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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第一节 设计方法学概述,设计方法学的涵义,设计方法学是用系统观点，考虑自然科学、社会科学、经济科学等各种现代因素，为获得质优价廉有创新的产品，研究产品的一般设计进程、设计规律、设计思维和工作方法、设计工具的综合性学科。,设计方法学的研究对象,（1）设计对象：能实现一定技术过程的技术系统。,（2）设计进程,（3）设计评价,（4）设计思维：即创造性思维，其有自身的特点和规律，通过一定的创造技术方法激发。,（5）设计工具,（6）现代设计理论与方法的应用,第一节 设计方法学概述设计方法学的涵义设计方法学的研究对象,1,第二节 系统化设计,技术系统,完成某个特定功能或职能的各个事物的集合，简称为技术系统。技术系统可由子系统组成，也可组成超系统。,技术系统的作业对象一般分为三大类：物料、能量、信息。完成同一作业对象需求的技术过程不同所对应的技术系统也不同。技术过程确定需以下步骤：,（1）根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对象及主要转换要求。,（2）分析比较传统理论、现代理论和实践，确定实现转换的工作原理。,（3）明确实现技术过程的环境和约束条件，环境是与技术系统发生联系的外界的总和，约束条件包括经济条件、生产条件、技术条件和社会条件。,（4）确定主要技术过程和其他辅助过程。,（5）根据高效、经济、可靠、美观和使用方便等原则，初步划定技术系统的边界，即工作范围。,第二节 系统化设计技术系统,2,第二节 系统化设计,技术系统,技术过程是在人技术系统环境这一大系统中完成。,技术系统,物料输入,能量输入,信号输入,物料输出,能量输出,信号输出,振动,噪声,灰尘,振动,噪声,灰尘,确定人和技术系统所分别完成的功能,确定环境和技术系统的干扰与影响,第二节 系统化设计技术系统技术系统物料输入能量输入信号输入物,3,第二节 系统化设计,技术系统中的信息集约,信息集约旨在对产品相关信息进行收集整理、分析加工，一般由各个部门分工完成。,（1）情报部门负责产品的技术资料及发展趋势，专利情报，行业技术情报等。,（2）开发部门负责产品性能试验，新材料、新工艺、新技术，产品性能、规格、造型，各种标准法规、设计方法等。,（3）制造部门负责提供生产能力、制造工艺设备、工时及其他相关技术数据等信息。,（4）营销部门负责国家产业政策、产品寿命周期分析，市场调查，需求预测，经营销售分析，材料和外购件价格与供应情况，质量和供货能力，老产品用户意见分析，事故与维修情况分析。,（5）公关部门负责产品和企业的社会形象，与同行的竞争与联合情况分析。,（6）社会部门负责产品与环境污染、节能、资源、动力供应等地关系，产品进入社会和退出社会、报废、升级换代等的效应分析。,第二节 系统化设计技术系统中的信息集约,4,第二节 系统化设计,技术系统中的调研预测,调研预测一般从市场、技术、社会环境及企业环境四个方面进行。,可行性报告,（1）产品开发的必要性和可能性。,（2）目前国内外该产品的现状及发展水平。,（3）确定产品的技术规格、性能参数和约束条件。,（4）提出该产品的技术关键和解决途径。,（5）预期达到的技术、经济、社会效益。,（6）预算投资费用及项目进度、期限。,第二节 系统化设计技术系统中的调研预测,5,第二节 系统化设计,方案的系统化设计,方案的系统化设计是把设计对象看做一个完整的技术系统，然后用系统工程的方法对系统各要素进行分析和综合，使系统内部协调一致，并使系统与环境协调，以获得整体最优设计方案。,功能分析设计法是系统化设计中探寻功能原理方案的主要方法，具体的原理方案设计步骤为：,第二节 系统化设计方案的系统化设计,6,第二节 系统化设计,设计任务,求总功能,总功能分解为功能元,功能元求解,元理解组合,评价与决策,最佳原理方案,设计要求表,黑箱法,功能树、功能结构图,创造性方法、目录法、调查分析法,形态学矩阵法,各种评价方法,分析,综合,评价决策,第二节 系统化设计设计任务求总功能总功能分解为功能元功能元求,7,第二节 系统化设计,功能分析,技术系统由构造体系和功能体系构成，建立构造体系是为了实现功能。