现代设计：过去长期的传统活动的延伸和发展，是传统设计的深入，丰富和完善。
随着设计实践经验的积累，设计理论的发展以及科学技术的进步，特别是计算机技术的高速发展，设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃，为区别于过去常用的传统设计理论和方法，人们把这些新兴理论与方法称为现代设计。
目前现代设计方法所指的新兴理论与方法主要包括优化设计，可靠性设计，设计方法学，计算机辅助设计，动态设计，有限元法，工业艺术造型设计，人机工程，并行工程，价值工程，反求工程设计，模块化设计，相似性设计，虚拟设计，疲劳设计，三次设计，摩擦学设计，绿色设计等。
比较传统设计方法，现代设计方法的基本特点如下：程式性 创造性 系统性 最优化 综合性 计算机化。
传统设计：以经验总结为基础，以长期设计实践和理论计算形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
传统设计的缺陷和局限性主要表现在：①设计方案的拟订在很大程度上取决于设计者的个人经验，即使同时拟订了有限的几个方案，也难以获得最优方案；
②在分析计算过程中，由于受人工计算条件的限制，只能采用静态或近似的方法而难以按动态的方法精确计算，计算结果未能完全反映零部件的真正工作状态，影响了设计质量；
③设计工作周期长，效率低，成本高。
概念设计:概念设计是产品设计过程中的关键环节，是根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品的更新创造、功能分解和功能集成；要对能满足工作原理要求的结构进行求解，对实现功能结构的工作原理方案进行构思和系统化设计。概念设计是运用发散思维和创新思想整合梳理的过程，是一个研究和求解能实现功能要求和满足各种技术、经济指标的各种方案并最终确定最优方案的过程。创新在产品概念设计中具有十分重要的地位和作用。
动态设计：不论是国内还是国外，动态设计都还处于初级阶段，许多深层次动态设计问题正处于研究过程中。目前大型高速旋转机械屡屡发生毁机事故，而这些事故多数是在强非线性、强耦合、非稳定地条件下发生的。近年来国内外科技工作者对这些机械的动态设计十分重视，这就促使动态设计从一般的动态设计向更深层次的方向发展，即向非稳定（慢变、参变、时滞等）、非线性、不确定、强耦合、高维、多参数的研究方向发展。由此需要采用更高深的理论、方法与技术进行更深层次的动态设计，这对设计者而
言难度更大。
并行设计：
并行设计是并行工程的主要组成部分，要求产品设计及其相关过程并行进行，是设计及相关过程并行进行，是设计及相关过程并行，一体化，系统化的工作模式。它是一种对产品及相关过程进行并行和集成设计的系统化工作模式。并行设计是一种系统的设计方法，他以集成的，并行的方式设计产品及相关过程。并行的含义是指对整个过程的自动调节控制，最优化是并行设计的主要目的。3
现代ＣＡＤ技术：
现代ＣＡＤ技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法,设计环境，设计工具的各相关技术的总称，它能使设计工作的实现集成化，网络化和智能化，已达到提高产品设计质量，降低产品成本和缩短设计周期的目的。
功能：
功能是对于某一产品的特定工作能力的抽象化描述。每一件产品均具有不同的功能，对于工业产品，使用者购买的主要是其实用功能。当人们把机械、设备、仪器看作是一系统时，功能就是一个技术系统在实现某种任务为目标时，其输入输出量之间的关系。
一种产品中必然有一种转换时该产品主要使用目的所直接要求的，它就构成了该产品的主要功能，简称主功能。为实现产品主功能服务的、由产品主功能决定的一种手段功能称辅助功能。主功能和辅助功能合称为总共能
功能分析：确定总功能，将总功能分解为分功能，并用功能结构来表达分功能之间的相互关系，这一过程称为功能分析。功能分析过程是设计人员初步酝酿功能设计原理设计方案的过程。这个过程往往不是一次能完成的，而是随着设计工作的深入不断完善的。
