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机械设计基础-现代设计方法和模式简介 第17章 现代设计方法和模式简介 第17章 现代设计方法和模式简介 教学目标： 本章主要介绍的是现代设计方法和现代设计模式，主要包括：最优化设计、有限元分析、可靠性设计、计算机辅助设计、绿色设计、并行设计和虚拟设计方法等。 本书前面所介绍的都是常规的传统设计方法，本章所介绍的现代设计方法是过去传统设计方法的延续，这种延续不是普通意义上的延续，而是由于计算机技术和网络技术飞速发展所带来的设计方法的一种质的飞跃。这种飞跃是主要依靠手工设计的传统设计方法所不能比拟的。 通过本章的学习，要求读者了解必威体育精装版现代设计方法和设计模式，通过与传统设计方法的对比，了解现代设计方法的内容和特点。 第17章 现代设计方法和模式简介 教学重点和难点： ◆计算机辅助设计系统的基本任务和特点。 ◆有限元方法的基本概念和应用。 ◆寻求最优解的基本思路。 ◆可靠性设计的基本概念。 ◆绿色产品的定义及评价指标。 ◆绿色设计的主要内容。 ◆模糊机械设计方面的应用。 ◆并行设计的概念和基本方法。 第17章 现代设计方法和模式简介 现代设计主要指有计算机辅助设计、限元设计、最优化设计、可靠性设计、绿色设计、模糊设计、并行设计、虚拟设计、智能设计、反求设计和模块化设计等。 本章主要介绍目前最常用的几种设计方法。 第17章 现代设计方法和模式简介 17.1 计算机辅助设计（CAD） 17.2 有限元方法 17.3 最优化设计方法 17.4 机械可靠性设计 17.5 绿色设计（Green Design） 17.6 虚拟设计 17.7 模糊机械设计 17.8 并行设计 17.9 习题与练习 17.1 计算机辅助设计（CAD） 17．1．1 CAD技术发展概况 17．1．2 传统设计方法的分析 17．1．3 CAD的基本概念 17．1．4 CAD系统的基本任务 17．1．5 CAD与CAM技术的结合 17．1．6 CAD/CAM系统的特点 17.1 计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助设计（Computer Aided Design ）简称CAD，已经成为国内外各行业进行产品设计时，不可缺少的手段。由于CAD所具有的特性，使得传统设计方法发生了很大的改变，形成了具有鲜明特征的CAD方法。 17．1．1 CAD技术发展概况 20世纪60年代中期到70年代中期，是CAD技术趋于成熟的阶段，随着计算机硬件的发展，以小型机、超小型机为主机的CAD系统开始进入市场，针对某个特定问题的CAD成套系统蓬勃发展。 20世纪90年代，CAD技术已不再停留在过去单一模式、单一功能、单一领域的水平，而向着标准化、集成化、智能化的方向发展。 我国的CAD技术的引进是从20世纪60年代开始的，最早起步于航空工业，最近几年发展很快，现已在机械、电子、建筑、汽车、服装等行业逐步进入实用阶段。 17．1．2 传统设计方法的分析 所谓传统设计方法，在这里是指利用电子计算器、借助印刷技术资料、使用手工绘图工具、按传统设计过程设计产品的方法。 1．设计过程分析 根据设计方法学的观点，任何设计过程都可以划分为若干个设计阶段，各设计阶段又可划分为若干个设计步骤。 17．1．2 传统设计方法的分析 2．按传统设计过程的划分 (1)功能设计 确定产品功能和结构之间的对应关系； (2)布局设计 完成技术实体部分(零部件)的排列组合； (3)参数设计 定义零部件的几何形状及尺寸参数； (4)公差设计 制定形状、位置及尺寸精度。 17．1．2 传统设计方法的分析 3．按设计任务划分 设计任务不同时，设计变量也不同。针对整个设计过程中，各设计任务所占的比重又将设计划分为如下设计类型： (1)新设计 这是一种从无到有的开发性设计。或者从概念设计、功能设计开始，或者重新排列组合现有的、或新的零部件来达到设计目的。新设计需要创造性的思维。 (2)适应性设计 其特点是保持总体布局不变，修改个别零部件的功能或形状以适应质和量方面的附加要求。 (3)参数化设计 其特点是功能、布局、零件的几何拓扑关系均保持不变，仅改变零件的尺寸参数，产生系列化的设计结果。 17．1．3 CAD的基本概念 从计算机科学的角度看，CAD方法是一个关于产品信息的产生、处理、交换和管理的过程。人们利用计算机作为主要技术手段，对产品从构思到投放市场的整个过程中的信息进行分析和处理，生成和运用各种数字信息和图形信息，进行产品的设计。CAD技术不是传统设计方法的简单映像，也不是局限于在个别步骤或环节中部分地使用计算机作为工具，而是将计算机科学与工程领域的专业技术以及人的智慧和经验以现代的科学方法为指导结合起来，在