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关于《技术与设计》的若干问题主要内容n关于技术：科学原理的实际应用n关于设计：构思与计划的技术n关于结构：事物内部的组织形式n关于流程：事物的时间结构n关于系统：相关性和整体性n关于控制：关于驾驭的艺术2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity2Technology关于技术2020/6/193浙江大学ZhejiangUniversity技术与科学的联系与区别n技术以科学为基础ü根据科学原理“开发”出来的技术•例：根据电磁场理论开发的无线电报技术•例：根据气体放电理论开发的等离子显示技术•例：根据光电效应理论开发的数字照相技术2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity41887年德国科学家赫兹证明了无线电波的存在，1895年意大利大学生马可尼据此发明了无线电报机。1906年英国科学家汤姆逊创建气体放电理论，1964年美国伊利诺斯大学研制出等离子显示装置。1905年德国物理学家爱因斯坦创建光电效应理论，1981年日本索尼公司推出第一台数码照相机。技术与科学的联系与区别n什么是“Knowhow”ü隐含科学原理而“摸索”出来的技术•例：越王剑的冶炼技术•例：汽车钢板的生产技术•例：航空发动机的制造技术2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity5大推力航空发动机的关键技术是高强度、高韧性的耐高温合金。德国大众汽车采用了高强度、高韧性的汽车复合钢板。1965年湖北荆州出土越王勾践剑，历经两千多年仍锋利无比，毫无锈蚀。技术与科学的联系与区别n科学的使命是“发现”，而技术的使命是“发明”ü“科学无国界”：发现客观规律•例：科学家霍金（S.W.Hawking）：大爆炸宇宙学，弦论ü技术有“价值”：知识产权保护•例：基因药物，3G手机，……2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity6技术的善与恶n技术是有“目的”的ü“善的”技术•例：器官移植ü“恶的”技术•例：毒品加工ü“善恶交加”的技术：技术的两面性•例：“大规模杀伤性武器”ü难以回答的道德追问•例：人体克隆，转基因农业，美容手术，……2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity7“技术的专利性”：要不要专利？n技术的“专利性”≠技术的“专利”ü例：可口可乐的秘密。n专利：法律武器n一把双刃剑：通过公开秘密来保护秘密n专利什么时候起作用？n何时我们需要专利？2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity8技术与自然的关系n技术为人服务，因此技术与自然的关系仍然是技术与人的关系。n“人定胜天”：人如何与自然相处？n技术与自然——一个微妙的关系ü例：三峡大坝的建造与环境保护ü极端环境保护主义（美国：地球解放阵线ELF）2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity92020/6/1910浙江大学ZhejiangUniversityDesign关于设计什么是设计n形形色色的“设计”ü以设计对象命名•例：产品设计、工艺设计、广告设计、形象设计、……ü以设计领域命名•例：技术设计、艺术设计、工程设计、工业设计、……2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity11设计是创造性的技术应用n设计是构思和计划的技术（德国鲍豪斯Bauhaus设计学派，1919）ü以构思和计划的科学为基础（创造学+运筹学）ü具有技术的一切属性•目的性、创新性、综合性、两面性、专利性、……n“技术设计”ü以技术产品及其制造过程为对象的构思和计划技术2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity12Bauhaus设计学院外景（德国魏玛）。该学派的设计原则：艺术与技术的统一；设计的目的是人，而不是产品；设计必须遵循自然和客观的原则来进行。设计vs研究n技术领域的设计与研究都是创造性的活动。ü例：设计一种新的打印机ü例：研究一种新的打印方法n不同点：ü设计以大批量实施为目的。因此，强调结果的可实现性和规范性。ü研究以特定性发现为目的。因此，强调结果的新颖性和改善性。ü研究的结果通过设计变成产品。2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity13创新是设计的生命n设计的本质就是创新ü仿制：无创新的“设计”n创新性设计方法：模仿与联想ü模仿：对已有事物原理、功能的某种“拷贝”•例：潜水艇和鱼眼镜头ü联想：对已有事物原理、功能的扩充、集成、推理、甚至逆向思维•例：逆向思维设计——水床与卢佛宫的金字塔n创新性设计方法：“奇特性构思”ü奇特性构思是“无中生有”的设计创意•例：自行车与电视机2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity14新的设计理念——人机关系设计n人机工程学（Ergonomics）（英国人默雷尔K.Murrell,1947）ü一门研究人与其所处工作和生活环境之间相互关系，以适应人体解剖学、生理学、心理学要求，从而达到提高工作效率和安全、健康、舒适为目的的学科。n“人机关系设计”：一个友好的物质世界ü例：AK-47冲锋枪的扳机护套设计ü例：MicrosoftWindows®n什么“不是”人机关系设计？ü例：形形色色的沙发ü例：形形色色的铅笔刨2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity15“可持续发展”—另一个新的设计理念n可持续发展：既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要构成危害的发展ü世界环境与发展委员会报告，《我们共同的未来》，1987n设计与自然的关系：一个易被忽视的设计原则n“设计与自然的关系”是“技术与自然的关系”的自然延续n正例和反例ü正例：易拉罐开启方式的设计ü反例：过度包装2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity16技术试验：设计的推进器和评判者n试验：有明确目的和计划的尝试ü关键词：目标、手段和程序n两种类型的技术试验：实验和测试ü为了“发现”的试验：实验ü为了“证实”的试验：测试n谁来推进和评判设计？