1、 绪论1、设计的的本质是由功能到结构的映射过程，是技术人员根据需要进行构思、计划并把计划变为现实可行的机械系统的过程。2、计划具有个性化、抽象化、多解性的基本特征。3、现代设计方法：计算机辅助设计概念：计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备辅助人们进行设计。优化设计是从多种设计方案中选择最佳方案的方法，它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。有限元设计就是利用假想的线和面将连续的介质内部和边界分割成有限大小、有限数目、离散的单位来研究。稳健设计通过质量工程方法在产品设计阶段就要求把产品设计完美、健全，
2、不受或尽量减少生产线波动带来的影响，以保证产品达到预期的质量效果。虚拟设计是一种新技术，它可以在虚拟环境中用交互手段对在计算机内建立的模型进行修改，缩短了产品开发周期，提高了产品设计质量和一次设计成功率。创新设计、智能设计、表面设计、绿色设计、动态设计、摩擦设计、协同设计、工业设计等。一1、计算机辅助设计（简称 CAD）：是计算机科学领域的一门重要技术，是集计算、设计绘图、工程信息管理、网络通信等领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分。2、CAD：（computer aided design）：即计算机辅助设计 CAE(computer aided engineering）：即
3、计算机辅助分析，CAM（computer aided manufacture）：即计算机辅助制造，CAPP（computer aided process planning）：即计算机辅助工艺设计，CIMS（computer integrated manufacturing system）：即计算机集成制造系统，8、CAD 的特点：1）规范化、高质量 规范设计流程，统一文档格式，提高设计质量。9、CAD 发展方向：脱离图版，实现全自动无纸化设计、生产和制造，是 CAD 发展的最终目标。10.CAD 的基本功能及优点：1）人机交互 2）几何造型 3）计算分析 4）系统仿真 5）工程绘图 6）数据管
4、理11、CAD 系统组成：CAD 系统的硬件结构：计算机、图形输入设备、输出设备CAD 系统的软件：软件系统、支撑软件、应用软件。二1、优化设计：是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。2、P49 页：例 2-1 黄金分割法求函数，3 无约束优化方法：坐标轮换法、牛顿法、约束优化方法：遗传算法、惩罚函数法、复合形法多目标优化方法：多目标优化问题、主要目标法、统一目标法三1、有限元法的概念：把复杂的结构看成由有限个单元组成的整体的一种设计方法2、有限元法的基本思想：化
5、整为零，积零其整，把复杂的结构看成由有限个单元组成的整体3、弹性力学中的基本假设：连续性假设，完全弹性假设，各向同性假设，均匀性假设，微小性假设，无初应力假设2、弹性力学的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程、边界条件3、弹性力学的基本原理：虚位移原理、最小势能原理4、有限元模型的性能指标：可靠性、精确性、鲁棒性、计算成本的经济性、通用软件的规范性5、缩小结题规模的常用措施：对称性和反对称性、周期性条件、降维处理和几何简化、子结构技术、线性近似化、多工况载荷的合并处理第四章：稳健设计1、稳健设计的基本概念：稳健设计就是通过调整设计变量及控制其容差使可控因素和不可控因素当与设计值发生变差时仍能
6、保证产品质量的一种工程方法。换言之，若作出的设计即使在各种因素的干扰下产品质量也是稳定的，或者用廉价的零部件能组装出质量上乘、性能稳定与可靠的产品，则认为该产品的设计是稳健的。2、稳健设计的一般步骤：1， 确定产品的指标体系，建立可控和不可控因素对产品质量影响的质量设计模型，该模型应能充分显示出各功能因素变差对产品质量特性的影响2， 对稳健设计模型进行试验设计和数值分析模拟计算，获取质量特性的可靠分析数据3， 寻找稳健设计解或稳健设计优化解，获得稳健产品的设计方案3、产品的质量：通常认为就是产品满足规定要求或潜在需求的特征和特性总和，简言之，产品的质量就是产品适用性。4、质量损失模型：1）功能
