机械设计名词解释.docx
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机械设计名词解释
１计算机辅助设计，２概念设计，
３功能设计，４原理设计，５结构设计，
６材料设计，７系统设计，８优化设计，９可靠性设计，１０安全设计，
１１价值工程设计，１２成本设计，１３规模定制设计，１４标准化设计，
１５系列化设计，１６模块化设计，１７逆向设计，１８再设计，１９变形设计，
２０相似设计，２１并行设计，２２协同设计，２３网络化设计，２４可视化，
２５机电光设计，２６保质设计，２７稳健设计，２８虚拟设计，２９数字化设计，３０仿生设计，
３１智能设计，３２模块化设计，３３绿色设计，３４节能设计，３５摩擦学设计，３６疲劳设计，３７动态设计，３８五网格法设计，３９重用设计，４０创新设计，
４１ｔｒｉｚ，４２三次设计，４３公理设计，４４全生命周期设计，４５快速响应设计，４６面向Ｘ的设计，４７人机工程，４８机电产品造型，４９微机电系统，
５０分形设计，５１本体设计，５２集成设计，５３智能设计，５４基于实例的推理，５５知识工程，５６人机智能系统，５７交叉综合集成方法，５８动态优化设计，５９智能控制系统设计，６０可视化设计的综合设计，６１基于ＱＦＤ，ＴＲＩＺ和三次设计的集成化设计方法。
31.智能设计：
智能设计假说（又称“智慧设计假说”）这一种思想认为，“宇宙和生物的某些特性用智能原因可以更好地解释，而不是来自无方向的自然选择。
”这一假说的主要支持者包括发现研究院等基督教智囊团体，他们认为，智能设计假说是同等重要的科学理论，甚至比现有的科学理论对生命起源问题的解释更加合理。
智能设计是指应用现代信息技术，采用计算机模拟人类的思维活动，提高计算机的智能水平，从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务，成为设计人员的重要辅助工具。
1智能设计的特点
1）以设计方法学为指导。
智能设计的发展，从根本上取决于对设计本质的理解。
设计方法学对设计本质、过程设计思维特征及其方法学的深入研究是智能设计模拟人工设计的基本依据。
2）以人工智能技术为实现手段。
借助专家系统技术在知识处理上的强大功能，结合人工神经网络和机器学习技术，较好地支持设计过程自动化。
3）以传统CAD技术为数值计算和图形处理工具。
提供对设计对象的优化设计、有限元分析和图形显示输出上的支持。
4）面向集成智能化。
不但支持设计的全过程，而且考虑到与CAM的集成，提供统一的数据模型和数据交换接口。
5）提供强大的人机交互功能。
使设计师对智能设计过程的干预，即与人工智能融合成为可能。
2智能设计的层次
综合国外关于智能设计的研究现状和发展趋势，智能设计按设计能力可以分为三个层次：
常规设计、联想设计和进化设计。
常规设计
即设计属性、设计进程、设计策略已经规划好，智能系统在推理机的作用下，调用符号模型（如规则、语义网络、框架等）进行设计。
目前，国外投入应用的智能设计系统大多属于此类，如日本NEC公司用于VLSI产品布置设计的Wirex系统，华中理工大学开发的标准V带传动设计专家系统（JDDES）、压力容器智能CAD系统等。
这类智能系统常常只能解决定义良好、结构良好的常规问题，故称常规设计。
联想设计
目前研究可分为两类：
一类是利用工程中已有的设计事例，进行比较，获取现有设计的指导信息，这需要收集大量良好的、可对比的设计事例，对大多数问题是困难的；另一类是利用人工神经网络数值处理能力，从试验数据、计算数据中获得关于设计的隐含知识，以指导设计。
这类设计借助于其他事例和设计数据，实现了对常规设计的一定突破，称为联想设计。
进化设计
遗传算法（GA，即Geneticalgorithms）是一种借鉴生物界自然选择和自然进化机制的、高度并行的、随机的、自适应的搜索算法。
20世纪80年代早期，遗传算法已在人工搜索、函数优化等方面得到广泛应用，并推广到计算机科学、机械工程等多个领域。
