機(jī)械設(shè)計(jì)方法

2概念設(shè)計(jì)的建模和推理優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)與決策

概念設(shè)計(jì)的建模和推理概念設(shè)計(jì)具有明顯的過演化特性，建模和推理是促進(jìn)演化的有力概念設(shè)計(jì)的基本特性設(shè)計(jì)問題的不良結(jié)構(gòu)特性——在概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)

計(jì)要求往往是不精確和模糊的，且隨著設(shè)計(jì)過程的推進(jìn)不斷地細(xì)化和明確，因而設(shè)計(jì)要求的更新成為設(shè)計(jì)過程的一部分。這種不精確和模糊的設(shè)計(jì)要求通常被稱作不良定義(Ill-defined)的設(shè)計(jì)要求，而由

其定義的設(shè)計(jì)問題稱作不良結(jié)構(gòu)(Ill-structured)問題。這類問題具有下列明顯特征:對(duì)所

解決方案沒有明確的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);問題空間不明確或問題相關(guān)信息模糊;沒有明顯的知識(shí)規(guī)則。概念設(shè)計(jì)的基本特性設(shè)計(jì)問題的有限理性——概念設(shè)計(jì)是一種人為的主觀活動(dòng)，包含了大量的決策過程。由于給定的設(shè)計(jì)要求往往是不精確的，且設(shè)計(jì)者的認(rèn)知能力有限，因此，概念設(shè)計(jì)通常是在有限理性(Boundedrationality)下進(jìn)行的。在有限理性下，設(shè)計(jì)者的決策往往基于滿意準(zhǔn)則，所獲得的結(jié)果也往往是滿意解。由于求解基于滿意準(zhǔn)則，因而啟發(fā)式方法被大量應(yīng)用。概念設(shè)計(jì)的基本特性設(shè)計(jì)對(duì)象的可分解性——類似于一般復(fù)雜系統(tǒng)能夠分解為若干子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)對(duì)象也可以進(jìn)行相應(yīng)的分解?？煞纸庑圆粌H是概念設(shè)計(jì)求解的前提，也使得多解成為可能。這種可分解性與人類對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是一致的。在工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的功能可分解為子功，子功能可進(jìn)一步分解為元功能;對(duì)應(yīng)地，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也可分解為子結(jié)構(gòu)，子結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步分解為元結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)化概念設(shè)計(jì)方法正是基于這種可分解性

。概念設(shè)計(jì)的基本特性設(shè)計(jì)過程的演化特性——主要體現(xiàn)在:環(huán)境適應(yīng)、信息變化和過程迭代。環(huán)境適應(yīng)

設(shè)計(jì)必須考慮設(shè)計(jì)對(duì)象所處的外部環(huán)境。只有設(shè)計(jì)對(duì)象適應(yīng)其外部環(huán)境時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。設(shè)計(jì)要求中包含了外部環(huán)境對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的要求，如性能等。如果外部環(huán)境發(fā)生了變化，設(shè)計(jì)對(duì)象不一定能完成預(yù)期的目標(biāo)，需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。信息變化 設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)信息由抽象到具體的演進(jìn)。概念設(shè)計(jì)始于抽象的功能要求，終于具體的結(jié)構(gòu)方案。在這一過程中，設(shè)計(jì)信息由抽象變得具體，設(shè)計(jì)知識(shí)也在不斷地增長(zhǎng)。過程迭代 設(shè)計(jì)過程的不斷細(xì)化和逐步求精。概念設(shè)計(jì)問題不存在良好定義的初始空間、目標(biāo)空間和狀態(tài)空間，難以一次獲得設(shè)計(jì)解。從控制角度看，設(shè)計(jì)過程形成了一個(gè)具有反饋的閉環(huán)。每一閉環(huán)構(gòu)成一個(gè)設(shè)計(jì)周期，每一周期的目的都是減少當(dāng)前狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)的差異。通過這種差異減少的遞歸，最終獲得所需的解。概念設(shè)計(jì)的基本特性設(shè)計(jì)過程的創(chuàng)新性——?jiǎng)?chuàng)新是概念設(shè)計(jì)的