功能分析阶段的目标是通过分析，建立对象系统的功能结构，通过局部功能的联系，实现系统的总功能。,功能是对技术系统中输入和输出的转换所作的抽象化描述。用抽象的概念来表述系统的功能，才能深入识别需求的本质，辨明主题，发散思维，启发创新。,总功能逐步分解为比较简单的分功能，一直分解到能直接找到解法的功能元，形成功能树。,第二节 系统化设计功能分析,8,第二节 系统化设计,功能原理设计,将总功能分解成一系列功能元之后，即可按以下程序确定原理方案：,1.选用或创造不同的技术过程实现同一功能；,2.选用不同的运动规律对应不同的功能；,3.选用不同的工作原理、不同的机构满足同一功能要求。,4.选用或创造不同的机构及组合实现同一工作原理；,5.将求得的功能元的元理解按照功能结构合成总功能原理解；,6.从多个可行总功能原理解中选出最佳原理方案。,第二节 系统化设计功能原理设计1.选用或创造不同的技术过程实,9,第二节 系统化设计,功能元求解方法,功能求解是方案设计中重要的“发散”、“搜索”阶段，主要解法有：,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.利用设计目录求解。,第二节 系统化设计功能元求解方法1.参考有关资料、专利或相似,10,第二节 系统化设计,功能元求解,功能元的求解过程是选择实用的科技工作原理，构思实现工作原理的技术结构即功能载体。,1、,选择工作原理：,采用发散思维，机械设备的设计部应局限于机械学的范围，电子学、磁学、光学、热学、仿生学均可用于解决机械设计的原理问题。先进的科学技术的应用能设计出新一代的创新产品。,2、,构思功能载体：,一般采用以下方法构思完成某个功能元的功能载体：,检索：在各种设计目录、信息库、手册等设计工具中进行检索，寻求最优载体。,集成：把不同的特性、功能、技法等综合集成，产生新功能载体。,缩放：例如缩小的微型机器人。,变换：电动机的部分矽钢片变换为永磁材料，产生了相应特性大大提高的控制电动机。,第二节 系统化设计功能元求解1、选择工作原理：采用发散思维，,11,第二节 系统化设计,方案综合,功能原理方案综合常用形态学矩阵。,功能元,功能载体,a,a,1,a,2,a,k,b,b,1,b,2,b,k,b,l,n,n,1,n,2,n,k,n,l,n,m,形态学矩阵反映出解决问题的方案有很多，必须应用创新的先进技术筛选出1-2个可行的功能原理方案作为技术设计方案。,第二节 系统化设计方案综合功能元功能载体aa1a2akbb,12,第二节 系统化设计,设计工具,1.设计目录：提供与设计进程有关的信息，如物理效应。作用原理、构型方法等，一般有分类、主体、检索三部分组成。根据内容不同，设计目录可分为：,（1）对象目录-提供有关物理、几何、材料、工艺等设计对象的知识和信息。,（2）作业信息-提供各种单项设计工作步骤和工作过程及使用条件和判断准则。,（3）解法目录-列入特定功能、任务或附带一定的边界条件。,2.知识库,（1）数据库-各种物理效应、功能载体、技术参数等以数据库的形式存入计算机供检索。,（2）设计词典-按某种设计要求编词典。,（3）手册-各种设计手册。,第二节 系统化设计设计工具2.知识库,13,第三节 评价决策,评价目标树,工程设计的各个阶段，对多种方案都要进行评价决策，逐步优化。评价目标一般有三个方面：技术目标、经济目标、社会目标。每阶目标均对应相应的加权系数，且子目标加权系数之和等于上一级目标的加权系数。,q,1,b,1,b,2,b,q,2,q,11,b,11,q,12,b,12,q,21,b,21,q,22,b,22,b,23,q,23,总目标,一级子目标,二级子目标,第三节 评价决策评价目标树q1b1b2bq2q11b11q1,14,第三节 评价决策,评价目标树,对目标系统进行评价时，最末一级子目标的加权系数满足：,确定加权系数的方法有两种：经验法和计算法。