现代设计方法及其应用

学号：XXXXXXXX天津商业大学论文当代设计办法及其应用学院:生物技术与食品科学学院专业班级:轻工过程与装备1501学生姓名:***学号：XXXXXXX1月3日当代设计办法及其应用摘要：设计是人类改造自然的基本活动之一。它与人类的生产活动及生活紧密有关。人类在改造自然的历史长河中，始终从事设计活动，通过成功的设计物品来满足文明社会的需要。人类生活在大自然和人类本身“设计”的世界中，从某种意义上讲，人类文明的历史，就是不停进行设计活动的历史。下列我将会概括这学期所学习的重要当代设计办法及学习当代设计办法的意义。核心词：当代设计；人类；自然；文明社会从广义上说，设计是指为了达成某一特定目的，从构思到建立一种切实可行的实施方案，并且用明确的手段表达出来的系列行为。设计的目的既能够是精神性的也能够是物质性的。在漫长的历史进程中，出现了两种重要形式的设计活动，一是单纯为了满足审美需求而出现的艺术设计，一是单纯为了满足功效需求而出现的工程设计。普通所说的设计普通指工业产品设计，是把设计理解为根据客观需求完毕满足该需求的技术系统的图纸及技术文档活动。随着科学技术和生产力的不停发展，设计和设计科学也在不停向深度和广度发展，其内容、规定、理论、和手段等都在不停更新，产品设计概念的内涵和外延也在扩大。1.设计办法学1.1设计办法的涵义

办法是人类思维的贵重财富，是探索科学真理的钥匙。认识事物、解决问题都需要对的的办法。好的办法将为人们开展更广阔的图景，使人们认识更深层次的规律，从而更有效地改造世界。设计办法学是一门新兴学科，是当代设计办法的重要构成部分。工业产品设计是一种发明性活动，设计的成果直接影响产品性能质量、成本和公司经济效益。由于在产品开发和提高产品设计水平的工作中，科学的设计办法起着重要的作用，因此加强对产品设计办法学的研究有着十分重要的意义。系统工程是在控制论、信息论、运筹学及管理科学基础上发展起来的，用于解决工程问题，使之达成最优化设计、最优控制和最优管理的一门科学。系统工程的办法是把事物当作一种整体的系统来研究，从系统出发，分析各构成部分之间有机的联系及系统与外界环境的关系，是一种比较全方面的综合研究办法。当代设计中的许多问题，都能够用系统论思想和办法去分析、认识和把握。1.2

当代设计办法的设计思想

科学技术发展的历史和实际表明,机械工业是科学技术物化为生产力的重要载体。在以前的工业革命特别是现在的工业化过程中,机械与电子、信息、冶金、电力、化工、轻工、建筑等诸多领域科技成果的有机结合,为国民经济的发展和人们生活质量的提高不停地提供了先进设备、器械和用品。科学技术成果要转变为有竞争力的新产品,设计起着核心性的作用。当代机械设计以理论计算为设计主题，最本质的工作是从无到有发明出一部机器以满足我们的规定，由设计分析和设计综合共同构成贯穿整个设计过程的始终。也就是说,机械设计问题是一种决定机械产品一序列的技术、经济及社会环境效果的问题。2

当代设计办法与传统设计办法的比较

2.1

传统机械设计办法

在传统设计理论发展时期，由于受机械生产水平的制约、客观条件的限制以及当时计算手段的局限等一系列因素,人们的思维尚未被充足开发。同时，社会对机械生产的规定不象今天这样向高速、高效、精密、轻量化、自动化方向发展,

机械系统和产品构造也不象今天这样日趋复杂。传统设计在进行理论分析时,基于其观念的制约和所拟定的力学—数学模型的需要,常将复杂的具体问题作了某些等效解决,使理论分析的目的性和问题的本质更加明确,也使分析的过程得到简化。2.2

当代设计办法

1)系统性:当代设计技术是逻辑系统的设计技术,强调用系统工程解决技术系统问题。设计时应分析各部分的有机关系,力求系统整体最优。同时考虑技术系统与外界的联系,即人-

机-

环境的大系统关系。

2)发明性:突出人的发明性,发挥集体智慧,力求探寻更多突破性方案,开发创新产品。

3)社会性:当代设计开发新产品的整个过程,从产品的概念形成到报废解决的全生命周期的全部问题,都要以面对社会、面对市场为指导思想全方面考虑解决。

4)宜人性:当代设计强调产品内在质量的实用性、外观质量的美观性、艺术性、时代性,在确保产品功效的前提下,规定对顾客产生新颖、舒畅等精神功效。

5)动态化:当代设计在静态分析的基础上,考虑载荷谱、负载率等随机变量,进行动态多变量最优化。

6)最优化:当代设计重视综合集成,在性能、技术、经济、制造工艺、使用、环境等多个约束条件下,和广泛的学科领域之间,通过计算机以高效率综合集成最新科技成果,谋求最优方案和参数。

7)数字化：产品在其生命周期内的数字化建模是当代设计办法的核心技术之一。它应涉及全局产品信息的数字化定义、将产品信息自动数字化的广义计算机辅助工具的选用以及通过计算机对产品开发与生产全过程中大数字化信息所进行的全方面管理与控制即产品数据管理等三方面的内容。