进入20世纪90年代，遗传算法的研究在其基于种群进化的原理上，拓展出进化编程（EP，即Evolutionaryprogramming）、进化策略（ES,即Evolutionarystrategies）等方向，它们并称为进化计算（EC,即Evolutionarycomputation）。
进化计算使得智能设计拓展到进化设计，其特点是：
*设计方案或设计策略编码为基因串，形成设计样本的基因种群。
*设计方案评价函数决定种群中样本的优劣和进化方向。
*进化过程就是样本的繁殖、交叉和变异等过程。
进化设计对环境知识依赖很少，而且优良样本的交叉、变异往往是设计创新的源泉，所以在1996年举办的“设计中的人工智能”（Artificialintelligenceindesign96）国际会议上，M.A.Rosenman提出了设计中的进化模型，进而进化计算作为实现非常规设计的有利工具。
3智能设计的分类
原理方案智能设计
方案设计的结果将影响设计的全过程，对于降低成、提高质量和缩短设计周期等有至关重要的作用。
原理方案设计是寻求原理解的过程，是实现产品创新的关键。
原理方案设计的过程是总功能分析——功能分解——功能元（分功能）求解——局部解法组合——评价决策——最佳原理方案。
按照这种设计方法，原理方案设计的核心归结为面向分功能的原理求解。
面向通用分功能的设计目录能全面地描述分功能的要求和原理解，且隐含了从物理效应向原理解的映射，是智能原理方案设计系统的知识库初始文档。
基于设计目录的方案设计智能系统，能够较好的实现概念设计的智能化。
协同求解
ICAD应具有多种知识表示模式、多种推理决策机制和多个专家系统协同求解的功能，同时需把同理论相关的基于知识程序和方法的模型组成一个协同求解系统，在元级系统推理及调度程序的控制下协同工作，共同解决复杂的设计问题。
某一环节单一专家系统求解问题的能力，与其他环节的协调性和适应性常受到很大限制。
为了拓宽专家系统解决问题的领域，或使一些互相关联的领域能用同一个系统来求解，就产生了所谓协同式专家系统的概念。
在这种系统中，有多个专家系统协同合作，这就是协同式多专家系统。
多专家系统协同求解的关键，是要工程设计领域的专家之间相互联系与合作，并以此来进行问题求解。
协同求解过程息传递的一致性原则与评价策略，是判断目前所从事的工作是否向着有利于总目标的方向进行。
多专家系统协同求解，除在此过程中实现并行特征外，尚需开发具有实用意义的多专家系统协同问题求解的软件环境。
知识获取、表达和专家系统技术
知识获取、表达和利用技术专家系统技术是ICAD的基础，其面向CAD应用的主要发展方向，可概括为：
*机器学习模式的研究，旨在解决知识获取、求精和结构化等问题。
*推理技术的深化，要有正、反向和双向推理流程控制模式的单调推理，又要把重点集中在非归纳、非单调和基于神经网络的推理等方面。
*综合的知识表达模式，即如何构造深层知识和浅层知识统一的多知识表结构。
*基于分布和并行思想求解结构体系的研究。
*黑板结构模型
黑板结构模型侧重于对问题整体的描述以及知识或经验的继承。
这种问题求解模型是把设计求解过程看作是先产生一些部分解，再由部分解组合出满意解的过程。
其核心是由知识源、全局数据库和控制结构三部分组成。
全局数据库是问题求解状态信息的存放处，即黑板。
将解决问题所需的知识划分成若干知识源，它们之间相互独立，需通过黑板进行通信、合作并求出问题的解。
通过知识源改变黑板的容，从而导出问题的解。
在问题求解过程中所产生的部分解全部记录在黑板上。
各知识源之间的通信和交互只通过黑板进行，黑板是公共可访问的。
控制结构则按人的要求控制知识源与黑板之间的信息更换过程，选择执行相应的动作，完成调计问题的求解。
黑板结构模型是一种通用的适于大空间解和复杂问题的求解模型。
基于实例的推理（CBR）
CBR是一种新的推理和自学习方法，其核心精神是用过去成功的实例和经验来解决新问题。
