現代設計方法學
A. 求介紹現代設計方法有哪些
現代設計方法是隨著當代科學技術的飛速發展和計算機技術的廣泛應用而在涉及領域發展起來的一門新興的多元交叉學科。它是以設計產品為目標的一個總的知識群體的總稱。目前它的內容主要包括：優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計、工業藝術造型設計、虛擬設計、疲勞設計、三次設計、相似性設計、模塊化設計、反求工程設計、動態設計、有限元法、人機工程、價值工程、並行工程、人工神經元計算方法等。在運用他們進行工程設計時，一般都以計算機作為分析、計算、綜合、決策的工具。本節以計算機輔助設計、優化設計、可靠性設計、有限元法、工業藝術造型設計、設計方法學、三次設計等為例來說明現代設計方法的基本內容與特點。
1、計算機輔助設計
計算機輔助設計（Computer Aided Design)，簡稱CAD。他是把計算機技術引入設計過程並用來完成計算、選型、繪圖及其他作業的一種現代設計方法。計算機、繪圖積極其他外圍設備構成CAD硬體系統，而操作系統、語言處理系統、資料庫管理系統和應用軟體等構成CAD的軟體系統。通常所說的CAD系統是只由系統硬體和系統軟體組成，兼有計算、圖形處理、資料庫等功能，並能綜合利用這些功能完成設計作業的系統。典型的CAD工作過程如圖1-3所示。
2、優化設計
優化設計（Optimal Design）是把最優化數學原理應用於工程設計問題，在所有可行方案中尋求最佳設計方案的一種現代設計方法。
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格式建立數學模型，然後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。
在建立優化設計數學模型的過程中，把影響設計方案選取的那些參數稱為設計變數；設計變數應當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並期望得到改進的指標表示為設計變數的函數，稱為目標函數。設計變數、約束函數、目標函數組成了優化設計問題的數學模型。優化設計需要把數學模型和優化算發放到計算機程序中用計算機自動尋優求解。常用的優化演算法有：0.618法、鮑威爾（Power）法、變尺度法、復合型法、懲罰函數法。
3、 可靠性設計
可靠性設計（Reliability Design）是以概率論和數理統計為理論基礎，是以失效分析、失效預測及各種可靠性試驗為依據，以保證產品的可靠性為目標的現代設計方法。
可靠性設計的基本內容是：選定產品的可靠性指標及量值，對可靠性指標進行合理的分配，再把規定的可靠性指標設計到產品中去。
4、有限元法
有限元法（Finite Method）是以電子計算機為工具的一種數值計算方法。目前，該方法不僅能用於工程中復雜的非線性問題、非穩態問題（如結構力學、流體力學、熱傳導、電磁場等方面的問題）的求解，而且還可以用於工程設計中進行復雜結構的靜態和動力學分析，並能准確地計算復雜零件的應力分布和變形，成為復雜零件強度和剛度計算的有利分析工具。
5、工業藝術造型設計
