《现代设计方法》2014考题及答案

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1、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、

2、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01范围内时，

3、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、Widrow-Hoff 学习规则)2 章。二、选择题(每题 1 分,共 10 分)1、在遗传算法中，若两个个体的二进制编码为 01111、11001，以这两个个体为双亲，随机地选 一个交叉点(如第二点)，交叉点后的基因链码相互交换，从而产生两个新个体作为后代。两 个新个体为： A A. 01001，11111B. 01101，111011

4、C. 01111，111001D. 01001，111102、 在遗传算法中，若群体规模为N=50，变异概率为p =0.02，变异的个体数为：B mA. 0 B. 1 C. 2 D. 33、在遗传算法中，若四个个体的初始适应度分别为f 01二99,f o2二18.45,f o3二77.88,f二91.39，则第 1 个个体在新一轮选择中被选中的概率为： A A. 34.53B.38.53C.31.3 2D. 39.534、 在遗传算法中，将极小化问题转换成极大化问题采用的变换是： DAA. Cmax-f(X) B. Cmax+f(X) C. Cmin-f(X) D. Cmin+f(X)5、人工

5、神经网络的隐层神经元数目越多，则在一定的训练次数下，训练误差一般：DA. 越小B. 越大C. 不变D. 不一定6、当人工神经网络的训练样本数据含有噪声时，当训练误差越小时，泛化误差一般：BA. 越小B.越大C.不变D.不一定7、单层前馈网络的转移函数采用线性阈值函数时称为：AA.单层感知器B.多层感知器C.单层BP网络8、人工神经网络学习的目的是：AA. 调整权值B.调整网络结构C.调整输出结点数9、 人工神经网络的误差指：A A. 输出的实际与理想值之差B. 权值在相邻两次调整前后的差值C. 输入的实际与理想值之差10、全局误差最合理的定义是： C 第三章A. E 二丄乞工(d 一 y )2

6、rms pm 入jp jpv p=1 j =1=E=-为为(d - y )p 2jp jp=1 j =1P =1C. Ermsrel丄：艺工(d y )2pm .jp jpp=1 j=1込(dj - dm)j =1三、简答题（55 分）1.优化设计的数学模型通常表示为何种形式？（5分）答：优化设计，就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优化设计方法是一种规格化的设计方法，它要求 1 将设计问题按优化设计所规定的格式建立数学模型 2 然后选择合适的优化方法及计算机程序， 3 最后再通过计算机的计算获得最优解 标准格式:mm.X = x , x，,x t12nF

7、(X)X G D G Rng (X) 0ih (X) = 0j(j = 12，p2.什么是概念设计？其重要性何在？为什么新产品开发都需要概念设计这一环节？ （6分）在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计。特点：由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具体、最具创造性的的工作。重要性：概念设计阶段确定的原理方案，不仅决定了设计的成败，也确定了机器成本高低，而这种成本，是无法通过详细设计阶段加以纠正的。指产品形状、功能和特性的描述及实现，描述了设计目标的基本方向和轮廓；各原理部件在空间或结构上的组合形式；强调原

8、理层面上反映功能，但不是直接用于生产、营销、服务的最终产品。如：概念汽车，就是用样车的形式体现汽车的形状、功能和特性，同时传递了设计者的设计理念。3.概念设计与方案设计是否指同一个设计？试举一例说明。（5分）从发现和分析用户需求开始，到获得产品实现方案的整个过程，包含四个模块需求设计：市场调查f需求分析f需求分类f设计任务书功能设计：设计任务书f功能定义原理设计：功能f功能载体方案设计：功能载体f载体组合f组合评价f最佳组合概念设计的前阶段重点进行创新思维，决定创新性:概念设计的后阶段重点进行收敛思维，也就是方 案设计、决定了可行性。概念设计的过程包括确定设计目标、构思设计理念、形成实施方案。

9、 概念设计与方案设计是一个复杂的创造性思维活动过程，它们的本质是创新。通过概念设计与方案 设计可以创造性地满足人们的需求，甚至创造出新的需求、从而极大地增强产品的竞争能力。概念 设计处于产品设计、工程设计整个设计进程的初期阶段。这一阶段工作很大程度上决定着产品的性 能、质量、价格、市场响应速度和效益等。概念设计,包括确定设计的目标、构思设计的理念、形成实施方案等的工作过程。概念设计的过程 是一个从无到有、从模糊到清晰、从抽象到具体的创新过程。方案设计是概念设计后阶段的重要设计过程，它的目标是实现设计理念、工作原理、功能的设计方 案4根据功能定义的方法与技巧，给出核桃壳果仁取出机的两种功能定义，

10、并对其进行评述。（6分） 参照第二篇例：核桃壳取出果仁的机器功能载体功能定文匹配组合产品功能砸：利用重力 夹：杠杆施压（核桃夹子）砸壳外部加压彳压，螺旋压力机施压冲击：水力冲击I射击：把核桃作为筑子弹”射向硬靶分离壳与桃仁侧向思维使壳变脆：让壳变脆易碎把壳溶解：溶壳而不溶核桃内仁逆向思维j钻孔加压1整体加压:向壳内充气撑破外壳外压聚减,内压撑破外壳技巧:功能定义尽量抽象化功能定义一定要揭示功能最本质的东西乜功能定义越抽象，创造思维的空间越大。功能定义尽量定量化功能定义中的名词部分尽可能具体，有利于定量 分析.5通用化与模块化的区别是什么？试举一例说明（5分）。第三篇1可以说，系列化、通用化、标