。概念設(shè)計(jì)既有較低層次的可計(jì)算邏輯過程參與，也包含形象、

、靈感等較

次的非邏輯過程，是一個(gè)邏輯與非邏輯互補(bǔ)的過程。尤其對(duì)于其中的創(chuàng)新行為，非邏輯過程更具有現(xiàn)實(shí)性和不可替代性。對(duì)于同一設(shè)計(jì)問題，不同的設(shè)計(jì)者將獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，而即使同一設(shè)計(jì)者在不同情境下也可能獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果。這種隨機(jī)性導(dǎo)致概念設(shè)計(jì)過程異常復(fù)雜，體現(xiàn)出了極高的智能性。機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)包括概念設(shè)計(jì)方案生成和概念設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)兩個(gè)主要階段，近年來，涌現(xiàn)出一大批有關(guān)這兩個(gè)方面的解決技術(shù)和解決工具。概念設(shè)計(jì)方案生成包括兩方面的內(nèi)容:一是對(duì)產(chǎn)品的描述，建立概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品信息模型，即建模問題;二是選擇合適的方法對(duì)所建立的產(chǎn)品信息模型進(jìn)行求解，生成概念設(shè)計(jì)方案，即推理問題。建模問題機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)難題就是對(duì)產(chǎn)品的描述，即建模問題。產(chǎn)品信息建模技術(shù)是關(guān)于設(shè)計(jì)對(duì)象的計(jì)算機(jī)抽象描述和表達(dá)。一般來說，通常采用面象的方法，從不同的方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行描述。概念設(shè)計(jì)過程計(jì)算機(jī)表達(dá)的主要形式有:語言、幾何模型、圖/樹、對(duì)象、知識(shí)及圖像等。面向人語言幾何圖/樹對(duì)象知識(shí)

圖像/

語音面向計(jì)算機(jī)常用概念設(shè)計(jì)建模方法比較表概念設(shè)計(jì)的重點(diǎn)：建模問題概念設(shè)計(jì)階段研究的重點(diǎn)是產(chǎn)品信息建模，即如何采用合適的方法對(duì)概念設(shè)計(jì)過程進(jìn)行恰當(dāng)?shù)拿枋?、表達(dá)和操作，使其更充分體現(xiàn)產(chǎn)品特征、滿足用戶需求，同時(shí)符合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)，有利于產(chǎn)品創(chuàng)新。推理問題概念設(shè)計(jì)的推理問題就是采用合適的方法對(duì)概念設(shè)計(jì)過程進(jìn)行求解，得到概念設(shè)計(jì)方案。概念設(shè)計(jì)方案生成的推理過程有數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)兩種。推理技術(shù)的選擇取決于求解過程是需要大量的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng))還是關(guān)于領(lǐng)域的先驗(yàn)知識(shí)

(知識(shí)驅(qū)動(dòng))。概念設(shè)計(jì)中常用的推理技術(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于實(shí)例的推理定

理知識(shí)驅(qū)動(dòng)的:基于知識(shí)的推理優(yōu)化基于規(guī)則的推理類比推理推理技術(shù)之神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的獲得，工程設(shè)計(jì)通常用于分類任務(wù)以及聯(lián)想中常用于設(shè)計(jì)分類。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依靠神經(jīng)元之間的廣泛互連，具有很強(qiáng)的魯棒性及泛化能力，適合處理非線性問題。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)需求量大、訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)等問題嚴(yán)重影響了它在實(shí)際中的應(yīng)用。推理技術(shù)之基于實(shí)例的推理它是人工智能發(fā)展過程中出現(xiàn)的區(qū)別于基于規(guī)則推理的一種推理模式，它應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)中的過去習(xí)能力，經(jīng)驗(yàn)解決與之類似的當(dāng)前問題?；趯?shí)例的推理技術(shù)表達(dá)能力強(qiáng)，有但是需要大量的良好實(shí)例。推理技術(shù)之定

理法定理是用符號(hào)和連續(xù)變量區(qū)間找到可行的設(shè)計(jì)空間。在數(shù)值信息較少的概念設(shè)計(jì)早期，適合使用定性分析。相比之下，定

