【文章內(nèi)容簡介】 按目標(biāo)函數(shù)數(shù)量：單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化u按設(shè)計(jì)變量數(shù)量 (n)： n=210 小型優(yōu)化 n=1050 中型優(yōu)化 n50 大型優(yōu)化u按約束條件： 無約束優(yōu)化和有約束優(yōu)化；u求解方法： 準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法 線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃。 優(yōu)化問題的分類優(yōu)化問題的分類53優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型目標(biāo)函數(shù) ： min F（ X）設(shè)計(jì)變量 ： X=[ x1, x2,… , xn ]T 設(shè)計(jì)約束 ： gu(x)≤0 u=1,2, … ,m hv(x)=0 v=1,2,… ,png（ X） =0g（ X） 0g（ X） 0非可行域可行域x1x2054常用優(yōu)化求解方法u遺傳算法u神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法常用優(yōu)化求解方法一維搜索法一維搜索法黃金分割法黃金分割法多項(xiàng)式逼近法多項(xiàng)式逼近法無約束非無約束非線性規(guī)劃線性規(guī)劃算法算法間接法間接法梯度法（最速下降法）梯度法（最速下降法）牛頓法（二階梯度法）牛頓法（二階梯度法）DFP變尺度法變尺度法直接法直接法Powell法（方向加速）法（方向加速）單純形法單純形法有約束非有約束非線性規(guī)劃線性規(guī)劃算法算法直接法直接法網(wǎng)格法網(wǎng)格法隨機(jī)方向法隨機(jī)方向法復(fù)合形法復(fù)合形法間接法間接法拉格郎日乘子法拉格郎日乘子法罰函數(shù)法罰函數(shù)法可變?nèi)莶罘勺內(nèi)莶罘?6優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟u設(shè)計(jì)對(duì)象的分析u設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)約束條件的確定u目標(biāo)函數(shù)的建立u合適的優(yōu)化計(jì)算方法的選擇u優(yōu)化結(jié)果分析57優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟 58方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)u是根據(jù)產(chǎn)品總的功能要求，創(chuàng)造出相應(yīng)的原理方案來。u方法216。功能分析法? 通過將總功能分解為相互獨(dú)立的功能元，對(duì)于每一個(gè)功能元列出所有可能的可行方案，再按一定的規(guī)則將這些元方案組合起來形成總方案，然后對(duì)這些總方案進(jìn)行篩選和評(píng)估，最后確定實(shí)現(xiàn)總功能的最佳總體方案? 可由計(jì)算機(jī)輔助完成216。創(chuàng)造性思維法59圓柱面的加工方案圓柱面的加工方案u總體方案216。車削，磨削，拉削，套料鉆，拉拔，滾壓u車削方案設(shè)計(jì)216。母線：主軸回轉(zhuǎn)216。導(dǎo)線：刀架直線運(yùn)動(dòng)? 齒輪、齒條，絲杠、螺母，四連桿，曲柄滑塊，凸輪，帶輪，鏈輪，液壓、氣動(dòng)等60如圖對(duì)稱兩桿桁架： 2P＝ 300KN， 2L＝ 1500mm， H＝ 900mm， E＝ 105N/mm， ρ ＝ 103Kg/m3， σs＝ 350N/mm2， D＝ 2560mm、 B＝ 38mm。求解 ：滿足強(qiáng)度前提下桁架 重量最輕時(shí) 的管徑 D及壁厚 B。優(yōu)化設(shè)計(jì)舉例優(yōu)化設(shè)計(jì)舉例61?設(shè)計(jì)變量：?確定目標(biāo)函數(shù)：62① 強(qiáng)度約束條件 — 壓應(yīng)力不大于屈服極限 σ s： ② 穩(wěn)定性約束條件 — 壓應(yīng)力不大于壓桿穩(wěn)定的臨界應(yīng)力 σ k： ③ 邊界約束條件 —— 限制尺寸取值的約束條件： ?確定約束條件求解結(jié)果： B=4mm,D=W=63u創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù) u快速響應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)u智能設(shè)計(jì)技術(shù)u仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)u工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術(shù)競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術(shù)64創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)u 概述 ? 無重要新技術(shù)，但在形式上翻新? 含有（開發(fā)了）新技術(shù)u 創(chuàng)新與設(shè)計(jì)思維216。 創(chuàng)造性思維形式? 直覺思維（靈感）? 邏輯思維– 根據(jù)所提出的創(chuàng)造目標(biāo)，進(jìn)行邏輯推理式的思維，把目標(biāo)展開、分解和綜合，尋求各層分目標(biāo)的解，然后找出最終整體解，用主動(dòng)的可按部就班的工作方式向目標(biāo)逼近。216。 創(chuàng)新思維法則? 外部因素– 激發(fā)創(chuàng)造激情– 增強(qiáng)信息獲取方式– 促進(jìn)知識(shí)融合? 思維形式216。 創(chuàng)新工作方法216。 人的創(chuàng)造力65快速響應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)快速響應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)u快速響應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)提出背景 216。