创新设计：创新包括原始创新、集成创新和引进消化吸收后再创新，这些不同形式的形式的创新都会在产品设计过程中发挥积极作用。在创新设计中提倡的是设计的创造性，一旦设计工作者提出新原理是可行的和合理的，它可以根本改变产品的结构，进而可以提高产品质量降低成产成本缩短生产周期，改善产品对环境的影响。所以，产品创新设计是一种设计思想或设计观念。
1.信息集约：对产品相关信息进行搜集整理，分析加工。
2.形态学矩阵：将系统功能元和局部解分别作为纵横坐标，列出形态矩阵。
3.设备坐标系：图形输出设备自身的一个坐标系。是一个二维平面坐标系，其度量单位是步长（绘图仪用）或像素（显示器用），他的整个定义域是整数域且有界
4.规格化设备坐标系：为了便于图形的处理，定义一个标准设备，因此引入与设备无关的规格化设备坐标系，采用一种无量纲的取值范围：左下角（0.0,0.0），右上
角（1.0,1.0）.这样就将用户的图形数据转化成规格化坐标系中的值，使应用程序与图形设备隔离开，增强了应用程序的可移植性
5.消隐处理：隐藏线，隐藏面的消除，就是确定对指定位置的观察者来说，景物中的哪些形体、面、边是可见的，哪些是不可见的。为了使计算机生成的图形能真实反映形体，必须把隐藏的部分从图中消除
6.最小势能原理：在给定外力的作用下，满足已知位移边界条件和协调条件的所有各组位移中，真正发生的位移使总势能取最小值，即总势能泛函的变分等于零
7.平均寿命：连续无故障工作时间与平均无故障工作时间统称为平均寿命，它是产品寿命随机变量的数学期望
8.有效寿命：设备处于最佳工作状态的时间，这个时期是系统主要的工作期，设备工作时间长、失效率恒定，处于最佳工作状态
设计方法学研究的内容包括哪些方面：
1设计对象
2设计过程及程序
3设计思维
4设计评价
5设计信息管理
6现代设计理论与方法的应用
试述产品设计过程一般可分为哪几个阶段：
1设计规划阶段
2原理方案设计阶段
3技术设计阶段
4施工设计阶段
可行性报告一般应包括哪些内容：
1产品开发的必要性和可能性
2目前国内外该产品的现状及发展水平
3确定产品的技术规格，性能参数和约束条件
4提出该产品的技术关键和解决途径
5预期达到的技术，经济，社会效益
6预算投资费用及项目进度，期限
已知△ABC的三点坐标A（1,1）B（3,1）C（2,2），试求出该三角形绕点P（5,6）逆时针旋转60°，然后放大2倍后各点的坐标值。
依题的：PA=（-4，-5）PB=（-2，-5） PC=（-3，-4）
（△ABC）T= -4，-5 cos60° sin60° 2.33 -5.964
[-2，-5] [ -sin30° cos30°] = [3.275 -5.964]
-3，-4 1.964 -4.985
设：X=X'+5 Y=Y'+6
故： 7.33 0.964 14.66 1.928
[8.275 0.964] [2 0] = [16.55 1.928]
6.964 1.402 0 2 13.928 2.804
A=（14.66，1.928） B=(16.55,1.928) C=(13.928,2.804)
试列举出三种不同类型的表格，并说明其各自特点及在计算机中相应的处理方法。
一维数表：一维数表是最简单的一种数表，其数据在程序化时可用一维数组来存取。
二维数表：二维数表有两个变量，在设计资料中比较常见，可用流程框图来处理。
多维数表：变量个数大于2的数表就是多维数表，工程手册中以三维数表为多见。用每维数组来表示一个变量，这样可以编辑存储及检取次多维数表中数据的子程序。
坐标轮换法：又叫变量轮换法，其基本原理是沿着多维优化设计空间的
每一个坐标轴作一维探索，求得最小值。坐标轮换法是一种简单易行的多维算法，大多数情况下收敛速度慢，效率低，尤其当目标函数的等值线与坐标轴出现“脊线”相交时，这种方法将完全失去求优得效能。
二阶梯度法：又称牛顿法，是一种收敛速度很快的方法，而且当计算点越来越逼近最小值时，其收敛的快速度也不改变。二阶梯度法的最大缺点是计算相当复杂，且若二阶偏导矩阵为零，其逆矩阵根本就不存在，二阶梯度法也就无效了。
单纯形法：利用只计算目标函数值求最优解的一种直接算法。
惩罚函数法
