第一讲 设计方法学绪论

3系统综合
4系统分析
构造目标系统
模型化定性定量分析
寻找原理方案
定性定量分析综合
5系统评价
6系统决策 7系统实施
系统方案评价
确定最佳方案 设计、加工、实施鉴定、改进
技术经济评价
确定最终原理方案 原理草图、按比例设计、批量加工 文件、加工、试验、改进
2. 设计方法学的发展概况 国内外发展： 1）德国：功能-原理-结构框架，框架中每一工作步骤横 向变异、纵向组合获得尽可能多的设计方案。体系完 备、不同派别、经常研讨， 2）美国：美国在创造学、发明学以及优化、价值工程、 可靠性、有限元分析卓有成效、但程序完备性不足。 头脑风暴 形态分析法、综摄法、参数分析法----思维积木 3）苏联：历来重视理论研究，“物场分析法”TRiZ理论 4）日本：独立发展，重视应用，创造课程和创造思维 ＫＪ法、ＮＭ法 国内方法论研究概况： 1）第一种－翻译创造工程 2）第二种－留学深造 3）第三种－国际会议 4）第四种－来华讲学 80年代，成立学会、组织／办期刊、杂志《机械工程》、《机械设计》
第 3节 传统设计与现代设计
1. 传统设计与现代设计 1 ）设计的起源和设计技术的传递 （1）手工艺人的设计及技术传递 师傅——徒弟（实用的） （2）传统设计技术的传递 图纸、经验、类比（实验为基础的） （3）现代设计理论体系的建立与发展 仿真、理论分析（分析实验结合的）
2 ）产品属性变化对设计的要求（传统产品与现代产品）
2）市场、理论、方法和工具间的关系
设计方法学
系统工程学
设计师
工具计算机
世界市场
3. 设计方法学与系统工程学的学缘关系
工作步骤 1问题定义 2系统设计目标
系统工程学
设计方法学
市场分析、趋势研究、明确定义 市场分析、趋势研究、用户要求 确定输入、输出及边界约束条件、技术要求清单分析、制定设计任务 制定目标评定准则技术 书
3. 设计方法学目的 1） 设计出高质量、高价格的创新产品； 2） 采用现代化先进技术理论和方法是设计过程自动化、合理 化； 3） 总结规律更好、更快培养设计人员。 4. 设计方法学作用 1）多品种－－生产一代，设计一代，开发一代； 2）高效率－－保证产品研制短时间 （1）合理工作程序 （2）设计知识库、专家系统支持 （3）设计方法学和CAD技术相辅相成 3）高质量 4）低成本
总
结
1. 设计方法的研究内容 1）设计素质的培养 培养设计人员的创造力、掌握信息能力、决策力、集 体工作能力 2）设计步骤和程式 依据设计目录进行（补充） 3）组织和执行设计 4）解决具体问题的方法和手段 科学而娴熟的方法
2. 实例 2000年海尔集团冰箱问题，17个小时侧面开门补充:设计目录
第 6 节 设计系统
1. 设计系统概念
需求 知识 方法 理论 设计系统
设计结果 方案 图纸 程序 文件
反馈信息
机械结构设计
2. 设计系统特点 – 知识维（功能分析法、创造性方法、评价与决策方 法、模块化设计法、相似性设计法） – 逻辑维：分析－综合－评价－决策 – 时间维：计划－设计－试制－批量生产－销售
第 1节
设计方法学概述
1. 设计与设计方法学 1）设计的发展：奇思妙想、社会需要---收音机、录音机 电视机，构思新颖、技术性能高、价格质量比高。 19世纪蒸汽机-10年，19世纪中，发电机（1829-1886）， 电子管3年，汽车（27年，20世纪雷达15年，电机、核反应堆3 年，激光1年） 2）设计：为了满足人类需要，人们进行的征服自然、改造 世界的创造性的活动。创造性地建立满足功能要求的技术系统 活动，目的性、创新性。 3）设计方法学：完善设计过程、优化每个步骤、逻辑联系 形成工作程序，以期获得优质产品过程，形成设计方法学。现 代：系统的观点，考虑多学科影响（例如：环境），获得高质 、价廉、有创新的产品而使用的工作程序、方法和工具的总称 。
• 图
3. 几种典型系统设计方法 (1) 相似类比法 (2) 抽象类比法 (3) 仿生法 (4) 借用法 (5) 635 法 (6) 智爆法 (7) 提问法 (8) 5W1H- When? Where? Who?What?Why?How? 4. 机械设计进程、逻辑步骤及方法
6. 联想类推法实例 1) 相似联想法 河蚌育珠、牛黄 2) 抽象类比法 喷气发动机与沙漠中的沙丘 3) 借用法、仿生法 蜂窝结构
