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1、 《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法》試卷A —參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn) 一、零件失效彳在不同失效期具有哪些特點(diǎn)？ (1) 早期失效期 早期失效期一般出現(xiàn)在產(chǎn)品開始工作后的較早時(shí)期，一般為產(chǎn)品試車跑合階段。在這一階段中，失效率由開 始很高的數(shù)值急劇地下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值。引起這一階段失效率特別高的原因主要是由于材料不良、制造工藝 缺陷、檢驗(yàn)差錯(cuò)以及設(shè)計(jì)缺點(diǎn)等因素引起。 (2) 正常運(yùn)行期 正常運(yùn)行期又稱有效壽命期。在該階段內(nèi)如果產(chǎn)品發(fā)生失效，一般都是由于偶然的原因而引起的，因而該階 段也稱為偶然失效期。其失效的特點(diǎn)是隨機(jī)的，例如個(gè)別產(chǎn)品由于使用過程中工作條件發(fā)生不可預(yù)測的突然變化 而導(dǎo)致失效。這個(gè)

2、時(shí)期的失效率低且穩(wěn)定，近似為常數(shù)，是產(chǎn)品的最佳狀態(tài)時(shí)期。 (3) 耗損失效期 耗損失效期出現(xiàn)在產(chǎn)品使用的后期。其特點(diǎn)是失效率隨工作時(shí)間的增加而上升。耗損失效主要是產(chǎn)品經(jīng)長期 使用后，由于某些零件的疲勞、老化、過度磨損等原因，已漸近衰竭，從而處于頻發(fā)失效狀態(tài)，使失效率隨時(shí)間 推移而上升，最終回導(dǎo)致產(chǎn)品的功能終止。 二、可靠性分布有哪幾種常用分布函數(shù)，試寫出它們的表達(dá)式。 P(X = r) = Crprqn-r (廠=0,1,2,…，H) (1) 二項(xiàng)分布 n F(r < k)=丈 Crprq n-r (2) )泊松分布" ……n) -?c y < 一工) p( X 刁)斗蘭

3、,(r=0,1,2, 一 r! (3) 指數(shù)分布》° dt 6)威布爾分布二用 F(x) - \-e 三、試述產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)和反求工程設(shè)計(jì)的基本過程。 正向工程與反求工程過程兩者比較，最本質(zhì)的區(qū)別在于： 正向工程是由抽象的較高層次概念或獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)過渡到設(shè)計(jì)的物理實(shí)現(xiàn)，從設(shè)計(jì)概念至CAD模型具有 一個(gè)明確的過程。 而反求工程是基于一個(gè)實(shí)物原型來構(gòu)造它的設(shè)計(jì)概念，并且通過對重構(gòu)模型特征參數(shù)的調(diào)整和修改來達(dá)到對 實(shí)物原型的產(chǎn)品復(fù)制和創(chuàng)新申滿黏 1產(chǎn)臓能—?■: 模型的建立旦 …攻計(jì) 疋一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)推理和數(shù)據(jù)加工過程。 .要求。在反求工程中，由離散的數(shù)字化

4、點(diǎn)到CAD 品的正向設(shè)計(jì)與反求工程設(shè)計(jì)的的基本過程如圖所 /示 O 產(chǎn)品蛍物 ― ― StftiW與曲血報(bào)合1—? 1 一般產(chǎn)品正 固設(shè)計(jì)過程 實(shí)物幔地 亠 鋼I屈進(jìn) 反求工程設(shè)計(jì)過程 四、簡述綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)生的背景意義及其內(nèi)涵。（10分） （1） 綠色設(shè)計(jì)的概念（4分）：在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性（自然資源 的利用，環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品 應(yīng)有的基本功能、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量等的基礎(chǔ)上，同時(shí)使

5、產(chǎn)品滿足生態(tài)環(huán)境目標(biāo)要求。 （2） 背景意義：科技發(fā)展對生產(chǎn)方式的影響方面，包括一些極端的工業(yè)事件；綠色消費(fèi)的需 求；國際貿(mào)易的綠色壁壘，包含國際標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的方面的限制等；（6分） 五、舉例說明“黑箱法”及其用途。（10分） （1） 通過“黑箱”與輸入、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系，了解系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能、特性，進(jìn) 一步探索出系統(tǒng)的機(jī)理和結(jié)構(gòu)，逐步使“黑箱”透亮，直至方案擬定。它擺脫了具體設(shè)計(jì)對象，而 按系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能和對三大流進(jìn)行定性描述來進(jìn)行思考，使問題簡化，以利于啟發(fā)設(shè)計(jì)人員構(gòu)思 出更新、更好的功能原理方案來。（4分） （2） 實(shí)例范圍不做限制，只要明確表示出物料、能量、信息三種

6、輸入輸出量及與外界環(huán)境之間 的聯(lián)系，即能得到基本分（3分），將內(nèi)容能進(jìn)行具體分析或簡單分解圖示。（3分） 巴=4 (55)2 二 2 3 76(mm2) lis = p = — = 126.3( N / mm 2) S 巴 2374.6 =23.746(mm 2) bA =12.69( N / mm 2) 《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法》試卷B 參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn) 一、 可靠性設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比具有哪些特點(diǎn)？ (1) 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是將安全系數(shù)作為衡量安全與否的指標(biāo)，但安全系數(shù)的大小并沒有同可靠度直接掛鉤，這 就有很大的盲目性?？煽啃栽O(shè)計(jì)與之不同，它強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)階段就把可靠度直接