11、准化育了模块化一一共同出发点都是用较少的产品、零部件，满足市 场对品种和规格的要求。其中：通用化孕育了模块化的思想但：通用化丰模块化通用化强调共用概念;模块化强调共用概念、替换概念模块结构具有通用性或兼容性,并可构成系列。这正是模块与一般部件的区别,或者说模块具有标准 化的属性,它是标准化的、通用化的 6模块化设计的一般流程是什么？ （5 分）第四童模块化设计的一般流程及应用举例4- 1模块化设计的一般流程准备与规划基型产品设计|百討 O 基型产品试制存=斜变形产品设计K市场调查与用户需求分析2产品系列型谱制定3参数范围制定修改屯翊忌试繭K产品的原理方案设计*2v产品的总体布局设计*3.功能分

12、解与模块划分纸模块参数计算与优化I5v模块结构设计6、模块间接口设计入模块组合及评估市场调查与分析，模块化设计成功的前提;(2) 对产品进行系统描述和功能分析,拟定产品系列型谱;(3) 确定参数范围；(4) 确定模块化设计类型，划分模块；(5) 建立模块,包括基本模块，替换模块等，形成模块库；(6) 选择模块，组合成产品，评价模块化产品。简述功能模块与功能部件之差异。(5分)第三篇21、功能部件是能够完成一定功能的可独立装配的部件，是机械产品结构设计中由分解的产品功能 对应的相对独立的单元2、模块强调功能的独立性，而部件强调结构的完整性3、模块比部件更容易细化一一这是由于模块的层次化决定的。8

13、.在人工神经网络的训练中，已知一训练样本集为：X=1 2 3 4； 4 5 6 8； 7 8 9 6，T=4 7 9 3。请 回答(6分)：输入输出各为几个变量？该训练样本集中共有几个样本对？并指出输入输出的对应关系。三个输入，一个输出 9.遗传算法中，有一整型变量，其上下界为Xmax, Xmin=5, 1。计算二进制编码时串位长L。请 给出两种处理多余码或不足码的方案。（6分）:=1: 15! ?! Umin-1. Umas-5，斥几刃丈足整型交量：则编码箱度占-1，i九1 = 5,片亠 即表示圧茲值八数更月3位长的二进制串才能表示.但注意到2 =才=，即3桓长的二进制串忌共可表示&个数，而

14、实际只有5个数 需要表示这就出现了母个多余臥 换言之.有3个二进制串将參金出来。解诀的方法有两个：O调整上界对整型斐量6-1.代入公式2!- ).-1 = 5i 殳出.=J ,现在由现在由-阶Xmin-1,反求岀Xina3i=8J因此将上界调到陷方链保证5 =1.用A3的二进制表示时无多金码，但这样处理江征使菠得的解超出了原问 题愉疋的可行区间*调輕对应关系a既要既保证苗!与的二进制表示时无多余码,冥妾保证上下界不变,只有人为地把问題空间的变量可选择数 増加到/ = 23 = 8个,或者说将3个表达空间的多余码在问题空间内找3个可选择的数与之对应，这样处理意 味着有些点可童S?先译，浪是一种盯

15、应乂丢。原对应关系新增对应关系各剽弋WUmiiiVmin-6Unwi-25Umin+55UtiaxUfliitiUmin+6Umax问题空问可迭点工12341d表达空间对应串000Q01010Oil1.0010111011110.遗传算法中进行二进制编码时，对离散变量及连续变量，二进制数的串位长L均采用下列公式计算：2l n匹产2+1。简述公式可以通用的理由。（6公式的推导：0mm11 1 111/ / /f i1 !_jUknli01 2一进制数轴X 0 = 01111(151 X o = 0(00001),麗(0 = 0(019),虜00 =112233000117）,计算每个个体的初始适

16、应度11.有一函数为f （x） = x2，群体规模为N=4，假设随机生成的4个初始个体的二进制码为:及其再生概率。(6分)f )= 152 f2X )= 1 f3 )= 92 f4 )= 172P =i f + f + f + f1234三、论述题（20分）1、一些企业开发产品时，时常在产品中设置一些多余功能。试分析其原因，并从技术、经济、满 意度的角度分析多余功能的利与弊。（10分）多余功能可以满足一部分消费者的特殊功能要求，把一些功能集成在同一个产品上，对于需要这些 功能的消费者来说，能节约资源，节约成本，但对一些只需要产品的主打功能的消费者来说，就绑 架了他们的消费选择，逼迫他们选择自己

17、不需要的功能，为多余功能增加的成本买单。2、简述模块化设计的意义。结合所在的企业研究开发的产品、或熟悉的产品，谈谈如何进行模块 化设计。（10分）在追求个性和时尚的时代,人们对事物的要求都需要体现自己的个性,房子要依据自己的风格去装饰, 对家具生产者来说这是一个大的挑战。在这种大环境下,家具的模块化设计成为一个绝佳的选择,生 产者制造出一些功能模块和连接材料,客户根据个人的风格需求将标准组件组装成适合自己性格特 征的家具。将家具设计成模块,不仅可以满足客户多方面的要求,同时也加强了企业自身对市场的反 应灵敏度,节约了成本详细来讲,家具的模块化设计是从三个层次展 的 第一层次:家具模块化的总体设计。本阶段是对系统进行总体策划,设计模块化的具体范围。家具模 块化的总体设计,是整个设计实现的基础。第二层次:家具的模块设计。这个层次在整个设计中起着承上启下的作用,是家具模块化设计具体化 的重要过程。此环节的直接影响最终设计效果。第三层次:家具模块化产品设计。选择模块、组合模块、评价合理性是此阶段的主要内容。 从这三个层次你会发现,模块家具的设计是由总体到局部 ,由上部到底层的顺序结构,而且每个层次 紧密联系,环环相扣。