第一章 现代设计概述

概念设计阶段的输出为一个或多个概念设计方案
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详细设计：
在局部结构的详细设计中，遇到不能采用已知解时， 同样需要创新，这时再次进入概念设计。概念设计与详细设 计两个步骤交替进行，直至所有在设计过程中需要确定的问 题全部确定为止。
z 功能域：用户需要用功能需求（FRs）和约束（Cs） 来表达。
z 物理域：为了满足所表达的FRs，在物理域中构思 了设计参数（DPs）。
z 过程域：为了生产由DPs所表达的产品，制定了一 个在过程域中由过程变量（PVs）描述的过程。
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设计的本质
z 功能需求（FRs）：是在功能域中完全表征对产品（或软件、 组织机构、系统、等等）功能需要的独立需求的一个最小集。 根据定义，在FRs建立的时候，每一个FR都独立于任何一个 其它的FR。
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设计理论与方法发展的三个阶段
关于设计的理论与方法的研究可以大约概括为 三个阶段： z1875年之前的自觉与经验设计阶段； z1875年到1969年的传统设计阶段； z1969年之后伴随着计算机的出现而迅速发展的现 代设计阶段。
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自觉与经验设计阶段 （1875年前）
z 虽然人类自古以来就从事着设计活动，以便为自 己制造工具，从而减轻和简化必要的劳动。但是， 这些设计活动基本上是以直观的方式进行的。虽 然许多天才的设计师为我们留下了许多伟大的设 计成果，如瓦特发明的蒸汽机、巴巴格(Babbage， 1833)提出的数字计算机等。但对如何获得这些伟 大的成果的设计方法却很少有研究。《天工开物》 是我国为数很少的比较早地论述到关于设计问题 的书。
是在科学之中。” 为后来哥白尼、伽利略、开普 勒、牛顿等人的发明创造开辟了道路。
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传统设计阶段
z 1875年，德国人F.Reuleaux在《理论运动学》一 书中，第一次提出了“过程规划”的模型，对很 多机械技术现象中本质上统一的东西进行抽象， 在此基础上形成一套综合的步骤。
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z 二次世界大战以后，设计产品需要满足的功能已 不再是单一的结构功能，而呈现为复合形态：即 物质功能、信息功能、环境功能和社会功能的综 合。产品的设计过程日趋复杂，各种新设计方法 和理论不断产生并运用到设计过程中。从60年代 始，国外开始对设计的本质及方法进行研究。赫 伯特•A•西蒙于1969年首次正式提出了设计科学 的概念，总结了设计科学的特点、内容与意义。
市场信息分析的结果产生一个或几个未来能在竞争中 赖以取胜的产品性能，这些产品的性能作为开发的可选目标， 这就是市场需求知识的获取。关于市场需求的知识是设计的 出发点。市场瞬息万变，关于市场的知识必须随时更新。
在需求的确认阶段，我们完成需求的确定及产品性能 （功能和质量）的定义，作为对概念设计的驱动。
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第一章 现代设计概述
z 设计的概念 z 设计理论与方法发展的三个阶段 z 产品现代设计的特征及方法。 z 产品现代设计的一般过程
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什么是设计？谁是设计师？
z 机械工程师们经常设计产品，因此当他们讲到设计时，他们 通常是指产品设计。
z 制造工程师们把设计想成是新的制造过程和系统（即工厂和 制造单元）。
2、《发明问题解决理论》，檀润华编著，科学出版社，2004年8月第 一版
3、《现代设计方法》，赵松年主编，机械工业出版社，2004年1月第 一版
4、《现代机械优化设计方法》，梁尚明、殷国富主编，化学工业出版 社，2005年7月第一版
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[考核性质]
考查
[考核方法]
测验
[成绩评定]
课程总成绩＝平时成绩×30％＋期末测验×70％ 平时成绩包括：课堂考勤，作业，课堂纪律及提 问。
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z 设计的概念 z 设计理论与方法发展的三个阶段 z 产品现代设计的特征及方法 z 产品现代设计的一般过程
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产品现代设计的特征
制造业的竞争实质就是产品设计（研发）的竞争。
竞争力的要素：(TQCS) 性能（新技术） 研发周期 成本 服务（全生命周期）
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产品现代设计的特征
z 产品现代设计是性能需求驱动的。 z 产品现代设计是以创新为灵魂。 z 产品现代设计是以知识为基础，以知识获取为中心。设
z 电气工程师们，设计意味着开发模拟或数字电路，通讯系统 和计算机硬件
z 系统工程师们则把设计理解为技术系统或组织系统，其中许 多部分必须共同工作并形成一个达到预定目标的系统。
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什么是设计？谁是设计师？
z 软件工程师，认为他们主要的工作是写计算机代码，但是除 非首先设计好软件的构架，他们难以生成好的软件
z 过程变量（PVs）：是过程域中的关键变量（或在软件设计 中的其它相当项目，等等），它们表征能够产生规定的DPs 的过程。
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实例分析：冰箱设计
