专题01_现代设计方法与工业产品设计

专题01、现代设计方法与工业产品设计现代设计方法与方法论研究结合系统、信息、控制论的设计方法工业产品设计方法专题01、现代设计方法与工业产品设计现代设计方法与方法论研究结合系统、信息、控制论的设计方法工业产品设计方法专题01、现代设计方法与工业产品设计1.1设计方法的流派介绍•计算机辅助设计方法流派•创造性方法流派•主流设计法流派现代设计方法与方法论研究1.1.1计算机辅助设计方法流派•特点：强调客观的科学性和逻辑性，借助计算机等先进的技术分析手段，要求设计师对设计本身的构筑内容有全面认识，并提出各个基本要素的可发展内容。•代表：RobertCrewford提出的“属性列举法”；利用检核表格逐项检查的“检核法”；将产品开发设定成四大范围而逐一研究的“范围思考法”。1.1.2创造性方法流派•注重设计者的主观能动性和创造性的发挥•更加强调设计者个人或团体的学识和经验的积累以及直觉和顿悟的爆发力•代表：美国A.F.奥斯本(Alex.F.Osborn)发明的智力激励法(brainstorming,i.e.BS)•发展：德国鲁尔巴赫——“635”法,日本高桥浩——“CBS”法,日本川喜田二郎——“KJ”法，美国通用电气公司子公司——“缺点列举法”1.1.3主流设计法流派•特点：主张设计中主客观结合；结合与设计问题相适应的伦理性思考和创造性思维•代表：克里斯托弗•琼斯(Cristopher.Jones)提出从分析、综合、评价3个阶段进行设计：评价阶段黑箱方法（又名黑盒子方法）白箱方法（又名玻璃盒方法）策略控制法发散法:运用发散思维进行设计变换法:包括语言,思考,数字,会话的表示收敛法:运用收敛思维的方法,异中求同除了以上介绍的三种流派以外，还有参与设计法、技术预测法、优化设计法、模拟设计法、可靠性设计法、动态设计法等多种方法形成的不同内容的流派体系。1.2现代设计方法及方法论研究方法就是为了达到某种目的所使用的手段、工作程式以及可以被人们总结出来的规律性的东西等。设计方法是历史时代的产物，如图6-1：现代设计方法学的特点现代设计方法学与传统的设计方法比较有以下几个特点：1.从战略高度，用大视角审视设计对象。2.它是探讨设计进程最优化的方法论，是新兴起来的交叉应用学科，它对其他学科的理论采取“拿来主义”的态度，如图6-2。3.具有鲜明的系统性。4.设计方法学追求设计结果的整体最优化。举例日本学者高桥浩编著的《创造技法手册中，将100种创造技法分为扩散发现技法、综合集中技法和创造意识培养技法三大类型。这些技法的基本原理可以归纳为：1.综合原理。将多种元素融为一体，如图6-32.移植原理。在现有材料和技术的基础上，移植相类似或非类似的元素，使设计获得创造性的崭新面貌（图6-4）3.杂交原理。提取各设计方案或现有状态的优势因素重新组构；4.改变原理。改变客观因素和设计者的主观视点，获得更具创造性的设计构思；5.扩大原理。对设计物或设计构思加以扩充，如增加其功能因素、附加价值、外观费用等；6.缩小原理。7.转换原理。转换设计物的不利因素和设计构思途径，以其他方式超越现状和习惯性认识来达到新的设计目标；8.代替原理。尝试使用别的解决方法或构思途径，代入该项设计的工作过程之中，以借助和模仿的形式解决问题（图6-5）；9.倒转原理。如表里、上下、阴阳、正反的位置呼唤等；10.重组原理。重新排列组合设计物的形体、结构、顺序和因果关系等内容。