研究表明，设计人员通常依据以前的设计经验来完成当前的设计任务，并不是每次都从头开始，CBR的一般步骤为提出问题，找出相似实例，修改实例使之完全满足要求，将最终满意的方案作为新实例存处实例库中。
CBR中最重要的支持是实例库，关键是实例的高效提取。
CBR的特点是对求解结果进行直接复用，而不用再次从头推导，从而提高了问题求解的效率。
另外，过去求解成功或失败的经历可用于动态地指导当前的求解过程，并使之有效地取得成功，或使推理系统避免重犯已知的错误。
4智能设计系统的关键技术
智能设计系统的关键技术包括：
设计过程的再认识、设计知识表示、多专家系统协同技术、再设计与自学习机制、多种推理机制的综合应用、智能化人机接口等。
1）设计过程的再认识
智能设计系统的发展取决于对设计过程本身的理解。
尽管人们在设计方法、设计程序和设计规律等方面进行了大量探索，但从计算机化的角度看，目前的设计方法学还远不能适应设计技术发展的需求，仍然需要探索适合于计算机处理的设计理论和设计模式。
2）设计知识表示
设计过程是一个非常复杂的过程，它涉及到多种不同类型知识的应用，因此单一知识表示方式不足以有效表达各种设计知识，如何建立有效的知识表示模型和有效的知识表示方式，始终是设计类专家系统成功的关键。
3）多专家系统协同技术
较复杂的设计过程一般可分解为若干个环节，每个环节对应一个专家系统，多个专家系统协同合作、信息共享，并利用模糊评价和人工神经网络等方法以有效解决设计过程多学科、多目标决策与优化难题。
4）再设计与自学习机制
当设计结果不能满足要求时，系统应该能够返回到相应的层次进行再设计，以完成局部和全局的重新设计任务。
同时，可以采用归纳推理和类比推理等方法获得新的知识，总结经验，不断扩充知识库，并通过再学习达到自我完善。
5）多种推理机制的综合应用
智能设计系统中，除了演绎推理外，还应该包括归纳推理、基于实例的类比推理、各种基于不完全知识的模糊逻辑推理方式等。
上述推理方式的综合应用，可以博采众长，更好地实现设计系统的智能化。
6）智能化人机接口
良好的人机接口对智能设计系统是十分必要的，对于复杂的设计任务以及设计过程中的某些决策活动，在设计专家的参与下，可以得到更好的设计效果，从而充分发挥人与计算机各自的长处。
5智能设计的产生与发展
智能设计的产生可以追溯到专家系统技术最初应用的时期，其初始形态都采用了单一知识领域的符号推理技术——设计型专家系统，这对于设计自动化技术从信息处理自动化走向知识处理自动化有着重要意义，但设计型专家系统仅仅是为解决设计中某些困难问题的局部需要而产生的，只是智能设计的初级阶段。
近10年来，CIMS的迅速发展向智能设计提出了新的挑战。
在CIMS这样的环境下，产品设计作为企业生产的关键性环节，其重要性更加突出，为了从根本上强化企业对市场需求的快速反应能力和竞争能力，人们对设计自动化提出了更高的要求，在计算机提供知识处理自动化（这可由设计型专家系统完成）的基础上，实现决策自动化，即帮助人类设计专家在设计活动中进行决策。
需要指出的是，这里所说的决策自动化决不是排斥人类专家的自动化。
恰恰相反，在大规模的集成环境下，人在系统中扮演的角色将更加重要。
人类专家将永远是系统中最有创造性的知识源和关键性的决策者。
因此，CIMS这样的复杂巨系统必定是人机结合的集成化智能系统。
与此相适应，面向CIMS的智能设计走向了智能设计的高级阶段——人机智能化设计系统。
虽然它也需要采用专家系统技术，但只是将其作为自身的技术基础之一，与设计型专家系统之间存在着根本的区别。
设计型专家系统解决的核心问题是模式设计，方案设计可作为其典型代表。
与设计型专家系统不同，人机智能化设计系统要解决的核心问题是创新设计，这是因为在CIMS这样的大规模知识集成环境中，设计活动涉及多领域和多学科的知识，其影响因素错综复杂。
CIMS环境对设计活动的柔性提出了更高要求，很难抽象出有限的稳态模式。
换言之，即使存在设计模式的自豪感，设计模式也是千变万化，几乎难以穷尽。
这样的设计活动必定更多地带有创新色彩，因此创新设计是人机智能化设计系统的核心所在。