8）计算机化:当代设计广泛使用计算机使设计、计算、绘图、制造、改善一体化,日新月异的功效强大的软件使设计工作面貌不停更新,能够包容的影响设计的因素日益增多,大大提高了设计的精度、稳定性和效率,修改设计极为方便。

9）集成化。涉及以信息集成为基础实现产品开发过程的集成和复杂产品开发涉及领域间的集成。当代设计系统已不再是单纯的、或系统,以并行工程、多设计领域集成为代表的计算机集成制造系统巧将成为公司产品设计自动化的发展方向。3

当代设计办法的重要内容

1)

可靠性设计

以概率论和数理统计为理论基础,以失效分析、失效预测及多个可靠性实验为根据,以确保产品的可靠性为目的的当代设计办法。

2)

机械系统设计

系统的观点,研究内外系统和各子系统之间的互有关系,

通过各子系统的协调工作,取长补短来实现整个系统最佳的总功效。

3)

优化设计

把最优化数学原理应用与工程设计问题,在全部可行方案中谋求最佳设计方案的一种当代设计办法。进行工程设计时,首先要将工程问题按优化设计所规定的格式建立数学模型,然后选用适宜的优化计算办法在计算机上对数学模型进行寻优求解,得到工程设计问题的最优设计方案。

4)

有限元法

以电子计算机为工具的一种当代数值计算办法。它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解,还可用于工程设计中进行复杂构造的静态和动力分析,并能精确地计算形状复杂零件的应力分布和变形,成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。5)

计算机辅助设计

运用计算机运算快速精确、存储量大、逻辑判断功效强等特点进行设计信息解决,并通过人机交互作用完毕设计工作的一种设计办法。

6)

反求工程设计

通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、解剖、实验,理解其材料、构成、构造、性能、功效,掌握其工艺原理和工作机理,以进行消化仿制、改善或发展、发明新产品的一种办法和技术。7)

机械动态设计

根据产品的动载工况,以及对产品提出的动态性能规定与设计准则,按动力学办法进行分析计算、优化与实验、并重复进行的一种设计办法。8)

模块化设计

对在一定范畴内的不同功效或相似功效不同性能、不同规格的机械产品进行功效分析的基础上,划分并设计出一系列功效模块,然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计办法。4

当代设计办法的发展趋势

人们随着对客观世界的认识深化和生活水平的提高,对产品的规定也愈来愈高。因此，不停的改善设计理念,使用先进设计制造技术,提高产品质量,减少成本,提高生产率,生产出符合顾客需求的高科技产品,这也是当代设计技术的发展方向。

具体体现为下列几个方面:

1)

设计对象由单机走向系统；2)

设计规定由单目的走向多目的；3)

设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；4)

承当设计工作的人员从单人走向小组,使人们从设计过程数字化中逐步确立主动地位,激发主动发明性；5)

产品更新度加紧,使设计周期缩短；6)

产品设计由自由发展走向有计划的发展；7)

设计的发展要适应科学技术的发展,特别是适应计算机技术的发展。这就是说,当代产品的设计,除了规定考虑技术方面的因素外,它还规定设计者应将产品-

人-

环境-

社会视为一种完整的系统。设计时,必须从系统角度来全方面考虑各方面的问题。既要考虑产品本身,还要考虑对系统和环境的影响；不仅要考虑技术领域,还要考虑经济、社会效益；不仅考虑现在,还需考虑久远发展。当代设计办法将会是各学科群之间的互相交叉渗入,愈益频繁的一门综合性学科,涉及的内容十分广泛,并且随着科学技术的飞速发展,必将会有许多新的设计办法不停涌现。总结通过这学期王老师的解说，让我初步理解了诸多当代设计办法，对我后来的课题研究含有很大的协助。特别是有限元法，可能后来我用的最多的就是有限元，刚开始听到“有限元”这三个字，感觉好迷茫，什么也不懂，不是那是干什么的，后来才明白原来它是通过两次近似将含有无限多个自由度的持续体转化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题简化为数值求解的构造问题。有限元法把原来谋求整个求解区域上满足控制方程的持续函数问题，转变为在各单元上寻找适宜的近似函数使其在每个单元上满足控制方程的问题。本科的时候学了好几门力学，当时都是用手计算的，没有学什么软件，现在才明白原来存在好多强大的软件能够直接计算，省去了好多时间，因此后来我要好好学习某些有用的软件，学会了对自己来说就是一笔巨大的财富，一种人的力量是无穷的，只要合理运用和学习，学习永远都在进行中，而没有完毕时。感谢这学期王老师的认真解说，让我理解到了许多从未接触过的知识，当代设计办法涉及到了方方面面，各行各业，在每个公司设计一种产品，都要根据一种办法，而不能茫目设计，否则会适得其反。后来我会更加努力提高自己的各方面素质，多学点知识，可能有一天我也会设计出自己的产品。参考文献[1]

赵松年,佟杰新,卢秀春.当代设计办法[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2]

孙新民.当代设计办法实用教程[M].人民邮电出版社,1999.

[3]

张鄂.当代设计办法[M].陕西:西安交通大学出版社,1999.

[4]

刘维信.机械零件的可靠性优化设计[M].北京:中国科技出版社,1993.

[5]

刘静香,张春梅.当代设计办法的研究现状与发展