现代设计方法试卷一
课程代码（2200） 一、填空题
1． CAD 系统
2． 定位
3． 光栅扫描式
4． 世界坐标系
5． cos sin sin cos θ
θθθ????-??
6． 窗口和视区的高度与宽度
7． 参数化绘图
8． 深度测试
9． 求导法
10． 软件和硬件
11． 系统软件
12． 属性或约束
13． 1[,]a b
14．三维空间
15． 放大和缩小
16． 共轭
17． 二
18． 0010
二、单项选择题（每小题列出的四个选项中只有一个选项符合题目要求，请将正确选项前的字母填入题后的括号内。错选、多选、未选均不得分。）
1-5 DCADB 6-10 ADBBB 11-15 BACBB 16-20 CBAAC
二、多项选择题（每小题列出的五个选项中有二到五个选项是符合题目要求的，请将正确选
项前的字母填入题后的括号内。多选、少选、错选均不得分。）
1． ABCDE 2. ABD 3. ABDE 4. ABCDE 5. ADE 7. ACD
8. BE 9. BC 10. CD
三、问答题
1． 简要介绍光栅显示器的工作原理及提高分辨率的方法。
答：光栅扫描式图形显示器是基于普通电视的工作原理。在CRT 中装有水平偏转线圈和垂直偏转线圈，分别产生一个水平磁场和一个垂直磁场，从而使电子束在通过磁场时分别产生水平扫描和垂直扫描效果。
光栅扫描系统按固定的顺序对屏幕进行逐行扫描，开始时调整垂直方向和水平方向的偏转极板使电子束定位在屏幕的左上角，让后继续改变水平方向的偏转电压，是电子束按水平方向进行扫描。当电子束到达扫描线的末端时，电子枪被关闭，垂直方向和水平方向的偏转极板在调整到对准下一条扫描的起始位置，电子枪发出电子束连续从左到
右扫描下去。这样周而复始，直到电子束到达屏幕的右下角为止，然后电子束重新定位到屏幕的左上角进行下一轮扫描。根据显示要求确定扫描线上某些点的亮/灭与色彩，从而产生由点构成的图形。
提高分辨率的方法：一、在水平扫描频率不变的前提下把扫描线的数量增加一倍，采用隔行扫描；二、采用逐行扫描提高水平扫描的频率。
2．以图示物体及坐标系为例，说明如何在显示器上形成该物体的轴测投影图，并写出每步所用到的基本变换矩阵。（其中显示器平面与XOY平面重合）
3．简述几何造型中边界表示法B-rep的基本思想。该方法中实体外表面几何形状信息数据有哪些？
4．简述数据库的概念就数据库系统的主要特征。
答：概念：为满足某一组织中多个用户的多种需要，在计算机系统上按照一定的数据模型组织、存储和使用的相互关联的数据集合，由一系列各种组织形式的数据文件组成。
数据库系统的主要特征：
5． 简述建立优化设计数学模型的基本步骤。
答：1．识别要确定的未知变量，并用代数符号表示他们。
2．识别目标或判别标准，并将其表示为要最大化或最小化的函数。
3．识别问题的约束或限制，并将他们表示成未知变量的线性或非线性的等式或不
等式组。
6． 简述梯度法的基本原理和特点。
四、计算题
1． 判断函数2221212()60F x x x x x x =-+++是否为凸函数。
2． 给定初始点(0)1,1x ??
=????
用共轭梯度法求2212()4F x x x =-的极小值，仅作一次搜索，求出共轭系数(0)
β。
3．用梯度法求下列无约束优化问题：MinF(X)=x12+4x22，设初始点取为X(0)={2,2}T，以梯度模为终止迭代准则，其收敛精度为5。
解：(1)求初始点梯度▽F(X)
▽F(X)={2x1,8x2}T▽F(X(0))={4,16}T
(2)第一次搜索
|▽F(X(0))|=,S(0)=- ▽F(X(0))/=-{,}T
α(0)=
X(1)=X(0)+α(0)S(0)={,}T
▽F(x(1))={,}T
|▽F(x(1))|=<
故满足要求，停止迭代。
最优点X*={,}T
最优值F(X*)=
《现代电路理论与设计》课程实验报告 实验名称KHN滤波器分析与设计实验日期2015-10-30 班级研15-2班学号2015200236姓名汪瑶 指导老师评分 一、实验内容 1、KHN滤波器电路组成 图8.1原理图 2.KHN滤波器转移函数及设计方程 图8.1所示电路的方程为 从V1处输出时是一个高通滤波器，从V2处输出时是一个带通滤波器，从V3处输出时是一个低通滤波器，其转移函数分别为 它们的极点频率w0和Q值都相同，分别为 各滤波电路的增益分别为 二、实验目的 （1）定性分析KHN滤波器的参数变化对滤波的影响； （2）帮助学生理解滤波器的分析设计过程。
三、实验过程 1、理论计算 为了方便分析计算 ①取C1=C2=C=10nF，R1=R2=R3=R4=R5=R6=R=10。0k ②由计算公式求得，wp=1000rad/s，Q=1， 2、仿真步骤 （1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。如下图8.2 所示： 图8.2仿真电路图 （2）设置仿真参数，如下图8.3所示： 图8.3仿真参数设置 运行仿真，得到如下图8.4所示： 图8.4V1，V2和V3输出波形图 （3）改变C1值。采用参数扫描方式，让C1的值从6n到14n，每2n取一次值。 设置参数扫描后的波形如图8.5所示，
图8.5改变参数C1的波形变化 （4）改变C2值。采用参数扫描方式，让C2的值从6n到14n，每2n取一次值。设置参数扫描后的波形如图8.6所示 图8.6改变参数C2的波形变化 （5）改变R1值。采用参数扫描方式，让R1的值60k到140k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如图8.7所示 图8.7改变参数R1的波形变化