设计型专家系统与人机智能化设计系统在核上存在差异，由此可派生出两者在其他方面的不同点，例如，设计型专家系统一般只解决某一领域的特定问题，比较孤立和封闭，难以与其他知识系统集成，而人机智能化设计系统面向整个设计过程，是一种开放的体系结构。
智能设计的发展与CAD的发展联系在一起，在CAD发展的不同阶段，设计活动中智能部分的承担者是不同的。
传统CAD系统只能处理计算型工作，设计智能活动是由人类专家完成的。
在ICAD阶段，智能活动由设计型专家系统完成，但由于采用单一领域符号推理技术的专家系统求解问题能力的局限，设计对象（产品）的规模和复杂性都受到限制，这样ICAD系统完成的产品设计主要还是常规设计，不过借助于计算机机支持，设计的效率大大提高。
而在面向CIMS的ICAD，即I3CAD阶段，由于集成化和开放性的要求，智能活动由人机共同承担，这就是人机智能化设计系统，它不仅可以胜任常规设计，而且还可支持创新设计。
因此，人机智能化设计系统是针对大规模复杂产品设计的软件系统，它是面向集成的决策自动化，是高级的设计自动化。
32.模块化设计
模块化设计，简单地说就是程序的编写不是开始就逐条录入计算机语句和指令，而是首先用主程序、子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出关系。
逐步求精的结果是得到一系列以功能块为单位的算法描述。
以功能块为单位进行程序设计，实现其求解算法的方法称为模块化。
模块化的目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。
（Block-baseddesign） 所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。
模块化设计是绿色设计方法之一，它已经从理念转变为较成熟的设计方法。
将绿色设计思想与模块化设计方法结合起来，可以同时满足产品的功能属性和环境属性，一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面，可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。
33.绿色设计
绿色设计（GreenDesign）也称生态设计（EcologicalDesign）,环境设计（DesignforEnvironment）,环境意识设计（EnvironmentConsciousDesign）。
在产品整个生命周期，着重考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。
绿色设计的原则被公认为“3R”的原则，即Reduce、Reuse、Recycle，减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的回收再生循环或者重新利用。
一.绿色设计的概念
绿色设计（GreenDesign）也称为生态设计（EcologicalDesign），环境设计（DesignforEnvironment）等。
相似于抗震设计，是一种概念设计。
虽然叫法不同，涵却是一致的，绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造过程中对环境的总体负影响减到最小，使产品的各项指标符合绿色环保的要求。
其基本思想是：
在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。
对工业设计而言，绿色设计的核心是“3R1D”，即Reduce、Recycle、Reuse、Degradable，不仅要减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。
绿色产品设计包括：
绿色材料选择设计；绿色制造过程设计；产品可回收性设计；产品的可拆卸性设计：
绿色包装设计；绿色物流设计；绿色服务设计；绿色回收利用设计等。
