第2章 设计方法学
第2章 系统化设计
2.2 系统化设计法
与传统的分析设计方法不同，系统化设计法是将工程设计任务或 传统的分析设计方法不同，系统化设计法是将工程设计任务或 不同 是将工程设计任务 机电产品看作技术系统， 系统工程方法进行分析和综合 并且按产 看作技术系统 进行分析和综合， 机电产品看作技术系统，用系统工程方法进行分析和综合，并且按产 最佳的设计方案。 系统开发的进程进行设计 以求获得最佳的设计方案 进行设计， 品或系统开发的进程进行设计，以求获得最佳的设计方案。 下面先介绍：技术过程与技术系统的概念。 下面先介绍：技术过程与技术系统的概念。 的概念 然后，再说明采用系统化设计法进行“原理方案设计” 系统化设计法进行 然后，再说明采用系统化设计法进行“原理方案设计”时的 “功 能分析法” 能分析法” 。
图1 客观需求的满足
这个实体系统称为技术系统 实体系统称为技术系统， 它所服务的过程则称为技术过程 这个实体系统称为技术系统，而它所服务的过程则称为技术过程。 则称为技术过程。 通过技术过程 某种客体产生转换 使人们的客观需求得到了满足。 技术过程， 产生转换， 客观需求得到了满足 通过技术过程，某种客体产生转换，使人们的客观需求得到了满足。 技术过程中接受操作者及技术系统施加的作用， 在技术过程中接受操作者及技术系统施加的作用，从而自己的状 中接受操作者 施加的作用 态产生改变或转换， 客观需求得到满足的物质称为作业对象（ 得到满足的物质称为作业对象 态产生改变或转换，使客观需求得到满足的物质称为作业对象（或处 理对象）。 理对象）。 对所有技术过程而言，作业对象可归纳为能量、物料和信息三大 对所有技术过程而言，作业对象可归纳为能量、物料和信息三大 技术过程而言 可归纳为能量 例如，加工过程中的坯料、发电过程中的电量、 类。例如，加工过程中的坯料、发电过程中的电量、控制过程中的电 信号等。 信号等。 只有在技术过程 转换了状态，满足了需求，才是作业对象 技术过程中 作业对象。 只有在技术过程中转换了状态，满足了需求，才是作业对象。
第二节 现代设计方法的概念
第二节现代设计方法的概念现代设计方法是以研究产品设计为对象的科学。
它以电子计算机为手段，运用工程设计的新理论和新方法，使设计结果达到最优化，使设计过程实现高效化和自动化的设计方法。
现代设计方法是传统设计方法的延伸与发展，是人们把相关科学技术综合应用于设计领域的产物，它使传统设计方法发生了质的变化。
一、现代设计方法的特点现代设计方法与传统设计方法相比较，主要完成了以下几方面的转变：1．产品结构分析的定量化；（优化设计）传统设计方法设计产品时，通常是在调查分析的基础上，参照同类或近类产品通过估算、经验类比或简单试验确定设计方案，然后根据初始设计方案的设计参数对零部件各项性能要求进行计算，校核各项性能参数是否满足要求，如果不完全满足，则凭借设计者的经验或主观判断对有关参数进行修改和计算，直到满足要求为止，从而获得可行的设计方案。
（可行的设计方案当然有多种）而现代设计方法中的优化设计法是先根据产品的设计目标和性能要求构造数学模型，然后应用数学规划理论或数值计算法，借助于计算机进行求解计算，从而获得具有最优技术经济效果的最优设计方案。
如各种应用于优化设计的软件有MATLAB、SAS、SPSS等。
2．产品工况分析的动态化；（有限元法）在产品结构分析中，传统的设计方法虽然能对结构简单的零部件，利用材料力学和弹性力学的计算公式作出近似的计算，但是对复杂结构的零部件或整机却只能进行定性或类比的估算。
而现代设计方法在传统设计方法基础上引入了有限元方法，依靠计算机不但对结构简单的零部件能作出更为精确的计算，而且对结构复杂的零部件或整机也能进行较为精确的计算。
（定量）3．产品质量分析的可靠性化；（可靠性设计）在产品的质量分析中，虽然传统设计方法能用安全系统法作出零部件不发生破坏（失效）的计算，但是当零部件的几何尺寸、工作应力、强度等参数具有较大的离散性时，因为这种方法未能考虑零部件的失效概率，所以即使安全系数大于1也可能发生失效。
教学设计第二章教学设计模式
