机械现代设计方法.pptx

3.6 机械现代设计方法考核知识点了解并行设计、绿色设汁、和基于TRIZ理论的创新设计的基本概念、适用场合，及其设计的基本思路。熟悉机械优化设计、可靠性设计、有限元分析方法的基本概念、应用领域和设计原则。 传统设计方法vs现代设计方法传统设计方法 以生产经验为基础，以力学和数学公式、图表、手册等为依据，着眼于产品的功能和技术规范，按照产品的设计经验总结出有关的设计理论、步骤、方法进行设计。 特点： (1)用人工试凑法求得设计对象的各种结构尺寸和性能参数，其中，经验类比法设计占很大比重； (2)以静态为假设条件，进行定性目标和某些定量的设计； (3)设计者和制造者往往独立工作，分别活动； (4) 周期长，效率低，质量差，费用高，带有很大的盲目性和随意性，产品缺乏竞争力。传统设计方法vs现代设计方法现代设计方法以理论为指导，以计算机为手段，以分析、优化、动态、定量、综合为核心，设计过程自动化，设计的效率、水平、质量以及设计过程中的主动性、科学性和准确性大大提高。特点： (1) 突出设计的创造性； (2) 设计过程科学化和程式化； (3) 处理问题时具有系统性和综合性； (4) 最大程度运用计算机技术，以获得整体最优的设计结果。包括：优化设计、可靠性设计、模块化设计、智能设计、并行设计、虚拟设计、绿色设计、反求设计、创新设计、稳健设计、有限元设计、人机工程设计…… 3.6.1 优化设计1.优化设计的基本概念根据产品设计要求，合理确定各种参数，如质量、成本、性能、承载能力等，使其达到最佳的设计目标。将最优原理和计算机技术应用于设计领域，把经验的、感性的、类比的传统设计方法转变为科学的、理性的设计，立足于计算分析。在解决复杂设计问题时，能从众多的设计方案中寻找到尽可能完善的或最适宜的设计方案，从而大大提高设计效率和质量。3.6.1 优化设计1.优化设计的设计过程(1) 根据设计要求和目的定义优化设计问题。(2) 建立优化设计问题数学模型。(3) 选用合适的优化计算方法。(4) 确定必要的数据和设计初始点。(5) 编写包括数学模型和优化算法的计算机程序，通过计算机的求解计算获取最优参数。(6) 对结果数据和设计方案进行合理性和适用性分析。 3.6.1 优化设计2. 选择优化设计方法的基本原则优化设计的方法：如无约束问题的优化设计方法（一维有哪些信誉好的足球投注网站方法、最速下降法、共轭梯度法、牛顿法等）；约束问题的优化设计方法（内点惩罚函数法、外点惩罚函数法、混合惩罚函数法等）。应了解各种方法的特点及使用的场合，充分考虑计算机运行时间、储存量、上机前数学模型及程序的准备时间、计算精度等。基本原则：所选用的方法及程序适用于设计者的数学模型；计算效率高、容易收敛到规定的精度要求；尽可能避免采用求导数的方法，以避免人为的错误和减少上机前的准备时间。3.6.1 优化设计 优化结果的常用形式：最大值或最小值。 优化的相对性：优化是相对某种目标的，目标不同优化的结果不同；在大多数的情况下，优化结果并不是最优的，只是相对好的。 优化目标的矛盾性：很多优化目标往往是互相抵触的。把不同的目标综合在一起考虑，如果侧重点不同，最优解也是不同的。 优化的实效性：优化设计往往只是针对某时期的产品而言，具有相对性。随着科技的发展，当时的优化设计也可能会被淘汰。3.6.1 优化设计优化技术主要包含两部分内容：建模技术：将实际问题抽象成优化设计问题，并建立起符合实际设计要求的数学模型。需要掌握优化设计方法的基本理论、设计问题抽象和数学模型处理的基本技能，还要具有丰富的设计经验。求解技术：对所建的模型进行解算，分析实际问题与数学模型之间存在的差距，修正优化设计数学模型，才可能建立正确的数学模型，求解到的最优解。3.6.2 可靠性设计1．可靠性的基本概念产品质量既包括功能指标，也包括可靠性指标。可靠性的数值指标常用可靠度、实效率、平均寿命、有效寿命、维修度、有效度和重要度等来表示。有了可靠性的尺度，产品在可靠性方面就具有了明确而统一的指标。这样，在设计和生产产品时，可以利用数学方法来计算和预测它们的可靠性；在产品生产出来之后，可用一定的试验方法来评定其可靠性。 2．可靠性评价指标1)可靠度 可靠度(无故障概率Pt）是用概率表示产品的可靠的程度，其定义为：“产品在规定的条件下和规定的时间内完成功能的概率”。可靠度的基本要素： (1)对象：包括系统、机器、部件等，可以是复杂的设备，也可以是一个零件。如果对象是一个系统，则不仅包括硬件，还包括软件和人的判断和操作等因素。 (2)使用条件：包括运输、储存及允许条件。 (3)规定时间：研究对象的工作期限，可以用时间表示，也可以用距离、次数来表示。例如通常滚动轴承的工作期限用小时，车轮的工作期限用行车公里数。 (4)规定功能：研究对象在规定的使用条件下能维持