《现代设计方法》考题及答案

贵州大学机械与自动化学院普通硕士研究生《现代设计方法》考试试题姓名： 专业： 研究方向： 成绩:一、填空题（每题1分，共15分）1、 现代设计所指的新兴理论与方法包括（现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术）等等。2、 优化设计是（以数学规划理论为基础，以计算机为工具，优化设计参数）的一种现代设计方法。3、 功能设计法的基本过程包括（任务抽象、功能分解、功能载体、载体组合、方案评价）。4、 功能分解的常用方法有（按解决问题的因一果关系，或手段一U的关系分解;、按产品工艺过程的空间顺序或时间顺序分解；）。5、 解决供求矛盾的措施有（互换性原理、组合机床、系列化、通用化、标准化）。6、 模块化设计可分类成（横系列模块化、纵系列模块化、跨系列、全系列模块化、跨类模块化）。7、 模块的划分将影响（模块通用性、产品性能、产品外观、产品成本）。8、 遗传算法是一种（模拟生物进化过程）的搜索算法。9、 遗传算法最常用和基本的选择方法（选择算子）是（适通度比例选抒）。10、 遗传算法中采用罚函数法的LI的是（对违背约束条件的情况给予惩罚，并将此惩罚体现在目标函数设计中。2.2）。11、 遗传算法常用的编码方法有（二进制编码•进制编码方汰、恪需码编码方法、实数编码、多参数级联编码）等等。12、 神经网络的样本数据应包括（训练样本数据和检验样本数据）。13、 当神经网络的样本数据不在［0〜1］范围内时，应对数据进行（归-化）处理。14、前馈型人工神经网络包括（1、线性阈值单元组成的前馈网络2、非线性单元组成的前馈网络输入丿z；■、隐丿z'和输tllfe1)3章。15、神经网络的学习规则有(Hebb学习规则、感知器(perceptron)学习规则、Delta学习规则、Widrow-Hoff学习规则)2章。二、选择题(每题1分，共10分)1、 在遗传算法中，若两个个体的二进制编码为01111、11001,以这两个个体为双亲，随机地选一个交义点(如第二点)，交义点后的基因链码相互交换，从而产生两个新个体作为后代。两个新个体为：[A]A.01001,11111B.01101,111011 C.01111,111001 D.01001,111102、在遗传算法中，若群体规模为N=50,变异概率为pm=0.02,变异的个体数为： 丨B]A.0 B. 1 C. 2D.33、 在遗传算法中，若四个个体的初始适应度分别为/°i=99,/%=18.45,/%=77.88,/%=91.39,则第1个个体在新一轮选择中被选中的概率为：[A]TOC\o"1-5"\h\zA,34.53 B.3&53 C・31.32 D.39.534、 在遗传算法中，将极小化问题转换成极大化问题采用的变换是： [DA]A.CmaX—f(X) B.Cmax+f(X) C.Cmin—f(X) D.Cmin+f(X)5、 人工神经网络的隐层神经元数目越多，则在一定的训练次数下，训练误差一般： [D]A.越小 B.越大 C.不变 D.不一定6、 当人工神经网络的训练样本数据含有噪声时，当训练误差越小时，泛化误差一般：[B]A,越小 B.越大 C.不变 D.不一定7、单层前馈网络的转移函数釆用线性阈值函数时称为：

A.单层感知器B.多层感知器8人 工神经 网络[A]A.调整权值B.调整网络结构9、 人工神 经网[A]A.输出的实际与理想值之差B.权值在相邻两次调整前后的差值C.输入的实际与理想值之差10 、 全局误 差最[A]C.单层BP网络学习的目的C调整输出结点数络的误差合理的定义[C]第三章1 Ip您4.Eg=一I工工a，b_y”ypmVp-ij-iP PJSB・占全=£e=刁£》(/力一y”yp=i 乙p=ij=iipmP=1J=1工(c6ipmP=1J=1工(c6—da)三、简答题（55分）1•优化设计的数学模型通常表示为何种形式？（5分）答:优化设计，就是以数学规划理论为基础，以计算机为工具，优化设计参数的一种现代设计方法。优化设计方法是一种规格化的设il•方法，它要求1将设讣问题按优化设il•所规定的格式建立数学模型2然后选择合适的优化方法及讣算机程序，3最后再通过计算机的讣算获得最优解