第二章教学设计模式一、重难点解析这一章主要介绍了以下几项内容：教学设计模式的含义和功能、教学设计的过程模式，教学设计模式的发展的四个阶段、教学设计模式发展的“二代”，以及教学设计模式的各种类型。
1.教学设计模式的和功能⑴含义模式，通常是指可以使人模仿的系统化的、稳定的操作样式，它表现为某种规范的结构或者框架。
教学设计的模式是经过长期的教学设计实践活动所形成的教学设计的系统化、稳定的操作样式，它用简约的方式，提炼和概括了教学设计实践活动的经验，解释和说明了教学设计的理念和有关理论。
教学设计的模式既是教学设计理论的具体化，又是教学设计实践活动的升华，它同时具有理论和实践的特征。
⑵功能主要的有以下几个方面：第一，教学设计模式可以为教学设计的实践提供直接的指导。
第二，教学设计模式可以为教学设计的理论研究提供资料、素材。
教学设计模式包含了关于教学设计的特定的理论、指导思想，这些教学理论可以转化为教学设计的理论，成为教学设计理论研究的来源。
第三，教学设计模式可以为教学实践活动提供指导。
第四，教学设计模式可以为教学管理决策提供指南和依据。
因为教学设计模式提供了关于教学实践活动过程的各个环节、各个方面的信息。
2.教学设计的过程模式教学设计的模式是一系列程序化的步骤，因此，教学设计的模式也往往表现为一个有序的过程。
教学设计的过程模式可以从教学设计模式的要素和教学设计模式的构成环节两个方面来把握。
⑴教学设计模式的要素教学模式所包含的基本内容可称为教学设计模式的要素。
20世纪80年代，安德鲁斯和古德森总结出教学设计模式的14个步骤，这14个步骤反映了教学设计模式的要素。
分别为：需要的评估；考虑不同的解决教学问题的方法；形成系统；明确限制；形成广泛目标和可以观察的具体化子目标；生成与总目标和子目标相匹配的前测和后测测验；分析总目标和子目标的类型并将下属技能序列化；确定学习者的特点和准备状态；形成与科目和学习者需要相适应的教学策略；选择媒体以采用教学策略；形成以策略为基础的教学课件；对课件进行形成性评价以诊断课件使用者的学习困难；在诊断基础上，对课件进行修改；开发有关安装和维持以及定期修理教学程序的材料和过程。
第2章 算法分析基础(《算法设计与分析(第3版)》C++版 王红梅 清华大学出版社)
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2.1.2 算法的渐近分析
常见的时间复杂度：
Ο(1)＜(log2n)＜(n)＜(nlog2n)＜(n2)＜(n3)＜…＜(2n)＜(n!)
多项式时间，易解问题
算
法
指数时间，难解问题
设 计 与
分
析
（
第
时间复杂度是在不同数量级的层面上比较算法
版 ）
清
华
大
学
时间复杂度是一种估算技术（信封背面的技术）
Page 7
2.1.2 算法的渐近分析
3
每条语句执行次数之和 = 算法的执行时间 ＝ 每条语句执行时间之和
基本语句的执行次数 for (i = 1; i <= n; i++)
单位时间
算
法
设
计
与
执行次数 × 执行一次的时间
分 析 （
第
for (j = 1; j <= n; j++)
版 ）
x++;
指令系统、编译的代码质量
算法设计：面对一个问题，如何设计一个有效的算法
算
法
设
检
指
验
导
评
计 与 分 析 （ 第 版
改
估
） 清
进
华 大
学
出
版
算法分析：对已设计的算法，如何评价或判断其优劣
社
3
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2.1.1 输入规模与基本语句
如何度量算法的效率呢？
事后统计：将算法实现，测算其时间和空间开销
缺点：（1）编写程序实现算法将花费较多的时间和精力 （2）所得实验结果依赖于计算机的软硬件等环境因素
现代设计方法---设计方法学
(5)外购件供应；如原材料、元器件供应质量、价格、期限等。
2. 技术调研
(1)现有产品的水平、特点，系列、结构、造型、使用情况、存在问题 和解决方案等。 (2)有关的新材料、新工艺、新技术的发展水平、动态与趋势。 (3)适用的相关科技成果。
(4)标准、法规、专利、情报。
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3．社会环境调研
