现代设计方法及应用

本书是根据目前高等学校教学改革的实际需要，参照高等学校相关课程教学的基本要求，并结合课题组相关教学、科研成果编写而成的。 本书共7章：第1章为绪论，对现代设计方法与系统进行了概述；第2章介绍并行设计中的相关模型、关键技术与方法等；第3章介绍TRIZ中的基础知识、基本工具等；第4章介绍公理化设计的相关模型、设计定理等；第5章介绍可拓设计中的相关模型、可拓变换、推理方法等；第6章介绍遗传算法的基本原理与应用等；第7章介绍其他现代智能设计方法。为了便于学习，章后给出了工程案例分析。 本书可作为高等学校理工科类研究生或本科生的选修教材，也可供相关专业的工程技术人员、管理人员参考。

第1章 绪论

1.1 设计与设计方法

1.1.1 设计的概念和定义

1.1.2 设计的本质与类型

1.2 传统设计与现代设计

1.2.1 设计的发展与变迁

1.2.2 现代设计手段与特征

1.2.3 传统设计与现代设计的比较

1.2.4 现代设计方法的内容与范畴

1.3 设计系统

第2章 并行设计

2.1 并行设计模型与方法

2.1.1 国内外发展概况

2.1.2 串行设计与并行设计

2.1.3 并行设计模型

2.1.4 并行设计方法

2.1.5 并行工程及其实现途径

2.1.6 并行工程体系结构

2.2 并行设计中的关键技术

2.2.1 并行设计中的DFX

2.2.2 并行设计中的CAX

2.2.3 并行设计中的PDM

2.2.4 并行设计中的其他关键技术

2.3 质量功能展开(QFD)

2.3.1 QFD基本概念

2.3.2 质量屋

2.3.3 QFD分解模型

2.3.4 QFD实施步骤

2.4 常用的评价与决策技术

2.4.1 层次分析法

2.4.2 熵权法

2.4.3 模糊综合评价法

2.4.4 灰色关联决策分析法

2.5 工程应用案例

2.5.1 案例1： 并行工程在汽车制造领域的应用

2.5.2 案例2：并行工程在飞机装配领域的应用

2.5.3 其他并行工程应用案例分析

2.6 展望

第3章 发明问题解决理论(TRIZ)

