《先进制造技术》教案 第5课 现代设计技术（四）.docxVIP

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课题

第四课现代设计技术（三）

课时

2课时（90min）

教学目标

知识技能目标：

（1）了解优化设计的基本概念和基本步骤

（2）了解可靠性设计的概念、主要内容和常用指标

（3）了解价值工程的基本概念、分析对象的选择、功能分析和应用举例

素质目标：

培养作为一名机械专业技术人员必须具备的刻苦专研和锲而不舍的学习精神，严谨的科学态度和积极向上的价值观，为未来的专业深造和工作奠定坚实的基础

教学重难点

教学重点：优化设计、可靠性设计和价值工程的基本概念

教学难点：优化设计的基本步骤、可靠性设计的内容、价值工程的功能分析和应用举例

教学方法

案例分析法、问答法、讨论法、讲授法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

新课预热

【教师】讲一些现代设计技术的案例

【学生】聆听、记录、理解

问题导入

【教师】提出以下问题：

你知道什么是优化设计吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

传授新知

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解优化设计、可靠性设计和价值工程的相关知识

2.4.5优化设计

1．优化设计的基本概念

优化设计（OptimalDesign）是20世纪60年代发展起来的一门新的技术，它是最优化技术和计算机技术在设计领域应用的结果。简单地说，优化设计是根据一般的设计方法，把工程问题转变成数学模型，再应用优化设计和计算机找到最优的设计方案。在机械产品开发的过程中使用优化设计，可以保证产品质量，提高设计者的工作效率。随着数学模型的不断完善及计算机技术的快速发展，优化设计在机械工程领域的应用前景也越来越广阔。

2．优化设计的基本步骤

【教师】利用多媒体展示“优化设计的基本步骤”图片，并进行讲解

优化设计过程可概括为分析设计对象、确定设计约束条件、选择优化求解方法等步骤。

分析设计对象，确定设计变量

在优化设计作业前，要全面细致地分析优化对象，明确优化设计的要求，根据设计要求确定设计变量，即设计中必须确定的各个参数。选择设计变量时，应注意设计变量是对设计指标有直接影响的参数，各个设计变量应相互独立，相互间不能存在隐含或包容的关系。同时，应注意合理选择设计变量的数目，设计变量过多，将会使问题的求解难度加大；设计变量过少，设计的自由度太低，难以体现优化效果。所以，应该在满足优化设计要求的前提下尽量减少设计变量的个数。

确定设计约束条件，建立目标函数

确定设计约束条件就是规定设计变量的取值范围，主要包括不等式约束

和等式约束。

建立设计变量关系的数学表达式即目标函数，设计过程就是求目标函数的最小值。

选择优化求解方法，分析优化结果

应用一维有哪些信誉好的足球投注网站法、梯度法、牛顿法、共轭方向法等寻优方法确定设计变量的最优值。在优化计算结束后，需分析结果，确认是否符合原设想的设计要求。

2.4.6可靠性设计

1．可靠性设计的概念及主要内容

可靠性（Reliability）是产品的一个重要的性能特征。可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。“规定的条件”包括环境条件、维护条件、使用条件等；“规定的时间”是指一定的时间范围，因产品的可靠性水平经过一个较长的稳定使用或储存阶段后，会随时间的增长而降低，时间越长，故障失效越多；“规定的功能”是指产品若干功能的全部，而不是指其中的一部分。

可靠性的内涵主要包括以下几个方面：

性能可靠：产品的性能不会超出设计所规定的范围。

载荷可靠：产品在设计所规定的载荷范围内不会出现断裂破损。

使用可靠：产品可稳定地按照设计所规定的方法和操作步骤实现自身功能。

寿命可靠：产品可在设计所规定的时间周期内稳定运行并按时报废。

2．可靠性设计的常用指标

【教师】提出问题：

你知道可靠性设计有哪些常用指标吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

【教师】总结学生的回答，并讲解新知

（1）产品工作能力

产品的工作能力是指在保证功能参数达到技术要求的同时，产品完成规定功能所处的状态。产品在使用过程中，工作能力将逐渐耗损、劣化。产品在某一时刻t的工作能力，就是产品在t时刻所处的状态。

可靠度

可靠度是指产品在规定工作条件下和规定时间内完成规定功能的概率。通常情况下，产品的可靠度可表示为R(t)的时间函数，称为可靠性函数。可靠度越大，工作越可靠。

（3）失效率

失效率又称故障率，是指产品工作到某一时刻后，在单位时间内发生故障的概率，用表示。失效率是衡量产品单位时间内失效次数的数量指标。失效率也是一个时间函数，若以二维图形进行描述，就可得到一条二维曲线，称为失效率曲线。

【教师】利用多媒体展示“典型的失效率曲线”图片，并进行讲解

虚线为电子产品的失效率曲线，实线为