现代设计理论与方法(最终版)
1000-
《现代设计理论与方法》复习提纲
第一章
设计方法学
1.
< br>现代设计目标：
缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。
T--
缩短产品设计周期
Q--
提高产品质量
C--
降低其成本
2.
传统设计法特点
：静态的、经验
的、手工式的、（近似计算）
<
/p>
现代设计法特点
：动态的、科学的、计算机化的、（精确计算）<
/p>
3.
现代设
计理论与方法的发展分为
：（
1)
直觉
设计阶段
（
2)
经验设计阶段
（
3)
半理
论半经验设计阶段
（
4)
现代设计阶段
4.
系统
－
执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。
具有特
定功能的、
相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，
即
由两个或两
个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
5.
系统化设计的特征
：
由上而下、由总到细。
基本方法：系统的分析和综合。
6.
黑箱法定义
：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“
黑箱”，在不打开黑箱的
前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系<
/p>
,
了解其功能的一种方法。
根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，
从中寻找出某
种物理效应或原理
来实现输入
-
输出之
间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使
“黑箱”逐渐变成
“灰箱”、“白箱”的一种方法。
7.
系统化设计的步骤：
8
、评价的目标内容：
（
1)
技术评价目标——可行性，创造性，可靠性
（
2)
经济评价目标——成本，利润，市场潜力
（
3
）社会评价目标——社会效益和影响
9.
技术
-
经济评价法
（
a)<
/p>
技术价
Wt :
Wt=(Piqi)/Pmax
（
Pi-
各技术评分值；
< br>qi-
加权系数；
Pmax-
最
高分值
5
分或
10
分）
1
《现代设计理论与方法》复习提纲
（
b)<
/p>
经济价
Ww
：
Ww=Hi/H=0.7Hz/H
（
Hi-
理
想成本；
H-
实际成本）
（
c)<
/p>
技术
-
经济综合评价
：
均值法：
W=
（
Wt+Ww)/2
双曲线法：
W=
(
)
10.
产品价值
V=F/C
(
F-
功能
C-
成本
)
11.
寿命周期成本
（要会画出它的曲
线图，并做分析）
C=C1+C2
C1-
生产成本
C2-
使用成本
12
、提高
V
途径（分
5
种情况讨论）
F
↑
/C
→
=V
↑
功能
F
→
/C
↓
=V
↑
成本
F
↑
/C
↓
=V
↑
功能、成本
F
↑↑
/C
↑
=V
↑
功能
F
↓
/C
↓↓
=V
↑
成本
第二章
机械优化设计
1.
优化设计的数学模型
统一形式描述：
min f(x)
x=[x1,x2,
………
xn]
T
s.t. gi(x)<=0
i=1,2,3
…
m
hj(x)=o j=1,2,
……
n(p
2.
迭代过程
X
（
k+1
）
=x<
/p>
（
k
）
+
α
（
k
）
s
（
k
）
x
（
k
）——第
K
步迭代点
α
（
k
）——第
K<
/p>
步迭步长
s
（
k
）——第
K<
/p>
步迭代方向
3.
终止准则：
< br>X
(
k
1)
X
k
k
s
k<
/p>
1
（
1
）点距准则：
2
《现代设计理论与方法》复习提纲
(
k
1)
k
(2)
下降准则：
2
k
1
(3
）梯度准则：
3
4.
一维搜索方法
:
对一维
（也称一元或单变量）
目标函数
f(x)
寻求其最优解
x*
的过得程称为
一维优化，所使用的方法称为一
维优化方法。
5.
无约束极小化问题（无约束优化问题）
：对于一个
n<
/p>
维目标函数，在没有任何限制条件
下寻求它的极小点的问题。
数学上表达为
minf (X)
X
R
n
6
、无约束优化方法分为哪两类方法，它们分别是什么？<
/p>
（
1
）非梯度算法（不使用导数信息）：随机
搜索法、坐标轮换法、
Powell
法、模式搜索
法、单纯形法；
（
2
）梯度
算法（使用导数信息）：梯度法、共轭梯度法、牛顿法、变尺度法。
< br>7
、变尺度法集合了梯度法和牛顿法的哪些优点？
前期属
于梯度法，收敛速度快；后期属于牛顿法，在迭代极值点速度最快。
8.
