前沿设计技术概论 教学大纲

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：ME06097 Code: ME06097 课程名称：前沿设计技术概论 Course Title: Introduction of Front Design Technology课程类别：专业选修 Course category: Elective Courses in Specialty学 分：2 Credit(s): 2开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述：随着市场竞争越来越激烈，越来越全球化，设计在竞争中

2、的作用也越来越重要。新技术与新产品的自主研究与开发，对于企业来说是至关重要的，其核心是设计研究出高质量的产品，也就是要把产品开发过程中的质量工程放到首要的位置上。传统的设计方法已不能适应当前市场的急剧变化和激烈竞争，需充分利用现代的、高科技的设计手段和技术来提高产品的设计效率和设计质量。本课程是机械设计制造及其自动化专业的专业选修课程，以高等数学、线性代数、概率论、理论力学、材料力学、机械设计等为前导课程，将现代优化设计、有限元分析、可靠性设计等相对成熟的设计技术与虚拟设计、模糊设计、人工神经网络、绿色设计、并行设计、反求工程技术等前沿技术相结合，通过前沿设计理论基础、前沿设计工具软件及工程应

3、用实例介绍，使得学生掌握前沿设计技术的实质内容及工程应用技巧。Course description: As the competition of market becomes vigorous and globalized increasingly, design has been occupying a more and more important position in competition. For the companies, the independent research and development of new technologies and new products

4、play a significant key role. Their core mission is to design and develop the production with high quality, in another words, quality engineering should be the priority within the development process. Conventional design method has no longer met the requirements of dramatic change and intense competi

5、tionin the market, which means it is necessary to take the full advantage of the modern high-tech design methods and techniques to improve the design efficiency and quality of productions. This course is the professional selective course in the subject of mechanical engineering and automation. Based

6、 on the guide courses of Higher mathematics, Linear algebra, Possibility theory, Theoretical mechanics, Material mechanics, and Mechanical design, it combines modern optimization design, finite element analysis, reliability analysis, which are relatively mature design technology, with some cutting-e

7、dge technologies, such as virtual design, fuzzy design, artificial neural network, green design, concurrent design and reverse engineering technology. By introducing the theoretical basis, software and also the engineering application of leading edge design, the essential content of the design techn

8、ology and the techniques of engineering application should be learned. 课程内容（一）课程教学目标通过本课程的教学，使学生具备以下能力：1.了解前沿设计技术理论基础，具备解决复杂机械工程问题的逻辑思维能力（毕业要求1.1/2.1）；2.了解并初步掌握前沿设计的工程应用软件，具备设计复杂机械工程所需的计算分析能力，使得所设计的复杂机械系统能够满足工程实际需求（毕业要求1.3/2.2/3.2）；3.通过分析复杂机械工程问题的影响因素，学会对复杂机械系统设计方案的可行性与合理性进行优化与可靠性设计，提升设计方案的合理性（毕业要求1

9、.4/2.3）。（二）基本教学内容第一章、绪 论教学目的：通过本章学习，使得学生了解前沿设计技术在国民经济发展中的定位和产品开发中的重要作用，掌握前沿设计技术的发展历史、技术特点与发展趋势，明确本课程的学习目的和学习要求。相应毕业要求：毕业要求1.3/2.2教学内容：1. 前沿设计技术在国民经济发展中的重要性；2. 前沿设计技术的发展过程与趋势；3. 前沿设计技术的范畴与特点；4. 课程的性质、目的与学习要求。学时分配：课堂教学2学时第二章、有限元法基础教学目的：了解有限元方法的思想、解题步骤和基本理论，学会用有限元方法解决机械设计中的实际问题，初步能够运用有限元商用软件进行有限元数值计算和模

10、拟，初步具备数值分析和解决实际工程中较复杂问题的能力。教学重点：了解有限元法思想、解题步骤和基本理论；初步掌握各种单元的划分及应用，边界条件的处理，刚度矩阵的集成等。教学难点：有限元法思想及基本理论。相应毕业要求：毕业要求1.1/1.2/2.1教学内容：1. 有限元分析的概述及其基本步骤； 2. 有限元分析的基本理论； 3. 有限元分析软件介绍及实例分析。学时分配：课堂教学8学时第三章、优化设计教学目的：培养学生树立现代优化设计的思想，掌握现代优化设计的基本原理和方法，应用数学的方法和计算机软件，获得解决机械优化设计问题的初步能力。教学重点：从机械优化设计的基本概念出发，阐述机械优化设计的基本

11、理论及其常用优化方法的原理、迭代过程和算法框图。通过一些实例介绍应用优化方法进行机械优化设计的过程，结合习题和的优化设计工具软件，指导学生作业练习和上机实践。教学难点：工程实际问题的优化建模，优化理论的理解及应用。相应毕业要求：毕业要求1.3/2.2/2.3教学内容：1. 优化设计的基本概念及基于导数的优化算法概述；2. 非导数的优化算法；3. 优化设计工具软件及设计实例。学时分配：课堂教学8学时第四章、可靠性设计教学目的：通过理论、方法及实例讲解，使得学生掌握可靠性的概念，具备提升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。学生不仅需掌握可靠性的基本知识，也需强化学生对复杂机械产品可

12、靠性的实际应用能力，以便于在今后的工作中开展机械可靠性方面的实践。教学重点：介绍复杂机械产品可靠性的概念、指标及常用方法，包括可靠度、失效概率、平均寿命、可靠寿命、维修度、有效度与经济指标等概念，初步掌握零件的机械强度可靠性设计、疲劳强度可靠性设计，了解串联、并联以及串并联系统可靠性设计等，开展模糊可靠性概念介绍以及可靠性设计实例教学。教学难点：可靠性概念、理论与方法的理解与应用。相应毕业要求：毕业要求1.1/2.1/2.3教学内容：1. 可靠性设计的基本概念；2. 零件的可靠性设计、系统的可靠性设计与设计实例；3. 模糊可靠性设计与设计实例。学时分配：课堂教学8学时第五章、其他前沿创新设计教

13、学目的：从当前人工智能与设计方法学的基础理论出发，培养学生创造性思维、创造原理和创造技法，并能将其方法初步应用于机械创新设计的实践中。教学重点：介绍人工神经网络理论、基于商用软件（如MATLAB）的神经网络设计以及人工神经网络在工程实际中的应用；介绍虚拟设计、绿色设计、并行设计和创新设计的概念及相关内容。教学难点：人工神经网络理论及应用。相应毕业要求：毕业要求2.1/3.3教学内容：1. 前沿设计技术中的智能算法，包括人工神经网络算法等；2. 虚拟设计、绿色设计以及并行设计的概念与关键技术；3. 创新设计的思维、技法以及常用方法。学时分配：课堂教学6学时考核方式本课程考核采用考察的形式进行考核期评成绩占比： 1、平时作业成绩占20%2、课程工程实例设计报告占80%持续改进方法1、采用先进的教学手段、方法和教学理念。2、各章节布置一定量的习题。3、