2•什么是概念设计?其重要性何在?为什么新产品开发都需要概念设计这一环节？（6分）在确定任务之后,通过抽象化，拟定功能结构，寻求适、"I的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设讣丄作叫做概念设讣。特点:山粗到精、山模糊到清晰、山抽象到具体、最具创造性的的匸作。重要性:概念设讣阶段确定的原理方案，不仅决定了设计的成败,也确定了机囉嶽萸:低，而这种成本•是无法通过详细设讣阶段加以纠止的。指产品形状、功能和特性的描述及实现，描述了设讣LI标的基本方向和轮廓;各原理部件在空间或结构上的组合开如：概念汽车，3.概念设计与方min・从发现和分析耳结构上的组合开如：概念汽车，3.概念设计与方min・从发现和分析耳需求设计：市场$・》・功能设计：设讨原理设计:功創F(X)XeDei?g,(X)50hj(X)=O(z=12…加()=12…宀方案设计:功能载体一载体组合一组合评价一最佳组合概念设讣的前阶段重点进行创新思维，决定创新性:概念设计的后阶段重点进行收敛思维，也就是方案设计、决定了可行性。概念设计的过程包括确定设计U标、构思设计理念、形成实施方案。概念设计与方案设计是一个复杂的创造性思维活动过程，它们的本质是创新。通过概念设计与方案设讣可以创造性地满足人们的需求，甚至创造出新的需求、从而极大地增强产品的竞争能力。概念设计处于产品设计、工程设计整个设计进程的初期阶段。这一阶段工作很大程度上决定着产品的性能、质量、价格、市场响应速度和效益等。概念设讣，包括确定设计的口标、构思设计的理念、形成实施方案等的工作过程。概念设讣的过程是一个从无到有、从模糊到清晰、从抽象到具体的创新过程。方案设讣是概念设计后阶段的重要设计过毘它的U标是实现设讣理念、工作原理、功能的设计方案

4.根据功能定义的方法与技巧,给出核桃壳果仁取出机的两种功能定义，并对其进行评述。（6分）参照笫二篇例：核桃壳取岀果仁的机器功能定义功能匹配组合*功能定义功能匹配组合*功能载体“砸：利用重力夹^杠杆施压（核桃夹子）•外部加压彳压：螺旋压力机施压冲击^水力冲击〔射击：把核桃作为“子弹力射向硬靶22分离壳与桃仁侧向思维 「使壳变脆；让壳变脆易碎'把壳溶解溶壳而不溶核桃内仁逆向思维整体加压二钻孔加压：向壳内充气撑破外壳外压聚减,22分离壳与桃仁侧向思维 「使壳变脆；让壳变脆易碎'把壳溶解溶壳而不溶核桃内仁逆向思维整体加压二钻孔加压：向壳内充气撑破外壳外压聚减,内压變破外壳技巧：①功能定义尽量抽象化功能定义一定要揭示功能最本质的东西。功能定义越抽象，创造思维的空间越大。②功能定义尽量定量化功能定义中的名词部分尽可能具体,有利于主量功能定义中的名词部分尽可能具体,有利于主量分析。5・通用化与模块化的区别是什么？试举一例说明（5分）。第三篇1可以说，系列化、通用化、标准化育了模块化一一共同出发点都是用较少的产品、零部件，满足市场对品种和规格的要求。其中:通用化孕育了模块化的思想但：通用化H模块化