工業藝術造型設計時工程技術與美學藝術相結合的一門新學科。他是旨在保證產品使用功能的前提下，用藝術手段按照美學法則對工業產品進行造型活動，包括結構尺寸、體面形態、色彩、材質、線條、裝飾及人際關系等因素進行有機的綜合處理，從而設計出優質美觀的產品造型。實用和美觀的最佳統一是工業藝術造型的基本原則。
這一學科的主要內容包括：造型設計的基本要素、造型設計的基本原則、美學法則、色彩設計、人機工程學等。
6、反求工程設計
反求工程設計（Reverse Engineering）是消化吸收並改進國內外先進技術的一系列工作方法和技術的總和。它是通過實物或技術資料對已有的先進產品進行分析、解剖、試驗，了解其材料、組成、結構、性能、功能，掌握其工藝原理和工作機理，已進行消化仿製、改進或發展、創造新產品的一種方法和技術。它是針對消化吸收先進技術的系列分析方法和應用技術的組合。
B. 機械工程常用現代設計理論方法有哪些
1）資訊理論方法,
如信息分析法、技術預測法等。它是現代設計方法的前提。
2）系統論方法,
如系統分析法、人機工程以及面向產品生命周期的設計。
3）控制論方法,
如動態分析法等。
4）優化論方法,
它是現代設計方法的目標。
5）對應論方法,
如相似設計、反求工程設計等。
6）智能論方法,
如CAE
、並行工程、人工智慧等是現代設計方法的核心。
7）壽命論方法,
如可靠性設計、價值工程和穩健性設計等。
8）離散論方法,
如有限元和邊界元方法。
9）模糊論方法,
如模糊評價和決策等。
10）突變論方法,
如創造性設計等。它是現代設計方法的基礎。
11）藝術論方法
,
如藝術造型等。
C. 設計方法學主要包括科學論方法
設計方法學是研究產品設計規律、設計程序及設計中思維和工作方法的一門綜合性學科。設計方法學以系統工程的觀點分析設計的戰略進程和設計方法、手段的戰術問題。在總結設計規律、啟發創造性的基礎上促進研究現代設計理論、科學方法、先進手段和工具在設計中的綜合運用。對開發新產品, 改造舊產品和提高產品的市場競爭能力有積極的作用。
設計方法學的研究內容包括以下幾方面:
1. 分析設計過程及各設計階段的任務, 尋求符合科學規律的設計程序。將設計過程分為設計規劃(明確設計任務)、方案設計、技術設計和施工設計四個階段, 明確各階段的主要工作任務和目標, 在此基礎上建立產品開發的進程模式, 探討產品全壽命周期的優化設計及一體化開發策略。
2. 研究解決設計問題的邏輯步驟和應遵循的工作原則。以系統工程分析、綜合、評價、決策的解題步驟貫徹於設計各階段, 使問題逐步深入擴展, 多方案求優。
3. 強調產品設計中設計人員創新能力的重要性, 分析創新思維規律, 研究並促進各種創新技法在設計中的運用。
4. 分析各種現代設計理論和方法如系統工程、創造工程、價值工程、優化工程、相似工程、人機工程、工業美學等在設計中的應用, 實現產品的科學合理設計, 提高產品的競爭能力。
5. 深入分析各種類型設計如開發型設計、擴展型設計、變參數設計、反求設計等的特點, 以便按規律更有針對性地進行設計。
6. 研究設計信息庫的建立。用系統工程方法編制設計目錄——設計信息庫。把設計過程中所需的大量信息規律地加以分類、排列、儲存, 便於設計者查找和調用, 便於計算機輔助設計的應用。
7. 研究產品的計算機輔助設計。運用先進理論,建立知識庫系統, 利用智能化手段使設計自動化逐步實現。
D. 現代設計方法是指什麼