(1)国家的计划与政策。
例 车床加工零件
把多余材料从毛坯 上分离出去 获得合格表面
强力磨削 激光加工 车削 成型挤压 冷轧
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总功能的描述要准确、简洁，合理抽象，抓住本质，这样便于 使设计目的明确，思路开阔。 一般工程系统都比较复杂，难以直接求得满足总功能的系统解。 按照系统分解的原则进行功能分解，可通过较简单的功能元去求 解。总功能可分解为分功能、二级分功能……功能元(能直接求 解)，并用树状的功能关系图（功能树）表达。
1. 选择工作原理
设计人员在选择工作原理时、思维发散是关键。机械设备 的设计不应局限于机械学的范围，电子学、磁学、光学、热 学、仿生学等科技工作原理都应在考虑之列。 选择先进的工作原理：如磁力轴承代替液压轴承，带编码器 的伺服电机代替带交流电机的齿轮轴系，激光器代替切削机 床对高硬度材料进行加工，电子表代替机械表等。 分析工作条件：是常规的还是非常规的，功能载体在不同的 工作条件下表现出来的特性是一般的显特性，还是某种内在 的潜特性。例如：普通钢材在超低温的冷脆性使强度大大降 低，而在超高压下的高塑性使硬度大大降低。
2. 研究部门 3. 设计部门 4. 制造部门 5. 销售部门
国家计划、政策，产品寿命周期分析，市场调查，需求 预测经营销售等。
6. 供应部门
工业设计方法学
一.绪论
工业设计方法学——第一章 设计方法学概论
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设计方法论
• 设计方法近年来得到迅速发展，在一些国家形成了各自独特的设计风格。
• 德国：注重设计模式的研究，对设计过程进行系统化的逻辑分析，使设计方法和步骤规范化。 • 美国：重视创造性开发设计和计算机辅助设计在工业设计上形成了商业性的、高科技的、多元文化的风格。 • 日本：在开发创造性工程学和自动化设计的同时，特别强调工业设计，形成了东方文化和高科技相结合的风格。
二.设计方法学
工业设计方法学——第一章 设计方法学概论
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设计方法论
设计思维的进程： 分析（指将问题分解成诸方面）综合（指将分解的各方面用新的方式重新构建组合）评价（指检验这种
新的组合，并确定其投入实践后产生的效果）。 三维坐标：
由设计流程构成时间维，设计方法构成方法维和设计思维构成逻辑维
一.绪论
培根的《新工具》中的经验归纳法成为归纳法的基础，笛卡尔的《谈方法》提出唯理论的演绎法。
知识就是力量
一.绪论
工业设计方法学——第一章 设计方法学概论
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方法论的发展
（3）分析与综合并重的方法论时期（19世纪40年代到20世纪中叶）：数理逻辑和分析哲学支撑分析方 法论的发展，自然科学实现两大综合。
能量守恒和转化、细胞学说和进化论实现宏观领域自然科学的综合，相对论和量子力学理论的创立实现 宏观和微观的理论综合。
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工业设计方法学——第二章 创造性思维及创造技法
工业设计的方法论 2）台扇：1908年
第2章优化设计ppt课件
2.1 概述
2.1.1 优化设计根本概念
优化设计〔Optimal Design〕是20世纪60年代开展起来的一种 现代设计方法。它是将最优化原理和计算机技术运用于设计领域， 为工程设计提供一种重要的科学设计方法。
利用这一设计方法，设计者就可从众多的设计方案中寻觅出最 正确设计方案，从而大大提高设计效率和质量，因此优化设计是现 代设计实际和方法的一个重要领域，它已广泛运用于各个工业设计 领域和各种产品设计中。
所谓优化设计，就是在规定的设计限制条件下，运用最优化原 理和方法将实践工程设计问题转化为最优化问题，然后以计算机为 工具进展寻优计算，在全部可行设计方案中，寻求满足预定设计目 的的最正确设计方案。
进展最优化设计时：
