③统一的产品信息模型
统一的产品信息模型是实施并行设计的基础，产品设计过 程是一个产品信息由少到多、由粗到细不断创作、积累和完 善的过程，这些信息不仅包含完备的几何形状、尺寸信息， 而且包含精度信息、加工工艺信息、装配工艺信息、成本信 息等。二维几何模型显然不能满足这一要求，仅包含几何信 息的三维模型也不能满足这一要求。因此，并行设计的产品 信息模型应能将来自不同部门、不同内容、不同表述形式、 不同抽象程度、不同关系、不同结构的产品信息包容在一个 统一的信息模型之中。质量、降低设计制造成本，而逐步形 成和建立起来的新的设计思想和策略方法。
为了缩短产品开发时间，人们首先从“硬件”入手：通 过装备更先进的加工设备来提高加工效率，用计算机代替人 工设计来提高设计效率。在取得了预期的效果后，人们又进 而认识到：要想大幅度地缩短产品开发时间，还要从研究和 改进产品开发过程本身入手，建立新的产品开发策略思想。
什么是模块?所谓模块，指一组具有同一功能和接合要素 （指联接部位的形状、尺寸、联接件间的配合或啮合等）， 但性能、规格或结构不同却能互换的单元。
机床卡具、联轴器可称为模块，有些零部件如插头、插座， 广义上也可称为模块，但不如称为标准件更好。在模块化设 计中，也用到大量的标准件，但模块多指标准件之外、仍需 被设计而又可以用于不同的组合、从而形成具有不同功能的 设备的单元。
模块化设计，指在对产品进行市场预测、功能分析的基础 上，划分并设计出一系列通用的功能模块；根据用户的要求， 对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能、或功能 相同但性能不同、规格不同的产品。这种设计方法称为模块 化设计。
（2）模块化设计的主要方式
① 横系列模块化设计。不改变产品主参数，利用模块发 展变形产品。这种方式是易实现，应用最广。通常是在基型 品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。
美 国 麻 省 理 工 学 院 首 先 提 出 了 “ 精 益 开 发 （ Lean Development）”的思想。以后在1992年6月日本东京CIRP 国际会议上提出“并行工程”（Concurrent Engineering或 Simultaneous Engineering）的概念。近年来，又进一步拓展 为“快速产品开发（Rapid Product Development）”。
④具有人工智能处理不完备、不确定信息的功能
因为产品设计过程是一个产品信息由少到多、由粗到细的 过程，因此在设计初期，有关产品的信息往往是不完备，甚 至是不确定的，同时，在产品设计的全过程中，要处理的信 息是多种形式的，既有数字信息，又有非数字信息；既有文 字信息，又有图像信息；还要涉及大量知识型信息（概念、 规则等）。因此，并行设计系统一定要具有能处理以上这些 信息的人工智能。
⑤基于时间的决策
设计的过程是优化决策的过程，实施并行设计的首要目的 是大幅度缩短产品开发周期，因此要通过一系列的优化决策， 组织、指导并控制产品开发过程，使之能以最短的时间开发 出优质的产品，实践证明：面对多个方案，特别是其属性 （评判指标）多于4－5个时，完全依靠人为的“拍脑袋”已 很难作出正确的决策。因此，要应用多目标优化、多属性决 策方法作为其决策的方法。
⑦开放式的系统界面
并行设计系统是一个高度集成化的系统。一方面应具有优 良的可扩展性、可维护性，可能按照产品开发的需要将不同 的功能模块组成完成产品开发任务的集成系统；另一方面， 并行设计系统又是整个企业计算机信息系统的组成部分，在 产品开发过程中，必须与其他系统进行频繁的数据交换。因 此，开放工的系统界面对并行设计系统是至关重要的。标准 化的数据交换规范，如数据交换文件（ Data Exchange File － － DXF ） 、 交 互 式 图 形 交 换 标 准 （ Interface Graphic Exchange Standard－－IGES）、产品建模数据的交换标准 （Standard for Exchange of Product Modle Data－－STEP） 等，以及大容量高速度的数据交换通道，如局域网（Local Area Network － － LAN ） 、 综 合 业 务 数 据 网 （ Integrate Specialized Data Network－－ISDN）、宽带ISDN等，是构 造开放式界面的关键技术。
授课内容
本课程主要讲述遗传算法和人工神经网络。由于遗传算法 和人工神经网络的程序都是用Matlab语言编写的，因而安排 了部分学时简介Matlab语言。
本课程 各部分及其学时分配如下：
绪论 MATLAB简介 GA及程序设计 ANN及程序设计
6
6
21
21
授课方式 本课程是理论和实践性极强的课程，因而除了介绍理论
（2）并行设计的技术特征
① 产品开发过程的并行重组