单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的 序号填在题干的括号内。) 1. f(x)在区间［x 1,x 3］上为单峰函数，x 2为区间中的一点，x 4为利用二次插值法求得的近似极值点，若x 4-x 2＜0,且f(x 4)≥f(x 2)，则新的搜索区间为( D ) A. ［x 1,x 4］ B. ［x 2,x 3］ C. ［x 1,x 2］ D.［x 4,x 3］ 2.对于平面桁架中的杆单元，每个节点在整体坐标系中的位移分量个数为（B ） A1 B2 C3 D4 3.应用四节点等参数单元时，由整体坐标系到自然坐标系单元的映射关系是（C ） A 任意四边形→任意四边形 B 正方形→任意四边形 C 任意四边形→正方形 D 正方形→正方形 4.在任何一个单元内（ D ） A 只有节点符合位移模式 B 只有边界点符合位移模式 C 只有边界点和节点符合位移模式 D 单元内任意点均符合位移模式 4.若强度r 的概率密度函数为f r (r)=λr e r r -λ,则知其分布为（ C ） A 正态分布 B 对数正态分布 C 指数分布 D 威布尔分布 6.标准正态分布的均值和标准离差为（ D ） A μ=1,σ=0 B μ=1,σ=1 C μ=0,σ=0 D μ=0,σ=1 7.若组成系统的诸零件的失效相互独立，但只有某一个零件处于工作状态，当它出现故障后，其它处于待 命状态的零件立即转入工作状态。这种系统称为（ C ） A 串联系统 B 工作冗余系统 C 非工作冗余系统 Dr/n 表决系统 8已知方程组5611327121 2x x x x +=+=??? ()()12，用高斯消元法对式(2)进行向前消元一步运算后，结果为（ C ） A. -=245652x B. x x 122373+= C.-=85252x D. -=-243343 2x 9.Powell 修正算法是一种（ D ） A 一维搜索方法 B 处理约束问题的优化方法 C 利用梯度的无约束优化方法 D 不利用梯度的无约束优化方法 10.某产品的寿命服从指数分布，若知其失效率λ=0.002，则该产品的平均寿命为（C ） A.200 B.1000 C.500 D.2000 11.下列优化方法中，不需计算迭代点一阶导数和二阶导数的是（ B ） A 可行方向法 B 复合形法 C DFP 法 D BFGS 法 11.表示机电设备的一般失效曲线(浴盆曲线)中，偶然失效期的失效密度f(t)服从（ B ）
3.用梯度法求下列无约束优化问题：MinF(X)=x12+4x22，设初始点取为X(0)={2,2}T，以梯度模为终止迭代准则，其收敛精度为5。 1)求初始点梯度▽F(X) ▽F(X)={2x1,8x2}T▽F(X(0))={4,16}T (2)第一次搜索 |▽F(X(0))|=16.5,S(0)=- ▽F(X(0))/16.5=-{0.243,0.97}T α(0)=2.157 X(1)=X(0)+α(0)S(0)={1.476,-0.923}T ▽F(x(1))={2.952,-0.738}T |▽F(x(1))|=3.043<5.0 故满足要求，停止迭代。 最优点X*={1.476,-0.0923}T 最优值F(X*)=2.21 4.
5.
6. 用外点法求解约束优化问题： ()()12211221min ..0()0 f X x x s t g X x x g X x =+=-≤=-≤ ， 收敛准则：(1) ()0.10.01k k X X εδ+-≤=，约束容限＝ 解：（1）利用外点法惩罚法构造无约束优化问题 () ( ) 12()22()212121(min ,()() k k k x x X r x x r x x r x +??Φ=?++-+-??可行域内）（可行域外） （2）此例只是为了说明外点法的思路，用微分法求解上述无约束优化问题。 用极值条件求解： 在可行域内：偏导数不可能等于0，即可行域内无极值 在可行域外，令： ()2()11211 ()2122 14()2012()0k k k r x x x r x x r x x x ?Φ =+-+=??Φ =--=?
《现代设计方法》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。 一、计算题 1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε 3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。 4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε 5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε 6. 用梯度法求解无约束优化问题： 168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。 7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(= ，1.0=ε。 8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。 9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222 121+-+-=x x x x X f ，取初始点
现代设计方法试卷1及答案 一、单项选择题 1.属于无约束优化问题求解算法中的直接法是（ C ） A. 梯度法 B.牛顿法 C.POWELL法 D.变尺度法 2.按类型划分，惩罚函数法属于（ D ） A.一维优化方法 B.无约束优化方法 C.直接法 D.约束优化方法 3.对于只含有不等式约束的优化问题，满足每一个设计约束的设计点，称为 （D） A.边界点 B.非可行点 C.外点 D.内点 4.坐标轮换法以为搜索方向。（C） A.梯度方向 B.共轭方向 C.坐标轴方向 D.负梯度方向 5.一个多元函数F（X）在点X*附近偏导数连续，则该点为极小值点的充分条件是（ B ） A.▽F（X*）=0 B. ▽F（X*）=0,H（X*）正定 C. H（X*）=0 D. ▽F（X*）=0,H（X*）负定 6.在有限元分析中，将构件分割成单元的方法称之为( C ) A.有限化 B.单元化 C.网格化 D.分割化 7.平面问题的弹性矩阵与材料的（ D） A.弹性模量有关，泊松比无关 B.弹性模量无关，泊松比有关 C.弹性模量和泊松比都无关 D.弹性模量和泊松比都有关 8.当零件材料的强度均值小于应力均值时，零件的平均安全系数为n，等效概率为F，则（A ） A.n<1，F>50% B. n>1，F>50% C. n<1，F<50% D. n>1，F<50% 9.串联系统的失效模式大多服从（ D ）