7、引進(jìn)到零件中去，即由設(shè)計(jì)直接確 定固有的可靠度。 (2) 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是把設(shè)計(jì)變量視為確定性的單值變量并通過確定性的函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，而可靠性設(shè)計(jì)則把設(shè) 計(jì)變量視為隨機(jī)變量并運(yùn)用隨機(jī)方法對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行描述和運(yùn)算。 (3) 在可靠性設(shè)計(jì)中，由于應(yīng)力s和強(qiáng)度F都是隨機(jī)變量，所以判斷一個(gè)零件是否安全可靠，就以強(qiáng)度F大 于應(yīng)力s的概率大小來表示，這就是可靠度指標(biāo)。 (4) 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)都是以零件的安全或失效作為研究內(nèi)容，因此，兩者間又有著密切的聯(lián)系。 可靠性設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的延伸與發(fā)展。在某種意義上，也可以認(rèn)為可靠性設(shè)計(jì)只是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法上把設(shè)計(jì) 變量視為隨機(jī)變量，并通過隨機(jī)變量運(yùn)算法則進(jìn)行

8、運(yùn)算而已。 二、 設(shè)結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度F、拉力P和桿的直徑d都服從正態(tài)分布，且這些參數(shù)都是獨(dú)立的隨機(jī)變量，均值和標(biāo)準(zhǔn)差 分別為.卩f = 200MPa，卩P = 0.3MN，卩d = 55mm ； bF = 15MPa， cp = 0.03MN， cd = 0.275mm，求 可靠度R。 解： Q=0.01, R=1 - Q=0.99% 三、簡述反求工程的基本特點(diǎn)以及反求工程設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用方面。 反求工程具有如下特點(diǎn)： (1) 可以使企業(yè)快速響應(yīng)市場，大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)及上市周期，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，降低企 業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的成本與風(fēng)險(xiǎn)。 (2) 適合于單件、小批量、形狀不規(guī)則的

9、零件的制造，特別是模具的制造。 (3) 對于設(shè)計(jì)與制造技術(shù)相對落后的國家和地區(qū)，反求工程是快速改變其落后狀況，提高設(shè)計(jì)與制造水平的 好方法。 反求工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用： (1)在缺乏二維設(shè)計(jì)圖紙或者原始設(shè)計(jì)參數(shù)情況下，需要將實(shí)物零件轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)表達(dá)的CAD模型，以便充 分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助分析(CAE)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行再創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 (2 )有些零件有較高的美學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)要求，難以在計(jì)算機(jī)上直接造型。設(shè)計(jì)時(shí)往往需要首先制作黏土或 油泥的比例模型，然后進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、水池實(shí)驗(yàn)等，一旦外形確定，就需要使用反求工程技術(shù)將其 轉(zhuǎn)化為CAD模型。 （3） —些零

10、件可能需要經(jīng)過多次修改，如在模具制造中，經(jīng)常需要通過反復(fù)試沖和修改模具型面，方可得到 最終符合要求的模具。反求工程便成為制造-檢驗(yàn)-修正-建模-制造這一環(huán)節(jié)中重要的快速建模手段。 （4） 在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，采用反求工程技術(shù)，擺脫原來的以手工或者按標(biāo)準(zhǔn)制定為主的落后制造方法。通 過定制人工關(guān)節(jié)和人工骨骼，保證重構(gòu)的人工骨骼在植入人體后無不良影響。如在牙齒矯正中，根據(jù)個(gè)人制作牙 模，然后轉(zhuǎn)化為CAD模型，經(jīng)過有限元計(jì)算矯正方案，大大提高矯正成功率和效率。通過建立數(shù)字化人體幾何 模型，可以根據(jù)個(gè)人定制特種服裝，如宇航服、頭盔等。 （5）應(yīng)用反求工程技術(shù)，還可以對工藝品、文物等進(jìn)行復(fù)制，可以方便

11、的生成基于實(shí)物模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等。 四、 舉例說明機(jī)械產(chǎn)品生命周期內(nèi)的環(huán)境影響及環(huán)境性能改進(jìn)設(shè)計(jì)思路。（10分） （1） 分析某種機(jī)械產(chǎn)品的生命周期主要階段。（2分） （2） 結(jié)合階段分析對該產(chǎn)品的材料、能源、排放等環(huán)境影響特性進(jìn)行描述。分析清楚較全面即 可得4分。 （3） 針對前述分析問題，提出環(huán)境性能改進(jìn)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思路。思路基本可行、表述清楚得4 分。 五、 簡述運(yùn)用系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行原理方案設(shè)計(jì)的主要步驟。（10分） （1） 明確設(shè)計(jì)任務(wù) （2） 確定系統(tǒng)的整體目的性——總功能 （3） 進(jìn)行功能分解 （4） 分功能求解 （5） 將分功能解綜合為整體解一一原理方案 （6） 對方案進(jìn)行評價(jià)，選優(yōu)。 回答出基本過程（步驟）得基本分7分，對步驟能簡單分析得3分。