首先必需将实践问题加以数学描画，构成一组由数学表达式组成 的数学模型；
然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上进 展寻优运算求解，得到一组最正确的设计参数。这组设计参数就是设 计的最优解。
由等式约束条件可知，三个设计变量中只需两个是独立变量，即
x3
5 x1 x 2
。所以，该问题的优化数学模型应写为：
设计变量：
X [x1 x2]T
目的函数的极小化： m inf(X ) x 1 x 2 2 (x 1 x 3 x 2 x 3 ) x 1 x 2 1 0 (x 1 2 x 1 1 )
约束条件：
与传统设计方法不同，优化设计过程普通分为如下四步：
● 设计课题分析
● 建ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数学模型
● 选择优化设计方法
● 上机电算求解
获得最优解
〔１〕设计课题分析： 经过对设计课题的分析，提出设计目的，它可以是单项设计目的，也可以是多项设计目的的组合。 从技术经济的观念出发，对机械设计而言，机器的运动学和动力学性能、体积、分量、效率、本钱、可靠性等 都可以作为设计追求的目的。 然后分析设计应满足的要求，主要的有：某些参数的取值范围；某种设计性能或目的按设计规范推导出的技术 性能；还有工艺条件对设计参数的限制等。
2024年人教版物理八年级上册第二章教学设计2.5 跨学科实践：制作隔音房间模型
第5节跨学科实践:制作隔音房间模型
教材分析
一、课标分析
能发现日常生活中与物理学有关的问题,提出解决方案。
二、内容和地位分析
本节内容旨在让学生能在跨学科实践中尝试找出影响活动成效的主要因素,能运用简单模型解决问题。
教材内容设置从声音的产生和传播、声音的特性及噪声对人们的危害和防治方法着手,在这个基础上,让学生利用所学知识制订生活中避免噪声污染的具体实施方案——制作隔音房间模型。
学情分析
通过本章前面几节的学习,学生已经掌握了声音的产生、声音的传播及人耳听到声音的条件,了解了噪声的来源及其对人体的危害,基于生活中的需要,发现人们为了避免噪声的干扰,选用生活中的材料,设计并制作隔音房间,达到学以致用的目的。
教学目标
1.通过隔音房子的设计和制作,让学生运用声音的产生和传播、噪声的控制等知识进行技术设计,学习技术设计的思想和方法。
2.培养学生敢于动手、乐于创新、发现问题、解决问题的能力,同时体验创造和成功的快乐。
3.通过技术设计与制作活动解决生活中的实际问题,获取并整合经验。
核心素养
通过实践活动,让学生体验物理学是一门实验科学,同时培养学生的生活观察能力、思考能力和动手操作能力。
重点难点
重点:查阅资料,运用声现象等知识设计、制作简易的隔音房间模型。
难点:在制作过程中能主动发现问题并采取有效方法解决问题。
教学过程
续表
续表由实验可得,厚度相同的不同隔音材
料,隔音效果不同。
那么请同学们思考并设计实验验证:相同的隔音材料,如果厚度不同,隔音效果会怎样呢?
由表中数据可得,相同的材料,厚度越厚,隔音效果越强。
教学反思。
第二章层次建模的概念
第2章层次建模的概念在详细地讨论Verilog语言之前，我们首先需要理解数字电路设计中基本的层次建模概念。
只有掌握了正确的设计方法学，才能使用V erilog HDL进行高效的设计。
在本章中，我们对典型的设计方法学进行讨论，并说明如何在Verilog设计中体现这些概念。
数字电路的仿真由多个部分组成，下面我们对这些组成部分及其相互之间的关系进行讨论。
学习目标●理解数字电路设计中的自底向上和自顶向下设计方法。
●解释Verilog中模块和模块实例之间的区别。
●学习从4种不同的抽象角度来描述同一个模块。
●解释数字电路仿真中的各个组成部分，定义激励块和功能块，说明两种使用激励进行仿真的方法。
2．1 设计方法学数字电路设计中有两种基本的设计方法：自底向上和自顶向下设计方法。
在自顶向下设计方法中，我们首先定义顶层功能块，进而分析需要哪些构成顶层模块的必要的子模块；然后进一步对各个子模块进行分解，直到达到无法进一步分解的底层功能块。
图2.1显示了这种方法的设计过程。
