创新设计第一章.ppt

《创新设计第一章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《创新设计第一章.ppt（58页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、创新设计第一章 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第 一 章 概 论创新设计第一章 概论引言引言 新华网北京新华网北京2 2月月9 9日电日电 国务院国务院9 9日发布日发布 国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)(2006-2020)。纲要纲要确定，到确定，到20202020年，全社会年，全社会研究开发投入研究开发投入占国内生产总占国内生产总值的比重提高到值的比重提高到2.5%2.5%以上，力争科技进步

2、贡献率达到以上，力争科技进步贡献率达到60%60%以上，以上，对外技术依存度对外技术依存度降低到降低到30%30%以下，本国人以下，本国人发明专利发明专利年度授权量和年度授权量和国际科学论文国际科学论文被引用数均进入世界前被引用数均进入世界前5 5位。位。纲要纲要指出，到指出，到20202020年，中国科技发展的年，中国科技发展的总体目标总体目标是：是：自主自主创新能力创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学和前沿技术研

3、究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科技成果，进入响的科技成果，进入创新型国家创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础。科技强国奠定基础。创新设计第一章 概论引言20042004年年1010月月9 9日，由日，由武汉理工大学武汉理工大学设计制造的武汉首款概念车设计制造的武汉首款概念车实体实体“热望热望”，正式启程赴上海参加，正式启程赴上海参加20042004年米其林必比登国年米其林必比登国际汽车挑战赛。际汽车挑战赛。创新案例创新设计第一章 概论引言引言20042004年年1010月月1

4、 1日在武汉国际会展中心开幕的第二届华中汽车日在武汉国际会展中心开幕的第二届华中汽车展上，一款长展上，一款长2.852.85米、宽米、宽1.71.7米、高米、高1.651.65米的造型独特名叫米的造型独特名叫“AspireAspire”（热望）的黄色电动汽车吸引了不少目光。（热望）的黄色电动汽车吸引了不少目光。热望是汉产首辆热望是汉产首辆“概念车概念车”实体，它的设计者是武汉理工实体，它的设计者是武汉理工大学汽车工程学院车辆工程专业大学汽车工程学院车辆工程专业9999级的学生李一。级的学生李一。创新设计第一章 概论引言李一的设计灵感来源于李一的设计灵感来源于20002000年悉尼奥运会年悉尼奥

5、运会的会标的会标。20032003年的一天他在街头漫步，无意间年的一天他在街头漫步，无意间印在一副巨型体育用品广告边角的这个标志闯印在一副巨型体育用品广告边角的这个标志闯入了他的眼球，他立刻被其波浪型的曲线所吸入了他的眼球，他立刻被其波浪型的曲线所吸引，灵感油然而生。回到学校后，李一在草稿引，灵感油然而生。回到学校后，李一在草稿本上画出两条曲线，从此开始了本上画出两条曲线，从此开始了AspireAspire的创作的创作历程。历程。创新设计第一章 概论引言 先期的先期的概念设计概念设计完成后，李一又从车身完成后，李一又从车身造型设计造型设计、总体设计总体设计、底盘总布置设计、车身总布置设计、车身

6、、底盘总布置设计、车身总布置设计、车身结构分析、车身材料选择和动力性、经济性计算等方结构分析、车身材料选择和动力性、经济性计算等方面进行了更加深入的理论分析，并按面进行了更加深入的理论分析，并按1 1：5 5的比例制作的比例制作了油泥模型。短短的几个月，了油泥模型。短短的几个月，AspireAspire便由两条曲线变便由两条曲线变成了色彩斑斓的效果图、布置紧凑合理的总布置图和成了色彩斑斓的效果图、布置紧凑合理的总布置图和造型准确的油泥模型。造型准确的油泥模型。2003 2003年年8 8月，月，AspireAspire的设计成功入围了的设计成功入围了“20032003米米其林其林国际汽车设计挑

7、战赛国际汽车设计挑战赛”决赛。决赛。20042004年年1 1月，作为月，作为唯一受邀的中国参赛者，李一携唯一受邀的中国参赛者，李一携AspireAspire油泥模型来到油泥模型来到美国底特律，参加了已有美国底特律，参加了已有8787年历史的北美国际汽车展年历史的北美国际汽车展（NAIASNAIAS）。）。创新设计第一章 概论引言李一的这款概念车李一的这款概念车具有节能、无污染、造具有节能、无污染、造型优美等诸多优点。有型优美等诸多优点。有关专家认为，如果这款关专家认为，如果这款概念车能成功制成原型概念车能成功制成原型车，将拉近我国汽车行车，将拉近我国汽车行业与国际前沿科技的距业与国际前沿科技