據(jù)估計(jì)，近 30年來出現(xiàn)的新技術(shù)、新產(chǎn)品，己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了過去兩千年的總和。216。一種新產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、試制到商業(yè)性投產(chǎn)，在 19世紀(jì)大約要經(jīng)歷 70年的時(shí)間，在 20世紀(jì)兩次世界大戰(zhàn)之間則縮短為40年，戰(zhàn)后至 60年代更縮短為 20年，到了 70年代以后又進(jìn)一步縮短為 5—10 年，而到現(xiàn)在許多新產(chǎn)品的更新周期只需 2—3 年甚至更短的時(shí)間。66快速響應(yīng)工程的含義快速響應(yīng)工程的含義 u 建立快速捕捉市場動(dòng)態(tài)需求信息的決策機(jī)制u 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)u 追求新產(chǎn)品的快速試制定型u 推行快速響應(yīng)制造的生產(chǎn)體系 從組織形式到技術(shù)路線進(jìn)行變革從組織形式到技術(shù)路線進(jìn)行變革216。 在企業(yè)內(nèi)部，應(yīng)改變傳統(tǒng)的以注重規(guī)模和成本為基礎(chǔ)建立起來的生產(chǎn)管理系統(tǒng)和組織形式，按照快速響應(yīng)制造的戰(zhàn)略思想，探索一套全新的組織生產(chǎn)方式。 例如將生產(chǎn)部門從以功能為基礎(chǔ)的工序組合改變?yōu)橐援a(chǎn)品為對(duì)象的加工單元，并且盡量采用各種先進(jìn)制造技術(shù)手段等等。216。 從面向全局的視野出發(fā)，以產(chǎn)品為紐帶，以效益為中心，不分企業(yè)內(nèi)外、地域差異，實(shí)行 動(dòng)態(tài)聯(lián)盟 ，有效地組織產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和營銷。企業(yè)在確定產(chǎn)品目標(biāo)后，可以只先進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，即功能設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析，然后通過公共信息網(wǎng)絡(luò)，尋找最佳的零部件供應(yīng)商和制造商，進(jìn)行跨地區(qū)、跨行業(yè)的合作，實(shí)行生產(chǎn)資源的優(yōu)化組合。67快速響應(yīng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)快速響應(yīng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)u重用產(chǎn)品信息資源216。在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研制和制造過程中，盡量重用已有的信息資源 (尤其是機(jī)電產(chǎn)品中的成熟零部件 )，對(duì)于那些確實(shí)必須新作的產(chǎn)品信息 (如新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新零部件 )，也盡量通過先期的開發(fā)活動(dòng)加以創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。u虛擬制造216。將有關(guān)產(chǎn)品制造過程的信息從實(shí)際制造過程中抽取出來，依靠計(jì)算機(jī)的高速大規(guī)模信息處理能力，實(shí)行由計(jì)算機(jī)試驗(yàn) (仿真 )、虛擬制造和智能優(yōu)化組成的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的 軟過程，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的樣機(jī) (模型 )制作、實(shí)物試驗(yàn)、反復(fù)修正的硬過程，達(dá)到在產(chǎn)品正式投產(chǎn)之前，就能通過在計(jì)算機(jī)上的試驗(yàn)、改進(jìn)和優(yōu)化，迅速完成對(duì)產(chǎn)品的性能預(yù)測和設(shè)計(jì)定型。68u用變型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)設(shè)計(jì)的策略利用成熟產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，利用企業(yè)的產(chǎn)品信息資源，最大限度的控制新零件的種類和數(shù)量，并在加快整個(gè)生產(chǎn)周期的同時(shí)，有效地控制成本和保證質(zhì)量。216。業(yè)務(wù)過程重組216。信息資源重組216。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重組u逆向工程快速響應(yīng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)快速響應(yīng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)69智能設(shè)計(jì)技術(shù)智能設(shè)計(jì)技術(shù)u 智能設(shè)計(jì)216。 提高人機(jī)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的智能水平，使計(jì)算機(jī)更好地承擔(dān)設(shè)計(jì)中各種復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計(jì)工程師得力的助手和同事。? 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)? 現(xiàn)代設(shè)計(jì)：部分使用專家系統(tǒng)? 先進(jìn)設(shè)計(jì)u 設(shè)計(jì)分類及其與智能設(shè)計(jì)的聯(lián)系216。 常規(guī)設(shè)計(jì)216。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)：迫切需要智能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)u 智能 CAD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)216。 