2005年考试科目与内容
机械设计学会
2005-3-21
考试科目与内容
一、《现代机械设计方法》
内容：创新设计、机械动态设计、有限元分析、稳健设计、优化设计和可靠性设计。
二、《机电一体化系统设计》
内容：机电一体化系统设计的基本原理与方法、机械一体化系统数学模型、机械传动及其驱动系统设计、传感器与检测系统、工业控制计算机及其接口设计、典型机电一体化系统。
三、《计算机辅助设计与制造》
笔试内容：计算机辅助设计技术、三维几何造型技术、CAPP技术、CAM技术、产品数据管理PDM技术。
机试内容：计算机辅助设计与制造相关软件的应用。由机械设计学会指定的考试点根据自身的计算机软硬件条件在下列软件范围内任选两种（ANSYS、MSC、Software、Relex、ProFES、RelFMECA、CBT/NOVA、新洲软件、开目软件、CATIA、Sdidwork、Cimatron）。
注：考试统一使用机械设计学会编写的机械设计工程师资格考试培训教材：《现代机械设计方法》、《机电一体化系统设计》、《计算机辅助设计与制造》及针对上述三门考试科目的学习要求与重点所编写的考试复习大纲。未例入本次考试而在教材中有的内容可作为一般了解的内容来学习。
考试复习大纲
《现代机械设计方法》
第1章绪论
了解设计的定义及其分类、现代机械设计理论与方法学科的研究领域。
第2章产品生命周期设计
（1）产品生命周期设计的基本概念。了解产品生命周期和产品生命周期设计的内涵及其组成。熟悉产品生命周期设计的基本特点。
（2）面向材料选择的设计技术。了解绿色材料的基本概念。了解绿色材料的评价方法和选用方法。
（3）面向产品质量的设计技术。了解产品质量设计的基本概念、质量设计模型以及其主要设计方法及评价方法。
（4）面向环境的设计技术。了解面向环境设计的基本概念。熟悉拆卸设计、回收设计和维修设计的定义、分类及设计基本原则。
（5）产品生命周期设计的评估。了解产品生命周期设计的基本概念和评估方法。
第3章创新设计
（1）创新设计的概念。了解设计理论的分层、创新设计的特点和创新设计的过程。
（2）产品设计中的冲突。了解工程设计中的冲突。掌握TRIZ的冲突分类。熟悉技术冲突的通用化和标准化的方法描述。
（3）冲突解决原理。熟悉发明原理。掌握冲突矩阵和技术冲突问题的解决过程。
（4）物理冲突解决原理。了解物理冲突的类型。熟悉并掌握分离原理及其与发明原理的关系。
第4章机械动态设计
（1）引言。了解机械动态设计的含义及其关键技术、发展现状。
（2）机械结构振动理论基础。了解机械振动概念和分类。熟悉并掌握：①单自由度振动系统含义，阻尼机理。初始条件下单自由度系统自由振动分析，弱阻尼振动的减幅率。受迫振动的三种激励形式，单自由度受迫振动的稳态响应解，幅频特性、相频特性。非简谐振周期性激励、非周期激励的处理思想。②多自由度振动系统运动方程的建立方法，运动方程的矩阵表示。固有频率的解法、主振型和方程解耦的基本概念，比例阻尼。③非线性振动系统的含义。负阻尼。非线性振动系统的典型性质。非线性振动求解分析方法概述。
（3）机械结构动力学建模与参数识别。了解有限元动力学建模方法，理解机械结构动力学建模的一般方法。熟悉并掌握：①实验模态分析建模方法含义，模态分析基本概念，模态缩减的含义，模态分析中的阻尼问题。机械结构频响函数与模态参数的关系。②实验模态建模主要步骤，结构激振、信号处理、频率响应函数估计的含义，模态参数识别的含义。模态参数的频域识别法、时域识别法的含义。单模态拟合法和多模态拟合法的区别
（4）机械结构动力学修改与动力学优化设计。理解并掌握结构动力学修改概述。结构动力修改的灵敏度分析的含义。结构动力修改的矩阵摄动迭代法含义。结构动态优化设计方法的含义。
（5）机械减振、振动利用与振动控制设计。了解被动隔振、主动隔振和被动消振的概念。熟悉与掌握单级隔振系统的运动分析、幅频相频关系、隔振传递率，几类典型的无源隔振隔振器。阻尼消振含义，动力放大系数。冲击消振原理和振动的利用概述。
第5章有限元设计
（1）概述。了解结构分析与有限元法的关系，掌握有限元的基本思想和特点，了解有限元在工程设计中的应用以及CAE技术的应用和作用。