8、的距离。离。正因如此，正因如此，20042004年年3 3月武汉理工大学作出决定，拿月武汉理工大学作出决定，拿出出5050万元科研经费，在李一设计的基础上继续研究，将万元科研经费，在李一设计的基础上继续研究，将AspireAspire从小小的油泥模型变成样车，参加从小小的油泥模型变成样车，参加20042004年年1010月在月在上海举行的上海举行的“米其林必比登挑战赛米其林必比登挑战赛”。创新设计第一章 概论引言 武汉理工大学武汉理工大学5 5名在校生在国内首创的名在校生在国内首创的“轻型自平衡组装式轻型自平衡组装式小车天桥小车天桥”。创新案例创新设计第一章 概论引言小汽车天桥由标准单元钢桁架

9、和斜拉索组装而成，无需大型小汽车天桥由标准单元钢桁架和斜拉索组装而成，无需大型支撑装置，路面接触面小支撑装置，路面接触面小。采用的疏导方式，直行小汽车经小汽采用的疏导方式，直行小汽车经小汽车天桥通过，不受红灯限制；直行大车和左转小汽车由中间车道车天桥通过，不受红灯限制；直行大车和左转小汽车由中间车道通过；右转车辆由最外侧车道通过。此举能把施工路口的通行效通过；右转车辆由最外侧车道通过。此举能把施工路口的通行效率提高率提高40%40%以上。以上。另外，它可在另外，它可在2424小时内快速组装完成，白天不影响路面交通。小时内快速组装完成，白天不影响路面交通。据悉，搭建这样一座小汽车天桥的费用约在据

10、悉，搭建这样一座小汽车天桥的费用约在150150万万-200-200万之间万之间。创新设计第一章 概论引言该项目继今年6月摘得湖北省第七届挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛一等奖后，又获得了第十一届挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖。桥梁专家、中铁第四设计勘察院教授级高工金福海表示，这一设计创新性地提出了因施工导致交通堵塞问题的一种新思路，在城市应用道路改造中具有应用前景。中铁大桥局武汉桥梁科学研究院教授级高工陈*也认为，它具有实用性，值得推广。创新设计第一章 概论 西楚霸王项羽年青时西楚霸王项羽年青时，叔叔叔项梁问他想学什么，一开始叔项梁问他想学什么，一开始项羽努力学习武艺，但过了一项

11、羽努力学习武艺，但过了一段时间觉得用处不大段时间觉得用处不大,于是要于是要项梁教他其他的东西项梁教他其他的东西,项梁就项梁就问为什么问为什么,项羽回答说项羽回答说:剑剑,一一人敌人敌,匹夫之勇匹夫之勇,不足学不足学,须须学学万人敌万人敌。剑术只是一种剑术只是一种“技技”艺，艺，“万人敌万人敌”指指兵法兵法或者或者称称“道道”,于是项羽勤钻于是项羽勤钻兵法兵法,后项羽率领楚军击败仇后项羽率领楚军击败仇人人,灭亡了秦朝灭亡了秦朝。引言引言创新设计第一章 概论引言引言 “技技”与与“道道”的关系的关系 “技技”，相当于，相当于“术术”也属于也属于“器器”，是马克思主，是马克思主义的义的“具体实践具体

12、实践”，或，或“物质性的劳动物质性的劳动”。“道道”，法也，即规律。韩非子，法也，即规律。韩非子.解道：解道：“道道者，万物之所然也，万理之所稽也者，万物之所然也，万理之所稽也”，也指出，也指出“道道”是是万物万理的规律所在。这里的万物万理的规律所在。这里的“道道”，小而言之是理论，小而言之是理论方法方法，大而言之，是掌握，大而言之，是掌握“技技”之后获得的大智慧。之后获得的大智慧。从设计角度讲，设计上的从设计角度讲，设计上的“道道”，就是在对设计理，就是在对设计理念的深刻理解后所进行的念的深刻理解后所进行的创造性地解决问题的创造性地解决问题的方法方法。设计上的设计上的“技技”在这里指的是技术

13、和技巧。一是表在这里指的是技术和技巧。一是表达的技术达的技术，二是造型处理的技巧。二是造型处理的技巧。创新设计第一章 概论引言 方法方法是人类思维的财富是人类思维的财富,是探索科学真理是探索科学真理的钥匙。认识事物、解决问题都需要正确的的钥匙。认识事物、解决问题都需要正确的方方法法。培根培根(F.Bacon)(F.Bacon)说过说过:“没有一个正确的没有一个正确的方方法法,犹如在黑暗中摸索行走犹如在黑暗中摸索行走”。巴甫洛夫也曾指出巴甫洛夫也曾指出:“好的好的方法方法将为人们将为人们展开更广阔的图景展开更广阔的图景,使人们认识使人们认识更深层次的规更深层次的规律律,从而更有效地改造世界。从而