惩罚函数法也是一种使用待定乘子，使约束优化问题转换成无约束优化问题的一种间接解法。其基本原理是将原目标函数f(x),用所谓的“惩罚函数”Φ（x,m）来代替，而变成一个无约束的优化问题。Φ（x,m）=f(x)+B（x,m）=f(x)+
5—5.试述浴盆曲线的失效规律和失效机理。如果产品的可靠性提高，那么，浴盆曲线将有何变化？
（1）失效分三个阶段：1）早期失效期：早期失效期一般为产品试车跑合阶段。在这一阶段中，失效率由开始很高的数值急剧地降到某一稳定的数值。引起这一阶段失效率特别高的原因是材料缺陷、制造工艺缺陷、检验查错等。2）正常运行期：正常运行期又称为有效寿命期。在此阶段内发生的失效一般都是由于偶然因素引起的。3）耗损失效期：耗损失效期出现在产品使用的后期。耗损失效主要是产品经长期使用后，由于疲劳、磨损、老化等原因，已接近衰竭，从而处于频发失效状态，使失效率随时间推移而上升，最终导致产品的功能终止。
（2）如果产品的可靠性提高，则早期失效期缩短，正常运行期延长。
5—6.可靠性设计与常规静强度设计有何不同？可靠性设计的出发点是什么？
（1）①设计变量的性质不同。常规设计的设计变量是确定数值的单值变量；概率设计要以统计数据为基础，其所涉及的变量为具有多值得随机变量，它们都服从一定的概率分布。②设计变量运算方法不同。在常规设计中，变量运算为实数域的代数运算，得到的是确定的单值实数；在概率设计中，随机的设计变量间的运算要用概率及其分布函数的数字特征（均值和标准差）的概率运算法则进行。③设计准则的含义不同。在常规设计中，应用安全系数来判断一个零件是否安全，在计算中不考虑影响零件应力和强度的许多非确定性因素；而在概率设计中，要综合考虑各个设计变量的统计分布特征，定量地用概率表达所设计产品的可靠程度，因而更能反映实际情况，更科学合理。
（2）出发点：进行可靠性设计时，往往将
常规设计方法中涉及到设计变量（如材料强度、疲劳寿命、载荷、尺寸、应力等）看成是服从某种分布的随机变量，然后根据产品的可靠性指标要求，用概率方法设计得出产品和零件的主要参数和尺寸。
现代设计：过去长期的传统活动的延伸和发展，是传统设计的深入，丰富和完善。
随着设计实践经验的积累，设计理论的发展以及科学技术的进步，特别是计算机技术的高速发展，设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃，为区别于过去常用的传统设计理论和方法，人们把这些新兴理论与方法称为现代设计。
目前现代设计方法所指的新兴理论与方法主要包括优化设计，可靠性设计，设计方法学，计算机辅助设计，动态设计，有限元法，工业艺术造型设计，人机工程，并行工程，价值工程，反求工程设计，模块化设计，相似性设计，虚拟设计，疲劳设计，三次设计，摩擦学设计，绿色设计等。
比较传统设计方法，现代设计方法的基本特点如下：程式性 创造性 系统性 最优化 综合性 计算机化。
传统设计：以经验总结为基础，以长期设计实践和理论计算形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
传统设计的缺陷和局限性主要表现在：①设计方案的拟订在很大程度上取决于设计者的个人经验，即使同时拟订了有限的几个方案，也难以获得最优方案；
②在分析计算过程中，由于受人工计算条件的限制，只能采用静态或近似的方法而难以按动态的方法精确计算，计算结果未能完全反映零部件的真正工作状态，影响了设计质量；
③设计工作周期长，效率低，成本高。
概念设计:概念设计是产品设计过程中的关键环节，是根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品的更新创造、功能分解和功能集成；要对能满足工作原理要求的结构进行求解，对实现功能结构的工作原理方案进行构思和系统化设计。概念设计是运用发散思维和创新思想整合梳理的过程，是一个研究和求解能实现功能要求和满足各种技术、经济指标的各种方案并最终确定最优方案的过程。创新在产品概念设计中具有十分重要的地位和作用。