图2．1 自顶向下设计方法学在自底向上设计方法中，我们首先对现有的功能块进行分析，然后使用这些模块来搭建规模大一些的功能块，如此继续直至顶层模块。
图2.2显示了这种方法的设计过程。
在典型的设计中，这两种方法是混合使用的。
设计人员首先根据电路的体系结构定义顶层模块。
逻辑设计者确定如何根据功能将整个设计划分为子模块；与此同时，电路设计者对底层功能块电路进行优化设计，并进一步使用这些底层模块来搭建其高层模块。
两者的工作按相反的方向独立地进行，直至在某一中间点会合。
这时，电路设计者已经使用开关级原语创建了一个底层功能块库，而逻辑设计者也通过使用自顶向下的方法将整个设计分解为由库单元构成的结构描述。
图2．2 自底向上设计方法学为了说明层次建模的概念，下面我们以下降沿触发的四位脉动进位计数器为例进行说明。
2．2 四位脉动进位计数器图2.3中的脉动进位计数器是由下降沿触发的T 触发器组成的。
药物化学(第二版)第2章 药物设计的基本原理和方法
先导化合物的优化可分为：
（1）传统的化学方法 （2）现代的方法: 包括CADD和3DQSAR（在第三章介绍）
先导化合物优化的一般方法
一、烷基链或环的结构改造
二、生物电子等排原理
三、前药原理
四、软药
五、硬药
六、孪药
七、定量构效关系研究
一、烷基链或环的结构改造
1、成环或开环 镇痛药吗啡→哌替啶
N
4 -苯 基 哌 啶 类
2、插烯原理（vinylogues）（烷基链局部减少双键 或引入双键） 抗癫痫药胡椒碱→桂皮酰胺类的衍生物
O O 胡 椒 碱 N O 桂 皮 酰 胺 衍 生 物 X O N H R
3、烃链的同系化原理 利福平（甲基哌嗪）→利福喷汀（环戊基哌嗪）
二、生物电子等排（Bioisosteris）
安西他滨（环胞苷）是阿糖胞苷的中间体， 后发现安西他滨不仅具有抗肿瘤作用，且 副作用轻，体内代谢比阿糖胞苷慢，故作 用时间长，治疗各种白血病。
C H O H O O H O H C H O H 2 H O N O O N N H
.H C l
. O N H 3H 2
N H 2 N H O O N O H O
发展为理想的药物，这一过程称为先导化
合物的优化。
第一节
先导化合物发现的方法和途径
Approaches for lead discovery
一、从天然药物的活性成分中获得
(From Active Component of Natural Resources)
（1）植物来源 p17
青蒿素：来自于中药黄花蒿，以此为先导 物，发现蒿甲醚、青蒿琥酯等； 紫杉醇：来自于红豆杉树皮，以此为先导 物，发现多西他赛等。
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4. 在设计、工艺等方面需要解决的关键问题。 5. 投资费用及时间进度计划。 6. 现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。 设计要求拟定： 1. 根据产品功能和性能提出设计参数和指标，如可靠度、生产率、 性能价格比等。 2. 列出制造、使用等方面的限制条件，如工艺方面的限制条件。 3. 操作、安全、维修、外观造型等使用方面的具体要求等。
④ 产生压差使废水增加能量引出集水池。
将物料流、能量流、信息流分别考虑，按逻辑关系绘制功能结 构图。
信息 废水 能量
1.水位测量
2.过程控制 4.产生压差 3.能量转换
废水
3. 确定主要分功能的解法原理
主要分功能“产生压差”的解决是确定整体方案的关键。产生
压差的解法原理如下：
离心式
排挤原理
容积式 振荡式 旋转式
显示信息
环境对系统的影响
土壤、湿度、温度、风力
• 总功能可以分解为分功能，分功能继续分解为功能元。
• 功能元是不能再分解的最小功能单元，是直接能从物理效应、逻辑关 系等方面找到解法的基本功能。
• 功能分解可用树状结构表示，称为功能树。功能树起于总功能，分为 一级功能、二级功能、直至能直接求解的功能元。
该过程包括：总功能分析和功能分解两个阶段。
总功能分析常采用黑箱法。将设计的对象看成是不透明的、内部
结构未知的黑箱，只集中分析比较系统中物质、能量、信息的输入输
出关系。
系统对环境的影响