（2）弹性力学的基本理论。熟悉弹性力学的基本概念和基本方程，掌握弹性力学的基本原理；掌握平面应力和平面应变问题的应用场合及其所对应的弹性力学基本方程形式。
（3）单元的类型及其插值函数。掌握常用的单元特性、类型和应用场合；掌握常应变三角形单元建立单元插值函数的两种方法及单元的面积坐标与之交坐标系之间的关系；熟悉单元插值函数的性质。
（4）弹性力学中的有限单元法。掌握有限元模型建立的基本步骤，熟悉结构件力学模型的简化、结构离散化和载荷移置的原则和方法；熟练掌握常应变三角形单元的单元特性分析、整体分析和边界约束条件处理的方法；熟悉求解、计算结果的整理和有限元后处理方法。
（5）等参单元和数值积分。了解等参单元的目的和作用，掌握等参变换和单元矩阵的变换，熟悉四节点四边形等参元的插值函数形式、单元特性和载荷移置形式；掌握常用的数值积分方法——高斯积分。
（6）轴对称问题和空间问题的有限元。了解轴对称问题和空间问题的应用场合，掌握轴对称问题和空间问题常用单元的插值函数构造、单元特性和载荷移置形式；熟悉体积坐标的构造及其与直角坐标的关系。
（7）结构动力学的有限元分析。熟悉弹性力学动力问题基本方程和动力问题有限元法的基本步骤；熟悉自由振动频率、振型，掌握质量矩阵和阻尼矩阵的定义、分类、应用场合及质量矩阵构造，了解动力响应问题的基本解法、逐步积分法、振型叠加法及其适用范围。
（8）有限元设计分析中的若干问题。熟悉有限元模型建立过程中需要遵循的原则，了解减小解题规模的常用措施和网络自动生成及误差估计方法。
（9）有限元分析软件。了解国外有限元软件的发展状况和分类，熟悉ANSYS有限元分析软件的结构、功能和使用方法，学会利用ANSYS可以处理和解决结构静力学和动力学问题。
（10）算例计算。熟练掌握ANSYS的实际计算步骤和输入输出，能在规定的时间运用ANSYS完成简单算例的静力学和动力学计算。
第6章稳健设计
（1）基本概念。了解产品质量特性的基本概念。理解并掌握产品质量的评价指标、质量损失函数的定义与计算方法、产品质量稳健性的定义及其设计模型。
（2）损失模型法。了解损失模型法的基本概念。理解并掌握损失模型法的两个基本设计工具：信噪比的定义及其计算方法、正交表和正交试验设计。理解Taguchi稳健设计的基本内容。
（3）响应面模型法。了解响应面模型法的基本概念。理解并熟悉响应面模型的试验设计、模型的设计以及响应面模型法计算的基本步骤。
（4）容差模型法。了解容差模型法的基本概念。理解并掌握容差分析方法、容差模型法的计算步骤。
（5）随机模型法。了解随机模型法的基本概念，稳健可行性准则和质量稳健性指标。掌握随机模型法的建模和稳健优化设计方法。
第7章优化设计
（1）引言。了解优化设计的基本定义和它的分类。
（2）优化设计建模。熟悉并掌握优化设计的基本术语、优化设计模型的基本格式及其它的一些基本概念。
（3）优化设计模型的基本概念。要求深刻理解函数的梯度、凸集和凸函数、可行域和起作用约束、约束最优性条件、全域最优解和局部最优解等一些重要概念。
（4）优化计算方法。了解确定型算法与构造型算法、数值计算方法的优化策略思想和计算终止条件、约束优化方法的分类、无约束优化方法的分类。深刻理解并掌握复合型法、惩罚函数法、遗传算法的计算原理和特点、步骤和优缺点。掌握共轭方向法的特点和Powell无约束优化计算方法、一维搜索的0.618方法。了解优化计算程序的组成。
（5）优化设计的实施与示例。了解优化设计的建模步骤、模型分析的目的、优化计算方法的选用原则、计算结果分析的内容等。
第8章可靠性设计
（1）可靠性基本概念。深入理解可靠性的基本定义，掌握描述产品可靠性的特征量及其计算方法。了解产品故障的故障模式以及故障分析方法。了解产品可靠性试验的目的、意义和实施方法。
（2）可靠性设计方法。了解可靠性设计的目的和主要方法。掌握机械零件可靠性设计的简单计算，能够对简单零件进行初步的可靠性设计，了解安全系数与可靠度的区别与内在联系。了解设计评审的目的、实施步骤和分析方法。掌握系统可靠性设计的方法和简单计算。