8) 离散论方法 , 如有限元和边界元方法。 9) 模糊论方法 , 如模糊评价和决策等。 10) 突变论方法 , 如创造性设计等。
第 4 节 设计类型及设计原则
1. 设计类型 1）开发型设计 2）适应性设计（无氟冰箱） 3）变参数设计（如：电机、水泵、减速器系列） 4）测绘与仿制 2. 设计原则 1）创新原则 2）可靠原则 3）效益原则 4）审核原则（每道程序控制，方案设计-技术设计）
（1）产品的使用属性 （2）产品的社会属性 （3）产品的服务属性
海尔是如何赚钱的？ 你把保险公司的产品放到哪里去了？
3 ）现代设计与传统设计的根本区别 1) 手工的、静态的、经验的设计，被动地分析产品的性能 2) 计算机化的、动态的、科学的设计，主动地设计产品的性能
2. 现代设计的范畴
1) 信息论方法 , 如信息分析法、技术预测法等。 它是现代设计方法的前提。 2) 系统论方法 , 如系统分析法、人机工程以及面向产品 生 命周期的设计。 3) 控制论方法 , 如动态分析法等。 4）优化论方法 , 它是现代设计方法的目标。 5）对应论方法 , 如相似设计、反求工程设计等。 6) 智能论方法 , 如 CAE 、并行工程、人工智能等。是 现 代设计方法的核心。 7) 寿命论方法 , 如可靠性设计、价值工程和稳健性设计 等
2. 设计方法学的基础 1）系统工程学基础 （1）1940，美微波通讯网组网，运筹学的产生； （2）二战，出现运筹学，由于大规模军事系统生产和管理。 （3）战后，大系统的出现，新型设计方法奠定基础。 （4）1958年，北极星导弹系统，-系统工程学典范。采用PERT技术（设 计评审技术），包括6个项目，9000家公司，11000所大学。 （5）1965年，美国密执安大学工程研究所R E迈克人教授3人主编《系 统工程学手册》，建立完整体系。 （6）60年代，美阿波罗登月，1969年7月16日，11号将3宇航员送上月 球；8年，每宇航局运用了系统工程学，将设计评审技术、电子计 算机仿真技术、实物半实物仿真技术及系统环境参数测试技术融 合。 从此，系统工程学受各国重视。 中国—钱学森 （7）日本借鉴美国-企业的全面质量管理。国际竞争力，经济强国。 （8）前苏联、应用控制论，军事和航天领域重大进展。 （9）60年代，西德借鉴，设计薄弱环节研讨会，，政府支持下开展设 计薄弱环节研究-设计方法学研究。在合理设计过程和步骤，应用 系统工程学成果，从此诞生设计方法学独立学科。 （10）现代，随着计算机普及各环节加入计算机过程，知识的模块化
5. 设计方法学主要特点
系统性、多样性、通用性、学科交叉性、信息浓缩集成 、启发性总结。 设计方法学是用系统的观点考虑自然科学、社会科学及 经济诸因素，以获得质高、价廉、有创新的产品所使用的工 作程序、方法和工具的总和。
第 2节 设计方法学研究内容及方向
1. 设计方法学研究内容 1）研究设计过程，寻求符合设计规律的设计程序； 2）建立知识模块或设计目录； 根据所解决问题的细微程度，建立多层次的通用 和专用设计目录。 3）创造性思维方法的研究； ４）一般性设计规律及设计准则的研究； 5）功能分析及降低产品成本途径研究； 6）评价与决策研究； 7）计算机设计系统； 8）技术预测； 生产一代、设计一代、开发一代；
合理的开发程序
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第 5 节 设计过程和设计技术简述
1. 机械设计过程简述 1） 基本设计步骤 （1）调查研究 （2）方案设计 （3）工作图设计 （4）样机试制与鉴定 2）产品开发的程序 设计（方案设计／技术设计）-生产-使用 方案设计：设计任务书／原理方案／总体装配草图 技术设计：零部件图／总装配图／使用维护说明／工艺文件
设计方法学
Harbin Engineering University
第一讲
绪论
哈尔滨工程大学机电学院
葛杨
Harbin Engineering University
设计方法学概述
• 课程教学目的
– 培养学生运用现代先进的设计理论和方法解 决工程问题的能力。
• 教学内容
– 现代设计理论：重点内容为系统分析法及创 造性思维。 – 现代设计方法：重点内容为有限元分析、优 化设计和反求工程设计。