、有限元法的工程应用。难点：有限元法的工程应用。知识单元5：反求工程设计 （支撑学习目标2） （建议2学时）教与学要求：能阐明反求工程设计的基本原理，能解释相似理论并掌握相似设计方法，能说明反求工程的原理与方法。5-1 反求工程设计的基本内容及原理5-2 相似理论与相似设计方法 5-3 反求工程的原理与方法重点：相似理论与相似设计方法、反求工程的原理与方法。难点：相似理论与相似设计方法。知识单元6：绿色设计 （支

8、撑学习目标2） （建议1学时）教与学要求：能解释绿色技术及绿色设计，能对产品设计过程进行绿色评价。6-1 绿色技术6-2 绿色设计的内容和方法 重点：绿色设计的内容和方法。知识单元7：动态设计 （支撑学习目标2） （建议1学时）教与学要求：能阐述动态设计的有关概念和基本原理，能对轴类零件进行动态分析与设计。7-1 动态设计的有关概念和基本原理7-2 轴类部件的动态分析和设计 重点：动态设计的基本原理。难点：轴类部件的动态分析和设计。知识单元8：系统化设计方法和创新设计 （支撑学习目标2） （建议1学时）教与学要求：能说明系统功能分析法的原理，能解释创造力和创新思维对设计的重要性。8-1 系统化

9、设计法8-2 创新设计 重点：创新设计。知识单元9：并行设计 （支撑学习目标2） （建议1学时）教与学要求：能阐述并行设计的有关概念和基本原理，对应用并行设计的关键技术分析工程应用问题。9-1 并行设计的有关概念和基本原理9-2 并行设计的关键技术及工程应用重点：并行设计的基本原理和关键技术。学时分配教学内容学时课堂教学学时自主学习 教与学方式、方法讲授实验上机作业阅读知识单元12211案例式教学、多媒体课件知识单元2121233讲授、多媒体课件、作业知识单元38811讲授、多媒体课件、作业知识单元44411讲授、多媒体课件、作业知识单元52211案例式教学、多媒体课件知识单元61111讲授、

10、多媒体课件知识单元71111讲授、多媒体课件知识单元81111案例式教学、多媒体课件知识单元91111讲授、多媒体课件学时合计32321156五、实践教学环节无六、成绩构成和评价方法（一）考核方式说明1. 以阅读笔记、作业、案例式项目训练（综合训练）等形式考核。2. 课程成绩组成：阅读笔记占总成绩20%、作业总成绩30%、案例式项目训练（综合训练）占总成绩50%。（二）考核权重分配 考核方式及权重内容案例式项目训练作业阅读笔记50%30%20%知识单元1知识单元2知识单元3知识单元4知识单元5知识单元6知识单元7知识单元8知识单元9七、成绩评价标准1.平时成绩评价标准（1）作业成绩评价标准基本

11、要求评价标准完成情况得分课程目标2: 掌握优化设计的基本概念和方法，掌握常用优化算法的基本原理和适用范围，能选择合适的算法解决机械优化设计问题。培养灵活运用优化方法解决复杂机械工程问题的能力。毕业要求指标点1-4能够对各类优化问题进行求解，结果准确，运用的概念、理论准确；准时上交、卷面整洁、书写工整；分析完整、计算正确。90100能够对各类优化问题进行求解，结果正确，运用的概念、理论较准确；按时上交、有涂改、书写较工整。8089能够对各类优化问题进行求解，结果基本正确，运用的概念、理论基本准确；按时上交、有涂改、书写一般。7079能够对各类优化问题进行求解，运用的概念、理论基本准确，个别有误；

12、计算步骤不太完整，结果基本正确，按时上交、有涂改、书写潦草。6069能够对各类优化问题进行求解，结果不正确，运用的概念、理论不准确；未准时上交、书写潦草。059课程目标3：掌握可靠性设计的基本理论、可靠性分析与预测方法，能利用可靠性分析与预测方法解决常用机械结构的可靠性计算。掌握有限元法的基本原理，能利用有限元法对复杂工程问题进行分析、求解，掌握常用有限元法软件的基本操作。毕业要求指标点5-2能够利用有限元法对简单单元进行求解，能够对机械强度的可靠性、疲劳强度、系统可靠性进行设计，设计、计算结果正确，所表述的概念充分、严谨、准确；准时上交；作业整洁、书写工整；能运用机械工程原理、技术和方法，借

13、助文献研究，解决复杂机械工程问题。90100能够利用有限元法对简单单元进行求解，能够对机械强度的可靠性、疲劳强度、系统可靠性进行设计，设计、计算结果比较正确，所表述的概念较充分、正确；按时上交、作业有涂改、书写较工整；较好地运用机械工程原理、技术和方法，借助文献研究，解决复杂机械工程问题8089能够利用有限元法对简单单元进行求解，能够对机械强度的可靠性、疲劳强度、系统可靠性进行设计，设计、计算结果基本正确，所表述的概念基本正确，个别有误；按时上交、作业有涂改、书写一般；专业知识运用不足。7079能够利用有限元法对简单单元进行求解，能够对机械强度的可靠性、疲劳强度、系统可靠性进行设计，设计、计算