（3）产品可靠性评估。掌握建立可靠性模型的方法，能够绘制机电系统的可靠性模型框图。了解故障树分析技术，能够利用故障树对简单产品的可靠性进行初步分析。了解机电系统的冗余设计的意义及其应用效果。
（4）产品的使用可靠性分析。了解产品的寿命周期的概念、寿命周期费用的组成。深入理解产品使用可靠性的基本定义，掌握描述产品可靠性的特征量及其计算方法。理解维修对产品可靠性的影响，了解维修性设计、维修性评定、可靠性维修等基本方法。
《机电一体化系统设计》
本教材主要论述产品机电一体化设计的基本原理及方法。通过论述机电一体化系统建模、机械传动与电机驱动、传感器与检测、微机控制及数据接口等各项技术，阐明综合应用各项技术进行机电一体化系统的设计方法。本教材“以机为主、电为机用、机电结合”。
第1章概论
了解机电一体化基本概念、关键技术及发展趋势。学习重点和掌握：机电一体化产品主要特点、系统主要构成、分类及关键技术。
第2章机电一体化设计基本原理及方法
了解机电一体化系统设计过程中功能设计、结构设计和控制系统设计的基本原理及方法。学习重点和掌握：机电一体化设计过程与步骤，以及功能设计原理。
第3章机电一体化数学模型
了解机电一体化系统设计中的机械传动系统、电路系统、液压与气动系统、机电系统的相似模拟数学建模方法。学习重点和掌握：机电一体化系统数学建模的基本方法。
第4章机械传动与电机驱动系统设计
了解在机电一体化系统设计中的机械传动系统设计与选择、电机驱动系统设计与选择、新型驱动器设计与选择方法。学习重点和掌握：机械传动中各级传动比最佳分配原则；丝杠螺母基本传动形式；同步带传动的特点；机械方法实现步进运动的形式等。选用电气传动形式主要确定那几个方面内容；直流与交流伺服电机有那些特点；步进电机的工作原理等。
第5章传感器与检测系统。
了解常用传感器工作原理及接口设计技术。学习重点和掌握：传感器的种类与分类；常用传感器工作原理及应用（如位移、压电、速度、图像传感器）。
第6章可编程控制器及应用
了解可编程控制器(PLC)基本原理、指令系统和编程技术与方法。学习重点和掌握：PLC的有那些部分组成其工作原理；可根据控制要求划出梯形图，并写出控制程序指令。
第7章单片机原理及接口技术
了解单片机基本原理、单片机扩展与接口技术。学习重点和掌握：MCS-51系列单片机基本工作原理，指令系统中的指令格式，以及其中堆栈指针SP和数据指针DPTR的作用及数据存储的原则。
第8章工业控制计算机及接口技术
了解STD总线工业控制机、嵌入式PC／104工业控制计算机、USB总线和IEEEl394总线和现场总线技术等。学习重点和掌握：工业控制计算机的构成；嵌入式PC/104工业控制机特点以及它主要应用；CAN总线特点它以及主要应用；计算机控制系统的设计步骤，硬件设计、软件设计包含的内容等。
第9章典型机电一体化系统
通过对典型机电一体化系统或产品CNC机床、机械加工中心(MC)、工业机器人、全自动洗衣机工作原理的介绍，了解机电一体化系统的构成，为机电一体化系统或产品设计开发起到一些启示作用。要求掌握：CNC的控制软件有哪些结构，各有什么优缺点；一般关节型机器人手臂采用哪几种自由度结构等。
第10章机电一体化系统综合设计实例
通过产品开发设计实例，了解机电一体化产品开发设计过程与方法。要求掌握：如何综合应用机电一体化技术进行机电一体化产品设计的过程与方法。
《计算机辅助设计与制造》
第1章计算机辅助设计技术
本章重点掌握CAD的基本概念和发展趋势、软硬件系统配置、CAD技术在机械设计中应用、计算机辅助设计过程管理、软件产品开发的基本过程、各种规模软件开发中需要提交的标准文档、软件生存周期各阶段中的文档编制、Windows应用软件的用户界面与用户交互、设计资料的类型和处理方法、图形生成的主要方法、二维图形变换等内容。
（1）掌握CAD的中英文定义和3个发展趋势。
（2）熟悉CAD所具备的软硬件系统。说出软件系统和硬件系统的组成。
（3）了解CAD技术在机械设计中的几项应用，并指出几项应用中的具体使用内容。
（4）计算机辅助设计过程管理包括哪几项内容。