主要设计方法论设计方法论信息论方法系统论方法控制论方法狭义信息论、一般信息论、广义信息论系统分析法、聚类分析法逻辑分析法、模式识别法系统辨识法、人机系统动态分析法、振荡分析法柔性设计法、动态优化法动态系统辨别法优化论方法优化法优化控制法对应论方法一般类比法、模型技术科学类比法、模拟法相似设计法、模型技术主要设计方法论设计方法论智能论方法寿命论方法离散论方法CAD、CAE、CAM智能机器化方法可靠性分析预测、可靠性设计、功能价值工程有限元法、边界法、离散优化及其他运用离散数学技术的方法模糊论方法模糊分析、模糊评价模糊控制、模糊设计突变论方法智爆技术、激智技术创造性思维、创造性设计现代设计方法与方法论研究结合系统、信息、控制论的设计方法工业产品设计方法专题01、现代设计方法与工业产品设计•2.1现代系统思维方式的兴起与思维方式的变革•2.2系统设计原理与方法•2.3现代产品系统化特征•2.4系统科学方法结合系统、信息、控制论的设计方法2.1现代系统思维方式的兴起与思维方式的变革2.1.1系统论的产生系统论又称普通系统论或一般系统论（GST）。这是美籍奥地利理论生物学家路·冯·贝塔朗菲首创的一门逻辑和数学领域的科学。系统论是从对理论生物学、非平衡态热力学及控制器的具体规律的研究，上升到对复杂系统一般规律的研究，再上升到对一切系统的共同规律的研究。当然，系统论发展到今天，已不仅仅限于此，而称为各个领域具有革命性的新的方法论。2.1现代系统思维方式的兴起与思维方式的变革2.1.2系统论与思维方式的变革系统就是由相互联系、相互作用的若干要素组成的具有特定功能和运动规律的整体。所谓系统方法，即从系统观点出发，始终着重于整体与部分之间，部分与部分之间，整体对象与外部环境之间的相互联系、相互制约的关系中综合精确的考察对象，以达到最佳处理问题的一种方法，其显著特点是整体性、综合性、最优化。系统思维方式的诞生是人类认识方法的一次革命。系统思维方式是根据人们解决复杂系统而总结出来的现代科学思维方式，对于设计艺术者来说，则是要求将设计对象按系统来加以考察的一种方式。2.1.2系统论与思维方式的变革思维方式势必随着认识对象的改变而更新，主要体现在以下几个方面：（1)从对象思维转向系统思维。（引起客体，主体，实践趋向系统化）（2）向系统整体性思维变化（3）向全方位立体思维转化2.2系统设计原理与方法2.2.1运用系统方法的原则系统方法就是把研究对象放到系统中加以考察的一种方法，即从系统的观点出发，着眼于系统与要素、要素与要素、系统与外部环境之间的联系，综合而精确地掌握系统本质及其运动规律，以达到最佳处理的方法。系统方法突破了传统思维方式的狭隘眼界，是根据客观事物的一般系统特征去认识、改造客观事物的方法。2.2.1运用系统方法的原则1.整体性2.开放性3.层次结构原则4.目的性原则5.最优原则系统方法的运用的原则：2.2.2适应大综合的方法：系统方法1、分析与综合以产品设计为例，在产品设计中，运用系统观点就是要以产品整体效益为目标。也就是说，产品本身就是一个有机体，在这个有机体中有更小的划分，而在产品之外有其所处的环境。设计师如想在产品开发设计的全过程中，充分掌握其全盘性和相互联系及制约的细部问题，一定要有系统的观念，这样才能更好地控制各项设计因素，提纲挈领地解决问题。2.2.2适应大综合的方法：系统方法系统的分析和综合是系统设计的基本方法。分析和综合只是相对来说的。一般来讲，分析先于综合，对现有系统可在分析后加以改善，达到新的综合。对于系统分析和系统综合而言，要求把分析和综合的方法与系统联系起来，从系统的观点出发，用分析和综合的方法解决设计中的有关问题，为产品设计提供依据。图9-1表示了系统分析和系统综合的基本过程。图2-1产品系统与分析产品功能经济性审美性生产安全使用可靠性成本价格投资形态色彩风格。。。。。。2.2.2适应大综合的方法：系统方法2、结构功能原理在产品设计中的运用系统的各要素之间存在特定关系，形成一定的结构。结构是系统中各种联系和关系的总和。这些关系可以是数量关系，也可以是空间关系，还可以是时间关系，更重要的则是相互制约关系（相互作用结构）。系统的结构使它成为一个有特定功能的整体。功能是系统的内部关系和外部关系中所表现出来的特性和能力。一种结构可以表现为多种功能，一种功能也可以映射出多钟结构。结构与功能之间不存在一一对应的关系，结构与功能的辩证关系提供了实践上的方便。为实现一种功能，原则上可以找到多种结构，这使得设计有了优化的可能（图9-2）。