現代設計方法是以研究產品設計為對象的科學。它以電子計算機為手段運用工程設計的新理論和新方法，使計算結果達到最優化，使設計過程實現高效化和自動化。產品的質量和經濟效益取決於設計、製造和管理的綜合水平，而產品設計則是關鍵，沒有高質量的設計就不可能有高質量的產品，而要達到高質量的設計，就必須採用先進的設計方法和手段。
現代設計方法是研究產品設計方法的綜合類科學，他涉及的科學范圍非常廣泛，是多學科交叉融合的產物，是人們把相關科學技術綜合應用於設計領域的產物。而其中一個具體的設計方法，同樣也是若干學科的交叉與融合。例如，優化設計是數學規劃的方法與計算機編程的有機結合，計算機輔助設計可以看作是數學建模、計算機軟體和硬體技術、工程圖形學等的有機結合；同時現代設計是傳統設計技術的繼承、延伸和發展。從傳統設計發展到現代設計，都有著時序性、繼承性。例如，傳統的運動學、動力學、結構學，以及強度理論等基本原理與方法，是現代設計方法的數學建立模型及許多分支學科（如可靠設計、健壯設計、疲勞設計）的基礎，另外許多現代設計方法是在吸收了傳統設計方法中的思想、觀點、方法的精華而發展起來的，如模塊化設計、優化設計、並行設計等。本節介紹幾個常用的現代設計方法。
E. 什麼是現代設計方法
現代設計方法是隨著當代科學技術的飛速發展和計算機技術的廣泛應用而在設計領域發展起來的一門新興的多元交叉學科，是以設計產品為目標的一個知識群體的統稱。
F. 1.試論述現代設計理論與方法的特點。
1)程式性現代設計方法研究設計的全過程，要求設計者從產品規劃、方案設計、技術設計、施工設計到試驗、試制進行全面考慮，按步驟有計劃地進行設計。強調設計、生產與銷售一體化。設計不是單純的科學技術問題，要把市場需求、社會效益、經濟成本、加工工藝、生產管理等間題統一考慮，最終反映到質高價廉的產品上。
(2)創造性現代設計突出人的創造性，發揮集體智慧，運用各種創新技法，通過直覺想像和推理思維，力求探尋更多的突破性方案，開發新產品。
(3)系統性現代設計強調用系統工程方法處理技術系統問題，設計時分析各娜分的有機聯系，力求系統整體優化·同時考慮技術系統與外界的聯系，即人一機一環境三者之間的相互協調關系。在設計過程中對於功能、評價目標等較復雜的具體問題，都可視作系統按先分解後組合的方法使問題化繁為簡，解法由少變多，進而從中選取較合理的解。
(4)優化性設計的目的是得到功能全、性能好、成本低、價值優的產品。現代設計通過優化理論與方法運用計算機工具進行方案優選、參數優化、結構優化等，爭取產品技術系統的整體最優。
(5)綜合性現代設計突破傳統、經驗、類比的設計，採用邏輯、理論、系統的設計方法，在靜態分析的基礎上考慮載荷譜等隨機參量進行更合理全面的動態分析。在強度設計時不是一味加大安全系數，而是從概率論和統計學出發考慮載荷和應力的離散性進行可靠性設計。
現代設計在系統工程、創造工程基礎上運用資訊理論、相似論、模糊論、可靠性、有限元、人機學等自然科學理論及價值工程，決策論、預測論等社會科學理論，同時採用集合、矩陣、圖論等數學工具和電子技術，以便更科學地解決設計間題.
{6)計算機輔助設計(CAD)計算機更全面地引入設計，通過設計者和計算機的密切配合，採用先進設計方法，提高設計質量和速度。對於許多設計對象可先建立設計模型，將參數輸入計算機進行計算或繪圖，使設計准確、高效且便於修改。計算機輔助設計不僅用於計算和繪圖，而且在信息儲存、預測、評價決策、動態模擬，特別是人工智慧方面，將發揮更大作用