在绿色设计中要从产品材料的选择、生产和加工流程的确定，产品包装材料的选定，直到运输等都要考虑资源的消耗和对环境的影响。
以寻找和采用尽可能合理和优化的结构和方案，使得资源消耗和环境负影响降到最低。
绿色设计来自旨在保护自然资源、防止工业污染破坏生态平衡的一场运动。
虽然他它今人处于萌芽阶段，但却已成为一种极其重要的新趋向。
绿色设计源于20世纪60年代在美国兴起的反消费运动。
这场反消费运动是由记者帕卡德（VancePackard）猛烈抨击美国汽车工业及其带来的废料污染问题而引发的。
绿色设计本身已成为了一门工业。
（来自《设计学概论》，定邦主编，科学技术，第26页）
二.绿色设计的主要容包括：
绿色产品设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计。
1）.绿色产品设计的材料选择与管理
一方面，不能把含有有害成分与无害成分的材料混放在一起；另一方面，对于达到寿命周期的产品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要用一定的工艺方法进行处理，使其对环境的影响降到最低
2）.产品的可回收性设计综合考虑材料的回收可能性，回收价值的大小，回收的处理方法等
3）.产品的可拆卸性设计设计师要使所设计的结构易于拆卸，维护方便，并在产品报废后能够重新回收利用。
除此之外，还有绿色产品的成本分析，绿色产品设计数据库等。
绿色设计是一个体系与系统。
也就是说它不是一个单一的结构与孤立的艺术现象。
正式多学科彼此交融嫁接交叉使得这一设计思潮包罗万象。
具体特征如下：
1.生态设计必须采用生态材料，即其用材不能对人体和环境造成任何危害，做到无毒害、无污染、无放射性、无噪音，从而有利于环境保护和人体健康。
2.其生产材料应尽可能采用天然材料、大量使用废渣、垃圾、废液等废弃物。
3.采用低能耗制造工艺和无污染环境的生产技术。
4.在产品配制和生产过程中，不得使用甲醛、卤化物溶剂、或芳香族碳氢化合物；产品中不得含有汞及其化合物的颜料和添加剂。
5.产品的设计是以改善生态环境、提高生活质量为目标，即产品不仅不损害人体健康，而应有益于人体健康，产品具有多功能化，如抗菌、除臭、隔热、阻燃、调温、调湿、消磁、放射线、抗静电等。
6.产品可循环或回收利用无污染环境的废弃物。
7.在可能的情况下选用废弃的设计材料，如拆卸下来的木材、五金等，减轻垃圾填埋的压力。
8.避免使用能够产生破坏臭氧层的化学物质的机构设备和绝缘材料。
9.购买本地生产的设计材料，体现设计的乡土观念。
避免使用会释放污染物的材料。
10.最大限度地使用可再生材料，最低限度地使用不可再生材料。
11.将产品的包装减到最低限度。
”[1]
三.绿色设计的方法
模块化设计
对一定围的不同功能或相同功能不同性能，不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，满足不同的需求。
模块化设计既可以很好的解决产品品种规格，产品设计制造周期和生产成本之间的矛盾，又可为产品的快速更新换代，提高产品的质量，方便维修，有利于产品废弃后的拆卸，回收，为增强产品的竞争力提供必要条件。
循环设计
循环设计既是回收设计（DesignforRecovering&Recycling），就是实现广义回收所采用的手段或方法，即在进行产品设计时，充分考虑产品零部件及材料的回收的可能性，回收价值的大小，回收处理方法，回收处理结构工艺性等与回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用，环境污染最小的一种设计的思想和方法。
除此之外，还有组合设计，可拆卸设计，绿色包装设计等等，其基本的涵也是大致如上所述。
如果说19世纪末的设计师们是以对传统风格的扬弃和对新世纪的渴望与激情，用充满思辨生命活力的新艺术风格来迎接20世纪，那么20世纪末的设计师们则更多地以冷静、理性的思辩来反省一个世纪以来工业设计的历史进程，展望新世纪的发展方向，而不只是追求形式上的创新。
