现代设计方法

第一章四、并行工程书P9并行设计是并行工程的核心，其内容包括：过程重构：由传统的串行产品开发模式转变成集成的、并行的产品开发模式，使下游设计过程中的需求及早的反馈给相应的过程。数字化产品定义：包括数字化产品模型定义和管理、数字化过程定义和管理、数字化工具定义和信息集成，如：DFQ、DFA、DFM、CAD／CAM／CAE等产品开发队伍重构：将传统的以功能为主要的产品设计，改变为以产品为主线，组织多功能集成产品开发队伍。协同工作环境：利用多媒体、网络技术，组织协调工作环境，支持并行设计。模块化设计在功能分析的基础上，将系统功能分解为若干模块，通过模块的不同组合，可以得到不同品种，不同规格的产品。设计原则：力求以少数模块组成尽可能多的产品，并在满足用户要求的基础上，使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉。设计特点：便于发展变型产品，更新换代，缩短设计和供货周期，提高性价比，便于维修，但对于结合部位和形体设计有特殊要求。第二章机器：是以通过任意形式实现能量转变和形成一种能量流为主要目的的技术系统仪器：是以通过任意方式实现信息转变和形成一种信息流为主要目的的技术系统设备：是通过任意方式实现物料转变和形成一种物料流为主要目的的技术系统技术系统P13定义：现代技术系统是一个由若干机类或电类功能单元有序结合而成的总体，它具有特定的边界，并且具有将输入的能量流、物料流和信息流转换为所需要的形式的功能。第三章建立优化设计问题的数学模型步骤1）根据设计要求，应用专业范围内的现行理论和经验等，对优化对象进行分析。必要时，需要对传统设计中的公式进行改进，并尽可以反映该专业范围内的现代技术进步的成果。2）对结构诸参数进行分析，以确定设计的原始参数、设计常数和设计变量3）根据设计要求，确定并构造目标函数和相应的约束条件，有时要构造多目标函数4）必要时对数学模型进行规范化，以消除诸组成项间由于量纲不同等原因导致的数量悬殊的影响第五章可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。可靠性长期以来是人们设计制造产品时的一个追求目标。第九章P169˙遗传算法的生物学基础生物在自然界中的生存繁衍，显示出了其对自然环境的自适应能力。遗传算法(GeneticAlgorithms，简称GA)基于对生物遗传和进化过程的计算机模拟，使得各种人工系统具有优良的自适应能力和优化能力。遗传算法所借鉴的生物学基础就是生物的遗传和进化。˙总的来说，求最优解或近似最优解的方法主要有三种：枚举法、启发式算法和搜索算法。˙遗传算法的应用：(1)函数优化(2)组合优化(3)生产调度问题(4)自动控制(5)机器人学(6)图像处理(7)人工生命(8)遗传编程(9)机器学习˙基本遗传算法的构成要素：染色体编码方法(2)个体适应度评价：基本遗传算法按与个体适应度成正比的概率来决定当前群体中每个个体遗传到下一代群体中的机会多少。(3)遗传算子：1.选择运算：使用比例选择算子；2.交叉运算：使用单点交叉算子；3.变异运算：使用基本位变异算子。(4)基本遗传算法的运行参数：•M：群体大小，即群体中所含个体的数量•T：遗传运算的终止进化代数•pc：交叉概率•pm：变异概率˙比例选择算子(1)选择算子或复制算子的作用：从当前代群体中选择出一些比较优良的个体，并将其复制到下一代群体中。(2)最常用和最基本的选择算子：比例选择算子。(3)比例选择算子：指个体被选中并遗传到下一代群体中的概率与该个体的适应度大小成正比。(4)执行比例选择的手段是轮盘选择。˙单点交叉算子(1)交叉算子作用：通过交叉，子代的基因值不同于父代。交换是遗传算法产生新个体的主要手段。正是有了交换操作，群体的性态才多种多样。