G. 簡述現代設計理論及其方法
1現代設計理論與方法是一門基於思維科學、信息科學、系統工程、計算機技術等學科，研究產品設計規律、設計技術和工具、設計實施方法的工程技術科學。
2設計的概念，廣義概念是指對發展過程的安排，包括發展的方向、程序、細節及達到的目標。狹義概念是指將客觀需求轉化為滿足需求的技術系統(或技術過程)的活動。
3設計的含義：為了滿足人類與社會的功能要求，將預定的目標通過人們創造性思維，經過一系列規劃、分析和決策，產生載有相應的文字、數據、圖形等信息的技術文件，以取得最滿意的社會與經濟效益，這就是設計。
4設計的特徵：需求特徵、創造性特徵、程序特徵、時代特徵。
5設計的四個發展階段：直覺設計階段、經驗設計階段、半理論半經驗設計階、現代設計階
6現代設計與傳統設計的區別:
傳統設計：以經驗總結為基礎，運用力學和數學而形成的經驗、公式、圖表、設計手冊等作為設計的依據，通過經驗公式、近似系數或類比等方法進行設計。傳統設計方法基本上是一種以靜態分析、近似計算、經驗設計、手工勞動為特徵的設計方法。
現代設計：是一種基於知識的，以動態分析、精確計算、優化設計和CAD為特徵的設計方法。
7現代設計方法與傳統設計方法相比，主要完成了以下幾方面的轉變：
1）產品結構分析的定量化；2）產品工況分析的動態化；3）產品質量分析的可靠性化；4）產品設計結果的最優化；5）產品設計過程的高效化和自動化。
8現代產品設計按其創新程度可分為：開發性設計、適應性設計、變形設計三種類型。
第二章
1功能分析組合方法：求總功能（黑箱法）分功能求解方法（調查分析法、創造性方法、設計目錄法）原理解組合（形態分析法）
第三章
1創造技法：（一）集體激智法：(專題會議法，德爾菲法，635法)通過多人的集體討論和書面交流，互相啟迪，並發靈感，進而引起創造性思維的連鎖反應，形成綜合創新思路的一種創新技法。（二）提問追溯法：（奧斯本提問法，阿諾爾特提問法，5W-1H提問法）是通過對問題進行分析和推理來擴展思路，或將復雜的問題加以分解，找到各種影響因素，從而扎到問題的解決方案的一種創造性技法。（三）聯想類比法：（聯想發明發，類比發明發，仿生法，綜攝法）通過啟發、聯想、類比、綜合等手段，創造出新的想法，這種創造技法就稱聯想類比法（四）組合創新法：（性能組合，原理組合，功能組合，結構組合）利用事物間的內在聯系，用已有的知識和現有的成果進行新的組合。從而產生新的方案。
第四章
1優化設計的數學模型三要素：設計變數、目標函數和約束條件
設計變數X=[]目標函數
約束條件根據形式不同分為不等式約束和等式約束根據性質分為邊界約束(是設計變數的約束）和性能約束（是對原料工時約束）
2數值迭代公式（可行性）且滿足（適用性）
3一維優化方法：直接法（斐波那契法和黃金分割法）間接法（牛頓法和二次插值法）
無約束優化方法：間接（梯度法、牛頓法、變尺度法、共軛方向法、共軛梯度法）。直接法：坐標輪換法、鮑威爾法。
常用的約束優化方法：（直接法）復合形法、可行方向法，（間接法)拉格朗日乘子法和懲罰函數法
4黃金分割法的演算法原理：黃金分割法亦稱0.618法。它是通過對黃金分割點函數值的計算和比較，不斷縮小初始區間得到極小點的一維搜索演算法。黃金分割法的特點每次區間縮小的比率都是相等的為0.618.
