現代設計方法及其應用

本書在對現代設計的概念、特點、技術體系以及多種現代設計方法進行概括介紹的基礎上,精選內容,重點介紹應用廣泛、實用性強的設計方法。具體內容包括設計方法學,機械最優化設計,可靠性設計和有限元方法。本書將現代設計的基本理論、現代設計的工具軟件及典型工程應用實例相結合,以加深讀者對所述現代設計方法的理解、掌握和實際應用。

本書可作為機械工程及相關專業本科生的教材,亦可作為工程技術人員繼續教育的培訓教材,還可供從事機電產品設計的工程技術人員和科技管理幹部參考。 ^[1] 

第1章 緒論

1.1 設計的概念

1.2 傳統設計與現代設計

1.3 部分現代設計方法簡介

1.4 學習現代設計方法的意義

習題

第2章 設計方法學

2.1 概述

2.2 設計系統

2.3 技術系統及其設計類型

2.4 產品規劃方法

2.5 方案的系統化設計

2.6 創造性思維和方法

2.7 TRIZ理論與計算機輔助創新

2.8 設計中的評價與決策

習題

第3章 優化設計

3.1 優化問題的數學描述

3.2 優化方法的數學基礎

3.3 一維優化

3.4 多維無約束優化方法

3.5 多維約束優化方法

3.6 機械最優化設計中的其他相關問題

3.7 優化設計工具軟件

3.8 優化設計實例

習題

第4章 機械可靠性設計

4.1 概述

4.2 可靠性的定義及度量指標

4.3 可靠性工程中常用概率分佈

4.4 可靠性設計原理

4.5 機械強度可靠度計算

4.6 系統的可靠性設計

4.7 故障樹分析

習題

第5章 有限元法

5.1 概述

5.2 彈性力學的基本理論

5.3 彈性力學有限元法

5.4 等參數單元的原理及數值積分

5.5 有限元分析中的若干處理方法

5.6 有限元分析軟件

5.7 有限元方法應用實例

習題

附表

附表1 標準正態分佈表

附表2 TRIZ衝突解決原理矩陣

參考文獻

文章節選：

第2章 設計方法學

2.1 概述

方法是人類思維的寶貴財富,是探索科學真理的鑰匙。認識事物、解決問題都需要正確的方法。培根説過:“沒有一個正確的方法,猶如在黑暗中摸索行走。”巴甫洛夫也曾指出:“好的方法將為人們開展更廣闊的圖景,使人們認識更深層次的規律,從而更有效地改造世界。”設計方法學(Design Methodology)是一門新興學科,是現代設計方法的重要組成部分。

工業產品設計是一種創造性活動,設計的結果直接影響產品性能質量、成本和企業經濟效益。由於在產品開發和提高產品設計水平的工作中,科學的設計方法起着重要的作用,因此加強對產品設計方法學的研究有着十分重要的意義。

從20世紀60年代以來,在工業發達國家中對設計方法學的研究有着迅速的發展。一些國家已形成了各自的研究體系和風格。比較有代表性的如:德國的學者和工程技術人員比較着重研究設計的進程、步驟和規律,進行系統化的邏輯分析,並將成熟的設計模式、解法等編成規範和資料供設計人員參考;英美學派偏重分析創造性開發和計算機在設計中的應用;日本學者則充分利用國內電子技術和計算機的優勢,在創造工程學、質量工程、價值工程方面做了不少工作。自1946年開始,前蘇聯進行發明創造方法學的研究——TRIZ(heory of Invention Problem Solving),以G.S.Altshuler為首的研究機構分析了世界近250萬件高水平發明專利,並綜合多學科領域的原理和法則後,建立了TRIZ理論體系。運用這一理論,可大大加快人們創造發明的進程而且能得到高質量的創新產品。

各國研究的設計方法在內容上各有側重,但共同的特點都是總結設計規律,啓發創造性,採用現代化的先進理論和方法使設計過程自動化、合理化,其目的是為了提高設計水平和質量,設計出更多功能全、性能好、成本低、外形美的產品,以滿足社會的需求和適應日趨尖鋭的市場競爭。

我國在20世紀80年代不斷吸收引進國外研究成果,開展了設計方法學的理論和應用研究,並取得了一系列成果。

各國在設計方法研究過程中共同推進和發展了“設計方法學”這門學科,從而使它成為現代設計方法的一個重要組成部分。設計方法學是以系統的觀點來研究產品的設計程序、設計規律和設計中的思維與工作方法的一門綜合性學科。它所研究的內容包括如下部分。

（1）設計對象設計對象是一個能實現一定技術過程的技術系統。能滿足一定需要的技術過程不是唯一的,能實現某個具有一定技術過程的技術系統也不是唯一的。影響技術過程和技術系統的因素很多,全面系統地考慮、研究確定的最優技術系統即為設計對象。

……

本書是關於介紹“現代設計方法及其應用”的教學用書,書中重點介紹應用廣泛、實用性強的設計方法。具體內容包括設計方法學,機械最優化設計,可靠性設計和有限元方法。 本書可作為機械工程及相關專業本科生的教材,亦可作為工程技術人員繼續教育的培訓教材。