常用现代的设计10大方法Word格式.docx

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70年代，完整的CAD系统

开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了CAD技术的发展。

80年代，随着强有力的超大规模

世，cad技术在中小型企业逐步普及。

80年代中期以来，C

AD技术向标准化、集成化、智能化方向发展。

一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为CAD技术的推广、软

件的移植和数据共享起了重要的促进作用；

系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；

固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能；

人工智能和专家系统技术引入CAD，出现

了智能CAD技术，使CAD系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。

现在，cad已在电子和电气、科学研

究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂

自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。

系统组成通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：

计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。

工程工作站一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。

它有较强的计算能力，

用规范的图形软件，有高分辨率的显示终端，可以联在资源共享的局域网上工作，已形成最流行的CAD系统。

个人计算机（pc）系统价格低廉，操作方便，使用灵活。

80年代以后，pc机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc机网络技术的发展，由pc机构成的cad系统已大量涌现，而且呈上升趋势。

计算机所设计的二次曲面——球面图形输入输出设备除了计算机主机和一般的外围设备外，计算机辅助设计主要使用图形输入输出设备。

交互图形系统对CAD尤为重要。

图形输入设备的一般作用是把平面上点的坐标送入计算机。

常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、鼠标器、图形输入板和数字化仪。

图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。

软拷贝设备指各种图形显示设备，是人机交互必不可少的；

硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。

常用的图形显示有三种：

有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。

有向束显示应用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。

存储管显示保存图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。

光栅扫描系统能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器里，图像的分辨率较高。

CAD软件除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，CAD主要使用交互式图形显示软件、CAD应用软件和数

据管理软件3类软件。

交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。

CAD应用软件提

供几何造型、特征计算、绘图等功能，以完成面向各专业

领域的各种专门设计。

构造应用软件的四个要素是：

算法、

数据结构、用户界面和数据管理。

数据管理软件用于存储、

检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。

为此，需要建立工程数据库系统。

它同一般的数据库系统相比有如下特点：

数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。

基本技术主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。

在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。

交互式CAD系统，指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。

采用交互式系统，人们可以边构思、

边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。

图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的

坐标系联系起来；

对图形作平移、旋转、缩放、透视变换；

通过矩阵运算来实现图形变换。

计算机设计自动化计算机自身的CAD，旨在实现计算机

自身设计和研制过程的自动化或半自动化。

研究内容包括功能设计自动化和组装设计自动化，涉及计算机硬件描述语言、

系统级模拟、自动逻辑综合、逻辑模拟、微程序设计自动化、自动逻辑划分、自动布局布线，以及相应的交互图形系统和工程数据库系统。

集成电路CAD有时也列入计算机设计自动化的范围。

二）有限元法

finiteelementmethod

有限元法是一种高效能、常用的计算方法.有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。

自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法（Galerkin）

或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系.

基本思想：

由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问运用步骤

步骤1：

剖分:

将待解区域进行分割，离散成有限个元素的集合．元素（单元）的形状原则上是任意的．二维问题一般采用三角形单元或矩形单元，三维空间可采用四面体或多面体等．每个单元的顶点称为节点（或结点）．

步骤2：

单元分析:

进行分片插值，即将分割单元中任意点的未知函数用该分割单元中形状函数及离散网格点上的函数值展开，即建立一个线性插值函数

步骤3：

求解近似变分方程用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。

有限元法把连续体离散成有限个单元：

杆系结构的单元是每一个杆件；

连续体的单元是各种形状（如三角形、四边形、六面体等）的单元体。

每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。

根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解。

有限元法已被用于求解线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。

有限元法十分有效、通用性强、应用广泛，已有许多大型或专用程序系统供工程设计使用。

结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。

有限单元法最早可上溯到20世纪40年代。

Courant第一次应用定义在三角区域上的分片连续函数和最小位能原理来求解St.Venant扭转问题。

现代有限单元法的第一个成功的尝试是在1956年，Turner、Clough等人在分析飞机结构时，将钢架位移法推广应用于弹性力学平面问题，给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确答案。