ü实验：技术设计的推进器ü测试：技术设计的评判者2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity17设计评价：量化还是非量化？n设计评价是设计的指挥棒n各有优劣的评价指标ü量化指标（客观的）：经济、实用、规范、……ü非量化指标（主观的）：道德、美观、友好、……n我们极力寻找可量化的评价指标，以保证设计评价的“科学性”n非量化评价指标体现设计的魅力和创意ü例：“鸟巢”和“水立方”的设计2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity182020/6/1919浙江大学ZhejiangUniversityStructure关于结构什么是结构n一个有趣的问题ü鸡蛋和蛋壳：谁是壳体结构？n看不见摸不着的“结构”ü结构：事物内部各组成部分确定的组织形式。ü结构是一个抽象而普适的概念•例：建筑结构、人体结构、社会结构、系统结构、……n有结构的和无结构的ü有无确定的组织形式，是判断有无结构的关键•例：无结构的水和有结构的冰•例：无结构的沙滩和有结构的沙雕2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity20结构决定事物整体的性质n结构反映了事物各组成部分之间的相互关系n由许多成分组成的事物中，结构往往起决定性作用ü例：石墨和钻石n结构主义（structuralism）ü“世界是由许多“状态”构成的总体，每一个“状态”是一条众多事物组成的锁链，它们处于确定的关系之中，这种关系就是这个“状态”的结构，决定了这个世界。”（路德维希·维特根斯坦（奥），《逻辑哲学论》，1922）•例：社会结构2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity21结构分析n为什么拱桥是壳体结构？n结构分析步骤ü第1步：确定分析对象ü第2步：分解该对象的组成成分ü第3步：寻找各成分之间的相互关系ü第4步：提取相互关系的特征ü第5步：解释特征与对象性质之间的关系n结构的嵌套和混合ü回到鸡蛋和蛋壳的结构问题ü回到拱桥问题2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity22力学结构：强度和稳定性n结构的强度和稳定性ü强度：在外力作用下结构保持完整的能力。•注：结构的完整≠结构体的完整•例：被炮火轰击的建筑ü稳定性：在外力作用下结构保持平衡的能力。•注：结构的完整≠结构的平衡•例：被风吹跑的帐篷2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity23力学结构：强度和稳定性n结构的强度和稳定性与外力的大小及方向有关ü因此强度和稳定性要与外力一起分析才能得出结论。•例：简支梁的强度和稳定性2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity242020/6/1925浙江大学ZhejiangUniversityProcess关于流程什么是流程n流程是一系列具有时序的活动（环节）ü一个活动不是流程ü多个没有时序的活动不是流程•例：“流程是有组织的活动”？有奖竞猜n流程与结构ü流程是事物动态变化的时间表达形式ü“流程是事物的时间结构”n形形色色的流程ü从生产流程、程序流程到控制流程2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity26控制器执行器被控对象检测装置流程的基本要素n流程两要素ü活动和时序n此“活动”非彼活动ü活动是在一定时间、使用一定资源进行的一个操作n形形色色的时序ü标准时序和逻辑时序•例：做馒头和修电灯ü同步时序和异步时序•例：交响乐的“同步和异步”演奏ü并行时序和串行时序•例：编辑和打印ü问题：MicrosoftWindows执行什么时序？2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity27流程的类型n三种基本类型ü流水流程（Flowshop）•流程中所有活动按单一的时序排列ü作业流程（Jobshop）•流程中不同的活动有确定的不同时序ü开放流程（Openshop）•流程中所有活动可以有任意的时序•例：自助餐n嵌套流程和循环流程2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity28流程分析n流程分析要回答什么问题？ü流程分析即流程的时序结构分析n流程分析的粒度ü流程的粒度即活动和时序的粒度ü在不同粒度下，流程可能呈现不同的时序结构•例：钢铁是怎样炼成的2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity29原料炼铁炼钢轧钢炼焦烧结高炉流程优化：流程设计的终极目标n流程的可行性、满意性和最优性n在给定资源的情况下，对流程的优化即改变流程的时序结构（流程调度，Scheduling）n怎样优化流程？ü基本的流程优化方法：枚举法和随机试验法ü经典的流程优化方法：运筹学方法ü现代的流程优化方法：计算智能方法（拟生态方法）2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity302020/6/1931浙江大学ZhejiangUniversitySystem关于系统无处不在的系统n系统在哪里？ü1945年奥地利理论生物学家贝塔朗菲（L.Bertalanffy）发表《一般系统论》，描述了系统的各种性质，却没有回答这个问题。n“我思故我在”（笛卡尔，法国哲学家）ü系统就是你所关注的对象ü系统是“客观存在”还是“主观想象”？ü对于同样的事物，当你的关注点不同时，代表不同的系统•例：射击运动•例：自动取款机2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity32系统是有结构的n怎样定义一个系统？ü定义1：“系统之外”——系统所处的环境ü定义2：系统的组成成分ü定义3：组成成分之间的相互关系n研究“系统”的理由：系统结构决定其性质n系统的层次性（嵌套结构）ü系统的组成成分可以是另一个系统（子系统）。ü不同层次的系统可以有不同的结构。2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity33系统是有结构的n同构系统和模型仿真ü结构相同的系统（同构系统）具有同样的性质。ü因此，可用廉价的（同构）模型来研究真实系统。•例：水塔放水和电容放电2020/6/19浙江大学ZhejiangUniversity34CRVVt一般系统的分类n系统和环境的关系ü开放系统（Opensystem