Page 19 - 机械自动化设计与制造研究

第一章 机械设计

方法，如虚拟设计、概念设计、模块化设计、反求工程设计、面向产品生命周期
设计、绿色设计和工业设计等。这些设计方法使得机械设计学科发生了很大变化。
现介绍其中几种常见的方法。
1. 机械优化设计

机械优化设计是将最优化数学理论（主要足数学规划理论）应用工程设计
问题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。进行机械优化
设计时，首先需要建立设计问题的数学模型，然后选用合适的优化方法外并借助
于计算机对数学模型进行寻优求解，并通过对优化方案的评价与决策，以求得最

佳设计方案。
在建利优化设计数学模型的过程中，我们把影响设计方案选取的那些参数
称为设计变量，把设计变量应当满足的条件称为约束条件。设计者选定的用来衡
量设计方案优劣并期望得到改进的产品性能指标称为目标函数。设计变量、约束

条件和目标函数共同组成了优化设计的数学模型。将数学模型和优化算法编写成
计算机程序，即寻优求解。常用的优化算法有 0.618 法、Powell 法、变尺度法、
惩罚函数法、基因算法等。采用优化设计方法可以在多变量、多目标的条件下，
获得高效率、高精度的设计结果，从而极大地提高设计质量。

2. 计算机辅助设计
计算机辅助设计（CAD）是利用计算机运算的快而准确、存储量大、逻辑判
断功能强等特点进行设计信息处理，并通过人机交互作用完成设计工作的一种设
计方法。它包括分析计算、自动绘图系统和数据库三个方面。一个完整的机械

产品的 CAD 系统，应首先能够确定机械结构的最佳参数和几何尺寸，这就要求
其具有进行机构运动分析及综合、有限元分析和优化设计、可靠性设计等功能，
然后还能够由分析计算结果自动显示与绘制机械的装配图和零件图，并可进行
动态修改。完善的数据库系统可与计算机辅助制造、计算机辅助监测、计算机

管理自动化结合形成计算机集成制造系统（CIMS），用来综合进行市场预测、
产品设计、生产规划、制造和销售等一系列工作，从而实现人力、物力和时间
等各种资源的有效利用，并有效地促进现代企业的生产组织和实现管理自动化，
并提高企业效益。

3. 可靠性设计
可靠性设计是以概率论和数理统计论为理论基础，以失效分析、失效预测

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