3.1 TRIZ理论发展概况

3.1.1 TRIZ理论来源

3.1.2 TRIZ理论的发展历程

3.1.3 TRIZ理论的传播与发展

3.2 TRIZ理论的核心内容

3.2.1 TRIZ理论的基本体系结构

3.2.2 技术系统进化法则

3.2.3 TRIZ理论的问题分析工具

3.2.4 TRIZ理论的问题求解工具

3.2.5 TRIZ解题流程——解决发明问题规则系统(ARIZ)

3.3 TRIZ理论的应用案例分析

3.3.1 TRIZ理论应用案例分析一：巧取果仁

3.3.2 TRIZ理论应用案例分析二：扳手的改进设计

3.3.3 TRIZ理论应用案例分析三：燃气灶的改进设计

第4章 公理化设计

4.1 公理化设计发展状况

4.2 公理化设计的基本概念

4.3 设计公理的数学描述

4.3.1 独立性公理数学模型

4.3.2 信息公理数学模型

4.4 公理化设计的定理、推论与基本流程

4.4.1 部分设计定理

4.4.2 部分设计推论

4.4.3 公理化设计的基本流程

4.5 公理化设计学术研究热点

4.6 公理化设计案例分析

4.6.1 独立性公理应用案例：冷热水龙头的设计

4.6.2 独立性公理应用案例：产品设计实例分解

4.6.3 信息公理应用案例一：购房位置优选

4.6.4 信息公理应用案例二：复杂产品设计方案评价

第5章 可拓设计

5.1 可拓设计概述

5.2 可拓设计建模

5.2.1 常用建模方法

5.2.2 物元模型

5.2.3 事元模型

5.2.4 关系元模型

5.2.5 复合元模型

5.3 可拓变换

5.3.1 可拓变换类型

5.3.2 基本变换

5.3.3 常用的可拓变换运算方法

5.3.4 传导变换

5.3.5 共轭变换

5.4 可拓评价

5.4.1 可拓距

5.4.2 可拓关联函数

5.4.3 可拓优度评价

5.4.4 可拓集

5.5 可拓推理

5.5.1 发散推理

5.5.2 相关推理

5.5.3 蕴含推理

5.5.4 共轭推理

5.5.5 可扩推理

5.5.6 可拓知识库

5.6 可拓工程应用

5.6.1 可拓设计案例分析

5.6.2 基于可拓理论的设计知识推送案例分析

5.6.3 基于可拓理论的故障诊断案例分析

第6章 遗传算法

6.1 遗传算法的发展概况

6.2 遗传算法的基本原理

6.2.1 遗传算法的基本概念

6.2.2 遗传算法的基本操作

6.2.3 遗传算法实现的基本过程

6.2.4 遗传算法的基本参数分析

6.2.5 遗传算法的早熟收敛性分析

6.2.6 基本遗传算法的改进

6.2.7 遗传算法的基本特征及其优越性

6.3 遗传算法的应用

6.3.1 遗传算法的应用领域

6.3.2 简单遗传算法的应用

第7章 其他现代智能设计方法简介

7.1 反求工程设计

7.1.1 反求工程设计的相关概念

7.1.2 反求工程设计的应用特点

7.1.3 反求工程设计的基本内容

7.1.4 反求工程设计的基本实现步骤与关键技术

7.2 模块化设计

7.2.1 模块化设计的相关概念

7.2.2 模块化设计方式

7.2.3 模块划分

7.2.4 模块化设计流程

7.3 绿色设计

7.3.1 绿色设计的相关概念

7.3.2 绿色设计的主要内容

7.3.3 绿色设计的实施过程

7.4 有限元法

7.4.1 有限元法的基本思想

7.4.2 常用的单元

7.4.3 有限元法求解的基本步骤

7.5 其他智能设计方法

7.5.1 人机工程

7.5.2 相似性设计

7.5.3 建模和仿真技术

7.5.4 疲劳设计

7.5.5 人工神经网络

参考文献

出版时间：2019-01千 字 数：308版次：01-01页 数：192

开本：16开装帧：I S B N ：9787121358135

换版：

纸质书定价：￥49.0

本书在对现代设计的概念、特点、技术体系以及多种现代设计方法进行概括介绍的基础上,精选内容,重点介绍应用广泛、实用性强的设计方法。具体内容包括设计方法学,机械最优化设计,可靠性设计和有限元方法。本书将现代设计的基本理论、现代设计的工具软件及典型工程应用实例相结合,以加深读者对所述现代设计方法的理解、掌握和实际应用。

本书可作为机械工程及相关专业本科生的教材,亦可作为工程技术人员继续教育的培训教材,还可供从事机电产品设计的工程技术人员和科技管理干部参考。

本书是关于介绍“现代设计方法及其应用”的教学用书,书中重点介绍应用广泛、实用性强的设计方法。具体内容包括设计方法学,机械最优化设计,可靠性设计和有限元方法。 本书可作为机械工程及相关专业本科生的教材,亦可作为工程技术人员继续教育的培训教材。2100433B

第1章 绪论

1.1 设计的概念

1.2 传统设计与现代设计

1.3 部分现代设计方法简介

1.4 学习现代设计方法的意义

习题

第2章 设计方法学

2.1 概述

2.2 设计系统

2.3 技术系统及其设计类型

2.4 产品规划方法

2.5 方案的系统化设计

2.6 创造性思维和方法

2.7 TRIZ理论与计算机辅助创新

2.8 设计中的评价与决策

习题

第3章 优化设计

3.1 优化问题的数学描述

3.2 优化方法的数学基础

3.3 一维优化

3.4 多维无约束优化方法

3.5 多维约束优化方法

3.6 机械最优化设计中的其他相关问题

3.7 优化设计工具软件

3.8 优化设计实例

习题

第4章 机械可靠性设计

4.1 概述

4.2 可靠性的定义及度量指标

4.3 可靠性工程中常用概率分布

4.4 可靠性设计原理

4.5 机械强度可靠度计算

4.6 系统的可靠性设计

4.7 故障树分析

习题

第5章 有限元法

5.1 概述

5.2 弹性力学的基本理论

5.3 弹性力学有限元法

5.4 等参数单元的原理及数值积分

5.5 有限元分析中的若干处理方法

5.6 有限元分析软件

5.7 有限元方法应用实例

习题

附表

附表1 标准正态分布表

附表2 TRIZ冲突解决原理矩阵

参考文献

文章节选：

第2章 设计方法学

2.1 概述

方法是人类思维的宝贵财富,是探索科学真理的钥匙。认识事物、解决问题都需要正确的方法。培根说过:“没有一个正确的方法,犹如在黑暗中摸索行走。”巴甫洛夫也曾指出:“好的方法将为人们开展更广阔的图景,使人们认识更深层次的规律,从而更有效地改造世界。”设计方法学(Design Methodology)是一门新兴学科,是现代设计方法的重要组成部分。

工业产品设计是一种创造性活动,设计的结果直接影响产品性能质量、成本和企业经济效益。由于在产品开发和提高产品设计水平的工作中,科学的设计方法起着重要的作用,因此加强对产品设计方法学的研究有着十分重要的意义。

从20世纪60年代以来,在工业发达国家中对设计方法学的研究有着迅速的发展。一些国家已形成了各自的研究体系和风格。比较有代表性的如:德国的学者和工程技术人员比较着重研究设计的进程、步骤和规律,进行系统化的逻辑分析,并将成熟的设计模式、解法等编成规范和资料供设计人员参考;英美学派偏重分析创造性开发和计算机在设计中的应用;日本学者则充分利用国内电子技术和计算机的优势,在创造工程学、质量工程、价值工程方面做了不少工作。自1946年开始,前苏联进行发明创造方法学的研究——TRIZ(heory of Invention Problem Solving),以G.S.Altshuler为首的研究机构分析了世界近250万件高水平发明专利,并综合多学科领域的原理和法则后,建立了TRIZ理论体系。运用这一理论,可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。

各国研究的设计方法在内容上各有侧重,但共同的特点都是总结设计规律,启发创造性,采用现代化的先进理论和方法使设计过程自动化、合理化,其目的是为了提高设计水平和质量,设计出更多功能全、性能好、成本低、外形美的产品,以满足社会的需求和适应日趋尖锐的市场竞争。

我国在20世纪80年代不断吸收引进国外研究成果,开展了设计方法学的理论和应用研究,并取得了一系列成果。

各国在设计方法研究过程中共同推进和发展了“设计方法学”这门学科,从而使它成为现代设计方法的一个重要组成部分。设计方法学是以系统的观点来研究产品的设计程序、设计规律和设计中的思维与工作方法的一门综合性学科。它所研究的内容包括如下部分。

1)设计对象设计对象是一个能实现一定技术过程的技术系统。能满足一定需要的技术过程不是唯一的,能实现某个具有一定技术过程的技术系统也不是唯一的。影响技术过程和技术系统的因素很多,全面系统地考虑、研究确定的最优技术系统即为设计对象。

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