产品开发是一个从市场获得需求信息，据此构思产品开发 方案，最终形成产品投放市场的过程。虽然在产品开发过程 中并非所有步骤都可以平行进行，但根据对产品开发过程的 信息流分析，可以通过一些工作步聚的平行交叉，大大缩短 产品开发时间。
②支持并行设计的群组工作方式
2、功能设计：
（1）功能设计的概念
设计工作的核心问题是功能问题。什么是功能？
功能是对技术系统或产品能完成的任务的抽象描述，是 反映产品所具有的特定用途与各种特性。
一个系统可以分解为一些子系统，它的出发点就是功能 和功能分解。由于要解决的问题的复杂程度不同，一个系统 所出现的功能就有不同的复杂程度，那么可以将复杂的功能 分解成为若干个复杂程度比较低的、可以看清楚的分功能。
可信性设计包括：可靠性设计、安全设计、动态分析与 设计、防断裂设计、疲劳可靠性设计、减摩耐磨设计、防腐 蚀设计、健壮设计、耐环境设计、维修性设计和维修保障设 计、测试性设计、人机工程设计。
1.1.4现代设计方法中几个学科简介
1、并行设计
（1）并行设计概念
质量、时间和成本是衡量产品开发成功与否的核心因素。
② 纵系列模块化设计。在同一类型中对不同规格的基型 产品进行设计。主参数不同，动力参数也往往不同，导致结 构形式和尺寸不同，因此较横系列模块化设计复杂。
③ 横系列和跨系列模块化设计。 ④ 全系列模块化设计。 ⑤ 全系列和跨系列模块化设计。
4、面向对象的设计
（1）基本概念
面向对象的设计是利用面向对象的产品定义模型来实现软 件系统设计的一门技术。 面向对象的产品定义模型指集成了产品设计信息和制造信息 的产品定义模型。
分功能是总功能的组成部分。一般不把功能分得过细， 而是分解到功能单元的水平上。
设计中对功能的要求是第一位的，用户购买产品时要求 的不是产品的本身，而是产品所具有的某种需要的功能。因 此，在设计的全过程中努力追求产品功能的最佳实现。
（2）功能设计的步骤
功能设计是工程设计中探求原理方案的一种有效方法， 它以系统工具为基础，从功能分析着手，其步骤如图1-3所 示。
1.2优化设计概述 1.2.1什么是优化设计 1.2.2优化设计的数学模型
1.3遗传算法概述 1.4人工神经网络概述
1.1现代设计
1.1.1设计的概念
广义的概念：指发展过程的安排、包括发展的方向、程序、细节及 达 到的目标.
狭义的概念：将客观需求转换成满足该需求的技术系统的活动.
1.1.2现代设计的概念
明确任务
抽象
求总功能
分解
求分功能
搜索
求分功能解
组合
系统原理解 评价
最佳原理解
黑箱法 功能结构 作用原理 横幅箱图 评价法
图1-3 功能设计的步骤
点钞
总功能层
吸钞
送钞
计数
分功能层
真 搓搓 转机 空 轮纸 塔械
电 子
功能实现层
图1-4 点钞机功能分解
3、模块化设计
（1）模块化设计的概念
为开发具有多种功能的不同产品，不必对每种产品施以 单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式的 组合来构成不同产品，以解决产品品种、规格与设计制造周 期、及成本之间的矛盾，这就是模块化设计的含义。
模块化设计与产品标准化设计、系列化设计密切相关， 即所谓的“三化”。“三化”互相影响、互相制约，通常合 在一起作为评定产品质量优劣的重要指标。到本世纪50年代， 欧美一些国家正式提出“模块化设计”概念，把模块化设计 提到理论高度来研究。目前，模块化设计的思想已渗透到许 多领域，例如机床、减速器、家电、计算机等等。
现代设计方法
现代设计方法是机械设计及理论专业、机 械制造及自动化专业的专业课程。
本课程简要介绍了现代设计方法的相关学 科，重点介绍了遗传算法、人工神经网络及其 程序设计，使读者能够在扩大视野的同时掌握 遗传算法和人工神经网络的具体实施和应用， 为下一步论文阶段选题和具体实施打下基础。
本课程的特点是轻深奥理论、重实战操作。 课程结束时，每一个学员能够拥有一套自己编 制的软件、或者能够熟练应用现有软件。
现代设计是过去传统设计的延伸与发展。由于科学进步的速度日益 加快,特别是计算机的高速发展，人们可以进行过去长期以来难以想像的 综合集成设计计算，使设计工作发生了质的变化，产生了飞跃。
1.1.3现代设计方法
本世纪60年代开始，设计领域相继出现了一系列新型理论与方法。为 区别于过去常用的传统设计理论与方法，把这些新兴的理论与方法通称为 现代设计方法。
从广泛的角度来分类，将现代设计方法学、计算机辅助 设计技术、可信性设计、设计试验技术统称为现代设计技术。
其中：
现代设计方法学包括：并行设计、系统设计、功能设计、 模块化设计、价值工程、质量功能配置、反求工程技术、绿 色设计、模糊设计、面向对象设计、工业造型设计。
计算机辅助设计技术包括：有限元法、优化设计、计算机 辅助设计、模拟仿真和虚拟设计、智能计算机辅助设计、工 程数据库。
功能设计紧紧抓住系统功能这个本质，具有化繁为简、 原理解答多、最佳解答多中选优等特点，是一种较好的原理 方案设计的方法。