现代设计方法及其应用.docx

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现代设计方法及其应用

学号：

XXXXXXXX

天津商业大学论文

现代设计方法及其应用

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：

XXXXXXX

2016年1月3日

现代设计方法及其应用

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相关。

人类在改造自然的历史长河中，一直从事设计活动，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自身“设计”的世界中，从某种意义上讲，人类文明的历史，就是不断进行设计活动的历史。

以下我将会概括这学期所学习的主要现代设计方法及学习现代设计方法的意义。

关键词：

现代设计；人类；自然；文明社会

从广义上说，设计是指为了达到某一特定目的，从构思到建立一个切实可行的实施方案，并且用明确的手段表示出来的系列行为。

设计的目的既可以是精神性的也可以是物质性的。

在漫长的历史进程中，出现了两种主要形式的设计活动，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能需求而出现的工程设计。

通常所说的设计一般指工业产品设计，是把设计理解为根据客观需求完成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断发展，设计和设计科学也在不断向深度和广度发展，其内容、要求、理论、和手段等都在不断更新，产品设计概念的内涵和外延也在扩大。

1.设计方法学

1.1设计方法的涵义 

方法是人类思维的宝贵财富，是探索科学真理的钥匙。

认识事物、解决问题都需要正确的方法。

好的方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。

设计方法学是一门新兴学科，是现代设计方法的重要组成部分。

工业产品设计是一种创造性活动，设计的结果直接影响产品性能质量、成本和企业经济效益。

由于在产品开发和提高产品设计水平的工作中，科学的设计方法起着重要的作用，因此加强对产品设计方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，使之达到最优化设计、最优控制和最优管理的一门科学。

系统工程的方法是把事物当作一个整体的系统来研究，从系统出发，分析各组成部分之间有机的联系及系统与外界环境的关系，是一种比较全面的综合研究方法。

现代设计中的许多问题，都可以用系统论思想和方法去分析、认识和把握。

1.2 现代设计方法的设计思想 

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。

在以前的工业革命尤其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断地提供了先进设备、器械和用品。

科学技术成果要转变为有竞争力的新产品,设计起着关键性的作用。

现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创造出一部机器以满足我们的要求，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,机械设计问题是一个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 现代设计方法与传统设计方法的比较 

2.1 传统机械设计方法 

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原因,人们的思维还未被充分开发。

同时，社会对机械生产的要求不象今天这样向高速、高效、精密、轻量化、自动化方向发展, 机械系统和产品结构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确定的力学—数学模型的需要,常将复杂的具体问题作了一些等效处理,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 现代设计方法 

1）系统性:

现代设计技术是逻辑系统的设计技术,强调用系统工程处理技术系统问题。

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）创造性:

突出人的创造性,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:

现代设计开发新产品的整个过程,从产品的概念形成到报废处理的全生命周期的所有问题,都要以面向社会、面向市场为指导思想全面考虑解决。

4）宜人性:

现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,在保证产品功能的前提下,要求对用户产生新颖、舒畅等精神功能。

5）动态化:

现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:

现代设计重视综合集成,在性能、技术、经济、制造工艺、使用、环境等各种约束条件下,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,寻求最优方案和参数。

7）数字化：

产品在其生命周期内的数字化建模是现代设计方法的核心技术之一。

它应包括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:

现代设计广泛使用计算机使设计、计算、绘图、制造、改进一体化,日新月异的功能强大的软件使设计工作面貌不断更新,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。

包括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。

现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企业产品设计自动化的发展方向。

3 现代设计方法的主要内容 

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、失效预测及各种可靠性试验为依据,以保证产品的可靠性为目标的现代设计方法。

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相互关系, 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能。

3） 优化设计  把最优化数学原理应用与工程设计问题,在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。

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,然后选用合适的优化计算方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现代数值计算方法。

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结构的静态和动力分析,并能准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  利用计算机运算快速准确、存储量大、逻辑判断功能强等特点进行设计信息处理,并通过人机交互作用完成设计工作的一种设计方法。

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、试验,了解其材料、组成、结构、性能、功能,掌握其工艺原理和工作机理,以进行消化仿制、改进或发展、创造新产品的一种方法和技术。

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要求与设计准则,按动力学方法进行分析计算、优化与试验、并反复进行的一种设计方法。

8） 模块化设计  对在一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计方法。

4 现代设计方法的发展趋势 

人们随着对客观世界的认识深化和生活水平的提高,对产品的要求也愈来愈高。

因此，不断的改进设计理念,使用先进设计制造技术,提高产品质量,降低成本,提高生产率,生产出符合用户需求的高科技产品,这也是现代设计技术的发展方向。

具体表现为以下几个方面:

 1） 设计对象由单机走向系统；2） 设计要求由单目标走向多目标；3） 设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；4） 承担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,激发主动创造性；5） 产品更新度加快,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,现代产品的设计,除了要求考虑技术方面的因素外,它还要求设计者应将产品- 人- 环境- 社会视为一个完整的系统。

设计时,必须从系统角度来全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；不但考虑当前,还需考虑长远发展。

现代设计方法将会是各学科群之间的相互交叉渗透,愈益频繁的一门综合性学科,涉及的内容十分广泛,而且随着科学技术的飞速发展,必将会有许多新的设计方法不断涌现。

总结

通过这学期王老师的讲解，让我初步了解了很多现代设计方法，对我以后的课题研究具有很大的帮助。

尤其是有限元法，可能以后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具有无限多个自由度的连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结构问题。

有限元法把原来寻求整个求解区域上满足控制方程的连续函数问题，转变为在各单元上寻找合适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可以直接计算，省去了好多时间，所以以后我要好好学习一些有用的软件，学会了对自己来说就是一笔巨大的财富，一个人的力量是无穷的，只要合理利用和学习，学习永远都在进行中，而没有完成时。

感谢这学期王老师的认真讲解，让我了解到了许多从未接触过的知识，现代设计方法涉及到了方方面面，各行各业，在每个公司设计一种产品，都要根据一种方法，而不能茫目设计，否则会适得其反。

以后我会更加努力提升自己的各方面素质，多学点知识，也许有一天我也会设计出自己的产品。

参考文献

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机械工业出版社,1999. 

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[10] 黄纯颖.设计方法学[M].北京:

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