14、结果基本正确，所表述的概念基本正确，部分有误；按时上交、作业有涂改、书写潦草；不能很好的机械工程原理、技术和方法，不能很好的运用文献研究，解决复杂机械工程问题有一定的问题。6069能够利用有限元法对简单单元进行求解，能够对机械强度的可靠性、疲劳强度、系统可靠性进行设计，设计、计算结果不正确，所表述的概念错误较多；未准时上交、书写潦草；问题解答有错误。059阅读笔记成绩评价标准基本要求评价标准完成情况得分课程目标1：悉现代设计理论与方法的主要内容及特点，了解现代设计的发展趋势，认识学习现代设计方法的意义和任务。了解反求工程设计、绿色设计、并行设计等现代设计方法的原理和方法，能够分析具体工程问题的

15、影响因素。毕业要求指标点2-3 题目和内容贴切，格式规范，层次清楚，重点突出，有个人观点。表述的术语和概念充分、严谨、正确。页面整洁或书写较工整，内容没有雷同，准时上交。90100题目和内容较贴切，格式较规范，层次较清楚，有重点，有较少个人观点。表述的术语和概念较充分、正确。页面较整洁，内容没有雷同，准时上交。8089题目和内容基本贴切，格式基本规范，层次不太清楚，重点不突出，个人观点较少。表述的术语和概念基本正确。页面不整洁或书写潦草，内容有少量雷同，准时上交。7079题目和内容基本贴切，格式基本规范，层次不太清楚，重点不突出，无个人观点。表述的术语和概念个别有误。页面不整洁或书写潦草，内容

16、有少量雷同，准时上交。6069题目和内容不贴切，格式不规范，层次不清楚，重点不突出，没有个人观点。表述的术语和概念错误较多。内容雷同，未准时上交。059案例式项目训练评价与评分标准基本要求评价标准知识掌握情况得分课程目标1：熟悉现代设计理论与方法的主要内容及特点，了解现代设计的发展趋势，认识学习现代设计方法的意义和任务。了解反求工程设计、绿色设计、并行设计等现代设计方法的原理和方法，能够分析具体工程问题的影响因素。毕业要求指标点2-3 所表述的概念、设计方法和基本知识认知清晰，理解正确，对工程问题的解决措施正确合理。90100所表述的概念、设计方法和基本知识认知清晰，理解较正确，对工程问题的解

17、决措施正确合理。8089所表述的概念、设计方法和基本知识认知清晰，理解基本正确，对工程问题的解决措施基本正确合理。7079所表述的概念、设计方法和基本知识认知清晰，理解部分正确，对工程问题的解决措施部分正确合理。6069所表述的概念、设计方法和基本知识认知清晰，理解不正确，对工程问题的解决措施不合理。059课程目标2: 掌握优化设计的基本概念和方法，掌握常用优化算法的基本原理和适用范围，能选择合适的算法解决机械优化设计问题。培养灵活运用优化方法解决复杂机械工程问题的能力。毕业要求指标点1-4能对复杂机械工程设计优化问题进行求解，运用的概念、理论和公式准确，计算步骤完整，结果准确。90100能对

18、复杂机械工程设计优化问题进行求解，运用的概念、理论和公式较准确，计算步骤较完整，结果较准确。8089能对复杂机械工程设计优化问题进行求解，运用的概念、理论和公式基本准确，计算步骤基本完整，结果基本准确。7079能对复杂机械工程设计优化问题进行求解，运用的概念、理论和公式部分准确，计算步骤部分完整，结果部分准确。6069能对工程设计优化问题进行求解，运用的概念、理论和公式不准确，计算步骤不完整，结果不准确。059课程目标3：掌握可靠性设计的基本理论、可靠性分析与预测方法，能利用可靠性分析与预测方法解决常用机械结构的可靠性计算。掌握有限元法的基本原理，能利用有限元法对复杂工程问题进行分析、求解，掌握常用有限元法软件的基本操作。毕业要求指标点5-2能对系统可靠性进行分析与预测，会利用计算机仿真软件进行机械产品的静力学与动力学分析，结果准确，运用的概念、理论准确。90100能对系统可靠性进行分析与预测，会利用计算机仿真软件进行机械产品的静力学与动力学分析，结果较准确，运用的概念、理论较准确。8089能对系统可靠性进行分析与预测，会利用计算机仿真软件进行机械产品的静力学与动力学分析，结果基本准确，运用的概念、理论基本准确。7079能对系统可靠性进行分析与预测，会利用计算机仿真软件进行机械产品的静力学与动力学分析，结果部分准确，运用的概念、理论部分准确。6069能对系统可靠性进行分析与预