A.正态分布 B.对数正态分布 C.指数分布 D.威布分布 10.抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小 时又有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度为（ C ） A. 0.006 B. 0.004 C. 0.01 D. 0.12 二、填空题 11.单元刚度矩阵具有对称性、 分块 性和奇异性。 12.机电产品零件失效曲线分为三个区域，分别为： 早期失效区域 、正常工 作区域和功能失效区域。 13.函数()223212221+-+=x x x x x F 在点（1，0）处的梯度为 [6,-2]T 。 14.组成并联系统的零件的可靠度与该并联系统的可靠度相比较， 并联系统 的可靠度高。 15.一批产品从投入运行到发生失效的平均时间称为 平均寿命 。 16.可靠度是对产品可靠性的 概率 度量。 17.设某系统由10个零件串连组成，每个零件的可靠度均为0.95，系统的可靠度为 0.599 。 18.根据处理约束条件的方式不同，求解约束优化问题的方法分为 直接法 和间接法。 19.根据是否满足约束条件可以将设计点分为：可行点和 不可行点 。 20.利用目标函数的一阶导数或二阶导数信息构成搜索方向的方法称为 导数法 。 三、名词解释 21、（定义）可靠度：指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率，用R 表示。 22、（定义）失效率：又称故障率，产品工作t 时刻时尚未失效（或故障）的产品，在该时刻
物理学院课程设计任务书 专业：学生姓名：学号：学生班级：题目：二阶带通滤波器的设计 指导教师姓名及职称张晓培 电子线路课程设计 题目: 有源带通滤波器 作者姓名：覃万晴 学号：
学院：机械与船舶海洋工程学院 专业：过程控制自动化 指导教师姓名：张晓培 2016年10月1日 二阶带通滤波器的设计 一、设计要求和意义 1）实验要求：中心频率为1KHZ 2）设计意义：近几年随着冶金、化工、纺织机构等工业使用的各种非线性用电设备而产生的大量的高次谐波，已导致电网上网正常波形发生严重畸变，影响到供电系统的电能质量和用户用电设备的安全经济运行。 3）随着生产技术方式的变化，生产力确实得到较大提高，可同时也受到方方面面的限制。如当人们做出了具体的制度设计需要付诸实践进行试验，试验过程中不可避免地会受到一些偶然随即因素的干扰，为评价新方案的效果，需排除这些随即因素的影响，即需要一个滤波器。经滤波以后对新方案的效果进行检验。 4）有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 5）利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 6）若将低通滤波器和高通滤波器串联，并使低通滤波器的通带截止频率fp2大于高通滤波器的通带截止频率fp1，则频率在fp1 三、计算题 101. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(min 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 1. 解：第一次缩小区间 043.1,146.1)03(382.0011==-?+=f x 459.2,854.1)03(618.0022==-?+=f x 由于21f f <，故新区间[][][]854.1,0,,2==x a b a 因为1.0854.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。 第二次缩小区间 令043.1,146.11212====f f x x 171.1,708.0)0854.1(382.0011==-?+=f x 由于21f f >，故新区间[][][]854.1,708.0,,1==b x b a 因为1.0146.1>=-a b ，所以应继续缩小区间。 第三次缩小区间 令043.1,146.12121====f f x x 346.1,416.1)708.0854.1(618.0708.022==-?+=f x 由于21f f <，故新区间[][]416.1,708.0,2 =x a 因为1.0708.0>=-a b ，所以应继续缩小区间。 102. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(min 2+=x x f ，给定[][]2,1,-=b a ，取1.0=ε 2. 解：第一次缩小区间 043.3,146.03382.0111==?+-=f x 459.4,854.03618.0122==?+-=f x 由于21f f <，故新区间[][][]854.0,1,,2-==x a b a 《现代电路理论与设计》课程实验报告 1、KHN滤波器电路组成 图原理图 滤波器转移函数及设计方程 图所示电路的方程为 从V1处输出时是一个高通滤波器，从V2处输出时是一个带通滤波器，从V3处输出时 是一个低通滤波器，其转移函数分别为 它们的极点频率w和Q值都相同，分别为 各滤波电路的增益分别为 二、实验目的 （1 ）定性分析KHN滤波器的参数变化对滤波的影响； （2）帮助学生理解滤波器的分析设计过程。 三、实验过程 1、理论计算 为了方便分析计算 ①取6= C2=C=10nF R仁R2=R3=R4=R5=R6=R=100k ②由计算公式求得，wp=1000rad/s，Q=1, 2、仿真步骤 （1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。如下图所示： 图仿真电路图 （2）设置仿真参数，如下图所示： 图仿真参数设置 运行仿真，得到如下图所示： 图V1 , V2和V3输出波形图 （3）改变C1值。