（5）掌握软件产品开发的基本过程，包括几个阶段，分别是什么阶段，每个阶段产生的文档、各种规模软件开发中需要提交的标准文档、软件生存周期各阶段中的文档编制表。
（6）掌握Windows应用软件进行用户界面与用户交互的方法、三种类型应用程序、控件的分类。
（7）掌握设计资料的几种类型和处理方法。
（8）掌握图形生成的几种主要方法、二维图形变换公式和换算。
第2章三维几何造型技术
本章重点掌握与三维几何造型相关的基本概念和技术，包括三维图形的几种变换、三种建模方法、实体造型系统的两种通用技术、特征造型的广义定义、使用Solid2000软件设计三维图形的技术以及二维工程图的转换。
（1）掌握平移变换、比例变换、对称变换、旋转变换的定义和公式。
（2）掌握目前常用的三维几何建模系统以及英文名称。掌握实体造型系统中的两种通用技术、英文名称以及特点。
（3）掌握特征造型的来源以及广义定义。
（4）学会使用Solid2000软件设计一个三维零件。
（5）学会使用Solid2000软件将三维零件输出二维工程图。
第3章CAPP技术
本章重点掌握CAPP概念、与传统工艺设计相比的优势、CAPP的几种基本类型、计算机辅助工艺设计的步骤、成组技术概念以及分类、综合型CAPP的工艺设计准备、人工智能技术和专家系统概念及其组成结构、知识表示方法的几种方法以及推理过程、网络化CAPP系统的组成
（1）掌握CAPP概念以及英文名称、与传统工艺设计相比的优势。
（2）CAPP6种基本类型以及特点。
（3）计算机辅助工艺设计的5个步骤以及内容。
（4）成组技术概念、分类以及内容。
（5）综合型CAPP概念和8个功能组成模块。
（6）综合型CAPP的工艺设计准备的步骤及内容。
（7）人工智能技术和专家系统概念和构成。
（8）知识表示方法几种方法以及它们的组成、推理。
（9）网络化CAPP系统的组成。
第4章CAM技术
重点掌握CAM和数字化制造概念、CAM的软硬件支撑系统、数控加工概念、数控装置的类型以及硬件结构、CNC（软件式数控系统）装置的主要作用、数控机床的组成和工作原理、数控编程的内容和步骤、数控编程的方法、数控编程代码含义以及简单代码编程。
（1）CAM概念、中英文名称和数字化制造概念。
（2）CAM的支撑系统中硬件和软件系统组成。
（3）数控加工的概念以及英文名称、数控装置的类型以及内容。
（4）数控装置硬件结构以及内容。
（5）CNC（软件式数控系统）装置的主要作用。
（6）数控机床的组成和工作原理。
（7）数控编程的内容和步骤。
（8）数控编程的2种方法以及内容。
（9）数控编程程序段的格式以及主要G、M代码含义。
（10）进行数控铣削的数控编程。
第5章PDM技术
重点掌握PDM概念和英文名称、产品数据管理（PDM）技术研究的三大领域、PDM信息集成的几种模式、PDM系统的体系结构的几层结构、PDM系统的几项功能、产品结构和配置管理概念和种类、工作流程管理概念和功能、工作流管理系统的基本结构以及各主要部件作用、项目管理和PLM的概念、实施PDM系统应注意的几个问题。
（1）PDM基本概念和英文名称。
（2）产品数据管理（PDM）技术研究的三大领域。
（3）PDM信息集成的几种模式与具体内容。
（4）PDM系统的四层体系结构和具体内容。
（5）PDM系统的功能和具体内容。
（6）产品结构和配置管理概念和种类。
（7）工作流程管理概念和功能。工作流的英文名称。
（8）工作流管理系统的基本结构以及各主要部件作用。
（9）项目管理和PLM的概念。PLM英文名称。
（10）实施PDM系统应注意的几个问题。
第6章虚拟设计概述
重点掌握产品开发方式的演化过程、虚拟设计的优点、虚拟设计系统的构成原理、虚拟现实系统的分类、是双目视差原理、OpenGVS的各种工具等等。
（1）产品开发方式的演化过程的图解。
（2）虚拟设计的几个优点。
（3）虚拟设计系统的构成原理以及具体内容。
（4）虚拟现实系统的分类。掌握桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式VR系统的具体内容。
（5）双目视差原理的具体内容。
（6）OpenGVS的各种工具和作用。