z FR1 = 冷冻食物，作 长时间保存
z FR2 = 保持食物低温， 作短时间保存
z DP1 = 冷冻区
z DP2 = 低温（即冷藏） 区
z 为满足FR1和FR2，应当
z 他发现了惯性原理，后来为伽利略的实验所证明。 他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升，在 引力和冲力的混合作用下作曲线位移，最后冲力 耗尽，在引力的作用下作垂直下落运动。他的这 一发现使亚里士多德的落体学说产生了动摇。
z 他指出了“永动机”作为能源的不可能性。
z 达.芬奇还预示了物质的原子原理，形象生动的描 述了原子能的威力：“那东西将从地底下爆 起，……使人在无声的气息中突然死去，城堡也 遭到彻底毁坏，看起来在空中似乎有破坏力。”
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1875年之前的自觉与经验设计阶段，该阶段并 没有什么设计的过程的概念，设计被认为是基于个 人的经验与知识的艺术创造行为；
1875年到1969年的传统设计阶段，在该阶段产 生了设计过程的规划理论与方法；
1969年之后伴随着计算机的出现而迅速发展的 现代设计阶段，该阶段伴随着设计产品的复杂性、 分布式资源环境与竟争性，各种辅助设计的软件工 具层出不穷，设计的过程变得复杂。
过程中的协同集成和优化。 27
产品现代设计方法
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产品现代设计方法
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z 设计的概念 z 设计理论与方法发展的三个阶段 z 产品现代设计的特征及方法 z 产品现代设计的一般过程
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产品现代设计的一般过程
用
功
设
过
户
能
计
程
需
需
参
变
求
需求确 认
求
概念 设计
数
详细 设计
量
{C
{FR}
{DP}
{PV}
z 1990年美国MIT麻省理工学院Nam Pyo Suh出版了《The Principles of Design》
z G. S. Altshuller（1926-1998）通过对全世界大量专利的 分析与研究，提出了发明问题解决理论TRIZ[19]。
z 1986年在美国，摩托罗拉公司提出了六西格玛质量管理 理念（Design for Six Sigma)[20]。
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z 近代生理解剖学的始祖。他掌握了人体解剖知识， 从解剖学入手，研究了生理学和医学。他最先采 用蜡来表现人脑的内部结构，也是设想用玻璃和 陶瓷制作心脏和眼睛的第一人。他发现了血液的 功能，认为血液对人体起着新陈代谢的作用。他 说血液不断的改造全身，把养料带到身体需要的 各个部分，再把体内废物带走。达.芬奇研究过心 脏，他发现心脏有四个腔，并画出了心脏瓣膜。 他认为老年人的死因之一是动脉硬化，而产生动 脉硬化的原因是缺乏运动。后来，英国的威 廉．哈维证实和发展了达.芬奇的这些生理学成果。
现代设计方法
主讲： 马雪芬
办公室： 603 联系方式： 13816853379 13816853379@
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[教 材]
《现代机械设计方法》，谢里阳 主编， 机械工业出版社，2007
[参 考 书]
1、《现代设计方法概论(普通高等教育十一五国家级规划教材)》， 覃文洁、程颖主著，北京理工大学出版社，2007年4月第一版
是冷冻区只影响要冷冻的 食物，而低温（即冷藏） 区只影响要冷藏但是不结 冰的食物。这种情况下，
⎧⎨⎩FFRR12
⎫ ⎬ ⎭
=
⎡ ⎢⎣
X 0
设计矩阵需要是对角线的。
0 X
⎤ ⎥⎦
⎨⎩⎧DDPP12
⎫ ⎬ ⎭
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z 设计的概念 z 设计理论与方法发展的三个阶段 z 产品现代设计的特征及方法 z 产品现代设计的一般过程
我们要 达到什 么
我们要 如何达 到它
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设计的本质
z 在设计的这种互动过程中涉及四个不同类型的设计 活动，可以用四个域表示。
用户 映射 需求
{CA}
功能 映射 需求
{FR}
设计 映射 参数
{DP}
过程 变量
{PV}
用户域
功能域
物理域
过程域
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设计的本质
z 用户域：由用户正在寻找的对一个产品、过程、系 统或材料的需要（或属性）来描述。
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z 伟大的发明家：发明了飞行机械、直升飞 机、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、 潜水艇、双层船壳战舰、起重机等等。
z 为什么会有如此巨大的成就？
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答案是：达.芬奇的实验工作方法。 z 他说“理论脱离实践是最大的不幸”，“实践应
以好的理论为基础”。 z 他说：“真理只有一个，他不是在宗教之中，而
z 约束（Cs）：是可接受解的边界。有两种约束：输入约束和 系统约束。输入约束是作为设计说明书的一部分而施加的。 系统约束则是由设计的解决方案必须在其中运作的系统所施 加的。
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பைடு நூலகம்
设计的本质
z 设计参数（DPs）：是物理域中的关键物理变量（或在软件 设计中的其它相当项目，等等），它们表征设计并满足规定 的FRs。