1、精選優質文檔-傾情為你奉上我對現代設計方法學認識 *大學摘要：通過一學期的學習，自己對現代設計方法有了一定的認和 掌握。現代設計方法主要包括以下幾方面內容：優化設計、可靠性設計、虛擬設計、綠色設計、模塊化設計、計算機輔助設計等。科學技術的飛速發展，產品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新換代速度加快。現代設計方法的出現，適應了現代科技的要求，掌握了它的精髓有助于提高我們的設計速度，和設計的質量。關鍵詞：現代設計方法 優化設計 可靠性設計 綠色設計 模塊化設計 有限元法 計算機輔助設計 Abstract:By a term's study of Modern Design M

2、ethod，I have a further knowledge of it .The Modern Design Method has these parts，the Optimal Design，the Reliability Design，the Virtual Design，the Green Design，the Module Design，the Computer Aided Design，and so on.The rapid development of science and technology, the product function requirement of in

3、creasing and complexity increases, life cycle shortens, renewal speed.The apperance of Modern Design Method adapts the requirement of modern technology，so it will improving our speed of designing，and improving the quality of products that we have designed，if we had mastered the quintessence of the M

4、odern Design Method.Keywords: Modern Design Method Optimal Design Reliability Design Virtual Design Green Design Module Design Computer Aided Design一、優化設計(Optimal Design)優化設計是指，將工程設計問題轉化為最優化問題，利用數學規劃方法，借助電子計算機高速度、高精度和大儲存量的運算處理能力，從滿足設計要求的一切可行方案中自動尋求最佳設計方案的設計方法。它能夠綜合處理并最大限度的滿足各種不同性質的、甚至相互矛盾的設計要求，迅速而準確

5、的得到最滿意的設計結果，且可用于各種工程項目和產品的方案設計和技術設計。在進行工程優化設計時，首先把工程問題按優化設計所規定的模式建立數學模型，然后選用合適的優化計算方法在計算機上對數學模型進行尋優求解，得到工程設計問題的最優設計方案。在建立數學模型時，把影響設計方案選取的那些參數成為設計變量，設計變量應滿足的條件稱為約束條件，而設計者 選定來衡量設計方案優劣并期望得到改進的指標表示為設計變量的函數。設計變量、約束函數、目標函數組成了優化設計問題的數學模型。常用的優化算法有：鮑威爾法、變尺度法、復合型法、懲罰函數法等。二、可靠性設計(Reliability Design)可靠性設計可定義為:產

6、品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠性設計是以概率論為數學基礎，從統計學的角度去觀察偶然事件，并從偶然事件中找出其某些必然發生的規律，而這些規律一般反映了在隨機變量與隨機變量發生的可能性(概率)之間的關系。用來描述這種關系的模型很多，如正態分布模型、指數分布模和威爾分布模型。可靠性常用的數值標準有:可靠度(Reliability)、失效率(FailureRate)平均壽命(MeanUfe)。機電系統的可靠性不僅與組成系統單元(機械單元、電氣單元或混合單元)的可靠性有關，還與組成該系統各單元間的組合方式和相互匹配有關。通常機電產品的可靠性設計包括以下幾個方面的內容:(l)明確

7、機電產品中機械部件和電氣部件的設計制造要求。(2)系統可靠性建模。系統常用的可靠性建模方式有:串聯系統建模、并聯系統建模、混聯系統建模、k/n系統建模和儲備系統建模。可通過這些數學模型并采適當的算法來計算出機電系統的可靠性。(3)可靠性可預測。預測單元(機械單元、電氣單元或混合單元)的可靠性，首先要確定單元的基本失效率，它們是在一定的環境條件下得出的，設計時可以從相關的手冊、資料中查得。然后根據公式入=k入b來確定各單元的應用失效率，k為修正系數，可由專門的資料中查得。對于不同的機電系統，其可靠性預測的方法也不同，常用的有元器件統計法、數學模型法和故障樹分析法等方法。(4)可靠性的分配。根據機