(2)最常用和最基本——单点交叉算子。(3)单点交叉算子的具体计算过程如下：Ⅰ.对群体中的个体进行两两随机配对。Ⅱ.每一对相互配对的个体，随机设置某一基因座之后的位置为交叉点。pc=McMpc=McM交叉概率:M——群体中个体的数目；Mc——群体中被交换个体的数目。˙基本位变异算子(1)基本位变异算子是最简单和最基本的变异操作算子。(2)基本位变异因子的具体执行过程是：Ⅰ.对个体的每一个基因座，依变异概率pm指定其为变异点。Pm=BM·↓Pm=BM·↓变异概率：B——每代中变异的基因数目；M——每代中群体拥有的个体数目↓——个体中基因串长度。第四章可靠性设计失效率例：若有100件产品，实验10小时已有2件失效。此时观测1小时，发现有1件失效，这时若实验到50小时时共有10件失效。再观测1小时，也发现有1件失效，这时例：有一个钢制结构件，据实验有sB~N(m，s)，均值msB=400MPa，变异系数c=0.08。求：①smax=300MPa时，结构件的失效概率＝？②要求可靠度R=0.9977时，smax=？解：①PF=P(sB≤smax)=P(sB≤300)②PF＝1－R=1－0.9977＝0.0023例：已知某轴承L10＝6000小时，求R=94%、95.5%时的寿命，以及Ln=3000小时时的可靠度。解：R=94%时，当R=95.5%时，Ln=3000小时时，例：一钢丝绳受到拉伸载荷F~N(544.3，113.4)kN，已知钢丝的承载能力Q~N(907.2，136)kN，求该钢丝的可靠度R。若采用另一厂家生产的钢丝绳，由于管理严格，钢丝绳的质量的一致性较好，Q的均方差降为90.7kN，这时：例：某连杆机构中，工作时连杆受拉力F~N(120，12)kN，连杆材料为Q275钢，强度极限σB~N(238，0.08×238)MPa，连杆的截面为圆形，要求具有90%的可靠度，试确定该连杆的半径r。解：设连杆的截面积为A(mm2)例：某连杆机构中，工作时连杆受拉力F~N(120，12)kN，连杆材料为Q275钢，强度极限σB~N(238，0.08×238)MPa，连杆的截面为圆形，半径r=14±0.06mm，且服从正态分布。计算连杆的工作可靠度R。使用时应注意上述方法的近似条件和局限性。正态分布假设，特别是对函数分布的假设比较勉强；泰勒展开的一次近似，当函数g(x)的非线性较强时，误差较大；３、各基本随机变量的独立性假设，若不独立，则引入较大误差；例：若孔径D=100±1.2mm，轴径d=98±0.9mm，求间隙δ＝？解：假设正态分布，用“3σ”准则，则有：（出问题了）附：某连杆在工作中受到静拉力F作用。拉力F有一定的随机性，F=105~145kN。连杆的材料为Q235钢，其许用应力为215~245MPa。连杆的横截面为圆截面，其直径为f28±0.03mm。试分析该连杆在工作时强度的可靠度。某支承处用一个代号为6210的滚动轴承，其额定动载荷为48kN，工作转速为860转/分。若要求该轴承工作390小时的可靠度达99.3%，是确定该滚动轴承所能承受的最大当量动载荷。有限元˙作用：实现产品效益最大化目标（降低开发成本、缩短研制周期）˙应用于产品设计开发的各个阶段：概念设计阶段；产品设计阶段；样机试验阶段˙应用领域：机械工程、车辆工程、土木工程、航空航天、材料加工工程……˙基本原理：有限元法是将连续体理想化为有限个单元集合而成，单元之间仅在有限个节点上相连接，亦即用有限个单元的集合来代替原来具有无限个自由度的连续体。˙有限元分析的基本步骤：1.分析结构的特点：结构形状、边界、载荷工况等；2.剖分网格：选择单元类型，将连续体划分为有限单元；3.建立有限元计算模型。[例]一个阶梯状的二杆结构如图所示,求其位移场、应力场。解：（1）离散结构l(1)l(1)-p2-p2（2）研究单元