1960年，Cloug

h进一步处理了平面弹性问题，并第一次提出了"

有限单元法

"

，使人们认识到它的功效。

我国著名力学家，教育家徐芝纶院士（河海大学教授）首次将有限元法引入我国，对它的应用起了很大的推动作用。

派生

从有限兀的基本方法派生出来的方法很多，则称为三维单元。

如有限条法、边界元法、杂交元法、非协调元法和

拟协调元法等，用以解决特殊的问题。

三）工业造型设计

工业造型设计基本方法

（1）设计要素工业造型设计是一门多学科交*的新型学科，必须采用多学科交*的设计方法，以求得多种构成要素的最佳状态的解，即构成理想的设计。

对工业造型设计直接产生影响的要素包括人、技术条件和环境等方面，如图1所示。

（2）设计程序现代工业造型设计是有目的有计划按次序展开的，整个设计进程有时相互交错，有时会出现循环。

循环是为了不断检验每一步工作是否符合设计的要求。

工业造型设计常用的

是一种五阶段程序，即：

①设计准备阶段；

②设计孵化阶段；

③设计诞生阶段；

④设计定案阶段；

⑤设计管理阶段。

对设计师来说，就是在明确设计目的的前提下，首先全面研究与设计有关的

各种设计要素，然后有意识地尝试各种组合的可能；

接着是孕育

过程，进而提出解决问题的方案能达到的设计目的；

最后通过科

学的设计机构，推出具有开辟市场能力的产品。

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（3）美学法则一般地说美学法则是指形式美的规

律，是指造型元素依照整齐、对称、均衡、比例、和谐、多样统一等构成形式美的规律。

现代工业造型设计在更多的层面上应用这一普遍规律，不仅获得了产品形态、式样、色调的统一和谐美，还取得了高科技的功能美，先进制造手段的工艺美，符合人机关

系的舒适美，追求时代精神的新颖美。

1）统一法则统一法则是美学法则的一个重要方面，在工业

造型设计中，它要求把设计对象作为物理认识和精神感受的统一体来对待，保证设计系统的各部分（部件）甚至包括操作性、舒适性、安全性、价值、维修和环境等要素构成一个有机、有秩序的整体。

实现统一法则的方法主要是应用完形理论和类聚原理，发掘设计中多系统的相互统一，使形、色、装饰、材质、光等要

素，在统一的构想计划下，用“调和”下的对比，“过渡”和呼应，

“主从”下的重点，规范与秩序等手法进行协调配置，使设计产生整体效应。

“调和”即协调或适合之意。

绝对的安定是没有的，而倾向整齐、安定的调和总是同对比现象共存的，故设计中常采用表现手法的统一、形线的共调、色彩的和谐来实现整齐划一，或采取尽量增加形、色、质等共同因素，而且又保持一定的变化，来实现多样统一的目的。

设计中的“过渡”是以连续渐变的线、面、体来实现形态的转承产生整体感。

常用的过渡手法有曲面的渐变、圆弧过渡、斜线的联合过渡。

“呼应”则是指设计要素间的视觉印象的联系和位置间的照应。

设计中常以相同或相似的形、色、装饰和质感的视觉印象使位置间达到相互照应。

“主从”关系是指整体与局部的关系，常以形、色、质的对比与衬托，利用动感的视觉诱导和将重点设置在视觉中心位置等手法，达到主次分明又相互协调的目的。

现代化的生产方式产生了规范化的设计和程序，规定了设计物的型谱和系列。

其目的旨在设计中力求采用标准化和系列化的设计手段，以实现统一中的规范美和秩序感。

2）时空法则造型是时空的艺术，这一点已成为越来越多的人所认识。

时空法则要求将造型要素根据人的心理感觉，针对产品的功能进行适当的配置，使造型产生扩张、流畅、向上、抵抗

外力等运动的、具有生命力的艺术形式。

时空法则还要求设计与生产者提高设计物的质量，使之在以使