采用参数扫描方式，让C1的值从6n到14n,每2n取一次值。 设置参数扫描后的波形如图所示， 图改变参数C1的波形变化 （4）改变C2值。采用参数扫描方式，让C2的值从6n到14n，每2n取一次值。设置参数扫描后的波形如图所示 图改变参数 C2 的波形变化 （5）改变R1值。采用参数扫描方式，让 R1的值60k 到140k ，每20k 取一次值。设置参数 扫描后的波形如图所示 图改变参数 R1 的波形变化 （6） 改变R2值。采用参数扫描方式，让 R2的值从60k 到140k ，每20k 取一次值。设置参 数扫描后 的波形如图所示 图改变参数 R2 的波形变化 （7） 改变R3值。采用参数扫描方式，让 R3的值从60k 到140k ，每20k 取一次值 设置参数扫描后 的波形如下图所示 图改变参数 R3 的波形变化 （8） 改变R4值。采用参数扫描方式，让 R4的值从60k 到140k ，每20k 取一次值 设置参数扫描后 的波形如下图所示 图改变参数R4的波形变化 （9） 改变R5值。采用参数扫描方式，让 R5的值从60k 到140k ，每20k 取一次值 设置参数扫描后 的波形如下图所示 图改变参数R5的波形变化 设置参数扫描后的波形如下图所示 图改变参数R6的波形变化 四、实验结果分析 由图可看出，KHN 滤波器可以实现高通滤波和带通滤波以及低通滤波三种滤波方式，我 们可以根据需要，选择不同的输出端口，来实现不同的滤波功能。 由图可看出，随着电容 C1的值由小变大，高通功能端口的输出波形， Q 值逐渐增大, 过度带减小明显；带通功能端口的输出波形， 中心频率逐渐减小， 通带宽变窄，且高频段变 化更为明显；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大， Q 值逐渐增大，波形的过 渡带明显减小。 由图可看出，随着电容 C2的值由小变大，高通功能端口的输出波形， Q 值逐渐减小, 的过渡带减小，且输出增益也是减小的。 10）改变 R6 值。采用参数扫描方式，让 R6的值从60k 到140k ，每20k 取一次值 过度带随之增大；带通功能端口的输出波形， 化更为明显；低通功能端口的输出波形，截止频率明显减小， 着增大。 由图可看出，随着电阻 化规律同改变 C1 相似。 由图可看出，随着电阻 化规律同改变 C2相似。 由图可看出，随着电阻 中心频率逐渐减小， 通带宽变宽，且低频段变 Q 值也逐渐减小，过渡带也随 R1 的值由小变大，高通，带通， R2的值由小变大，高通，带通, 低通功能端口的输出波形，变 低通功能端口的输出波形，变 R3的值由小变大，高通功能端口的输出波形， Q 值逐渐减小， 中心频率基本不变， 且输 Q 值逐渐减小，波形 过度带减小，且输出增益也逐渐减小；带通功能端口的输出波形， 出增益明显下降；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大， 浙江省1月自学考试现代设计方法试题及答案 浙江省 1月自学考试现代设计方法试题 课程代码：09323 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共30分) 1.对第Ⅱ象限中的一个点P 实施-?????? ? ???100010001坐标变换，则变换后P 点位于( ) A.Ⅰ象限 B.Ⅱ象限 C.Ⅲ象限 D.Ⅳ象限 2.滚筒式绘图仪上来自x 方向的脉冲信号使得( ) A.抬笔或落笔 B.笔架左右移动 C.滚筒带动图纸移动 D.停机和开机 3.图形变换矩阵T= 200020001??????? ???,则变换后的图形是原来的( ) A.2倍 B.1倍 C.3倍 D.4倍 4.扫描仪与主机接口，常见接口为( ) A.并行 B.RS-232 C.SCSI D.通信 5.用来定义用户在二维平面或三维世界中的物体，并符合右手定则的直角坐标系是( ) A.设备坐标系 B.世界坐标系 C.物理坐标系 D.规格化坐标系 6.CAD 支撑软件是在CAD 系统中，支撑( )进行CAD 工作的实用性功能软件。 A.用户 B.硬件 C.绘图机 D.打印机 7.对单凸物体进行面可见性测试，当外法线矢量N 和视线矢量S 的夹角( )时，面为可见的。 A.小于60° B.小于90° C.大于90° D.大于60° 8.数据库不但能为多个用户服务，而且能同时被多个用户使用，这种共享是( ) A.自动化的 B.并发的 C.智能化的 D.较大冗余的 9.标准件的图形构成分为4个层次，其中最基本的通用几何元素( ) A.G 类构件 B.K 类构件 C.B 类构件 D.A 类构件 10.在透视投影变换中，斜透视有( )个主灭点。 A.1 B.2 C.3 D.4 11.判断矩阵2014-???? ? ?，它应是( ) A.负定矩阵 B.正定矩阵 C.不定矩阵 D.对称矩阵 环境变量 一．用牛顿法求函数 2214121)2()2(),(x x x x x f -+-= 的极小值点坐标（迭代二次）。 解 初始点T x ]2,3[0 = 则初始点处的函数梯度、海森矩阵及其逆矩阵为 ?? ????=??????---+-=?42)2(4)2(2)2(4)(21213 1 0x x x x x x f ????? ?--=??????--+-=?844148442)2(12)(21 02x x f ???? ??? ???=?=487241241121 )]([1 02x f 代入牛顿法迭代公式，得 T x f x f x x ? ? ? ???=??-=34,38)()]([0 1 2 1 - ??? ?????=??????---+-=?02732)2(4)2(2)2(4)(212 1311x x x x x x f 代入牛顿法迭代公式，得 ?? ? ???=??-=26.152.2)()]([1 1 12 1 2 x f x f x x - 二、分析比较牛顿法、阻尼牛顿法、共轭梯度法、变尺度法和鲍威尔法的特点，找出前四种方法的相互联系。 比较牛顿法：牛顿法收敛很快，对于二次函数只需迭代一次便达到最优点，对非二次函数也能较快迭代到最优点，但要计算二阶偏导数矩阵及其逆阵，对维数较高的优化问题，其计算工作和存储量都太大。 