14、更有效地改造世界。”引言创新设计第一章 概论 工业革命开始以来的工业革命开始以来的300300年中，科学技术以年中，科学技术以前所未有的速度达到了惊人的水平。前所未有的速度达到了惊人的水平。人类已经在月球上漫步，正在把人类已经在月球上漫步，正在把空间探测器空间探测器送到别的行星。送到别的行星。记忆芯片记忆芯片可以在单个芯片中存储一百年前全可以在单个芯片中存储一百年前全部知识部知识，用来制造这些芯片的装备可以把微电子用来制造这些芯片的装备可以把微电子器件做在很小的器件做在很小的集成电路芯片集成电路芯片上。上。这些都是这些都是不可思议不可思议的科学技术突破。的科学技术突破。尽管有这些和其他辉煌的成

15、就，我们仍然被尽管有这些和其他辉煌的成就，我们仍然被许多技术和社会问题包围着，而这些问题正是由许多技术和社会问题包围着，而这些问题正是由不良设计不良设计造成的。造成的。设计的现状引言创新设计第一章 概论有一些有一些设计错误设计错误造成的重大问题已广为人知。同时造成的重大问题已广为人知。同时还有许多还有许多“小小”问题，它们仅仅使用户不便或恼怒。问题，它们仅仅使用户不便或恼怒。所有所有不好的设计不好的设计或产品，不论大小，都可能是危险或产品，不论大小，都可能是危险的、费钱的的、费钱的，如如许多产品被召回。许多产品被召回。一些产品的保修成本在销售价格中占很大比重。一些产品的保修成本在销售价格中占很

16、大比重。有的失误导致财产甚至生命的损失。有的失误导致财产甚至生命的损失。更有甚者，许多更有甚者，许多构思构思和和设计有缺陷的开发项目设计有缺陷的开发项目严重严重推迟、超支，在有些情况下甚至完全失败。虽然有的失推迟、超支，在有些情况下甚至完全失败。虽然有的失败是因为科学知识的缺乏，但是大部分这类问题来源于败是因为科学知识的缺乏，但是大部分这类问题来源于设计不良设计不良的产品、过程、软件和系统。的产品、过程、软件和系统。设计的现状引言创新设计第一章 概论今天仍产生如此多的设计错误的一个原因是：设计今天仍产生如此多的设计错误的一个原因是：设计依然是在依然是在试凑试凑的基础上靠的基础上靠经验经验来做的

17、。来做的。这个问题并不限于某个国家或某个公司，它到处可这个问题并不限于某个国家或某个公司，它到处可见。全世界的大学都没有给予他们工程学的学生以见。全世界的大学都没有给予他们工程学的学生以通用通用化、规范化和系统化化、规范化和系统化的设计知识。反之，设计却曾经被的设计知识。反之，设计却曾经被认为是认为是不能用不能用科学办法处理的主题。也就是，设计是依科学办法处理的主题。也就是，设计是依靠直觉和天赋的推理靠直觉和天赋的推理而不是而不是严密的科学研究。严密的科学研究。幸好设计领域并不必须停留在这个幸好设计领域并不必须停留在这个经验经验的阶段。的阶段。正如许多技术领域已经经过相同的发展阶段那样，正如许

18、多技术领域已经经过相同的发展阶段那样，设计领域也将设计领域也将进化进化为一个具有科学基础的实在的学科。为一个具有科学基础的实在的学科。设计的现状引言创新设计第一章 概论 过去，许多工程师根据多年的过去，许多工程师根据多年的经验经验、聪明才智及创造性，经、聪明才智及创造性，经历了许多的尝试和错误，然后迭代地、历了许多的尝试和错误，然后迭代地、经验经验地、直觉地设计了他地、直觉地设计了他们的产品（或过程、系统等）。们的产品（或过程、系统等）。虽然虽然经验经验是是重要重要的，因为它产生实际设计的知识和信息。但的，因为它产生实际设计的知识和信息。但是仅仅依赖是仅仅依赖经验经验知识是不充分的，因为它并不

19、总是可靠的，特别知识是不充分的，因为它并不总是可靠的，特别是在应用背景发生变化时。是在应用背景发生变化时。经验经验必须由必须由系统的设计知识系统的设计知识加以补充，加以补充，反之亦然。反之亦然。虽然设计是一门古老的技能，但是它已被逐渐归纳为通用化、虽然设计是一门古老的技能，但是它已被逐渐归纳为通用化、规范化和系统化的知识，以便使工程师设计师可以成为好的设规范化和系统化的知识，以便使工程师设计师可以成为好的设计师。计师。设计方法学设计方法学的的一个目的一个目的就是通过提供基本理论、原就是通过提供基本理论、原理和方法来补充设计师的理和方法来补充设计师的经验经验，使得他们能，使得他们能充分发挥充分发

