现代设计方法
主讲：马雪芬
办公室：603
联系方式：
[1**********]
[1**********]@139.com
1
[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
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，《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《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
2
[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，课堂纪律及提问问。
3
第一章第章现代设计概述
设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段
产品现代设计的特征及方法。
产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程
4zzzz
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）。
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个达到预定目标的系统。多部分必须共同工作并形成一个达到预定目标的系统。
5
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企业的经理们则在设计组织机构以达到组织机构的目标。z在一个小范围里，室内装饰设计师为住宅或建筑能产生良好在个小范围里，室内装饰设计师为住宅或建筑能产生良好情调而选择和布置家具以及装饰事项。
z你所在城市的市长也必须设计你所在城市的市长也必须设计一个有效及有影响的政府机构，个有效及有影响的政府机构，并且制定战略规划以达到他对城市的设想。
6
设计的本质
z 是在“我们要达到什么”和“我们要如何达到它”之间的互动。即：一个严格的设计必须由一个明确的我们要达到什么的说明开始和一个清楚的的“我们要达到什么”的说明开始和一个清楚的“我们将如何达到它”的描述结束。
我们要
达到什
么我们要如何达到它
7
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
需求
{CA}映射功能需求{FR}映射设计参数{DP}映射过程变量{PV}
用户域功能域物理域过程域
8
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。
z功能域：用户需要用功能需求（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。）描述的过程
9
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 。
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部分而施加的系统约束。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。
10
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 。
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。
11
实例分析冰箱设计实例分析：冰箱设计
zFR1 = FR1长时间保存冷冻食物，作冷冻食物作
zFR2 = FR2作短时间保存=保持食物低温，保持食物低温
zDP1 DP1= 冷冻区
zDP2 = 区低温（即冷藏）
z为满足是冷冻区只影响要冷冻的FR1和FR2，应当食物，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，设计矩阵需要是对角线的。⎧⎨FR 1⎫0⎤⎧⎩FR ⎬=⎡X 2⎭⎢⎣0X ⎥⎦⎨DP 1⎫
⎩DP ⎬
2⎭
12
设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段
产品现代设计的特征及方法
产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程zzzz
13
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。
14
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(Babbage，1833) ) 大的成果的设计方法却很少有研究。《天工开物》是我国为数很少的较早是我国为数很少的比较早地论述到关于设计问题到关于设计问题的书。
15
z 达. 芬奇芬,(Leonardo da Vinci 1452--1519),
大利复新期负负盛名的艺术大师术大师, 意大利文艺复新时期最
科学家。(艺术大师、科学巨匠、文艺理论家大哲学家诗人音乐家工程师和家、大哲学家、诗人、音乐家、工程师和发明家。他在几乎每个领域都做出了巨大的贡献是“第流的学者”是位的贡献。是“第一流的学者”，是一位“旷世奇才”。)
16
z发现了液体压力的概念，提出了连通器原理。他指出：在连通器内，同一液体的液面高度是相同的，不同液体的液面高度不同，液体的高度与密度成反比。
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”遭到彻底毁坏，看起来在空中似乎有破坏力。
17
z 近代生理解剖学的始祖。他掌握了人体解剖知识，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。
18
伟大的发明家：发明了飞行机械、直升飞机机、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、降落伞机关枪手榴弹克车潜水艇、双层船壳战舰、起重机等等。为什么会有如此巨大的成就？zz
19
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。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。
20
传统设计阶段
z 1875年，德国人F.Reuleaux 在《理论运动学》一书中，第次提出了过程规划的模型，对很书中，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，在此基础上形成套综合的步骤在此基础上形成一套综合的步骤。
21
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物质功能、信息功能、环境功能和社会功能的综合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。总结了设计科学的特点内容与意义
22
现代设计阶段