通用化强调共用概念;模块化强调共用概念、替换概念模块结构具有通用性或兼容性，并可构成系列。这正是模块与一般部件的区别,或者说模块具有标准化的属性，它是标准化的、通用化的6.模块化设计的一般流程是什么？(5分)第四章模块化设计的一般流程及应用举例准备与规划仁市场调查与用户需求分析2、 产品系列型谱制定3、 参数范围制定占€>1基型产品设计修改 一飞】基型产品试制2、3vf4V5、准备与规划仁市场调查与用户需求分析2、 产品系列型谱制定3、 参数范围制定占€>1基型产品设计修改 一飞】基型产品试制2、3vf4V5、6、产品的原理方案设计*产品的总体布局设计*功能分解与模块划分模块参数计算与优化模块结构设计模块间接口设计模块组合及评估变形产品设计变形产品试制市场调査与分析，模块化设汁成功的前提;(2)对产品进行系统描述和功能分析，拟左产品系列型谱:(3)确定参数范围;(4)确定模块化设i|•类型，划分模块；(5)建立模块，包括基本模块，替换模块等，形成模块库；(6)选择模块，组合成产品，评价模块化产品。简述功能模块与功能部件之差异。(5分)第三篇21、功能部件是能够完成一定功能的可独立装配的部件,是机械产品结构设计中山分解的产品功能对应的相对独立的单元2、 模块强调功能的独立性，而部件强调结构的完整性3、 模块比部件更容易细化一一这是山于模块的层次化决定的。.在人工神经网络的训练中，已知一训练样本集为：X=［l23 4；456&7896］,T=［473］。请回答（6分）：输入输出各为儿个变量？该训练样本集中共有儿个样本对?并指出输入输出的对应关系。三个输入,一个输出9.遗传算法中，有一整型变量，其上下界为［Xmax,Xmin］二［5,1］。计算二进制编码时串位长L。请给出两种处理多余码或不足码的方案。（6分）答：例如，Uinin=l.Umax=5，求Z。因为是整型变量，则编码精度Z1,由拓—远）,乍"=5，有心3。即表示的敎值个数M=5,妥月3位长的二进制串才能表示。但注意到2’= S，即3检长的二进制串总共可表示8个数，而实际只有5个数需要表示，这就出现了3个多余码，换言之，有？个二进制串将多余岀来.解决的方法有两个：①调整I界。对整型变軌二1,代入公式九"—1=51r岀・ =。•现在由现在.由上3.Xmin=E反求岀Xmax=«,因此将上界调到&方能保逅=1，用L=3的二进制表乔时无多余码，但这样处理在往使获得的解超出了原间题确定的可行区间。②调整对应关系。既要既保证J=l,心3的二进制表示时无多余码，又要保证上下界不变，只有人为地把问题空间的变量可选择数増加到Y=23=8个，或者说将3个表达空间的多余码在冋题空间內找3个可选择的数与之对应，这样处理意味着有些点可重复选择，表2・1是一种对应关系。表2-1消余鸟倉码魏一神对应矣•纟原对应关系新増对应并系各点代号UmmUmiii-6Umin-26Umin-30UmaxUniinUmiii-6Umax冋题空间可选点X1234512-表达空间对应串000001010Oil10010111011110・遗传算法中进行二进制编码时，对离散变量及连续变量，二进制数的串位长L均采用下列公

式计算:化也产+1简述公式可以通用的理由。（6分)式计算:化也产+1简述公式可以通用的理由。（6分)11•有一函数为f（x）=x2,群体规模为N=4,假设随机生成的4个初始个体的二进制码为:X°1=01111(15),X°2=00001(1),X°3=01001(9),X%=10001(17),计算每个个体的初始适应度及其再生概率。(6分)/.W=152/2«=1/3(x)=92/4(a)=172P产/1+/2+/3+/4三、论述题（20分）1、一些企业开发产品时，时常在产品中设置一些多余功能。试分析其原因，并从技术、经济、满意度的角度分析多余功能的利与弊。（10分）多余功能可以满足一部分消费者的特殊功能要求，把一些功能集成在同一个产品上，对于需要这些功能的消费者来说，能节约资源，节约成本，但对一些只需要产品的主打功能的消费者来说，就绑架了他们的消费选择，逼迫他们选择自己不需要的功能，为多余功能增加的成本买单。2、简述模块化设计的意义。结合所在的企业研究开发的产品、或熟悉的产品，谈谈如何进行模块化设计。（10分）在追求个性和时尚的时代，人们对事物的要求都需要体现自己的个性，房子要依据自己的风格去装饰，对家具生产者来说这是一个大的挑战。在这种大环境下,家具的模块化设计成为一个绝佳的选择,生产者制造出一些功能模块和连接材料，客户根据个人的风格需求将标准组件组装成适合自己性格特征的家具。将家具设计成模块，不仅可以满足客户多方面的要求，