单纯形法
——对整个区间的点进行搜索，典型的直接法。
复合形法基本思路：
在可行域中选取
K
个设计点（
n+1
< br>≤
K
≤
2n
）作为初始复合形的顶点。
比较各顶点目标函数值的大小，去掉目标函数值最大的顶
点
(
称最坏点
)
，以坏点以外其余各
点的中心为映射中心，用坏点的映射点替换该点，
构成新的复合形顶点。反复迭代计算，使
复合形不断向最优点移动和收缩，
直至收缩到复合形的顶点与形心非常接近，
且满足迭代精
度要求为止。初始复合形产生的全部
K
个顶点必须
都在可行域内。
9.
有约束优化问题的分类：
直接法包括：网格法、复合形法、
随机试验法、随机方向法、可行方向法。
间接法包括：惩罚函数法（内点法
、外点法、混合法）、广义乘子法
10
、要学会用公式构造惩罚函数（内点法和外点法）。
内点法
f
(
X
)
f
(
X
)
f
(
X
)
< br>1
或
(
X
,
r
(
k
)
)<
/p>
f
(
X
)
r
(
k
)
(
X
,
r
)
f
(
X
)
r
< br>
i
1
g
i
(
X
)
(
k
)
(
k
)
m
[ln(
g
(
X
)]
i
i
1
m
r
(
k
)
0
r
(
k
1)
Cr
(
k
)
0
C
1
lim
k
外点法
(
K
)
(
K
)
(
X
,
r
)
f
(
X
< br>)
r
p
m
2
2
max(0,
g
(
X
))
h
(
X
)
i
j
i
1
j
1
< br>
r
(
k
1)
Cr
(
k
)
1
C
3
《现代设计理论与方法》复习提纲
(
X
,
r
混合法
(
K
)
)
f
(
X
)
r
K
(
1
1
< br>r
(
K
)
i
1
g
i
(
X
)
m
)
h
(
X
)
j
j
< br>
1
p
2
11.
要学会用黄金分割法、牛顿法，梯度法进行具体的计
算
12.
多目标优化方法常用方法
: <
/p>
（
1
）线性加权组合法；
（
2
）功效系数法；
（
3
）主要目标法
。
第三章
有限元法及其应用
1.
你所知道的有限元分析软件有哪些？
ANSYS
、
SAP
、
ASKA
、
MARC
、
ADINA
、
NASTRAN
、
FEPG
、
COSMOS
等
包括三个部分：
前处理模块、分析计算模块、后处理模块。
3.
有限元的基本思想是什么？
是把连续的几何机构离散成有限个单元，
并在每一个单元中设定有限个节点，
从而将连续体
看作仅在
节点处相连接的一组单元的集合体，
同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在
每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，
再
建立用于求解节点未
知量的有限元方程组，
从而将一个连续域中
的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度
问题。求解得到节点值后就可以通过设定
的插值函数确定单元上以至个集合体上的场函数。
对每个单元，
选取适当的插值函数，
使得该函数在子域内部、
在子域分界面上
以及子域与外
界面上都满足一定的条件。
单元组合体在已知外载
荷作用下处于平衡状态时，
列出一系列以
节点、
位移为未知量的线性方程组，
利用计算机解出节点位移后，
再用弹性力学的有关公式，
计算出各单元的应力、
应变，<
/p>
当各单元小到一定程度，
那么它就代表连续体各处的真实情况。<
/p>
4
、有限元法的分析过程？
1)
连续体离散化
2
）单元分析
3)
整体分析
4
）确定约束条件
5)
有限元方程求解
6)
结果分析与讨论
4