z1986年G.Pahl & W.Beitz 出版了代表着德国经典设计理论的著作《Engineering Design》
z1966年，由水野滋(Shigeru Mizuno 1910-1989) 和赤尾洋二(Yoji Akao 1928-) 在日本发展形成质量功能布置(QFD)理论
z1990年美国MIT 麻省理工学院Nam Pyo Suh出版了《The Principles of Designp g 》
zG. 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]。
z1986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]Design for Six Sigma)[20]。
23
1875年之前的自觉与经验设计阶段，该阶段并年前的自觉与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；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。
24
设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段
产品现代设计的特征及方法
产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程
25zzzz
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）
26
产品现代设计的特征
z
z
z
z
z
z
z产品现代设计是性能需求驱动性能需求驱动的。产品现代设计是以创新为灵魂创新为灵魂。产品现代设计是以知识为基础以知识为基础，以知识获取为中心。知识获取为中心。设计是知识的物化，新设计是新知识的物化。产品现代设计是在分布式资源环境下分布式资源环境下，以企业为中心的设计。产品现代设计是对产品全生命周期的设计全生命周期的设计。(涉及宽广知识领域的，包含多种学科的知识和技术）。现代产品设计是一个随着市场和技术发展变化而不断发发展变化的过程。展变化在分布式资源环境条件下，现代设计非常重视产品设计
过程中的协同集成和优化。27
产品现代设计方法
28
产现代产品现代设计方法
29
设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段产品现代设计的特征及方法产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程
30zzzz
产品现代设计的 般过程 产品现代设计的一般过程
用 户 需 求 {C A}
需求确 认
功 能 需 求 {FR}
概 概念 设计
设 计 参 数 {DP}
详 详细 设计
过 程 变 量 {PV}
用户 域
功能 域
物理 域
过程 域
31
市场需求 设计需求 性能需求
设计知识管理系统 已有知识\技术服务 联想 知识获取 详细设计 使用\维 护系统 用户
需求确认 （立项）
性能特征
概念（方案）设计
技术扫描
制造
结构\材料设计
零部件\系统性能仿真 多物理行为耦合分析
设计图纸 设计说明书
成本时间 设计任务
设想(概念) 仿真/评估
设计评估 参数\系统\多学科优化 控制\制造\工艺设计 实验验证
其它
方案确定
产品设计过程
32
需求确认：
开发一个产品的起点是市场信息分析。当瞄准一个目 标市场时 不管是自己的传统市场还是过去没有涉足的新市 标市场时，不管是自己的传统市场还是过去没有涉足的新市 场，首先要研究已有产品（竞争对手）在满足用户需求方面 存在什么问题 并确定自己的竞争策略 即准备从哪些方面 存在什么问题，并确定自己的竞争策略，即准备从哪些方面 去竞争取胜。提高产品竞争力的根本是产品的性能。 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。
33
概念设计：可能解的形成
技术可能（含联想到的可能解）扫描→ 矛盾统 矛盾统一设想 设想 （概念）的产生→ 经济、技术分析（贯穿全过程） 可能解的寻找是要回答新产品在技术上是否能实现的 问题。 创新过程包括设想采用过去没有用过的新原理、新技 术、新结构、新材料、新工艺。这些解决矛盾的设想称为概 念。 经济可行性分析主要是对实现各种方案的经济评估。
概念设计阶段的输出为一个或多个概念设计方案
34
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。 设想的优选和确认→结构的优选和确认→材料的优选和 确认→ 加工过程的优选和确认→ 综合评价→产生和表述最 终解。 终解
35
详细设计：
第一，如果把设计过程看成是一个树形的层次结构， 当在低层次设计中测试失败 就要返回到上一个层次去修改 当在低层次设计中测试失败，就要返回到上 个层次去修改 原来的设计，称为回溯。如果无法修改，还要回溯到更上一 个层次。 个层次 第二，当存在可调节参数时，应由优化算法寻求最优 解，但要注意局部最优不一定全局最优。 第三，作为全寿命周期设计，在设计时要考虑结构、制造、 安装、运行、维修（含产品升级）、报废（废品处理和部分 再循环使用）等每一个阶段中可能影响功能、质量、人机环 境之间关系以及成本等的因素。 详细设计的结果包括设计图及详细设计说明书。
36
实例分析－冰箱门的设计
z 这是不是好的设计？
37
回答
z 如果不问“门的设计目标（即功能需求）是什 么？”就不能回答所提出的问题。 z 如果门的目标是提供到达冰箱内部物品的通道， 如果门的目标是提供到达冰箱内部物品的通道 这门是实现了那个功能的。于是，这个门设计就 是一个好的设计。 是一个好的设计 z 另一方面，如果对门的功能需求是（1）提供到达 冰箱里的食品的通道和（2）使能量消耗为最小， ）使能量消耗为最小 此时这门就是一个不好的设计。因为每当打开门 时，冰箱内部的冷空气就被外边的热空气置换， 这样就浪费能量。门应当设计成不同样式以满足 如此两个功能需求。 个
38
谢谢！
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现代设计方法
主讲：马雪芬
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联系方式：
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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
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，《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《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，课堂纪律及提问问。
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第一章第章现代设计概述