实际上，进入20世纪90年代，在人---社会---环境之间建立起一种协调发展的机制，这标志着工业设计发展的一次重大转变。
绿色设计的概念应运而生，成了当今工业设计发展的主要趋势之一。
绿色设计源于人们对于现代技术文化所引起的环境及生态破坏的反思，体现了设计师的道德和社会责任心的回归。
在很长一段时间，工业设计在为人类创造了现代生活方式和生活环境的同时，也加速了资源、能源的消耗，并对地球的生态平衡造成了巨大的破坏。
特别是工业设计的过度商业化，使设计成了鼓励人们无节制消费的重要介质，"有计划的商品废止制"就是这种现象的极端表现，因而招致了许多的批评和责难，设计师们不得不重新思考工业设计的职责与作用。
对于绿色设计产生直接影响的是美国设计理论家维克多·巴巴纳克（VictorPapanek）。
早在20世纪60年代末，他就出版了一部引起极大争议的著作《为真实世界而设计》（Designfortherealworld）。
该书专注于设计师面临的人类需求的最紧迫的问题，强调设计师的社会及伦理价值。
巴巴纳克认为，设计的最大作用并不是创造商业价值，也不是在包装及风格方面的竞争，而是一种适当的社会变革过程中的元素。
他强调，设计应认真考虑有限的地球资源的使用问题，并为保护地球的环境服务。
对于他的观点，当时能了解人不多。
但是，自从70年代"能源危机"爆发，他的"有限资源论"得到了普遍的认同。
就象现代主义所追求的乌托邦式的社会理想与资本主义社会的经济现实难以协调一样，绿色设计在一定程度上也具有理想主义的色彩，要达到舒适生活与资源消耗的平衡以及短期经济利益与长期环保目标的平衡并非易事。
这不仅需要消费者有自觉的环保意识，也需要政府从法律、法规方面予以推进。
当然，设计师努力也是必不可少的。
尽管绿色设计并不注重美学表现或狭义的设计语言，但绿色设计强调尽量减少无谓的材料消耗，重视再生材料使用的原则在产品的外观上也有所体现。
在绿色设计中"小就是美"、"少就是多"具有了新的含义。
从80年代开始，一种追求极端简单的设计流派兴起，将产品的造型化简到极致，这就是所谓的"减约主义"（Minimalism）。
法国著名设计师菲利普·斯塔克（PhilipStarck,1949-）是减约主义的代表人物。
菲利普是一位全才，设计领域涉及建筑设计、室设计、电器产品设计、家具设计等等。
他的家具设计异常简洁，基本上将造型减化到了最单纯但又十分典雅的形态，从视觉上和材料的使用上都体现了"少就是多"的原则。
斯塔克设计的路易20椅及圆桌。
椅子的前腿、座位及靠背由塑料一体化成型，就好像靠在铸铝后腿上的人体，简洁而又幽默。
1994年，斯塔克为沙巴法国公司设计的一台电视机采用了一种用可回收的材料----高密度纤维模压成型的机壳，同时也为家用电器创造了一种"绿色"的新视觉。
（右上角图）
新技术、新能源和新工艺的不断出现，
另外，还需要从外观造型上加强整体性，减少风阻。
美国通用汽车公司的EV1是最早的电动汽车，也是世界上节能效果最好的汽车。
它采用全铝合金结构，流线造型，一次充电可行驶112-114km。
进入21世纪，人类社会的可持续发展将是一项极为紧迫的课题，绿色设计必然会在重建人类良性的生态家园的过程中发挥关键性的作用。
5产生原因
绿色设计产生的原因
资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主要问题，特别是环境问题，正对人类社会生存与发展造成严重的威胁。
随着全球环境问题的日益恶化，人们愈来愈重视对于环境问题的研究。
研究和实践使人们认识到：
环境问题决非是孤立存在的，它和资源、人口两大问题有着根本性的
在联系，特别是资源问题，它不仅涉及人类世界有限资源的合理利用，而且它又是环境问题的主要根源。
为了寻求从根本上解决制造业
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