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1、精选优质文档-倾情为你奉上 2.2.1 现代设计技术的内涵 工程设计的历史与人类科技发展史同步。随着人类文明、科学技术的发展，工程设计这门古老的学科已逐渐演进为一门科学，形成一门综合性的现代工程技术学科。工程设计的最终目的是创造满足用户需求的产品，其范围几乎涉及到人类活动的各个领域。从人们的衣、食、住、行所需要的生活资料、用品和工具，到各种工业机器、仪器、设备和装置，如机床、飞机、汽车、舰船、宇航工具、计算机硬件与软件、机器人、发电设备、通信装置、医疗器械等等，无不是人的创造与智慧的结晶。这些科技成果可以看作是人各种器官的一种加强与延伸，用以辅助人们日益增长的物质与文化的需要，也是推动社会物质
2、文明与精神文明的建设的重要因素。但是，所设计的产品能否满足预想的要求，满足的程度如何，即产品所达到的质量、性能、价格/成本、寿命等综合指标如何，主要是由设计阶段决定的。据有关资料介绍，设计阶段决定了产品制造成本的75%80%，而且也极大地影响着产品的运行、维修费用。因此，高度重视研究、发展设计技术，具有十分重要的意义。 在本篇尚未展开阐述现代设计技术内容之前，首先需要回答一些有关现代设计技术的涵义、体系及其特点等总体认识问题，而这又需简略回顾一下人们在长期的设计活动中，对工程设计的涵义与内容的认识。 在传统的工程设计中，从工作性质与内容看，将设计过程划分为方案设计、技术设计和工艺设计。随着计算
3、机、信息技术的发展，工程设计的范畴，从传统的设计内容已扩扩展到产品规划、制造、检测、实验、营销、运行、维护、报废、回收等全过程的全方位设计。 从设计的过程与方法看： 1）设计是一种工程活动。设计师的任务就是运用自然科学的知识与法则去创造物质文明，它几乎涉及到人类生活、生产的全部方面。 2）设计是一种创造性的智力活动。设计的全过程，需要设计师提出各种不同的构思和设想，具有灵活运用知识和经验处理技术、经济等问题的能力和优良的品质、作风，能创造性地寻求设计目标和任务的实现。 3）设计是一个综合、决策、迭代、寻优的过程。设计流程就是输入信息处理加工综合、判断、决策输出信息，是寻求满意的设计目标、方案、
4、参数、结构等最优的过程。设计过程也是一个信息综合、反馈（或迭代）、交流的过程。由于设计要求和约束条件及多种约束之间相互制约，甚至是相互矛盾的，虽经优化，也只能综合、权衡各方面因素取得相对满意的结果。 从设计任务的要求来划分，通常有三种不同类型的设计。 1）开发性设计。运用成熟的科学技术，从工作原理和结构上设计过去没有的新型产品，这是一种完全创新的设计。 2）适应性设计。在原理、方案基本保持不变的前提下，对产品作局部的变更设计，使之更能满足用户的需求。 3）变型设计。在功能和工作原理不变的情况下，变更现有产品的结构配置、布置方式和尺寸，使之适应多方面的使用要求。 据德国机械制造工作者协会调查表明
5、，在机械制造业中产品的55%属于适应性设计，25%为开发性设计，20%为变型设计1。显然，上述设计类型划分之界限有时并不十分明确，不过为适应先进制造技术的进步与发展趋势，当今不论何种设计都有必要应用计算机辅助设计（Computer Aided DesignCAD）技术及其他行之有效的现代设计技术，使设计的产品能在激烈的市场竞争中取胜。 尽管人们对工程设计之涵义与内容有过上述种种论述，现代设计技术与方法这一述语的概念也已提出多年，但是，由于现代设计技术是一门新兴的科学，迄今为止国内外文献对此尚无普遍公认的严格定义，也没有明确的边界。我们认为，现代设计技术与其他科学技术一样，都有其产生、发展的客观
6、要求与实际背景，是生产斗争、社会斗争和科学研究发展到一定程度的必然产物，也是自然科学方法论和科学哲理发展到一定阶段的必然产物。当今科技，有一个非常明显的发展趋势，这就是科学技术的重心正在由材料（物质）和能量转向信息，它意味着电子信息科学技术的崛起和信息技术时代的到来。信息技术的渗透影响着产品和制造业的变革，也影响着设计技术的变革与发展，并为设计技术的发展提供了条件，同时，对设计技术也提出了要求。在许多先进发达国家，近10年先进制造技术的应用与发展都与信息技术紧密相关，而且 在实施先进制造技术的过程中，不仅应用了许多现代设计技术，如优化设计、并行设计等，而且总结与提出了许多新的设计理论和技术，如
7、模糊设计（Fuzzy Design）、健壮设计（Robust Design）、虚拟设计（Virtual Design）等。另一方面，我们认为，随着社会生产力与科技的发展，现代设计技术与其它科学技术一样，其内涵与外延是变化的、动态的，如传统的机械力学已发展演变为理论力学、材料力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等；优化设计已发展为普通优化设计和模糊优化设计等。这些均是学科边界的扩展与交叉。 鉴于上述分析与基本认识，我们给现代设计技术下的定义为： 以满足应市产品的质量、性能、时间、成本/价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品
8、活动过程所用到的技术群体的总称。 从以上定义可以看出，现代设计技术有一系列特点，这将在下节予以论述。这里值得说明的是以下两点： （1）现代设计技术是多学科交叉融合的产物 就目前现代设计技术所涉及的理论、方法的范畴来看，可以认为它是由现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术、试验设计技术等多种学科的交叉与融合。而其中每一个具体的设计技术，同样也是若干学科的交叉与融合。例如优化设计是数学规划的方法与计算机编程的有机结合，计算机辅助设计可以看作是数学建模、计算机软件和硬件技术、工程图学等的有机结合；模糊优化设计是模糊方法与优化技术的结合等等。在这个现代设计技术群体各学科之间既相对独立又相互
9、联系、相互渗透。根据设计对象与任务的不同，以及设计各个阶段的特点，宜采用其中某些适宜的、有效的方法和技术，以解决设计中的总体和各个具体问题。 （2）现代设计是传统设计技术的继承、延伸和发展 从传统设计发展至现代设计，都有着时序性、继承性，并在一定时间和一定的对象中它们共存于一体。例如，传统的运动学、动力学、机构学、结构力学、强度理论等基本原理与方法是现代设计技术的数学建模及许多分支学科（如可靠性设计、疲劳设计、防断裂设计、健壮设计等）的基础；另外，许多现代设计技术与方法是在吸收了传统设计技术中的思想、观点、方法之精华而发展起来的，如系统设计、功能设计、模块化设计、优化设计、并行设计等等。因此，介绍与应用现代设计技术与方法时，不应片面夸大，成为玄而又玄的万能法宝，而应当认识到，它们的许多内容是传统设计技术的继承、延伸和发展。专心-专注-专业