设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段
产品现代设计的特征及方法。
产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程
4zzzz
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）。
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个达到预定目标的系统。多部分必须共同工作并形成一个达到预定目标的系统。
5
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企业的经理们则在设计组织机构以达到组织机构的目标。z在一个小范围里，室内装饰设计师为住宅或建筑能产生良好在个小范围里，室内装饰设计师为住宅或建筑能产生良好情调而选择和布置家具以及装饰事项。
z你所在城市的市长也必须设计你所在城市的市长也必须设计一个有效及有影响的政府机构，个有效及有影响的政府机构，并且制定战略规划以达到他对城市的设想。
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设计的本质
z 是在“我们要达到什么”和“我们要如何达到它”之间的互动。即：一个严格的设计必须由一个明确的我们要达到什么的说明开始和一个清楚的的“我们要达到什么”的说明开始和一个清楚的“我们将如何达到它”的描述结束。
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
需求
{CA}映射功能需求{FR}映射设计参数{DP}映射过程变量{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。
z功能域：用户需要用功能需求（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。）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 。
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部分而施加的系统约束。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。
10
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 。
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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实例分析冰箱设计实例分析：冰箱设计
zFR1 = FR1长时间保存冷冻食物，作冷冻食物作
zFR2 = FR2作短时间保存=保持食物低温，保持食物低温
zDP1 DP1= 冷冻区
zDP2 = 区低温（即冷藏）
z为满足是冷冻区只影响要冷冻的FR1和FR2，应当食物，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，设计矩阵需要是对角线的。⎧⎨FR 1⎫0⎤⎧⎩FR ⎬=⎡X 2⎭⎢⎣0X ⎥⎦⎨DP 1⎫
⎩DP ⎬
2⎭
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设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段
产品现代设计的特征及方法
产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程zzzz
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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(Babbage，1833) ) 大的成果的设计方法却很少有研究。《天工开物》是我国为数很少的较早是我国为数很少的比较早地论述到关于设计问题到关于设计问题的书。
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z 达. 芬奇芬,(Leonardo da Vinci 1452--1519),
大利复新期负负盛名的艺术大师术大师, 意大利文艺复新时期最
科学家。(艺术大师、科学巨匠、文艺理论家大哲学家诗人音乐家工程师和家、大哲学家、诗人、音乐家、工程师和发明家。他在几乎每个领域都做出了巨大的贡献是“第流的学者”是位的贡献。是“第一流的学者”，是一位“旷世奇才”。)
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z发现了液体压力的概念，提出了连通器原理。他指出：在连通器内，同一液体的液面高度是相同的，不同液体的液面高度不同，液体的高度与密度成反比。
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”遭到彻底毁坏，看起来在空中似乎有破坏力。
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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，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。
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伟大的发明家：发明了飞行机械、直升飞机机、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、降落伞机关枪手榴弹克车潜水艇、双层船壳战舰、起重机等等。为什么会有如此巨大的成就？zz
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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。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，第次提出了过程规划的模型，对很书中，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，在此基础上形成套综合的步骤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物质功能、信息功能、环境功能和社会功能的综合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。总结了设计科学的特点内容与意义
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现代设计阶段