物质
物质
谷物
噪声、废气、振动
谷粒 茎秆
能量
待设计的
能量
机械系统
驱动能
自走式谷 物收割机
谷壳 工作机构能量
信息
信息
驱动信号
流体力学原理
容径积向式 半径向式
轴向式
其他式
其他式
注射流
其他原理
旋流式
混合式
（1）排挤原理：容积式泵对异物尤其是纤维很敏感，不适用。
• 效益原则。在可靠的前提下，力求做到经济合理，使产品价廉物美， 才有较大的竞争能力，创造较高的技术经济效益、社会效益和环境效 益。也就是说，在满足用户提出的功能要求下，还要有效地节约能源， 降低成本，环境友好。
• 审核原则。设计过程是一种设计信息加工、处理、分析、判断决策、 修正的过程。为减少设计失误，实现高效、优质、经济的设计，必须 对每一设计程序的信息随时进行审核，决不许有错误的信息进入下一 道工序。适时而严格的审核是确保设计质量的一项重要原则。
• 将各功能元的局部解合理组合，可以达到多个系统原理解。一般采用形 态矩阵法进行组合，即将系统功能元和局部解分别作为纵横坐标，列出 形态学矩阵。
• 从每个功能元中取出一种局部解进行组合，即构成一个系统解，最多可 以组合出 N 个方案
N = n1n2···nn
分功能
a. 动力源 b. 移位传动 c. 移位 d. 取物传动 e. 取物
• 原理方案设计
原理方案设计就是新产品的功能原理设计，在分析的基础上通过 创新构思，优化筛选，求取较理想的功能原理方案。
1. 原理方案拟定
2. 功能分析
功能分析的目的是明确用户的要求和产品所应具有的工作能力。 确定总功能，将总功能分解为分功能，并用功能结构来表达分功能之 间的相互关系，这个功能称为功能分析。功能分析过程是设计人员初 步酝酿功能原理设计方案的过程。
按标准数系列开发能覆盖全部使用范围饿废水泵系列产品，销售 前景最好的是具有如下规格的泵：
流量：40L/s
增压：1.6MPa
此规格可期望销售200台/年
首先按上列参数开发和试制一台初型泵。制造初型泵不用专门的 工艺装备。材料、加工和试验费应分别统计。
初型泵完成日期： 年 月。
（3）明确设计要求
设计任务书不仅包括需要解决问题的概括，还需要与废水处理专 家、卫生专业人员、地下水道专业人员研究，明确有关边界条件。由 于废水流量不规则，变化很大，应先将废水引入集水池，当池水达到 允许的最高水位时，才需泵出水。因此要有泵自动停起的措施。此外 还应考虑断电时的应急措施，以提高运转可靠性，并且要可靠地防止 堵塞，保证噪声低，且适用于酸性废水。
• 变型设计：变型设计是指在工作原理和功能结构都不变的情况下，变 更现有产品的结构配置和尺寸，使之满足不同的工作要求。如不同压 力、不同流量的齿轮泵系列设计。
• 在工业中，开发性设计所占比重不大，但一旦开发成功，效益较高。 为满足市场多品种、多规格产品的需要，适应性设计和变型设计受到 普遍重视。
产品开发设计的原则
Apollo project 是典型的系统工程
Apollo工程开始于1961年5月，到1972年12 月结束，完成6次登月。历时11年 ，耗资255亿美 元。
在项目高峰时，参加研制的有两万多家企业， 200多所大学，80多个科研机构，总人数超过30 万。
使用大型计算机600台，发射17艘飞船。 飞船的全部零部件720多万个。
（4）拟定设计要求表
测量装置
废水集水池
泵
驱动
废水泵基本原理图
2. 功能分析
泵送废水是个不规则的断续过程，为保证泵送过程自动进行， 必须具有下列分功能：
① 水位测量。在达到规定水位时发出信号。
② 过程控制。根据信号控制能量转换装置的运行与停止。
③ 能量转换。将输入进系统的能量转换为可以直接作用于压差 产生装置的能量。
解； ⑥ 在多个可行总功能原理解中确定出最佳原理方案。 功能元原理方案设计是为不同的功能、不同的工作原理、不同
的运动规律匹配不同的机构。通过排列组合，会出现多个功能原理 解，产生大量技术方案，为优选方案提供了基础。 功能元求解是方案设计中重要的“发散”“搜索”阶段。求解途径 有：
① 参考有关资料、专利或相似产品求解； ② 利用各种创造性方法开阔思路、探寻解法； ③ 利用设计目录。
2.1 设计系统