8、電產品各單元技術水平、復雜程度、重要程度以及相關費用等條件來決定，總的來說都是為了獲取系統最高的可靠性。現在常用的分配方法有等分發、再分發、Agree分配法和相對失效法和相對概率法。3、 虛擬設計（Virtual Design）在達到產品并行的目的以后，為了使產品一次設計成功，減少反復，往往會采用仿真技術，而對機電產品模型的建立和仿真又屬于是虛擬設計的范疇。所謂的虛擬制造(也叫擬實制造)指的是利用仿真技術、信息技術、計算機技術和現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，發現制造過程中可能出現的問題，在真實制造以前，解決這些問題，以縮減產品上市的時間，降低產品開發、制造成本，并提高產

9、品的市場競爭力。虛擬設計能實現在產品加工制造之前，建立產品的功能、結構模型，并能對其進行修改和評審，以滿足不同客戶的要求。它不僅繼承了傳統CAD設計的優點也具備了仿真技術可視化的特點，更能支持協同工作和并行設計，從而縮短了產品開發周期并通過各先進技術的利用和補充，使產品保持技術上的優勢。四、綠色設計（Green Design）綠色設計是指以環境資源保護為核心概念的設計過程，其基本思想就是在設計階段就將環境因素和預防污染的措施納人產品設計之中，將環境性能作為產品的設計目標和出發點，力求使產品對環境的影響為最小產品的綠色設計主要包括以下內容:(l)產品材料的選擇和管理。產品的材料不僅要滿足傳統設計

10、的使用和性能要求，也包括對環境約束準則的考慮。(2)產品可拆卸性和可回收性設計。可拆卸性設計是將廢棄淘汰產品的連接按照需要和回收目標拆開而將零部件相互分離，及用利于產品拆卸的連接方式代替傳統的連接方式;可回收性設計則是將產品中的可重用零部件及材料按照其性質進行分類，以便實現零部件重用或材料循環的一種設計思想和方法。(3)綠色產品成本分析和設計數據庫的建立。對產品的成本分析不僅包括了產品原始成本的分析，還包括產品環境成本的分析，以便設計出更綠色、成本更低的產品。而產品綠色設計數據庫包括與產品壽命周期中環境、經濟等有關的基礎數據，以及各類評判標準。(4)產品的綠色包裝設計。除了設計出能滿足客戶要求

11、和喜愛的產品造型和樣式之外，還要充分考慮包裝對環境的影響因素。產品設計的基本流程為：市場調研-草圖構思-方案設計。具體到綠色設計在產品設計中的應用，其過程可分為四個階段： 1、 市場調研 在市場調研階段，將產品的綠色因素作為調研時的一項重點內容。在此階段，對產品在人、資源與環境等方面存在的綠色缺陷做出調查研究，并進行分析，形成理性的調研報告。通過市場調研，可以發現產品中所蘊含的綠色機遇。可以利用前文所述的產品綠色因素，對市場做出合理的關于綠色因素的調研。同時評估出未來產品的綠色設計需求，指出現有產品與目標產品的差距。 2、概念設計 在具體的產品設計流程中，將通過市場研究所得來的綠色機遇，通過草

12、圖設計-方案篩選-方案設計流程，把功能、造型、色彩、人機等諸因素融入到產品設計中去。使產品滿足綠色設計的三大要求：Reduce(節約)Reuse（回收利用）Recycle（循環）；二是通過產品設計中的造型、色彩、人機等因素的協調設計，使得用戶在使用綠色產品的時候，能夠感受到產品的綠色因素。 3、方案確定 對概念設計方案進行評估，得到最終確立方案。對方案的評估有兩個方面，一是在設計、制造、包裝、運輸、消費、報廢和回收過程中，廢棄物的量作為衡量標準，盡可能的減少該過程中廢棄物的量，二是看產品的在使用過程中，是否能夠很好的讓消費者感受到產品的綠色因素，可著重于考察產品的人機、形態和色彩。4、詳細設計