,第三节 评价决策评价目标树 确定加权系数的方,15,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,（1）评分法：用分值作为衡量方案优劣的尺度，如有多个评价目标，则先分别对各目标进行评分，经过处理后再求得方案的总分。一般用10分制或5分制，以0-5分或0-10分表示，对应的中间值可用直线插入法求得。,10分制,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,不能用,缺陷多,较差,勉强可用,可用,基本满意,良,好,很好,超目标,理想,5分制,0,1,2,3,4,5,不能用,勉强可用,可用,良好,很好,理想,第三节 评价决策评价决策的具体方法 （1,16,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,性能,电池,0.8,0.5,寿命,电压,0.3,以电池为例从成本、电压、寿面三方面进行评价,成本,0.2,评价目标,成本,电压,寿命,理想值,1.6,9.1,120,优等值,2.0,8.9,100,及格值,3.2,8.6,85,加权系数,0.2,0.3,0.5,实际值A,B,C,2.4,9.0,100,2.2,8.6,110,1.6,8.9,90,第三节 评价决策评价决策的具体方法 性能,17,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,1,5,3.2,1.6,根据左图可得出A、B、C三种电池的成本的评价分,成本,评分,同样可以依据相似的图得到电压和寿命的评价分，在依据相应的总分计算规则得到A、B、C三种电池的评价分。,第三节 评价决策评价决策的具体方法 15,18,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,例：用加权计分法对某种手表的三种设计方案进行评价。,解,（1）,根据设计要求建立评价目标树,1 1,手表,0.2 0.2,外观,0.2 0.2,成本,0.6 0.6,性能,0.5 0.3,计时,0.17 0.1,防水,0.08 0.05,防磁,0.17 0.1,防震,0.08 0.05,夜光,第三节 评价决策评价决策的具体方法 例：,19,第三节 评价决策,解,（2）,评分及计算总分,确定评价目标，建立评价目标矩阵：,确定各评价目标的加权系数：,确定计分标准并写出评价目标评分值矩阵：,第三节 评价决策解（2）评分及计算总分,20,第三节 评价决策,解,（2）,评分及计算总分,求加权分值矩阵，计算各方案分值：,评选最佳方案：,R1分值最高，即为最佳方案。,第三节 评价决策解（2）评分及计算总分,21,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,（2）技术-经济评价法：先评出方案的技术价W,t,和经济价W,w,，然后用相对价W和W,t,、W,w,构成平面坐标系作出优度图，对方案进行技术经济综合评价。,0,0.8,0.6,0.4,0.2,1.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,技术价,W,t,经济价W,w,1,2,3,第三节 评价决策评价决策的具体方法 （2,22,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,（2）技术-经济评价法,技术评价分值根据目标树计算确定各目标的加权系数进行计算：,第三节 评价决策评价决策的具体方法 （2,23,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,（2）技术-经济评价法,经济评价分值根据理想的制造成本和实际制造成本求得：,理想制造成本,设计任务书允许制造成本,实际制造成本,第三节 评价决策评价决策的具体方法 （2,24,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,（2）技术-经济评价法,计算得到技术分值和经济分值后，根据直线法或抛物线法求得技术经济总分值：,直线法：,抛物线法：,第三节 评价决策评价决策的具体方法 （2,25,第三节 评价决策,评价决策的具体方法,（3）模糊评价法：利用集合论和模糊数学将模糊信息数值化后进行定量评价。