阻尼牛顿法：可以看出原始牛顿法就相当于阻尼牛顿法的步长因子取成固定值1的情况。阻尼牛顿法每次迭代都在牛顿方向上进行一维搜索，避免了迭代后函数值上升的现象，从而保持了牛顿法二次收敛的特性，而对初始点的选取并没有苛刻的要求。 这类方法的主要缺点计算复杂，工作量大，要求计算机存储量大 共轭梯度法：共轭方向主要是针对二次函数的，但也可以用于一般非二次函数。共轭方向法是二次收敛的，计算程序简单，存储量相对较少 变尺度法：只需用到函数的一阶梯度；下降算法，故收敛全局；计算量小（不需要求矩阵逆）；一般可以达到超线性收敛（速度快） 鲍威尔法：多维无约束优化算法是在无约束优化算法之一，首先选取一组共轭方向，从某个初始点出发，求目标函数在这些方向上的极小值点，然后以该点为新的出发点，重复这一过程直到获得满意解，其优点是不必计算目标函数的梯度就可以在有限步内找到极值点。 三、已知约束优化问题minf(x)=(x 1-2)2+(x 2-x 1)2 武汉轻工大学 《现代设计方法》课程结业论文题目：现代设计方法在汽车设计中的应用 姓名 学号 班级 专业 院（系） 2017 年5月21 日 现代设计方法在汽车设计中的应用 宋家鹏 (武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉430070) 摘要：本文在分析汽丰设计方法发展的基础上，重点介绍了汽车设计中有待进一步推广应用的几种现代设计方法和技术。 关键词：现代设计方法;系统工程;模糊分析设计;计算机辅助设计(CAD) 0 引言 现代科学技术的发展对汽车的性能、可靠性、经济性等提出更高的要求同时也为汽车的设计、制造提供了改进和创新的设计方法。据统计，一般汽车的质量和性能有60%-70%取决于汽车设计。因此，在设计新产品时应研究和采用新的设计方法和技术，以适应现代汽车发展的要求。为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施，引发了“汽车现代设计方法”的研究。 1现代设计和传统设计的比较 传统的设计方法是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、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。而现代设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计方法和计算机设计为工具的系统设计。这种设计不但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，从而高效地设计出性能优良、经济效益显著的新型产品。目前，设计方法和技术正处于不断改善、不断创造的历史时期。可以预见，新的汽车产品将随着现代设计方法、技术和设计科学体系的完善而有新的突破。 2现代设计法的主要内容 现代设计法是在总结传统设计的经验与教训、吸收国外各设计流派的先进内容的基础上,以形态学为分类手段,以方法学为思想指导,具体形成以下十一论: 功能论:现代设计法的宗旨。是保证设计要求功能实现的方法论。 突变论:现代设计法的基石。是设计创新的基础,如创造性设计。 系统论:现代设计工作的前提。进行系统辩识、系统分析,如系统分析法、人机工程等。 信息论:现代设计的依据。进行信号处理,如信息分析法、技术预测法等。 对应论:现代设计的捷径。采用相似、模拟,如相似设计等。 优化论:现代设计的目标。如优化设计等。 智能论;现代设计的核心。发挥人的主动性,使用人工智能,促进设计自动化,如CAD等。 离散论:现代设计的细解。连续体离散求数值解,如有限元和边界元方法。 控制论:现代设计的深化。如动态分析设计法等。 模糊论:现代设计的发展。模糊性定量描述,如模糊综合评判和决策等。 艺术论:现代设计的美感。如造型设计等。 课程名称： 现代设计方法 一、 单选题 ( 每题1分，共10题，共10分，下列各小题备选答案中，只有一个符合题意的答案。多选、错选、不选均不得分 ) 1. 参数化绘图在定义图形时关键是利用了图形的（ ） A ．相似性 B ．多样性 C ．个别性 D ．特殊性 2. 下列设备不属于CAD 作业输入设备的，有（ ） A ．绘图仪 B ．键盘 C ．数字化仪 D ．光笔 3. 二维图形比例变换矩阵中?? ????=d a T 00，可有（ ） A.a=0,d=1 B. a=1,d=0 C. a=d=1 D. a=d=0 4. 内点罚函数法的特点是（ ） A.能处理等式约束问题 B.初始点必须在可行域内 C. 初始点可以在可行域外 D.后面产生的迭代点序列可以在可行域外 5. 对于极小化F(x)，而受限于约束g μ(x)≤0(μ= 0,1,2,…,m)的优化问题，其内点罚函数表达式为（ ） A.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ B.∑=+=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ C.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0m ax[)(),(μμ D.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0m in[)(),(μμ 6. 设F (X )为区间(0,3)上的单峰函数，且F (1)=2、F (2)=1.5，则可将搜索区间(0,3)缩小为（ ） A ．(0,2) B ．(1,2) C ．(2,3) D ．(1,3) 7. 标准正态分布是定义为（ ） A.μ＝1，σ＝0.5的正态分布 B.μ＝1，σ＝1的正态分布 C.μ＝0，σ＝1的正态分布 D.μ＝0.5，σ＝1的正态分布 8. 抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小时有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度是（ ） A.0.006 B.0.004 C.0.01 D.0.12 9. 