13、在產品的詳細設計階段，繼續深化產品的綠色因素，進行詳細的產品設計。細致分析產品的生命周期，從其加工的原材料，制造、銷售、使用到回收利用的每一個階段，該產品所有與人、資源、環境相關的因素都要經過細致的分析與設計。在此設計階段可以借助虛擬技術進行產品開發，可以在虛擬的環境下，進行產品設計，生成軟產品模型以進行形態和功能的評價與測試，這樣就可避免生成硬模型帶來的能源和資源上的浪費，有利于縮短產品開發周期，降低成本，減少污染。五、模塊化設計（Module Design）結構模塊化設計主要是以功能化的產品結構為基礎，分解現有的產品，在分解中考慮到各個要素的可行性，從而在早期就預測到設計中可能會出現的矛盾

14、，提高設計的可行性和可靠性，降低產品的成本。模塊化設計在齒輪減速器中的應用市場調查分析與參數范圍的確定模塊化設計的一個重要前提是必須對產品的品種和規格以及市場對同類產品的需求量有充分的了解，只有這樣才能開展模塊的劃分、創建、組合$根據市場調查，為滿足冶金、礦山、建筑、化工、輕工等行業的需要，擬設計中小功率的通用齒輪減速器系列齒輪減速器主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、圓柱圓錐齒輪減速器三種結構，為了使齒輪減速器通過單元模塊組合，實現系列產品內傳動件互換，擬定產品的裝配形式共減速器各級齒輪傳動中心距的確定主要考慮兩個因素：一是盡可能實現各級齒輪等接觸強度傳動； 減速器整機結構具有明顯的分級特

15、性，在進行模塊化設計時，以產品的功能分析為基礎，將產品的總功能分解為若干層次較高的綜合性功能單元，如圖然后根據不同的需求，將這些綜合性功能單元分別細化為若干層次較低的、可互換的、獨立的基礎單元，如齒輪、軸承的分級分解如圖對一定界限內的不同產品的性能、規格進行分析得出的一系列的功能模塊，這些模塊成為基礎，通過對它的選擇，重新組合構成不同的產品，以滿足市場需求。根據各部件的位置及功能不同，設計為一個個獨立的模塊，模塊之間又可以組成一個大單元，如機械液力變矩器、變速器和中央傳動一體化單元等，使整機的裝配和維護更為方便。從工程機械的傳動方式看，傳統的“液力變矩十動力換檔變速箱+兩級最終傳動”方式，逐步

16、向模塊化的傳動方式轉變。如采用典型模塊化設計的傳動系統為：外分流式液力變矩器+傳動軸+動力換檔變速器與中央傳動的組合+離合器與盤式制動器的組合+行星最終傳動。六、計算機輔助設計(Computer Aided Design)機械計算機輔助設計（機械CAD）技術，是在一定的計算機輔助設計平臺上，對所設計的機械零、部件，輸入要達到的技術參數，由計算機進行強度，剛度，穩定性校核，然后輸出標準的機械圖紙，簡化了大量人工計算及繪圖，效率比人工提高幾十倍甚至更多。計算機輔助設計的過程,首先進行功能設計,選擇合適的科學原理或構造原理,然后進行產品總圖的初步設計、產品選型和外型的初步設計;從總圖派生出零件,對零

17、件的造型、尺寸、色彩等進行設計,對零件進行有限元分析,使其結構及尺寸與應力狀態相適應;對零件進行加工模擬,對其性能做出評價、分析和優化,最終完成零件的工作圖;在計算機上制定零件制造工藝,在相應的設備上制造出零件。如各種建模軟件， solidworks proE 等現代CAD系統的功能包括: (1)設計組件重用(Reuse of design components) (2)簡易的設計修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning) (3)設計的標準組件的自動產生(Automatic generation of standard components of the design) (4)設計是否滿足要求和實際規則的檢驗(Validation/verification of designs against specifications and design rules) (5)無需建立物理原型的設計模擬(Simulation of designs without building a physical prototype) (6)裝配件(一堆零件或者其它裝配件)的自動設計 (7)工程文檔