《現(xiàn)代設(shè)計理論》復(fù)習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)代設(shè)計理論復(fù)習(xí)內(nèi)容1 緒論² 現(xiàn)代設(shè)計理論與方法是一門基于思維科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)工程、計算機(jī)技術(shù)等學(xué)科，研究產(chǎn)品設(shè)計規(guī)律、設(shè)計技術(shù)和工具、設(shè)計實(shí)施方法的工程技術(shù)科學(xué)。² 現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在：最優(yōu)化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性和網(wǎng)絡(luò)化。² 設(shè)計的概念：（狹義）將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足需求的技術(shù)系統(tǒng)(或技術(shù)過程)的活動。² 設(shè)計的特征：需求特征、創(chuàng)造性特征、程序特征、時代特征。² 設(shè)計的四個發(fā)展階段：直覺設(shè)計階段、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計階段、半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計階段、現(xiàn)代設(shè)計階段² 傳統(tǒng)設(shè)計：以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，

2、運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計手冊等作為設(shè)計的依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計。² 傳統(tǒng)設(shè)計方法的特點(diǎn)：基本上是一種以靜態(tài)分析、近似計算、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計、手工勞動為特征的設(shè)計方法。² 現(xiàn)代設(shè)計特點(diǎn)：是一種基于知識的，以動態(tài)分析、精確計算、優(yōu)化設(shè)計和CAD為特征的設(shè)計方法。² 現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，主要完成了以下幾方面的轉(zhuǎn)變：（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化；（2）產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化；（3）產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化；（4）產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化；（5）產(chǎn)品設(shè)計過程的高效化和自動化。² 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計按其創(chuàng)新程度可分為：開發(fā)性設(shè)計、適

3、應(yīng)性設(shè)計、變形設(shè)計三種類型。² 開發(fā)性設(shè)計：它是在全部功能或主要功能的實(shí)現(xiàn)原理和結(jié)構(gòu)未知的情況下，運(yùn)用成熟的科學(xué)技術(shù)成果所進(jìn)行的新型工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計，也可以稱之為“零原型”的設(shè)計。² 適應(yīng)性設(shè)計：在工作原理不變的情況下，只對產(chǎn)品作局部變更或增設(shè)部件，其目的是使產(chǎn)品能更廣泛的適應(yīng)使用要求。例如對各種不同的工況條件的適應(yīng)性、產(chǎn)品工作的安全性、可靠性、壽命、工作效率、易控性等。² 變形設(shè)計：在工作原理和功能都不變的情況下，變更現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)配置和尺寸，使之滿足不同的工作要求。² 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的三個階段：功能原理設(shè)計、實(shí)用化設(shè)計、商品化設(shè)計三個重要階段。²

4、; 4 優(yōu)化設(shè)計² 優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容：（1）將實(shí)際設(shè)計問題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)規(guī)劃問題，即建立數(shù)學(xué)模型。（2）采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法求解這個數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，即求解這個數(shù)學(xué)模型。² 例4.1 有一邊長為6m的正方形鋼板，四角各裁去一個小的方塊，做成一個無蓋的貨箱。試確定裁去的四個小方塊的邊長，以使做成的貨箱具有最大的容積。² 優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的一般形式：s.t. ² 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型三要素：設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件² 可行域與不可行域² 數(shù)值迭代法的終止準(zhǔn)則（1）點(diǎn)距準(zhǔn)則相鄰兩點(diǎn)和的向量差的模 （2）函數(shù)值下降量準(zhǔn)則 或 （3）梯度準(zhǔn)則 

5、8; 數(shù)值迭代法的求優(yōu)過程如下：1）初選一個盡可能接近極小點(diǎn)的初始點(diǎn)，從點(diǎn)出發(fā)沿某一方向(此方向由某種優(yōu)化方法所規(guī)定)，以初選步長去搜索一個新點(diǎn)，這個新點(diǎn)為且應(yīng)滿足適用性要求，即2） 在得到優(yōu)于點(diǎn)的新設(shè)計點(diǎn)之后，又以為新起點(diǎn)按類似的方法和公式尋找下一個新設(shè)計點(diǎn)，且滿足。3） 如此繼續(xù)。中間過程的每一次的迭代公式： ，且滿足² 迭代求優(yōu)的核心：每次迭代方向和步長因子的確定。各種優(yōu)化方法的區(qū)別就在于此。² 函數(shù)極值點(diǎn)所在搜索區(qū)間（單峰區(qū)間）特征：若已知方向上的三點(diǎn)及其函數(shù)值、，函數(shù)值呈“大小大”的關(guān)系，即² 黃金分割法的算法原理：黃金分割法亦稱0.618法。它是通過對