7、波动（1、物品间干扰（物品间噪声） 2、外干扰（外噪声） 3、内干扰（内噪声） 2）质量损失函数 3）质量水平 4)损失函数中系数 K 的决定方法5、Taguchi 三次设计基本内容：系统设计、参数设计、容差设计五1、虚拟现实的含义：从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。2、虚拟现实的两个本质特征：1）多感知性：所谓多感知就是说除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、甚至应该包括味觉感知、嗅觉感知等。
8、2）沉浸感：沉浸感是指用户感到作为主角存在模拟环境的真实程度。3、虚拟现实的组成：交互作用、视觉、听觉、触觉、嗅觉。4、虚拟现实技术的主要应用领域：1）工程应用：1、虚拟现实技术在汽车制造业的广泛应用。 2、虚拟现实技术在飞机制造与飞行仿真领域的应用。 3）虚拟实验。 4）用于遥控机器人的遥现技术。 2）医学领域的应用 3）教育培训领域的应用 4）军事应用5、虚拟现实与仿真本质区别（虚拟现实技术与计算机仿真的关系）：1）定性与定量：仿真环境对于其场景的真实程度要求不高；虚拟环境建模复杂，并有质感、光照等要求，但对于量的要求并不严格。2）多感知性：理想的虚拟现实系统就是应该具有人的所有感知功能；
9、而仿真一般只局限于视觉感知。3）沉浸感：仿真系统用户与计算机之间是一种对话关系，虚拟现实利用一计算机为核心的现代高科技建立一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，形成集视、听、触等感觉于一体的和谐的人机环境。6、虚拟现实系统组成模块：输入模块、传感器模块、响应模块、反馈模块7、虚拟环境的实现方法：基于图像的方法、基于模型（基于景物几何）的方法8、虚拟设计的特点：虚拟设计是指设计者在虚拟环境中进行设计。设计者可以在虚拟环境中用交互手段对在计算机内建立的模型进行修改。一个虚拟设计系统具备三项功能：3D 用户界面；选择参数；数据表达与双向数据传输。就“设计”而言，所有的设计工作都是围绕虚拟原型而展开的，
10、只要虚拟原型能达到设计要求。则实际产品必定能达到设计要求；而进行传统设计时，所有的设计工作都是针对物理原型（或概念模型）展开的。 就“虚拟”而言，设计者可以实时、交互、可视化地对原型在沉浸或非沉浸环境中进行反复改进，并能马上看大修改结果；传统设计时，设计者是面向图纸的，是在图纸上用线条、线框勾勒出概念设计。9、虚拟设计与传统 CADCAM 系统的区别：1）在讨论区别的同时，应首先重在继承，尤其是继承原有 CAD 技术的资源和成果，其次，虚拟设计是以硬件相对的高投入为代价的； 2）CAD 技术往往重在交互，设计阶段可视化程度不高，到原型生产出来后才暴露出问题；3）CAD 技术无法利用除视觉以外的
11、其他感知功能；CAD 技术无法进行深层次设计，如可装配性分析和干涉检验等。11、虚拟设计中采用的建模方法主要有：1）几何建模 2）基于图像的虚拟环境建模技术 3）图像与几何结合的建模：图像与几何结合的建模技术可以最大程度地挖掘两种建模技术的潜力，把高仿真的图像映射于简单的对象模型，在几乎不牺牲三维模型真实度的情况下，可以极大地减少模型的网格数量。4）基于特征的建模 5）基于特征的参数化建模六1.创造性思维具有广阔性、深刻性、独特性、批判性、敏捷性和灵活性等特点。它主要表现在以下几个方面：1）理论思维（又称抽象思维、逻辑思维） 2）发散思维（又称辐射思维、多向思维） 3）逆向思维 4）侧向思维（
12、又称旁通思维）传统的创新方法包括试错法、头脑风暴法、形态分析法。2.TRIZ 理论的核心是消除矛盾及技术系统进化的原理，并建立基于知识消除矛盾的逻辑化方法，用系统化的解题流程来解决特殊问题或矛盾。核心思想主要体现在 3 个方面：1）任何一个技术系统的发展都遵循客观的规律反展演变，具有客观的进化规律和模式，各种技术难题和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。2）创新实践中遇到的工程矛盾及解决方案总是重复出现，彻底解决工程矛盾的创新原理和方法容易掌握，而且，解决本领域技术问题的最有效的方法往往来自其他领域的科学原理。3）技术系统反展的理想状态是用最少的资源实现最大效益的功能。3.TRIZ 理论认