20、挥自自己的己的创造性创造性。引言应当如何设计？创新设计第一章 概论 设计与设计方法设计的定义设计的定义简单理解简单理解：设计设计=设想设想+计算计算设想设想即是构思即是构思设计设计对象对象的的原理方案原理方案与与结构方案结构方案计算计算是验证方案是否成立的是验证方案是否成立的详细设计详细设计设想设想：探索性的：探索性的抽象抽象设计设计 （特点：快速的、粗糙的、整体的、平行的）（特点：快速的、粗糙的、整体的、平行的）计算计算：决定性的：决定性的具体具体设计设计 （特点：谨慎的、仔细的、有细节的、有序列的）（特点：谨慎的、仔细的、有细节的、有序列的）由此可见，由此可见，设计过程实际是从设计过程实际

21、是从模糊模糊通向通向明确明确的工作周期。的工作周期。设计与设计方法创新设计第一章 概论确切定义确切定义：设计设计是指通过是指通过分析分析、综合综合、创造创造与与决策决策达到满达到满足某种足某种特定特定功能系统功能系统的一种活动过程。的一种活动过程。功能系统功能系统：在科学和日常生活里，我们常：在科学和日常生活里，我们常常谈到常谈到的的一些系统。一些系统。工业系统，理论系统，生态系统，组织系统等等，工业系统，理论系统，生态系统，组织系统等等，这些都是具有某种这些都是具有某种特定功能特定功能的系统。的系统。设计与设计方法例创新设计第一章 概论概括归纳概括归纳：美国威斯康星大学美国威斯康星大学A A

22、SeiregSeireg教授归纳：教授归纳：设计由三种基本活动组成设计由三种基本活动组成创造创造、分析分析和和决策决策。创造创造发展基本原理发展基本原理；分析分析产生一个预定的产生一个预定的、模拟所设计系统的模型模拟所设计系统的模型；（即形成方案即形成方案）决策决策则用来评选最优方案和确定最优设计参数则用来评选最优方案和确定最优设计参数。设计与设计方法创新设计第一章 概论不同领域可以用各种不同方式对设计进行定不同领域可以用各种不同方式对设计进行定义。义。机械工程师机械工程师经常设计产品，因此当他们讲到经常设计产品，因此当他们讲到设计时，他们通常是指设计时，他们通常是指产品设计产品设计。制造工程

23、师制造工程师把设计想成是新的把设计想成是新的制造过程和系制造过程和系统统（即构造工厂和制造单元）。（即构造工厂和制造单元）。对于对于电气工程师电气工程师而言，设计意味着开发而言，设计意味着开发模拟模拟或数字电路，通讯系统和计算机硬件或数字电路，通讯系统和计算机硬件。设计与设计方法设计的内涵设计的内涵创新设计第一章 概论 尽管有些尽管有些软件工程师软件工程师，认为他们主要的工作，认为他们主要的工作是写计算机代码，但是除非首先是写计算机代码，但是除非首先设计好设计好软件的构软件的构架架，否则他们难以生成好的软件。，否则他们难以生成好的软件。企业的经理们企业的经理们则设计则设计组织机构组织机构以达到

24、组织的以达到组织的目标。目标。在一个较小范围里，在一个较小范围里，室内装饰设计师室内装饰设计师为了能为了能给住宅或建筑营造良好的情调而选择和布置家具给住宅或建筑营造良好的情调而选择和布置家具以及装饰事项。以及装饰事项。即使你所在即使你所在城市的市长城市的市长也必须设计一个有效也必须设计一个有效且有影响的且有影响的政府机构政府机构，并且制定战略规划以达到，并且制定战略规划以达到他对城市的设想。他对城市的设想。设计与设计方法创新设计第一章 概论 尽管以上活动的内容以及达到设计目标所需尽管以上活动的内容以及达到设计目标所需要的知识随着领域而异，但是所有这些都是设计要的知识随着领域而异，但是所有这些都

25、是设计活动。虽然各个领域使用不同的数据库和有不同活动。虽然各个领域使用不同的数据库和有不同的设计实践，然而它们的设计实践，然而它们共享许多设计特征共享许多设计特征。所有这些活动的所有这些活动的共同点共同点是设计师必须做下面是设计师必须做下面的事：的事：1)1)知道或知道或理解理解用户的用户的需要需要。2)2)确定确定为满足需要为满足需要所必须解决的所必须解决的问题问题。3)3)进行进行分析分析以以优化优化所提出的解决所提出的解决方案方案。4)4)通过通过综合综合使解决方案使解决方案具体具体化。化。5)5)检查检查所得的设计解决方案是否满足用户所得的设计解决方案是否满足用户的原始需要。的原始需要