当转换开关的可靠度为1时，非工作冗余系统的可靠度为R1, 工作冗余系统的可靠度为R2，则R1与R2之间的关系为（ ） A. R1＜R2 B. R1＞R 2 C. R1= R2 D. R1≤R2 10. 设试验数为N 0，累积失效数为N f (t)，仍正常工作数N s (t)，则存活频率是指（ ） A ．0) (N t N f B ．0)(N t N s C ．)()(t N t N f s D ．) ()(t N t N s f 贵州大学机械与自动化学院普通硕士研究生 《现代设计方法》考试试题 姓名：专业：研究方向：成绩： 一、填空题(每题1分,共15分) 1、现代设计所指的新兴理论与方法包括（现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术）等等。 2、优化设计是(以数学规划理论为基础，以计算机为工具，优化设计参数)的一种现代设计方法。 3、功能设计法的基本过程包括（任务抽象、功能分解、功能载体、载体组合、方案评价）。 4、功能分解的常用方法有（按解决问题的因—果关系，或手段—目的关系分解；、按产品工艺过程的空间顺序或时间顺序分解；）。 5、解决供求矛盾的措施有（互换性原理、组合机床、系列化、通用化、标准化）。 6、模块化设计可分类成（横系列模块化、纵系列模块化、跨系列、全系列模块化、跨类模块化）。 7、模块的划分将影响（模块通用性、产品性能、产品外观、产品成本）。 8、遗传算法是一种（模拟生物进化过程）的搜索算法。 9、遗传算法最常用和基本的选择方法（选择算子）是（适应度比例选择）。 10、遗传算法中采用罚函数法的目的是（对违背约束条件的情况给予惩罚，并将此惩罚体现在目标函数设计中。2.2）。 11、遗传算法常用的编码方法有(二进制编码二进制编码方法、格雷码编码方法、实数编码、多参数级联编码)等等。 12、神经网络的样本数据应包括（训练样本数据和检验样本数据）。 13、当神经网络的样本数据不在[0～1]范围内时，应对数据进行（归一化）处理。 14、前馈型人工神经网络包括（1、线性阈值单元组成的前馈网络2、非线性单元组成的前馈网络输入层、隐层和输出层）3章。 15、神经网络的学习规则有（Hebb学习规则、感知器（perceptron）学习规则、Delta学习规则、 现代设计方法试题 一、单项选择题(本大题共20小题。每小题1分。共20分) 1．CAD 一词已经成为世界通用的名词，它是指（ A ） A ．计算机辅助工程 B ．计算机辅助制造 C 计算机辅助设计 D ．计算机辅助工艺规程设计 2．实验测试了自变量为3，4，5，6，7，8时的函数值，现要用抛物线插值法计算处的函数值，选择下列哪组自变量及其对应的函数值进行插值计算较为合理（ C ） A ．3，4，5 B ．4，5，6 C ．5，6，7 D ．6，7，8 3．设备坐标系的维数一般为（ B ） A ．一维 B ．二维 C 三维 D ．四维 4．将平面图形沿X 方向平移10个单位，沿Y 方向平移15个单位，其坐标变换矩阵为（ A ） A ．??????? ???11510010001 B ．??????????--11510010001 C ．???? ? ?????101001500010D ．???? ??????10 10015000 1 5．在消阴处理中，进行极大／极小检验，如果两个物体的投影不满足极大／极小条件，则两个物体之间（ D ） A ．相互完全遮挡 B ．部分相互遮挡 C ．相互不遮挡 D ．遮挡关系不确定 6．若函数F(x)在Dl 上具有连续二阶导数(D 是Dl 内部的凸集)，则F(x)为D 上的凸函数的充分必要条件是F(x)的Hessian 矩阵（ C ） A ．半正定 B ．正定 C ．半负定 D ．负定 7．对约束优化问题，设计变量的选择（ C ） A ．可以在可行域中 B ．不允许在可行域中 C ．只允许在可行域中 D ．不一定在可行域中 8．要将一个有约束问题的求解转化为一系列无约束问题的求解，可以选择（ C ） A ．复合形法 B ．简约梯度法 C ．罚函数法 D ．共轭梯度法 9．在解决线性规划问题时，首选的优化方法为（ B ） A ．外点罚函数法 B ．单纯形法 C ．拟牛顿法 D ．变尺度法 10．当目标函势沩凸函数，约『束函彭嘣黜函数时，K —T 条件是约束优化问题取得极值的（ D ） A ．必要条件 B ．充分条件 C ．一般条件 D ．充分必要条件 11．有限元分析中，下列单元属于二维单元的是（ D ） A ．六面体单元 B ．四面体单元 C ．杆单元 D ．三角形单元 12．用有限元方法求解问题获得的解属于（ A ） A ．近似解 B ．精确解 C ．解析解 D ．半解析解 13．采用杆单元进行平面刚架有限元分析，杆单元的一端具有（ B ） A ．两个自由度 B ．三个自由度 C ．四个自由度 D ．六个自由度 14．某刚架单元两节点对应的总体编码为5和3，则局部座标系下的单元刚度系数k 在总体刚度矩阵中的位置为（ D ） A ．第5行第3列 B ．第14行第3列 C ．第5行第14列 D ．第14行第14列 1 5．在平面应变问题中，沿轴线方向（ C ） A ．应变、应力都为零 B ．应力为零，但应变不为零 C ．应变为零，但应力不为零 D ．应变、应力都不为零 16．若产品的平均寿命等于失效率的倒数则产品的寿命服从（ C ） A ．正态分布 B ．泊松分布 C ．指数分布 D ．二项分布 17．在平均安全系数不变的情况下，由于强度(或应力)的分散度增大会使零件的可靠度（ A ） A ．降低 B ．提高 C ．不变 D ．无法确定 18．当系统中任何—个零件发生故障都会导致整个系统失效，该系统是（ A ） A ．串联系统 B ．冗余系统 C ．表决系统 D ．非工作冗余系统 19．并联系统的可靠度比组成该系统的零件的可靠度（ B ） A ．底 B ．高 C ．相等 D ．不确定 20．产品工作到t 时刻后的单位时间内发生失效的概率称为（ D ） A ．平均寿命 B ．平均失效密度 C ．平均可靠度 D ．平均失效率 二、多项选择题(本大题共5小题。每小题2分．共10分) 21．下列设备属于CAD 的输入设备的，有（ BCE ） A ．