动态设计：不论是国内还是国外，动态设计都还处于初级阶段，许多深层次动态设计问题正处于研究过程中。目前大型高速旋转机械屡屡发生毁机事故，而这些事故多数是在强非线性、强耦合、非稳定地条件下发生的。近年来国内外科技工作者对这些机械的动态设计十分重视，这就促使动态设计从一般的动态设计向更深层次的方向发展，即向非稳定（慢变、参变、时滞等）、非线性、不确定、强耦合、高维、多参数的研究方向发展。由此需要采用更高深的理论、方法与技术进行更深层次的动态设计，这对设计者而
言难度更大。
并行设计：
并行设计是并行工程的主要组成部分，要求产品设计及其相关过程并行进行，是设计及相关过程并行进行，是设计及相关过程并行，一体化，系统化的工作模式。它是一种对产品及相关过程进行并行和集成设计的系统化工作模式。并行设计是一种系统的设计方法，他以集成的，并行的方式设计产品及相关过程。并行的含义是指对整个过程的自动调节控制，最优化是并行设计的主要目的。3
现代ＣＡＤ技术：
现代ＣＡＤ技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法,设计环境，设计工具的各相关技术的总称，它能使设计工作的实现集成化，网络化和智能化，已达到提高产品设计质量，降低产品成本和缩短设计周期的目的。
功能：
功能是对于某一产品的特定工作能力的抽象化描述。每一件产品均具有不同的功能，对于工业产品，使用者购买的主要是其实用功能。当人们把机械、设备、仪器看作是一系统时，功能就是一个技术系统在实现某种任务为目标时，其输入输出量之间的关系。
一种产品中必然有一种转换时该产品主要使用目的所直接要求的，它就构成了该产品的主要功能，简称主功能。为实现产品主功能服务的、由产品主功能决定的一种手段功能称辅助功能。主功能和辅助功能合称为总共能
功能分析：确定总功能，将总功能分解为分功能，并用功能结构来表达分功能之间的相互关系，这一过程称为功能分析。功能分析过程是设计人员初步酝酿功能设计原理设计方案的过程。这个过程往往不是一次能完成的，而是随着设计工作的深入不断完善的。
创新设计：创新包括原始创新、集成创新和引进消化吸收后再创新，这些不同形式的形式的创新都会在产品设计过程中发挥积极作用。在创新设计中提倡的是设计的创造性，一旦设计工作者提出新原理是可行的和合理的，它可以根本改变产品的结构，进而可以提高产品质量降低成产成本缩短生产周期，改善产品对环境的影响。所以，产品创新设计是一种设计思想或设计观念。
1.信息集约：对产品相关信息进行搜集整理，分析加工。
2.形态学矩阵：将系统功能元和局部解分别作为纵横坐标，列出形态矩阵。
3.设备坐标系：图形输出设备自身的一个坐标系。是一个二维平面坐标系，其度量单位是步长（绘图仪用）或像素（显示器用），他的整个定义域是整数域且有界
4.规格化设备坐标系：为了便于图形的处理，定义一个标准设备，因此引入与设备无关的规格化设备坐标系，采用一种无量纲的取值范围：左下角（0.0,0.0），右上
角（1.0,1.0）.这样就将用户的图形数据转化成规格化坐标系中的值，使应用程序与图形设备隔离开，增强了应用程序的可移植性
5.消隐处理：隐藏线，隐藏面的消除，就是确定对指定位置的观察者来说，景物中的哪些形体、面、边是可见的，哪些是不可见的。为了使计算机生成的图形能真实反映形体，必须把隐藏的部分从图中消除
6.最小势能原理：在给定外力的作用下，满足已知位移边界条件和协调条件的所有各组位移中，真正发生的位移使总势能取最小值，即总势能泛函的变分等于零
7.平均寿命：连续无故障工作时间与平均无故障工作时间统称为平均寿命，它是产品寿命随机变量的数学期望
8.有效寿命：设备处于最佳工作状态的时间，这个时期是系统主要的工作期，设备工作时间长、失效率恒定，处于最佳工作状态
设计方法学研究的内容包括哪些方面：
1设计对象
2设计过程及程序
3设计思维
4设计评价
5设计信息管理
6现代设计理论与方法的应用
试述产品设计过程一般可分为哪几个阶段：
1设计规划阶段
2原理方案设计阶段
3技术设计阶段
4施工设计阶段
可行性报告一般应包括哪些内容：
1产品开发的必要性和可能性
2目前国内外该产品的现状及发展水平
3确定产品的技术规格，性能参数和约束条件