图9-2挖土机排列与尺寸变化2.3现代产品系统化的特征2.3.1产品流通过程系统化特点的体现现代工业社会可以将存在的循环过程“产品--商品--用品--废品”看作一个由多个子系统构成的系统，而其对应的行为动作就是“生产--流通--使用--回收”。在这个系统中，实现了从创造价值的子系统到实现价值子系统的转化，这个过程也就是商品化的过程。2.3.2产品变型系列化特点的体现产品系列化产生的背景：首先，外在条件发生了变化，社会经济的不断发展对产品提出越来越高的要求。其次，操作对象发生了变化，产品加工对象发生变化，产品必须做相应的变异。再次，产品自身发展的要求，产品以内在矛盾为依据不断发展变化，其发展与重大突破必须符合其内在矛盾的发展规律；产品在全生命周期不同阶段有不同变异发展要求。2.3.2产品变型系列化特点的体现系列产品应具有灵活的特点，根据市场要推出多种变化的产品；在保证质量的前提下成本低，性能价格比高，同时设计、生产周期要短。在系列化产品设计中，“零件标准化，部件通用化，产品系列化”是提高产品质量、降低成本、得到多品种多规格产品的重要途径，尽量采用标准零件可以便于管理、维修，且能大大降低成本。系列变型产品一般分为纵系列、横系列和跨系列三类。2.3.3产品设计与生产系统化特点的体现如今，产品的开发设计与生产的方法和手段，较之以往发生了很大的变化，其中重要的变化就是围绕计算机的信息技术的应用。产品设计与生产系统化特点的体现在于产品生命周期设计（lifecycleengineeringdesign,LCED）的应用。图2-3LCED基本构成图2.3.3产品设计与生产系统化特点的体现生命周期设计的核心思想包括系统观、并行观和集成观。1、系统观系统论及其系统设计方法是适用于研究各种领域的伦理和方法。生命周期设计方法包含丰富的系统思想，主要表现在以下几个方面。整体性层次相关性整体最优化2.3.3产品设计与生产系统化特点的体现2、并行观命周期设计继承了并行工程的组织模式和运行机制，同时对并行工程有所发展，并行的观点是生命周期设计的一个重要观点。生命周期设计中的并行思想主要如下。A.生命周期各种约束因素同时考虑B.各种生命周期设计阶段工具的并行协作C.协同工作小组D.并行不等于并重E.宏观上的并行，微观上的串行2.3.3产品设计与生产系统化特点的体现3、集成观分析和综合、分解和集成，是从不同的方面处理问题的一般方法。生命周期设计中集成的观点既来源于设计本身的要求，也来源于生命周期设计发展现状的要求。因此集成的观点是生命周期设计又一基本观点。生命周期设计的集成观点如下。A.设计目标集成B.工作小组集成2.4系统科学方法从根本上说，系统论主要是一种观念，一种看问题的立场和观点。它不是着重于说明事物本身是什么，而是强调应该如何认识和创造事物。因此，系统设计具体有方法论意义，是一种设计哲学观。对于这点，应引起足够的注意，不能把系统论的设计思想和方法理解为设计的技术。2.4.1提示信息联系的新方法：信息方法1、信息就是力量人们只要生活在世界上，就每时每刻都在传播和接受、加工信息。信息方法是运用信息的观点，把系统看作信息的获取、传输、加工和处理而形成的一种有目的性的活动，从而达到对某个复杂系统运动过程的规律性认识的研究方法。在这一过程中被传递的内容就是信息，可以表示为2.4.1提示信息联系的新方法：信息方法2、信息的分拆与整合信息学理论说明，每一种信息都可以分拆，变成一个个更小的信息元。将一个大的信息分拆为若干个小的信息元，然后综合运用杂交和其他创新方法进行构思，就可以产生比分拆信息前多得多的创意。3、分拆与整合信息的方法在产品设计中的运用物物可以相互组合、嫁接，也可以细分拆、再交合。若要开发新产品或者提高产品的价值，以占领新的市场，“物元分拆与重组”的原理会搭通思维之桥，铺就成功之路。具体方法如图9-4所示。图9-4信息分析在创新设计中的应用2.4.2掌舵的技术和方法：