1、精品資料現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法試卷A參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、零件失效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(guò)程中工作條件發(fā)生不可預(yù)測(cè)的突然變化而導(dǎo)致失效。這個(gè)時(shí)期的失效率低且穩(wěn)定，

2、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(zhǎng)期使用后，由于某些零件的疲勞、老化、過(guò)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。（ 1 ）二項(xiàng)分布P( X r )Cnr pr qn r ( r 0,1,2, , n)kF (r k)Cnr pr q n rr 0（ 2 ）泊松分布r eP( Xr ),(r 0,1,2,n)r !（ 3 ）指數(shù)分布（ 4 ）正態(tài)分布（ 5 ）對(duì)數(shù)正態(tài)分布

3、（ 6 ）威布爾分布三、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(guò)程。正向工程與反求工程過(guò)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(guò)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(guò)程。而反求工程是基于一個(gè)實(shí)物原型來(lái)構(gòu)造它的設(shè)計(jì)概念，并且通過(guò)對(duì)重構(gòu)模型特征參數(shù)的調(diào)整和修改來(lái)達(dá)到對(duì)實(shí)物原型的產(chǎn)品復(fù)制和創(chuàng)新，以滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求。在反求工程中， 由離散的數(shù)字化點(diǎn)到CAD可編輯修改精品資料模型的建立是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)推理和數(shù)據(jù)加工過(guò)程。一般產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)與反求工程設(shè)計(jì)的的基本過(guò)程如圖所示。一般產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)過(guò)程反求工程設(shè)計(jì)過(guò)程四、簡(jiǎn)述綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)生

4、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(duì)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(guó)際貿(mào)易的綠色壁壘，包含國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的方面的限制等； （ 6 分）五、舉例說(shuō)明“黑箱法”及其用途。 （ 10 分）（1 ）通過(guò)“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)

5、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(duì)象，而按系統(tǒng) (產(chǎn)品 )的功能和對(duì)三大流進(jìn)行定性描述來(lái)進(jìn)行思考，使問(wèn)題簡(jiǎn)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(lái)。 （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(jiǎn)單分解圖示。 （ 3 分）可編輯修改精品資料現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法試卷B參考答案及評(píng)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(méi)有同可靠度直接掛鉤，這就有很大的盲目性。

6、可靠性設(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(guò)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(duì)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(lái)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?jī)?nèi)容，因此，兩者間又有著密切的聯(lián)系?？煽啃栽O(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

7、設(shè)計(jì)變量視為隨機(jī)變量，并通過(guò)隨機(jī)變量運(yùn)算法則進(jìn)行運(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：F200MPa ，P0.3MN ，d55mm； F15MPa ， P0.03MN ， d0.275mm，求可靠度R。解：ASAsz4(55) 22374.6( mm2 )0.3106P126.3( N / mm2 )A 2374.6dd23.746(mm2 )21S2A2P212.69(N / mm2 )ASF2.3322FSQ=0.01 ，R=1 Q=0.99%三、簡(jiǎn)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

8、工程具有如下特點(diǎn):(1) 可以使企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)，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)則的零件的制造，特別是模具的制造。(3) 對(duì)于設(shè)計(jì)與制造技術(shù)相對(duì)落后的國(guó)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，以便充可編輯修改精品資料分利用現(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

9、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) 一些零件可能需要經(jīng)過(guò)多次修改，如在模具制造中，經(jīng)常需要通過(guò)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(lái)的以手工或者按標(biāo)準(zhǔn)制定為主的落后制造方法。通過(guò)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(wú)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(guò)有限元計(jì)算矯正方案，大大提高矯正成功率和效率。通過(guò)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(duì)工藝品、文物等進(jìn)行復(fù)制，可以方便的生成基于實(shí)物模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等。四、舉例說(shuō)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(duì)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(duì)前述分析問(wèn)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