具体步骤为：,（a）根据评价目标及其加权系数建立评价目标集和加权系数集；,（b）根据评价标准建立评价集；,（c）求出各方案评价目标对于不同评价标准的隶属度，建立个方案的模糊评价矩阵；,（d）按一定模型合成模糊矩阵，求出考虑加权的综合模糊评价，折算为按百分比表示的隶属度；,（e）用最大隶属度原则评价方案优略顺序，决策采用何种方案。,第三节 评价决策评价决策的具体方法 （3,26,第三节 评价决策,例：用模糊评价法对洗衣机的三种设计方案进行评价。,解,（1）,根据设计要求建立评价目标树,洗衣机,0.3,性能,0.2,社会性,0.5,经济性,0.7 0.2,洗净度,0.3 0.1,损衣度,0.6 0.3,价格,0.4 0.2,运行费用,0.5 0.1,外观,0.5 0.1,噪声,0.5 0.1,耗水量,0.5 0.1,耗电量,第三节 评价决策例：用模糊评价法对洗衣机的三种设计方案进行评,27,第三节 评价决策,解,（2）,对三种洗衣机进行模糊评价,确定评价目标集：,确定各评价目标的评价标准集：,确定三种洗衣机的模糊评价矩阵：,第三节 评价决策解（2）对三种洗衣机进行模糊评价,28,第三节 评价决策,确定三种洗衣机的模糊评价矩阵：,第三节 评价决策 确定三种洗衣机的模糊评,29,第三节 评价决策,加权系数矩阵：,加权综合模糊评价：,解,（3）,决策：方案L、J总评为良，方案T总评为中，排序为L，J，T。,第三节 评价决策加权系数矩阵：加权综合模糊评价：解（3）决策,30,第四节 创新思维与技巧,创造力开发,创造力的构成：,工程技术人员的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自我控制能力、文化素质、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。这些能力和素质经过学习锻炼都是可以改善提高的。,创造力的开发：,每个人都有一定的创造力，积极进行创造实践，必能不断提高自己的创造能力；树立创新意识，保持创造热情，在正确的思想基础上加强创新思维的锻炼，掌握必要的创新技法，必然产出创新成果。,创造性思维和创造技法是创造的核心,第四节 创新思维与技巧创造力开发,31,第四节 创新思维与技巧,创造思维,常规思维的主要特点,常规性即习惯性、通常性,单向性即只向常规的习惯方向思考,单一性即只考虑一种方案、一种思路,逻辑性即通常的逻辑思维范畴等,创造性思维的主要特点,独特性即与众不同,多向发散性即立体性思维、多答案,非逻辑性即出人意料,连动性即由此及彼性,综合性创造是多种思维方式的综合,在综合中创新,第四节 创新思维与技巧创造思维 常规思维,32,第四节 创新思维与技巧,创造思维,创新思维是多种成对的辩证思维类型的综合，常见的思维类型有：,抽象思维,使用反映事物本质属性的概念和推理，由左脑进行。,形象思维,使用反映同类事物一般外部特征的形象，由右脑进行。,两种思维通过左右脑的互相作用，相互渗透，二者结合能产生更多的创新成果。,较严密，通过逻辑推理产生创新构思。,较活跃，能激发联想、类比、幻想等，产生创新构思。,形象思维和抽象思维,概念,特点,第四节 创新思维与技巧创造思维,33,第四节 创新思维与技巧,创造思维,收敛思维,将多方面的信息和知识指向同一问题，通过分析综合，逻辑推理，引出答案。,发散思维,根据问题的信息，沿着非常规的不同的正向、逆向、全方位和多角度寻求可能的解答。,两种思维通过左右脑的互相作用，相互渗透，二者结合能产生更多的创新成果。,分析比较各种信息的优缺点，推理综合，引出最优答案。