13、为，产品创新的标志是移走设计中的冲突，并产生有竞争力的解。4.冲突的发现与解决是推动产品进化的动力。TRIZ 理论把工程冲突分为三类：管理冲突、物理冲突、技术冲突。5.TRIZ 解决物理冲突的核心思想在于实现冲突双方的分离，TRIZ 采用分离原理解决冲突，分离原理包括空间分离、时间分离、条件分离、总体和部分分离四种方法。七1.智能设计系统是以知识处理为核心的 CAD 系统。2.智能设计系统的基本功能：1）知识处理功能 2）分析计算功能 3）数据服务功能 4）图形处理功能。3.知识获取就是把用于求解的专门知识从某些知识源中提炼出来，将之转换成计算机内可执行代码的过程。知识源就是知识获取的对象，知
14、识的来源是多种多样的，可从书中得到；也可以从领域专家处得到。知识获取系统最难获取的就是领域专家的经验知识。知识来源的复杂性决定了知识获取的复杂性。4.知识获取过程之一是提炼知识，它包括对已有知识的理解、抽取、组织、从已有的知识和实例中产生新知识。在抽取新知识时应做到：1）准确性 2）可靠性 3）完整性 4）精炼性5.知识获取方法按其能力可分为以下几类：1）无推理能力的知识获取方法（即人工获取方法）；2）利用知识编辑工具的知识获取方法（即半自动知识获取方法）；3）具有推理能力的知识获取方法（即自动获取方法）。它又可以分为演绎式和归纳式等；4）超水平的自主式获取方法。6.知识获取的步骤：1）识别领
15、域知识的基本结构，寻找相对应的知识表示方法，这是知识获取最为困难的一步；2）抽取细节知识转换成计算机可识别的代码；3）调试精炼知识库。7.知识获取的三个阶段：1）对问题的认识阶段 2）知识的整理吸收阶段 3）调试精炼知识库也可在很大程度上实现自动化。8.一个性能良好的推理机，应满足如下基本要求：1）高效率的搜索和匹配机制 2）可控制性 3）可观测性 4）启发性 9.推理机设计包括两方面的内容：推理方法和推理控制策略。推理方法研究的是前提与结论之间的种种逻辑关系及其信息传递规律等，控制策略则是指导推理过程中进行搜索的策略。10.推理方法可分为多种类型。按推理方式可分为演绎推理和归纳推理；按推理过
16、程中的确定性可分为精确推理和不精确推理；按推理的单调性可分为单调推理和非单调推理。11.正向推理是从已知事实（数据）到结论的推理，也称事实驱动或数据驱动推理。12.反向推理是从目标到初始事实（数据）的推理，又称目标驱动或假设驱动推理。 13.开发建造一个智能设计系统的基本步骤：1.系统需求分析 1）设计任务的确定 2）可行性论证 3）开发工具和开发平台的选择 2.设计对象建模问题 1）设计问题概念化与形式化 2）系统功能的确定 3.知识系统的建立 1）选择知识表达方式 2）建造知识库 4.形成原型系统 5.系统修正与扩展 6.投入使用 7.系统维护 八1. 绿色产品的特征：1.技术先进性 2.
17、环境保护性 3.材料、资源利用最优性 4.安全性 5.人-机和谐性 6.良好的可拆卸性 7.经济性 8.多生命周期性 2. 绿色设计的内容：1.绿色设计材料的选择 2.可拆卸性设计 3.模块化设计 4.可回收性设计 5 寿命设计 6.人性化设计 3. 绿色设计的设计原则：1.注重利用环境友好型的原则 2.方便废弃材料回收的原则 3.最大限度利用材料资源的原则 4.可拆卸性及可维护性设计原则 5.可重复利用和可交叉利用性原则 6.应用节能技术的原则4. 绿色设计的关键技术：1 绿色设计模型的构建 2.绿色设计数据库、知识库的建立 3.绿色设计评价体系及方法 5. 表面工程的关键技术有：纹理技术、
18、曲面设计、色彩图案设计。6. 几种新的曲面造型方法：1.基于物理模型的曲面造型方法 2.基于偏微分方程（PDE）的曲面造型方法 3.流曲线曲面造型。7. 摩擦设计的内容：1.表面形貌设计 2.润滑设计 3.摩擦副表面层设计8. 动态设计方法：1.按初步设计图样或实物进行动力学建模 2.按照所建立的动力学模型计算系统的动态特征并对初步设计进行审核 3.实物试验或模型试验与试验建模 4.对机械结构进行动力学修改9. 协同设计的支撑技术：1.网络技术 2.CAD 与多媒体技术 3.网络数据库技术 4.异地协同工作技术 5.标准化技术 10. 协同设计的工作环境：1.系统体系结构 2.网络中不同结点的相同实体间的实时通信协议 3.并发性问题11. 工业设计的原则：1.功能性原则 2. 创造性原则 3.语义性原则 4. 美学原则 5.以人为本的理性原则12. 产品设计的表达方式：1.快速设计速写 2.设计速写 3.精细设计速写 4.效果图 5.精细效果图