4提出该产品的技术关键和解决途径
5预期达到的技术，经济，社会效益
6预算投资费用及项目进度，期限
已知△ABC的三点坐标A（1,1）B（3,1）C（2,2），试求出该三角形绕点P（5,6）逆时针旋转60°，然后放大2倍后各点的坐标值。
依题的：PA=（-4，-5）PB=（-2，-5） PC=（-3，-4）
（△ABC）T= -4，-5 cos60° sin60° 2.33 -5.964
[-2，-5] [ -sin30° cos30°] = [3.275 -5.964]
-3，-4 1.964 -4.985
设：X=X'+5 Y=Y'+6
故： 7.33 0.964 14.66 1.928
[8.275 0.964] [2 0] = [16.55 1.928]
6.964 1.402 0 2 13.928 2.804
A=（14.66，1.928） B=(16.55,1.928) C=(13.928,2.804)
试列举出三种不同类型的表格，并说明其各自特点及在计算机中相应的处理方法。
一维数表：一维数表是最简单的一种数表，其数据在程序化时可用一维数组来存取。
二维数表：二维数表有两个变量，在设计资料中比较常见，可用流程框图来处理。
多维数表：变量个数大于2的数表就是多维数表，工程手册中以三维数表为多见。用每维数组来表示一个变量，这样可以编辑存储及检取次多维数表中数据的子程序。
坐标轮换法：又叫变量轮换法，其基本原理是沿着多维优化设计空间的
每一个坐标轴作一维探索，求得最小值。坐标轮换法是一种简单易行的多维算法，大多数情况下收敛速度慢，效率低，尤其当目标函数的等值线与坐标轴出现“脊线”相交时，这种方法将完全失去求优得效能。
二阶梯度法：又称牛顿法，是一种收敛速度很快的方法，而且当计算点越来越逼近最小值时，其收敛的快速度也不改变。二阶梯度法的最大缺点是计算相当复杂，且若二阶偏导矩阵为零，其逆矩阵根本就不存在，二阶梯度法也就无效了。
单纯形法：利用只计算目标函数值求最优解的一种直接算法。
惩罚函数法
惩罚函数法也是一种使用待定乘子，使约束优化问题转换成无约束优化问题的一种间接解法。其基本原理是将原目标函数f(x),用所谓的“惩罚函数”Φ（x,m）来代替，而变成一个无约束的优化问题。Φ（x,m）=f(x)+B（x,m）=f(x)+
5—5.试述浴盆曲线的失效规律和失效机理。如果产品的可靠性提高，那么，浴盆曲线将有何变化？
（1）失效分三个阶段：1）早期失效期：早期失效期一般为产品试车跑合阶段。在这一阶段中，失效率由开始很高的数值急剧地降到某一稳定的数值。引起这一阶段失效率特别高的原因是材料缺陷、制造工艺缺陷、检验查错等。2）正常运行期：正常运行期又称为有效寿命期。在此阶段内发生的失效一般都是由于偶然因素引起的。3）耗损失效期：耗损失效期出现在产品使用的后期。耗损失效主要是产品经长期使用后，由于疲劳、磨损、老化等原因，已接近衰竭，从而处于频发失效状态，使失效率随时间推移而上升，最终导致产品的功能终止。
（2）如果产品的可靠性提高，则早期失效期缩短，正常运行期延长。
5—6.可靠性设计与常规静强度设计有何不同？可靠性设计的出发点是什么？
（1）①设计变量的性质不同。常规设计的设计变量是确定数值的单值变量；概率设计要以统计数据为基础，其所涉及的变量为具有多值得随机变量，它们都服从一定的概率分布。②设计变量运算方法不同。在常规设计中，变量运算为实数域的代数运算，得到的是确定的单值实数；在概率设计中，随机的设计变量间的运算要用概率及其分布函数的数字特征（均值和标准差）的概率运算法则进行。③设计准则的含义不同。在常规设计中，应用安全系数来判断一个零件是否安全，在计算中不考虑影响零件应力和强度的许多非确定性因素；而在概率设计中，要综合考虑各个设计变量的统计分布特征，定量地用概率表达所设计产品的可靠程度，因而更能反映实际情况，更科学合理。
（2）出发点：进行可靠性设计时，往往将
常规设计方法中涉及到设计变量（如材料强度、疲劳寿命、载荷、尺寸、应力等）看成是服从某种分布的随机变量，然后根据产品的可靠性指标要求，用概率方法设计得出产品和零件的主要参数和尺寸。