z1986年G.Pahl & W.Beitz 出版了代表着德国经典设计理论的著作《Engineering Design》
z1966年，由水野滋(Shigeru Mizuno 1910-1989) 和赤尾洋二(Yoji Akao 1928-) 在日本发展形成质量功能布置(QFD)理论
z1990年美国MIT 麻省理工学院Nam Pyo Suh出版了《The Principles of Designp g 》
zG. 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]。
z1986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]Design for Six Sigma)[20]。
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1875年之前的自觉与经验设计阶段，该阶段并年前的自觉与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；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。
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设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段
产品现代设计的特征及方法
产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程
25zzzz
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
z
z
z
z
z
z产品现代设计是性能需求驱动性能需求驱动的。产品现代设计是以创新为灵魂创新为灵魂。产品现代设计是以知识为基础以知识为基础，以知识获取为中心。知识获取为中心。设计是知识的物化，新设计是新知识的物化。产品现代设计是在分布式资源环境下分布式资源环境下，以企业为中心的设计。产品现代设计是对产品全生命周期的设计全生命周期的设计。(涉及宽广知识领域的，包含多种学科的知识和技术）。现代产品设计是一个随着市场和技术发展变化而不断发发展变化的过程。展变化在分布式资源环境条件下，现代设计非常重视产品设计
过程中的协同集成和优化。27
产品现代设计方法
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产现代产品现代设计方法
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设计的概念
设计理论与方法发展的三个阶段产品现代设计的特征及方法产品现代设计的一般过程产品现代设计的般过程
30zzzz
产品现代设计的 般过程 产品现代设计的一般过程
用 户 需 求 {C A}
需求确 认
功 能 需 求 {FR}
概 概念 设计
设 计 参 数 {DP}
详 详细 设计
过 程 变 量 {PV}
用户 域
功能 域
物理 域
过程 域
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市场需求 设计需求 性能需求
设计知识管理系统 已有知识\技术服务 联想 知识获取 详细设计 使用\维 护系统 用户
需求确认 （立项）
性能特征
概念（方案）设计
技术扫描
制造
结构\材料设计
零部件\系统性能仿真 多物理行为耦合分析
设计图纸 设计说明书
成本时间 设计任务
设想(概念) 仿真/评估
设计评估 参数\系统\多学科优化 控制\制造\工艺设计 实验验证
其它
方案确定
产品设计过程
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需求确认：
开发一个产品的起点是市场信息分析。当瞄准一个目 标市场时 不管是自己的传统市场还是过去没有涉足的新市 标市场时，不管是自己的传统市场还是过去没有涉足的新市 场，首先要研究已有产品（竞争对手）在满足用户需求方面 存在什么问题 并确定自己的竞争策略 即准备从哪些方面 存在什么问题，并确定自己的竞争策略，即准备从哪些方面 去竞争取胜。提高产品竞争力的根本是产品的性能。 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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概念设计：可能解的形成
技术可能（含联想到的可能解）扫描→ 矛盾统 矛盾统一设想 设想 （概念）的产生→ 经济、技术分析（贯穿全过程） 可能解的寻找是要回答新产品在技术上是否能实现的 问题。 创新过程包括设想采用过去没有用过的新原理、新技 术、新结构、新材料、新工艺。这些解决矛盾的设想称为概 念。 经济可行性分析主要是对实现各种方案的经济评估。
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。 设想的优选和确认→结构的优选和确认→材料的优选和 确认→ 加工过程的优选和确认→ 综合评价→产生和表述最 终解。 终解
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详细设计：
第一，如果把设计过程看成是一个树形的层次结构， 当在低层次设计中测试失败 就要返回到上一个层次去修改 当在低层次设计中测试失败，就要返回到上 个层次去修改 原来的设计，称为回溯。如果无法修改，还要回溯到更上一 个层次。 个层次 第二，当存在可调节参数时，应由优化算法寻求最优 解，但要注意局部最优不一定全局最优。 第三，作为全寿命周期设计，在设计时要考虑结构、制造、 安装、运行、维修（含产品升级）、报废（废品处理和部分 再循环使用）等每一个阶段中可能影响功能、质量、人机环 境之间关系以及成本等的因素。 详细设计的结果包括设计图及详细设计说明书。
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实例分析－冰箱门的设计
z 这是不是好的设计？
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回答
z 如果不问“门的设计目标（即功能需求）是什 么？”就不能回答所提出的问题。 z 如果门的目标是提供到达冰箱内部物品的通道， 如果门的目标是提供到达冰箱内部物品的通道 这门是实现了那个功能的。于是，这个门设计就 是一个好的设计。 是一个好的设计 z 另一方面，如果对门的功能需求是（1）提供到达 冰箱里的食品的通道和（2）使能量消耗为最小， ）使能量消耗为最小 此时这门就是一个不好的设计。因为每当打开门 时，冰箱内部的冷空气就被外边的热空气置换， 这样就浪费能量。门应当设计成不同样式以满足 如此两个功能需求。 个
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谢谢！
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