26、。设计与设计方法创新设计第一章 概论工程设计工程设计(Engineeringdesign)英国英国FieldenFielden委员会给出的工程设计的定义是：委员会给出的工程设计的定义是：“工程设计工程设计是利用是利用科学原理科学原理、技术知识技术知识和和想象力想象力，确定最，确定最高的经济效益和效率实现高的经济效益和效率实现特定功能特定功能的机械机构、整机和系统。的机械机构、整机和系统。”工程设计工程设计是在是在各种制约条件下各种制约条件下最好的实现给定的具体目标，最好的实现给定的具体目标，制订出机器、系统或工艺过程的制订出机器、系统或工艺过程的具体结构具体结构或者或者抽象体系抽象体系。工程设

27、计工程设计是对工程是对工程技术系统技术系统进行构思进行构思、计划并把设想变为计划并把设想变为现实的技术实践活动。现实的技术实践活动。设计与设计方法创新设计第一章 概论设计与设计方法工程设计工程设计的内容大致可分为两类：的内容大致可分为两类：一类是数值一类是数值计算计算型的工作型的工作，包括大量的计算包括大量的计算、分析、绘图、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格编写说明书和填写各种表格;另一类是基于符号性知识模型和符号处理的另一类是基于符号性知识模型和符号处理的推理推理型工作型工作，主要是主要是方案设计方案设计工作，例如初始方案的拟定、最优方案的选择、工作，例如初始方案的拟定、最优方案的选择、

28、结构设计、工艺方案的规划等。结构设计、工艺方案的规划等。设计的设计的目的目的是是保证系统的保证系统的功能功能，建立性能好，成本低，价，建立性能好，成本低，价位最优的位最优的技术系统技术系统。技术系统技术系统：简单地说，就是要设计的产品。：简单地说，就是要设计的产品。系统功能系统功能：就是产品的：就是产品的用途用途或系统能独立完成的任务。或系统能独立完成的任务。创新设计第一章 概论工程设计的发展简史工程设计的发展简史自然界中，人类是唯一的智能动物，设计是伴随着人类不自然界中，人类是唯一的智能动物，设计是伴随着人类不断走向文明而发展的。断走向文明而发展的。工程设计大致经历了三个阶段：工程设计大致经

29、历了三个阶段：直觉设计阶段直觉设计阶段十七世纪以前，人类从十七世纪以前，人类从自然界中得到启示自然界中得到启示或或全凭直观感觉全凭直观感觉来设计机械，制作工具。来设计机械，制作工具。鲁班上山伐木，被茅草划破手指，从而发明了锯。树枝漂在水面而发明了船。最初只知道这些工具能省力，提高工效，但不知道其所以最初只知道这些工具能省力，提高工效，但不知道其所以然。这就驱使一些人去分析研究各种现有工具和装置的工作机然。这就驱使一些人去分析研究各种现有工具和装置的工作机理，并将其与数学结合起来，逐步产生了力学和机械学。这就理，并将其与数学结合起来，逐步产生了力学和机械学。这就为改进设计方法提供了必要的理论基础

30、。为改进设计方法提供了必要的理论基础。例设计与设计方法创新设计第一章 概论 经验设计阶段经验设计阶段 十七世纪到上世纪末。十七世纪到上世纪末。当时还不可能提供更多的设计理论与方法来指导人们设计。当时还不可能提供更多的设计理论与方法来指导人们设计。此阶段设计特点：主要此阶段设计特点：主要依靠个人的才能和经验依靠个人的才能和经验，运用一些基，运用一些基本设计计算理论，借助类比，模拟和试凑等设计方法进行的。本设计计算理论，借助类比，模拟和试凑等设计方法进行的。一般而言，经验设计只能满足基本的功能要求，在成本，性一般而言，经验设计只能满足基本的功能要求，在成本，性能，质量诸方面都有很大局限性。它的完善

31、周期长，一个产品从能，质量诸方面都有很大局限性。它的完善周期长，一个产品从发明到实际应用往往需要几十年甚至上百年的演变过程。发明到实际应用往往需要几十年甚至上百年的演变过程。车床：经过牛拉车圆车床：经过牛拉车圆皮带车床皮带车床普通变速车床普通变速车床设计与设计方法例数控车削中心数控车削中心创新设计第一章 概论 半理论半经验设计阶段半理论半经验设计阶段 二十世纪以来，由于加强了设计理论方法研究，与经验设计二十世纪以来，由于加强了设计理论方法研究，与经验设计阶段相比，此阶段大大减少了设计的盲目性，有效地提高了设汁阶段相比，此阶段大大减少了设计的盲目性，有效地提高了设汁效率和质量并降低了设计成本。效

32、率和质量并降低了设计成本。1 1采用了图纸设计法，替代了试凑法；采用了图纸设计法，替代了试凑法；2 2加强设计基础理论和各种专业产品设计机理的研究；加强设计基础理论和各种专业产品设计机理的研究；设计基础理论：材料力学；理论力学；磨擦磨损理论等。专业产品设计机理：内燃机原理与设计；机床、汽车设计等。3 3加强关键零部件的设计研究；加强关键零部件的设计研究；曲轴；连杆；齿轮等。4 4加强了加强了“三化三化”研究，零件标准化；部件通用化；产品研究，零件标准化；部件通用化；产品系列化。系列化。现在，把这一阶段采用的设计方法称为现在，把这一阶段采用的设计方法称为传统设计法传统设计法。至今，这种设计方法仍