显示器 B ．扫描仪 C ．键盘 D ．绘图仪 E ．光笔 22．通过矩形窗口与矩形视区的匹配，可以实现图形的（ ABD ） A ．放大 B ．缩小 C ．锗切 D ．摇视 E 平移 23．下列方法中属于利用目标函数的导数构造搜索方向的优化方法有（ BE ） A ．坐标轮换法 B ．梯度法 C ．单纯形 D ．Powell 法 E ．变尺度法 24．单元刚度矩阵具有（ ACE ） A ．奇异性 B ．正定性 C ．分块性 D ．稀疏性 E ．对称性 民办院校“电路分析”课程教学模式改革过程设计分析 基金项目：本文系河南省教育厅人文科学研究项目（项目编号：2013-GH-190）、黄河科技学院教育教学改革研究项目（项目编号：JM2012007的研究成果。 课程改革是教学工作的落脚点，是大学教学改革过程中的一项重要内容，它是实现大学人才培养目标的知识框架体系。人才培养的规格和模式最终需要通过课程体系的构建和教学来实现。任何一所名牌高校的课程设置，往往都有自己鲜明的特色，民办三本院校要想保有自己的特色，就必须从课程改革做起。“电路分析”课程是黄河科技学院（以下简称“我校”）电类各专业的重要技术基础课程，该课程的教学效果直接影响电类各专业后续课程的进行，进而影响着人才培养目标落实的程度。 “电路分析”是研究电路及其规律的一门学科，是电类各专业的重要技术基础课程，[1] 在我校面向电子信息工程、通信工程、测控技术与仪器和光电信息工程等专业开设，计划学时为84，理论讲授学时为64，实验学时为20。“电路分析”课程不仅是电类各专业学习后继课程的基础，也直接为解决电工电子工程中的实际问题服务，具有基础科学和技术科学的二重性，这种二重性决定了“电路分析”在电类各专业学生知识结构中的重要地位，在人才培养过程中起着十分重要的作用。[2] 一、现行“电路分析”教学中存在的问题现行的“电路分析”课程体系是学科性体系，注重科学化、理论化，分立元件电路系统，在这个体系下实施的课程教学往往只能讲到器件、电路，对电路系统的应用基本不涉及。目前，该课程教学基本能满足人才培养的需求，但对提高学生创新能力、适应快速发展的社会需求方面尚显不足，[3] 主要表现为几个方面。 1.培养实践能力的目标不明确 随着市场经济的建立和发展，社会对人才的要求发生了深刻的变化，高等工程教育也正在以注重专业教学和技能培养转向普遍的工程基础教育和智力开发。显然，过去那种重理论、轻实践的教学方法是适应不了这种新形势的。一个最现实的现象就可以说明这个问题。例如，虽然相关的理论知识是学过了，很多学生在实验中遇到电路问题仍然是无从下手，只能急于问老师。另外，现有的学时分配是理论64 学时，实验20 学时，共84 学时。教材内容多，总体学时少，与实验教学内容联系又不够紧凑，使教师对教材的处理及指导实践过程的难度加大。这些充分说明应该从教学计划、教学内容、教学方法等各方面做深入细致的分析，研究出相应的对策以改变现状。 2.课程内容体系重全面但细节不够突出现行的“电路分析”课程采用的教材是邱关源主编，罗先觉修订的《电路（第五版）》，该教材内容体系的完整性好，系统性强，力求概括现代电路理论的方方面面。但正是这种完整性凸显了该教材在知识点细节的处理上无法很深入，对于我校三本类的学生，使用该教材学习“电路分析”稍显吃 2018年自考《现代设计方法》试题及答案 填空题 1.弹性力学问题的有限位移法，包括三个步骤：结构离散法、单元分析、整体分析。 2.设计的发展分为四个阶段: 直观发展阶段、经验发展阶段、中间试验辅助设计阶段、现代设计阶段。 3.当前，CAD的应用主要有以下几个方面：工程设计与分析、几何造型、绘图、工程数据库和设计文档。 4.彩色:是指黑白系列以外的各种颜色，如各种光谱色均为彩色 5.所谓虚位移，是一种假想加到系统上，为系统的约束条件所允许的任意微小位移。 6.单元：即原始结构离散后，满足一定几何特性和物理特性的最小结构域。 7.求解一维目标函数f(a)的极小点和极小值的数值迭代方法称为一维搜索方法。 8.可靠性是指机械产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，是衡量机械产品质量的一个重要指标。 9.工业设计主要包括三个方面的内容：1)产品的设计，2)与产品有关的视觉传达设计， 3)由产品设计扩展开的环境设计。 0.产品设计相关因素涉及到功能，技术，审美三个方面的内容。它们是互相依存、互相制约、互相渗透，组成了一个矛盾的统一体。 11.工程数据处理的两种方法是：将设计数据转变为程序，利用数据库管理设计数据。 12.弹性力学平面问题的基本方程有三个：几何方程、物理方程、平衡方程。 13. 机电产品零件失效曲线分为三个区域，分别为：早期失效区域、正常工作区域和功能失效区域。 14.CAD是采用硬件与计算机软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析、文档制作等设计活动，是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用技术。 15.产品设计构思方法：自由构想法、系统构想法、.类比构想法。 16作用于物体的外力分为体积力和表面力，简称体力和面力。 17非彩色:指白色、黑色和各种深浅不同的灰色组成的系列，称为白黑系列。 18产品设计涉及到功能，技术，审美三个方面的内容。它们是互相依存、互相制约、互相渗透，组成了一个矛盾的统一体。 19黄金分割法又称0.618法，它是通过不断缩短搜索区间的长度来寻求一维函数f(X) 的极小点。 20失效率也称故障率产品工作到t时刻后，单位时间内失效的概率。 21.产品设计相关因素有：功能、技术、审美。 22.优化设计的数学模型由设计变量、目标函数、约束条件三部分组成。 23.传统的设计方法是静态的，经验的，手工的方法。现代设计方法动态的，科学的，计算机的方法(CAD，CAE等)。 24.把物体的形状及其属性转变为计算机的内部表示。对于机械CAD系统，几何造型是其核心功能。几何造型分为线框造型、曲面造型和实体造型。 25. 体力是分布在物体体积中的力，如重力和惯性力。 26、工业设计的目标：功能和美的统一。 27.