• 系统工程是在控制论、信息论、运筹学和管理科学的基础 上发展起来，用于解决工程问题，使之达到最优化设计、 最优化控制、和最优化管理的科学。
• 传统的分析方法把事物分解为独立的互不相干的部分分别 进行研究，是孤立、静止地分析问题，结果是片面的、有 局限性的。
• 系统论设计思想的核心是把工业设计对象以及有关的设计 问题视为系统。系统的输入是设计要求和约束条件信息； 设计者运用一定的知识和方法通过计算机或试验设备等工 具进行设计；输出产品方案、图纸、程序、文件等设计结 果。
学领域的重要内容，是设计科学化的基础。产品设计的时间维是产品 规划、原理方案设计、技术设计、施工设计。 • 解决问题的合理的逻辑步骤是分析、综合、评价、决策。 • 设计方法由静态分析、近似计算、经验类比、手工劳动的传统设计方 法进入现代设计方法阶段，包含了新兴设计理论、新技术、产品创新。
先进设计系统
支承人 支承物 自支承 驱动 传动 声报警 光报警 防盗 制动 转向 变速
3. 确定各个功能元的原理方案 ① 同一种功能，可用不同的技术过程实现； ② 选用不同的运动规律，对应不同的功能； ③ 同一种功能，可选用不同的工作原理，不同的结构来实现； ④ 同一种工作原理，可用不同的结构及组合来实现； ⑤ 将分功能（或功能元）的原理按照功能结构组合成总功能原理
• 开发性设计：针对新任务，应用可行的新技术，进行创新构思，提出 新的功能原理方案，完成从产品规划到施工设计。是一种完全创新的 设计。如保持领先水平、适应政策要求、避开市场热点开发有特色产 品等。
• 适应性设计：适应性设计是指在工作原理基本保持不变的情况下，对 现有系统功能及结构进行重新设计，以提高系统的性能和质量。如照 相机采用电子快门、自动曝光代替手动调整，实现了小型化、智能化； 汽车的电子式汽油喷射装置代替了原来的机械控制汽油喷射系统。适 应性设计还包括对产品作局部变更或增设部件，使产品能更广泛地适 应使用要求。
• 创新原则。设计本身就是创造性思维活动，只有大胆创新才能有所发 现、有所创造。但是，今天的科学技术已经高度发展，创新往往是在 已有技术基础上的综合。有的新产品是根据别人研究试验结果而设计 的，有的是博采众长，加以巧妙组合。因此，在继承的基础上创新是 一条重要原则。
• 可靠原则。产品设计力求技术上先进，但更要保证使用中的可靠性。 无故障运行时间长短是评价产品质量的重要指标。
设计实例——废水泵设计
1. 明确设计任务 （1）需求分析与调研 河道污染已成为严重的公害，因此有必要将工厂、家庭的污水 引到集水池，再由废水泵送给净化装置。根据市场分析，需要下列 工作范围的泵： 流量：10~70L/s 增压：0.5~2.5MPa 市场需求约为600台/年 在用户访问中，人们指出旧产品有堵塞的可能，并要求新产品 工作可靠性高、噪声小和避免气味扩散。 （2）确定开发任务书 根据市场分析得知销售前景最好的产品规格，由此确定开发任 务书。
第2章 设计方法学
• 设计方法学（Design Methodology）是一门新兴学科， 是现代设计方法的重要组成部分。
• 设计对象 • 设计过程及程序 • 设计思维 • 设计评价 • 设计信息管理 • 现代设计理论与方法的应用
设计方法学研究体系
• 德国着重研究设计的进程、步骤和规律，进行系统化的逻 辑分析，并将成熟的设计模式、解法等编成规范和资料供 设计参考。
方法
职能设计
创新设计
虚拟设计
系统方法
零件 部件 整机
生产线
需概总详设 求念体细计 设设设设评 计计计计价
逻辑
时间
现代产品设计程序
• 产品规划 设计的第一步是产品规划。需要明确所设计系统或产品的目的、
任务和要求，并用设计任务书的形式表示。作为后续设计、评价和决 策的依据。产品规划需要进行市场需求分析、可行性分析和设计要求 拟定。 市场需求分析： 1. 消费者对产品功能、性能、质量和数量等的具体要求。 2. 现有类似产品的销售情况和销售趋势。 3. 竞争对手在技术、经济方面的优缺点及发展趋势。 4. 主要原材料、配件和半成品的现状、价格及变化趋势。 可行性分析： 1. 产品开发的必要性，市场调查和预测情况。 2. 有关产品的国内外水平、发展趋势。 3. 从技术上预期能达到的水平，经济效益，社会效益分析。