33、被广泛采用。至今，这种设计方法仍被广泛采用。随着社会的发展，科技的进步，随着社会的发展，科技的进步，传统设计法传统设计法已明显地感到不已明显地感到不能适应形势的需求。能适应形势的需求。设计与设计方法例例创新设计第一章 概论设计面临的形势设计面临的形势上世纪上世纪7070年代末，国际形势的发生了很大的变化，年代末，国际形势的发生了很大的变化，世界两大阵营从世界两大阵营从敌对敌对转向转向对话对话，从，从冷战冷战转向转向热战热战，即由，即由军备竞赛军备竞赛转向了转向了经济竞争经济竞争，这一变化使得市场竞争日趋，这一变化使得市场竞争日趋激烈。另外，日益丰富的市场刺激了人们的消费需求不激烈。另外，日益丰

34、富的市场刺激了人们的消费需求不断提高。这一趋势发展的必然结果，就是产品的更新换断提高。这一趋势发展的必然结果，就是产品的更新换代周期日益缩短，产品品种增加，批量减小。代周期日益缩短，产品品种增加，批量减小。也就是说，制造业面对的是，从也就是说，制造业面对的是，从大批量生产大批量生产变化为变化为多品种小批量多品种小批量的时代。的时代。另外，高新技术对产品的渗透与应用，产品日益向另外，高新技术对产品的渗透与应用，产品日益向高速度，高精度，高刚度，高度柔性方向发展，设计的高速度，高精度，高刚度，高度柔性方向发展，设计的对象日趋复杂。对象日趋复杂。车床：普通变速车床数控车床车削中心例设计与设计方法创新

35、设计第一章 概论此外，当代对产品的设计已此外，当代对产品的设计已 不能仅考虑产品，并且还要考虑对系统和环境的影响；不能仅考虑产品，并且还要考虑对系统和环境的影响；不仅要考虑技术领域，还要考虑经济，社会效益；不仅要考虑技术领域，还要考虑经济，社会效益；不仅要考虑当前，还要考虑长远发展。不仅要考虑当前，还要考虑长远发展。汽车设计，不仅要考虑汽车本身的有关技术问题，还要考虑使用者的安全，舒适，操作方便等。还要考虑汽车的燃料供应和污染，车辆存放，道路发展等问题。这些重大改变对于设计者即意味着：增加设计创新，缩短设这些重大改变对于设计者即意味着：增加设计创新，缩短设计时间，提高设计质量计时间，提高设计质

36、量(可靠性，优化，精度等可靠性，优化，精度等)。对设计者的素质要求：知识面宽，计算机应用能力强，思维对设计者的素质要求：知识面宽，计算机应用能力强，思维活跃，有创造性。活跃，有创造性。同时，新材料，新工艺，新技术的不断涌现，都对工程设计同时，新材料，新工艺，新技术的不断涌现，都对工程设计提出了更高，更新的要求。提出了更高，更新的要求。设计与设计方法例创新设计第一章 概论 设计要求的变化设计要求的变化：单机单机系统系统 连续连续离散离散 刚性刚性柔性柔性 静态静态动态动态 预知预知随机随机 宏观宏观微观微观 单目标单目标多目标多目标 定性定性定量定量 常规常规优化优化 确定确定模糊模糊 现实现实

37、虚拟虚拟 设计趋势追求四化设计趋势追求四化：集成化；可视化；网络化；智能化。：集成化；可视化；网络化；智能化。设计与设计方法创新设计第一章 概论设计与设计方法现在我国产业政策的转变现在我国产业政策的转变:数量型数量型质量型质量型耗能型耗能型节能型节能型重污染重污染环保型环保型技术政策技术政策的转变的转变:引进为主引进为主引进与自主创新相结合引进与自主创新相结合创新设计第一章 概论由于上述原因，上世纪由于上述原因，上世纪9090年代以来，许多公司已大年代以来，许多公司已大大改进了经营活动，以致他们在大改进了经营活动，以致他们在价格价格、质量质量和和技术技术方面方面不相上下。不相上下。那么，怎样才

38、能与众不同呢那么，怎样才能与众不同呢?公认的办法首先是要有公认的办法首先是要有“好的设计好的设计”。哈佛商学院的海斯教授说：哈佛商学院的海斯教授说：“1515年前，各公司在年前，各公司在价格价格上竞争，今天在上竞争，今天在质量质量上竞争，明天将在上竞争，明天将在设计设计上竞争上竞争”。我国目前还处于我国目前还处于价格竞争价格竞争和和质量竞争质量竞争之间之间 必须要必须要有长远的战略有长远的战略设计战设计战。在这种形势的驱使下，人们开始了在这种形势的驱使下，人们开始了现代设计方法学的研究。现代设计方法学的研究。设计与设计方法创新设计第一章 概论设计方法学设计方法学Design Methodolo