6、黃金分割點(diǎn)函數(shù)值的計算和比較，不斷縮小初始區(qū)間得到極小點(diǎn)的一維搜索算法。² 二次插值法的算法原理：二次插值法又稱拋物線法，是多項(xiàng)式逼近法的一種，它是利用目標(biāo)函數(shù)在單峰區(qū)間的兩個端點(diǎn)和其間一點(diǎn)（3個點(diǎn)），構(gòu)成一個與目標(biāo)函數(shù)相接近的二次插值多項(xiàng)式，以該多項(xiàng)式的極小點(diǎn)作為新的中間插入點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)間縮小的一維搜索算法。² 梯度法的基本思想：以迭代點(diǎn)的負(fù)梯度方向作為每次迭代的搜索方向，直至找到極小點(diǎn)。² 梯度法的一般迭代式： ² 梯度法的搜索方向：² 梯度法的迭代步驟：（1）任取初始點(diǎn)，選定收斂精度0，令。（2）計算。（3）若，則迭代終止，取，否則進(jìn)行步驟

7、（4）。（4）用一維搜索求，得最優(yōu)步長。（5）令，返回步驟（2）。² 例4.6 用梯度法求目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。取初始點(diǎn)，迭代精度。（只要求完整求解第一輪）² 梯度法的“最速下降”方向并不是最理想的迭代捷徑。其根本原因在于梯度的最速下降性質(zhì)只是迭代點(diǎn)鄰域內(nèi)的一種局部性質(zhì)，從全局來看這種方向并沒有“最速”的性質(zhì)。² 牛頓法的基本思想：在點(diǎn)迭代點(diǎn)附近用一個二次函數(shù)近似的代替目標(biāo)函數(shù)，然后用的極小點(diǎn)作為的下一個迭代點(diǎn)。² 牛頓法的迭代公式：，² 阻尼牛頓法又稱修正牛頓法的迭代公式： ² 變尺度法的基本思想？迭代公式？變尺度矩陣與牛頓法梯度法的關(guān)

8、系？² 鮑威爾法的基本思想：從選定的初始點(diǎn)出發(fā)，先依次沿每個坐標(biāo)方向一維搜索后，把初始點(diǎn)和終點(diǎn)相連產(chǎn)生一個新方向，然后沿新生方向一維搜索，完成一環(huán)的迭代。² 復(fù)合形法的基本思想：通過對復(fù)合形各頂點(diǎn)函數(shù)值的計算與比較，反復(fù)進(jìn)行點(diǎn)的映射與復(fù)合形的收縮，使之逐步逼近約束最優(yōu)解。² 內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法與外點(diǎn)罰函數(shù)法的概念及二者的區(qū)別。² 要求能夠應(yīng)用懲罰函數(shù)的內(nèi)點(diǎn)和外點(diǎn)罰函數(shù)法進(jìn)行簡單問題的優(yōu)化，如下題：求 的最優(yōu)解² 例4.11 ² 習(xí)題4-1，4-7，4-11，4-12² 5可靠性設(shè)計² 可靠性的定義：即可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定

9、的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。² 可靠性設(shè)計的常用指標(biāo)的概念及計算公式： 可靠度： 不可靠度或失效概率： 失效概率密度函數(shù)： 失效率或故障率² 產(chǎn)品的失效率與時間 t 的關(guān)系曲線及其三個特征區(qū)。² 與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，機(jī)械可靠性設(shè)計的特點(diǎn)：（1） 在可靠性設(shè)計中，認(rèn)為作用于零件上的載荷（工作應(yīng)力）和材料的強(qiáng)度都不是確定量，而是隨機(jī)變量，具有明顯的離散性質(zhì)。（2） 在可靠性設(shè)計中，認(rèn)為所設(shè)計的零部件存在一定的失效可能性，但失效概率應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)，不得超過允許值。² 應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型：應(yīng)力S和強(qiáng)度服從某一概率分布，分別用和表示應(yīng)力和強(qiáng)度的概率密度函數(shù)。將它們畫在同一坐標(biāo)系中，兩種分布曲線有重疊，如圖5-10的右圖所示（圖中的陰影線部分），這種重疊稱為應(yīng)力強(qiáng)度干涉現(xiàn)象。將這種干涉稱為應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型。² 當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度的均值一定時，降低強(qiáng)度和應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差和，可以提高可靠度。² 應(yīng)力與強(qiáng)度均呈正態(tài)分布的可靠度計算：例5-2² 習(xí)題：5-15-4，5-7