弹性力学的有限元分析计算可分为三个步骤: 物体离散、单元分析、整体分析与求解 28.色度学是对颜色刺激进行测量、计算和评价的学科。 29.可靠度表示产品在规定的工作条件下和规定的时间内完成规定功能的概率 30.节点力：单元与单元间通过节点的相互作用力。 什么是CAD什么是CAD系统? 1CAD是指人们在计算机软，件硬件的辅助下对产品或工程进行设计、绘图分析，修改和编写技术文件以及显示、输出的一种设计方法。2CAD S 统一般把应用于CAD乍业的计算机.软件.及外围设备总称为CAD S统. 2 ?为什么CAD S统大都采用人机交互方式工作？ CAD不是完全的设计自动化。实践经验证明，完全的设计自动化是非常国难的。CAD是将人的主导性与创造性放在首位，同时充分发挥计算机的长处，使二者有机的结合起来．从而提高设计质量、缩短设计周期，降低设计费用。因此，人机交流以及人机交互工作方式是 CAD S统的显著特点。 3.CAD技术在机械工业中有那些主要应用？结合你用过或见过的“ CAD勺应用” 举一例说明答：CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几方面：(I )二维绘图 (2)图形及符号库 (3)参数化设计 (4)三维造型 (5)工程分析(6)设计文档及生成报表例：比如，现代数控加工程序的编制 4与传统的设计方法相比较，CAD技术的主要特点有那些？ 答: CAD技术的主要特点有以下几个方面：.(I )制图速度快(2 )图样格式统一，质量高，促进设计工作规范化、系列化和标准化。(3)提高分 析计算速度、能解决复杂的设计计算问题。 (4)易于技术资料的保存和查找，修改设计快，缩短了产品的设计周期。 (5 )设计时可预估产品性5?结合实际应用说明CAM作过程? 答：例如利用CAD S计一个零件的过程：(I )定义产品的几何模型，进行零件的形体设计，一般用实体造型的方法建立零件的立体图。 (2)转换为具体的数据 (3)根据后续工作抽取模型中的数据进行处理 (4)进行工程分析及计算(5)进行详细设计 (6)编制全部设计文档，输出工程图。 6从硬件配置方面看，CAD S统大致可分为几种类型？每种类型的特点如何？答：根据CAD S统中配配的计算机硬件进行分类，这是目市最常用的分类方法 (l )集中式主机系统。该系统由一台集中的大型机(或中型、小型机) 与若干图形终端连接而成。优点：有一个集中的数据库统一管理所有数据缺点：①由于所有软件都存在主机里，一旦主机失误？将影响用户的工作②当计其量过大时，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待现象。早期的CAD系统大多属于这种类型。(2 )分布式工程工作站系统。工程工作站系统本身就是一个独立的单用户 CAD S统，也可以以一台主服务器为中心将若干台工程工作站或微机联成网络。这种 CAD系统的图形功能强，速度快，内存、外存容量大，是从事 CAD课题的首选设备(3)微型计算机．系统：计算能力和图形 现代设计方法 一．选择题 1. 机械设计的一般程序，应该是（ C ）。 A) 设计规划、技术设计、方案设计、施工设计 B) 技术设计、设计规划、方案设计、施工设计 C) 设计规划、方案设计、技术设计、施工设计 D）设计规划、方案设计、施工设计、技术设计 2. 功能分解的结果有两种表达方式，其中，（ B ）在形式上比较简单、直观，可以清晰地表达各分功能的层次关系，而（ A ）则能够更充分地表达各分功能之间的相互配合关系。 A) 功能结构图B) 功能树 C) 功能元D）核心功能 3. 布置传动系统时，一般把转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构等）布置在传动链的（），与执行机构靠近，这样安排可使传动链简单，且可减小传动系统的惯性冲击。 A) 低速端B) 高速端 4. 室内工作的机械选择（ B ）作为动力机不太合适。 A）电动机B）内燃机 C）液压马达D）气动马达 5. 执行系统中直接完成工作任务的零部件是（ A ）。 A. 执行构件 B. 执行机构 6. 考虑力流的合理性时，以下的结构设计中（ A ）比较好。 A) B) 7. 平面应力问题的几何和受力特点是（ D ）。 A) 薄板问题、应力是平面的。B) 薄板问题、应变是平面的。 C) 坝体问题、应力是平面的。D) 坝体问题、应变是平面的。 8. 可靠度R(t)与不可靠度F(t)之间的关系通常是（A ） A) R(t)·F(t) = 1 B) R(t) – F(t) = 1 C) R(t) + F(t) = 1 二．判断题： 1. 一个机械系统通常由动力系统、执行系统、传动系统、操纵控制系统、架体支撑系统几部分组成。（ F ） 2. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。（ T ） 3. 应用有限元法求解复杂的实际问题，得到的不是精确解。（ F ） 4. 在建立优化设计的数学模型时，其不等式约束的个数u必须小于设计变量的维数n。（） 5. 设计可行域指设计空间中满足所有等式约束条件的空间。（ F ） 6. 可修复产品的平均寿命用MTTF表示。（ T ） 三．简答题 1. 试论述机械系统总体方案设计的概念、基本内容和一般过程。 机械系统总体设计是指从全局的角度，以系统的观点，所进行的有关整体方面的设计。 基本内容：机械系统功能原理方案设计、总体布局、系统的主要参数确定及系统的精度等内容。 总体设计程序为：明确设计思想→分析综合要求→决定性能参数→调研同类机械→拟定总体草图→方案对比定型→编写总体设计论证书。 2. 举例说明执行系统的主要计算参数如何决定。 根据功能原理方案，由执行系统的功能来决定。 例：功能为分度或转位，则计算周期、分度角等；功能为抓取，则计算抓取物的尺寸、抓取力等；利用杆机构，则各杆长的计算等等。（举例部分非标准答案，可举你最熟悉的设备的计算实例） 3. 详细说明机械结构设计应遵循的三项基本原则。 答案】自考《现代设计方法》试题及答案
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