39、gyDesign Methodology设计方法学是一门正在发展和形成的新兴学科，世界各国及设计方法学是一门正在发展和形成的新兴学科，世界各国及有关学者都非常关注它的新动态。有关学者都非常关注它的新动态。方法学包括三个方面，即方法学包括三个方面，即思维思维，知识知识和和科学的设计方法科学的设计方法，综，综合在一起，称为方法学。合在一起，称为方法学。现在世界上存在有四种学派：现在世界上存在有四种学派：西德与北欧西德与北欧系统化设计方法系统化设计方法学派学派 研究重点在于机械的总体与方案设计，建立了研究重点在于机械的总体与方案设计，建立了以市场为中心以市场为中心的产品开发一体化模式。的产品开发一体

40、化模式。它主要研究设计的规律与设计的程序。它主要研究设计的规律与设计的程序。英美英美、日的日的创造性设计方法创造性设计方法学派学派 认为对设计步骤与程式不能规定过细，过死，只要有一个粗认为对设计步骤与程式不能规定过细，过死，只要有一个粗略的过程即可。略的过程即可。重点应放在各种重要的重点应放在各种重要的设计方法设计方法，CADCAD与与创造性创造性上。上。设计与设计方法创新设计第一章 概论 苏联苏联、东欧的东欧的新设计法新设计法学派学派 该学派的理论由于建立在各种工程设计基础之上，该学派的理论由于建立在各种工程设计基础之上，不象西德以产品设计为主，所以思路较开阔提倡不象西德以产品设计为主，所以

41、思路较开阔提倡发散发散，变性变性，收敛收敛三部曲设计程式。三部曲设计程式。(思维发散思维发散；性质变换性质变换；总体收敛总体收敛)中国的中国的现代设计法现代设计法学派学派 现代设计法现代设计法是在总结传统设计的经验与教训，批判是在总结传统设计的经验与教训，批判地吸收所有流派的合理内核，以地吸收所有流派的合理内核，以形态学形态学为分类手段，以为分类手段，以方法论方法论为思想指导，集当代先进科学思想，手段与方法为思想指导，集当代先进科学思想，手段与方法之精华，升华形成的多元，广角，横向的新兴交叉学科。之精华，升华形成的多元，广角，横向的新兴交叉学科。现代设计法现代设计法是是设计产品为目标设计产品为

42、目标的一个总的知识群体的一个总的知识群体的总称。的总称。设计与设计方法创新设计第一章 概论 现代设计法现代设计法根据当前科学方法论的发展，涉及了具有实用价根据当前科学方法论的发展，涉及了具有实用价值且具定量数学模型的众多方法群：值且具定量数学模型的众多方法群：1.1.突变论突变论(智暴技术，激智技术，创造性思维与设计智暴技术，激智技术，创造性思维与设计)2.2.智能论智能论(人工智能，专家系统，人工智能，专家系统，CADCAD，CAECAE，机器人，机器人)3.3.信息论信息论(预测技术，相关分析，谱分析，信息合成预测技术，相关分析，谱分析，信息合成)4.4.系统论系统论(系统分析，逻辑分析，

43、模式识别，系统辩识系统分析，逻辑分析，模式识别，系统辩识)5.5.控制论控制论(动态分析，动态优化，柔性设计动态分析，动态优化，柔性设计)6.6.优化论优化论(优化设计，优化控制，方案优化，工程遗传算法：优化设计，优化控制，方案优化，工程遗传算法：7.7.对应论对应论(相似设计，模拟设计，仿真技术，仿生技术相似设计，模拟设计，仿真技术，仿生技术)8.8.功能论功能论(可靠性分析与设计，功能价值工程可靠性分析与设计，功能价值工程)9.9.离散论离散论(有限元法，边界元法，离散优化，子模态分析有限元法，边界元法，离散优化，子模态分析)10.10.模糊论模糊论(模糊分析，评价，控制，设计模糊分析，评

44、价，控制，设计)11.11.艺术论艺术论(人机工程，工业造型人机工程，工业造型)推荐参阅推荐参阅现代设计法现代设计法丛书。丛书。设计与设计方法创新设计第一章 概论设计方法学研究的主要内容设计方法学研究的主要内容不论学派分成多少，但主要研究的都是不论学派分成多少，但主要研究的都是设计方法设计方法。只不过强调的重点可能不一样。只不过强调的重点可能不一样。共同特点共同特点：总结设计规律，启发创造性，采用现代：总结设计规律，启发创造性，采用现代化的先进技术和方法理论，使设计过程自动化化的先进技术和方法理论，使设计过程自动化、合理化。合理化。目的目的：设计出更多质高价廉的工程技术产品，以满：设计出更多质