5二次插值法的演算法原理：二次插值法又稱拋物線法，是多項式逼近法的一種，它是利用目標函數在單峰區間的兩個端點和其間一點（3個點），構成一個與目標函數相接近的二次插值多項式，以該多項式的極小點作為新的中間插入點，進行區間縮小的一維搜索演算法。
6梯度法的基本思想：以迭代點的負梯度方向作為每次迭代的搜索方向，直至找到極小點。
H. 現代機械設計方法有哪些
機械設計的現代設計方法：
一、專業現代
由機械設計和計算機專業人員共同開發的計算機軟體，能夠反映和描述機械產品在實際工況下的各種損傷、失效和破壞的機理，可以定量分析和計算機械零件和機械的動態行為，並形成固定的設計程序，這就是專業的現代設計方法，如：振動分析和設計，摩擦學設計，熱力學傳熱設計，強度、剛度設計，溫度場分析等等。這些軟體都是在傳統的設計方法基礎上，應用計算機技術開發出來的。例如：用Pro/M軟體分析機械裝置的動態特性，用ANSYS軟體分析應力都是這方面很好的例子，為准確判斷裝置的可靠性和選擇設計參數奠定了基礎。
二、通用現代
為了滿足機械產品性能的高要求，在機械設計中大量採用計算機技術進行輔助設計和系統分析，這就是通用的現代設計方法。常見的方法包括優化、有限元、可靠性、模擬、專家系統、CAD等。這些方法並不只是針對機械產品去研究，還有其自身的科學理論和方法。
1、優化設計
機械優化設計是最優化技術在機械設計領域的移植和應用，其基本思想是根據機械設計的理論，方法和標准規范等建立一反映工程設計問題和符合數學規劃要求的數學模型，然後採用數學規劃方法和計算機計算技術自動找出設計問題的最優方案。它是機械設計理論與優化數學、電子計算機相互結合而形成的一種現代設計方法。
2、模擬與虛擬設計
計算機模擬技術是以計算機為工具「建立實際或聯想的系統模型」並在不同條件下對模型進行動態運行實驗的一門綜合性技術。而虛擬技術的本質是以計算機支持的模擬技術為前提，在產品設計階段，實時地並行地模擬出產品開發全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品製造成本、產品的可製造性、產品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。這種方法不但縮短產品開發周期，也實現了縮短產品開發與用戶之間的距離。
3、有限元設計
這種方法是利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。它不僅能用於工程中復雜的非線行問題、非穩態問題的求解，而且還可用於工程設計中進行復雜結構的靜態和動力分析，並能准確地計算形狀復雜零件的應力分布和變形，成為復雜零件強度和剛度計算的有力分析工具。
4、模糊設計
它是將模糊數學知識應用到機械設計中的一種設計方法。機械設計中就存在大量的模糊信息。如機械零部件設計中，零件的安全系數往往從保守觀點出發，取較大值而不經濟，但在其允許的范圍內存在很大的模糊區間。機械產品的開發在各階段常會遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點、性質及對計策的要求不盡相同，但所採取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點是，可以將各因素對設計結果的影響進行全面定量地分析，得出綜合的數量化指標，作為選擇決斷的依據。
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機械生產的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。機械設計的努力目標是：在各種限定的條件(如材料、加工能力、理論知識和計算手段等)下設計出最好的機械，即做出優化設計。優化設計需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低製造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機械種類和用途的不同而異。設計者的任務是按具體情況權衡輕重，統籌兼顧，使設計的機械有最優的綜合技術經濟效果。過去，設計的優化主要依靠設計者的知識、經驗和遠見。隨著機械工程基礎理論和價值工程、系統分析等新學科的發展，製造和使用的技術經濟數據資料的積累,以及計算機的推廣應用,優化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學計算。
I. 現代設計方法的內容簡介
本書在對多種現代設計方法進行概括介紹的基礎上，重點講述了在實踐中獲得廣泛應用的四種設計方法，其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。通過對本書的學習，讀者可以了解現代設計方法與傳統設計方法的聯系與區別，掌握現代設計方法的原理，開拓設計思路，提高設計水平。
本書可作為高等學校「機械設計製造及自動化」及相關專業本科高年級學生和研究生的教材，亦可供從事機電設計的工程技術人員參考。
J. 什麼叫現代設計方法與傳統設計方法相比，有什麼優點
「現代設計方法」就是以滿足市場產品的質量、性能、時間、成本、價格綜合效益最有為目的，以計算機輔助設計技術為主體，以知識為依託，以多種科學方法及技術為手段，研究、改進、創造產品活動過程用到的技術群體的總稱。
與「傳統設計方法」相比，「現代設計方法」具有系統性、社會性、創造性、宜人性，設計過程智能化，設計與製造一體，設計周期短等優點。
(10)現代設計方法學擴展閱讀：
傳統設計師以經驗總結為基礎，運用長期設計實踐和理論計算而形成的經驗、公式、圖表、設計手冊等作為設計的依據，通過經驗公式、近似系數或類比等方法進行設計。