,流畅，反映敏捷，在较短时间内能想出多种方案；磷火，触类旁通，随即应变，不受心理定势影响；独特，所提的方案有特色。,发散思维和收敛思维,熟悉多方面的科技文化领域，知识面广博。,具有细致的分析能力和严密的逻辑推理能力,概念,特点,要求,第四节 创新思维与技巧创造思维 收敛思维,34,第四节 创新思维与技巧,创造思维,非逻辑思维,不严格遵循逻辑程式，灵活兹有，突破常规，引发事物的潜性质和特殊功能。,逻辑思维,注意事物的显性质和常规功能，应用抽象概念，把复杂问题简化，找出主要因素。,由一事物引发，运用联想力加工改造原有形象，产生新形象。由潜意识进入显意识，爆发出创新火花的灵感。,逻辑思维和非逻辑思维,善于分解事物，在此基础上进行综合、归纳、演绎、推理。,概念,特点,第四节 创新思维与技巧创造思维 非逻辑思,35,第四节 创新思维与技巧,创造思维,旁通思维,通过细致分析，把问题转化成另一领域的等价问题。,直达思维,解决问题时始终不脱离问题的情景和要求。,两种思维往往先使用直达思维无效，才改用旁通思维，但又回归到直达思维，对问题提出创新方案。,抓住问题的本质，通过类比、置换、模拟等方法创新构思新方案。,解决简单的问题特别有效。,直达思维和旁通思维,概念,特点,第四节 创新思维与技巧创造思维 旁通思维,36,第四节 创新思维与技巧,创新技法,创新技法：,是以创新思维为基础，通过实践总结出一些创造发明的技巧和方法。,基本原则是：,克服思维定势，营造环境条件，给以启发激励，按照一定步骤方法去做，促成出现新成果。,（1）激智会法：,以会议的形式，将所讨论的复杂问题化解为多个单一议题分别讨论。会议规则是自由发言，禁止评论，互相启发，发散思维，各述奇想。会后对各种设想进行整理评价，评出最优设想付诸实施。,优点：,信息直接传递，相互激励的强度大，具有创造的环境。,缺点：,会议易受外向人员控制，内向人员不宜发挥，主持人应适当引导。,第四节 创新思维与技巧创新技法,37,第四节 创新思维与技巧,（3）635法：,6各人，在5分钟内，写3各设想方案在卡片上，然后互相交流，半小时后可得到108中方案。,优点：,书面交流，使每个人的意见都得到放映。,缺点：,思维冲撞的程度较差。,（2）德尔菲法：,组织者针对需要解决的问题编写意见征询表，分寄有关专家，组织者根据复函真理综合意见并编写新一轮征询表，如此反复，指导有明确的结果。,优点：,专家独立思考，随后逐步交流激励，提出的设想可靠。,缺点：,时间较长，缺少激励的环境。,第四节 创新思维与技巧（3）635法：6各人，在5分钟内，写,38,第四节 创新思维与技巧,（5）设问法（提问追溯法）：,针对问题，从不同的角度提出疑问进行启发，以期出现创新成果。,（4）5W2H法：,针对问题，提出七个疑问，从中启发创新构思。Why?,What?Who?When?Where?How to do?How much?,特点：,适用于任何工作，对不同的工作发问的具体内容不同，可以突出其中的任何一个问题，以求创新构思。,1)可否将产品的形状、制造方法等加以改变?,2)可否另作他用?,3)有无其他更佳设想?,4)改变一下如何?,5)放大如何?,6)缩小如何?,7)用别的替代如何?,8)反之如何?,9)组合起来如何?,第四节 创新思维与技巧（5）设问法（提问追溯法）：针对问题，,39,第四节 创新思维与技巧,（5）反向探求和向前推演法：,反向探求：对现有的解决方案系统地加以否定或寻找其他的甚至相反的一面,找出新的解法或启发新的想法。,向前推演：从一个最初的设想按一定方向逐步向前探索,寻找新的想法。,（6）联想类推法,相似联想法：河蚌育珠、牛黄,抽象类比法：喷气发动机与沙漠中的沙丘,借用法、仿生法：蜂窝结构,（7）组合创新法,性能组合：铁心铜线,原理组合：喷气式发动机（喷气原理和燃气轮机技术结合）,功能组合：,模块组合：,第四节 创新思维与技巧（5）反向探求和向前推演法：（6）联,40,
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