45、高价廉的工程技术产品，以满足市场的需求和适应日趋激烈的市场竞争形势的需要。足市场的需求和适应日趋激烈的市场竞争形势的需要。综上所述，可知设计方法学是综上所述，可知设计方法学是研究产品设计的程序研究产品设计的程序、规律规律及及设计中思维和工作方法设计中思维和工作方法的一门新型的综合性学科。的一门新型的综合性学科。设计与设计方法创新设计第一章 概论输出技术系统 设计方法学是一门综合性学科。设计方法学是一门综合性学科。系统论系统论是它的重要理论基础，它把产品设计是它的重要理论基础，它把产品设计、设计设计过程都当作一个复杂的过程都当作一个复杂的系统系统来进行分析。来进行分析。（二）技术系统系统输入反反

46、馈馈创新设计第一章 概论技术系统 1 1系统概念系统概念 系统是具有特定功能，相互间具有有机联系的许多要素所系统是具有特定功能，相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个整体。构成的一个整体。系统必须由两个以上要素系统必须由两个以上要素组成组成。在机械系统中，所谓要素就是零部件，一个机械产品是由许在机械系统中，所谓要素就是零部件，一个机械产品是由许多零部件组合成。多零部件组合成。系统各要素间具有系统各要素间具有相关性相关性 系统内各要素之间是有机联系的，相互作用的，并且具有某系统内各要素之间是有机联系的，相互作用的，并且具有某种相互依赖种相互依赖、相互制约的特定关系。相互制约的特定关系。在机械系

47、统中，零部件按一定关系排列和连接组成。在机械系统中，零部件按一定关系排列和连接组成。系统的系统的功能性功能性系统都具有一定的系统都具有一定的功能功能，这种，这种系统功能系统功能正是区别不同系统的正是区别不同系统的标志。标志。创新设计第一章 概论 系统的系统的环境适应性环境适应性 任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它必然与任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它必然与外界外界环境环境产生产生物质的物质的、能量的和信息的交换能量的和信息的交换。同时，。同时，外界环境外界环境的变化的变化必然引起系统内部各要素之间的变化。必然引起系统内部各要素之间的变化。这时，系统必须适应这时，系统必须适应外

48、界环境外界环境的变化。的变化。在煤矿井下具有瓦斯在煤矿井下具有瓦斯、粉尘粉尘、潮湿等环境条件：潮湿等环境条件：矿井下工作的采掘机械，除了能采煤外，它还矿井下工作的采掘机械，除了能采煤外，它还 必须具有防爆，耐磨，防腐，密封等性能。必须具有防爆，耐磨，防腐，密封等性能。用系统概念来描述和研究机械产品，则不论产品的种类，结用系统概念来描述和研究机械产品，则不论产品的种类，结构大小和复杂程度，都一律视为系统，具有系统的特征和共同的构大小和复杂程度，都一律视为系统，具有系统的特征和共同的规律。规律。另外另外，把把产品设计产品设计理解为一项系统工程，进行理解为一项系统工程，进行分析，综合，分析，综合，评

49、价，决策评价，决策。这是设计方法学的一个主要的理论依据。这是设计方法学的一个主要的理论依据。例技术系统创新设计第一章 概论2 2技术系统技术系统技术系统技术系统就是要设计的产品就是要设计的产品。技术系统技术系统的的环境环境 与与技术系统技术系统发生相互作用和联系的发生相互作用和联系的全部外界条件的总和全部外界条件的总和，称，称为为技术系统技术系统的的环境环境，主要指，主要指与所研究的系统与所研究的系统有直接关系的事物。有直接关系的事物。由于由于技术系统技术系统与外界因素密切交织，所以设计产品时必须首与外界因素密切交织，所以设计产品时必须首先明确系统范围，即明确技术系统所处的先明确系统范围，即明

50、确技术系统所处的环境环境。技术系统技术系统内部空间内部空间的大小范围，设计权限称为的大小范围，设计权限称为边界边界；技术系统技术系统外部环境外部环境的限制条件，实际工况称为的限制条件，实际工况称为约束约束。显然，正是系统显然，正是系统环境环境影响和决定影响和决定了产品了产品功能功能原理的设计，也原理的设计，也构成了对设计结果进行评价决策的构成了对设计结果进行评价决策的依据依据。设计一台洗衣机。设计一台洗衣机。洗衣机所要求的功能、功率、尺寸是它的边界；（内部空间的大小）洗衣机所要求的功能、功率、尺寸是它的边界；（内部空间的大小）洗衣机的设计时间，销售价格，生产条件是它的约束。（外部环境的限洗衣机