設(shè)計(jì)過程的再認(rèn)識(shí) 216。 設(shè)計(jì)知識(shí)的表示 216。 多方案的并行設(shè)計(jì) 216。 多專家系統(tǒng)協(xié)同合作以及信息處理 216。 再設(shè)計(jì)與自學(xué)習(xí)機(jī)制 216。 多種推理機(jī)制的綜合運(yùn)用 216。 智能化的人機(jī)接口和設(shè)計(jì)過程中人的參與 216。 設(shè)計(jì)信息的集成化70人工智能應(yīng)用人工智能應(yīng)用 ———— 打造機(jī)器人科學(xué)家打造機(jī)器人科學(xué)家u 不管按照何種標(biāo)準(zhǔn)，確定大約 12個(gè)基因在 1個(gè)酵母細(xì)胞中扮演的角色都只能是一項(xiàng)較為 “初級(jí) ”的發(fā)現(xiàn)，但如果上演這一發(fā)現(xiàn)的并不是人類科學(xué)家而是一個(gè)機(jī)器人，這一發(fā)現(xiàn)便是一項(xiàng)重大突破了。 2023年 4月，威爾士阿貝里斯特威茲大學(xué)設(shè)計(jì)的機(jī)器人 “亞當(dāng) ”成為第一個(gè)能夠在不借助人類智慧情況下上演科學(xué)發(fā)現(xiàn)的全自動(dòng)系統(tǒng) 。u 長久以來，機(jī)器人便被用于進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，它們強(qiáng)大的計(jì)算能力曾經(jīng)幫助科學(xué)家完成人類基因組排序工作。與其它同類不同的是，亞當(dāng)是第一個(gè)能夠在沒有人類干預(yù)情況下完成從假設(shè)到實(shí)驗(yàn)再到重新形成假設(shè)這一過程的機(jī)器人。亞當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)刊登在 《 科學(xué) 》 雜志上。u 發(fā)明人羅斯 金表示人工智能幾乎擁有無限的科研潛力。在將來的某一天，一臺(tái)計(jì)算機(jī)便可以上演能夠與愛因斯坦狹義相對(duì)論相提并論的發(fā)現(xiàn)。他說： “我們找不到這種事情為何無法發(fā)生的任何內(nèi)在理由。計(jì)算機(jī)能夠成為一名出色的象棋選手，也能夠做一些特殊的事情。在我看來，這就是將在科學(xué)界發(fā)生的事情。 ”71仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為工具，以相似原理、信息技術(shù)和控制論為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目的，建立實(shí)際或聯(lián)想的系統(tǒng)模型，并在不同條件下，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行（實(shí)驗(yàn)）的一門綜合性技術(shù)。u虛擬現(xiàn)實(shí)（ VR）：飛行員駕駛系統(tǒng)、汽車駕駛系統(tǒng)u仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展前景與發(fā)展趨勢u仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)216。仿真與虛擬設(shè)計(jì)（ VirtualDesign）技術(shù)逐步融合發(fā)展216。VD與 CAD/CAM/CAE密不可分216。VD與 RP技術(shù)結(jié)合將真正搭起設(shè)計(jì)與制造的橋梁7273u芬蘭公司 Senseg的 E感覺技術(shù)不僅可以讓用戶觸摸屏幕上的圖片，還能感覺到摸的是什么。觸覺象素利用電場和震動(dòng)，可以模擬從干燥到濕潤，從粗糙到潤滑的大量的質(zhì)感。從理論上說，這樣的界面可以在小到智能手機(jī)，大到銀幕的屏幕上工作。 74虛擬手套虛擬手套75工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)u 概述216。 從解決人造物和人之間的關(guān)系問題出發(fā)，從工業(yè)產(chǎn)品美學(xué)的角度來考慮。216。 從人造物與人的關(guān)系出發(fā)，尤其是從人的需求、市場的需求，從人的生活和工作方式與質(zhì)量的角度出發(fā)，全面提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高產(chǎn)品的宜人性。而不像工程設(shè)計(jì)那樣，主要是解決人造物中 “物與物 ”之間的關(guān)系問題 (如機(jī)械、設(shè)備、交通工具 )等。216。 例：老年人用手機(jī)u 技術(shù)前沿216。 影響因素：現(xiàn)代技術(shù)條件、現(xiàn)代生產(chǎn)條件、現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和市場狀況、現(xiàn)代文化藝術(shù)風(fēng)格、現(xiàn)代社會(huì)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)u 技術(shù)發(fā)展趨勢76全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)u概述u全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)u并行設(shè)計(jì)技術(shù)u面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)u綠色設(shè)計(jì)u再制造技術(shù)77全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)u 概念 不僅是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的全壽命周期，即要考慮產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)銷、 運(yùn)行、使用、維修、保養(yǎng)直到回收再用處置的全過程。意味著在設(shè)計(jì)階段就要考慮到產(chǎn)品生命歷程的所有環(huán)節(jié)，以求產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計(jì)的綜合優(yōu)化。所以全壽命周期設(shè)