知識(shí)的屬性劃分理易于實(shí)現(xiàn)，但定

理過程中，。推理技術(shù)之基于知識(shí)的推理包括:歸納推理、演繹推理、基于約束的推理和非單調(diào)推理?；谥R(shí)的推理技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，但知識(shí)的獲取。推理技術(shù)之優(yōu)化概念設(shè)計(jì)中的優(yōu)化問題多是組合優(yōu)化問題，即求滿足一定功能需求和設(shè)計(jì)約束的最優(yōu)解的過程。除了經(jīng)典的方法外，還可以利用人工智能、計(jì)算智能領(lǐng)域的一些工具或從生物進(jìn)化、物理過程等中受到一些啟發(fā)，研究組合優(yōu)化的新算法。推理技術(shù)之基于規(guī)則的推理基于規(guī)則的推理包括兩個(gè)部分:前提和結(jié)論。前提是條件，當(dāng)條件為真時(shí)，規(guī)則被激活;結(jié)論是規(guī)則激活的結(jié)果，當(dāng)規(guī)則被激活時(shí)，它就為真。規(guī)則的激活通過增加或修改事實(shí)來影響知識(shí)庫?；谝?guī)則的推理技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，但基于規(guī)則的系統(tǒng)

求解問題時(shí)，總是試圖用規(guī)則庫中的規(guī)則進(jìn)行匹配，如果匹配不成功，則宣布該問題無解。推理技術(shù)之類比推理類比推理是一個(gè)檢索和傳遞的過程，檢索與當(dāng)前問題相關(guān)的熟悉問題或方案等知識(shí)，并傳遞該知識(shí)。類比推理容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新，但知識(shí)抽象與相似性的判定

。方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例系統(tǒng)級(jí)機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例搬運(yùn)物體機(jī)器人信息處理與控制系統(tǒng)功能模型知識(shí)表達(dá)方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例方案設(shè)計(jì)的實(shí)施例優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)未必是優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)有關(guān)著作或文獻(xiàn)黃靖遠(yuǎn)

編著

:機(jī)械工業(yè)

，《優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)》?東

輕

工

業(yè),宮

濤,范維華：產(chǎn)品創(chuàng)新與優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)，山學(xué)

院

學(xué)

報(bào)，

：機(jī)械優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)的原理與實(shí)現(xiàn)，機(jī)械?趙新軍：優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)思想及其技術(shù)

，機(jī)械研究與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的最重要的哲學(xué)思想問題就是關(guān)于“創(chuàng)造性”的問題。這種“創(chuàng)造性”不是簡(jiǎn)單的從個(gè)人

出發(fā)的設(shè)計(jì)，也不是為追求某種品味的設(shè)計(jì)，更不是單純追求創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)有著明顯的特點(diǎn)：是一種面向市場(chǎng)的設(shè)計(jì)；是一種

性分析、

、判斷和決策；是一種對(duì)自然法則深刻認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上的優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)和發(fā)展

。黃靖遠(yuǎn)編著《優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)》第1章緒論21世紀(jì)將面對(duì)“激烈的世界性的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)”國家競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和工業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)從哪里來競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)還要從優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)來獲得知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代更強(qiáng)烈呼喚“創(chuàng)新產(chǎn)品”設(shè)計(jì)6.

改善設(shè)計(jì)工作

的未來是至關(guān)重要的第2章

優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)與文明為競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)而設(shè)計(jì)近代設(shè)計(jì)科學(xué)的重大發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)的四個(gè)等級(jí)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)的基本思想和主要特點(diǎn)黃靖遠(yuǎn)編著《優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)》第3章優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容優(yōu)勢(shì)分析優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)的哲學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)的物理學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)的主要工作環(huán)節(jié)和工作內(nèi)容優(yōu)勢(shì)決策第4章功能原理設(shè)計(jì)機(jī)器的功能和功能原理機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì)功能原理設(shè)計(jì)的工作特點(diǎn)和工作內(nèi)容功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu)功能原理的發(fā)展歷史及其基本類型兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路黃靖遠(yuǎn)

編著

《優(yōu)

計(jì)》第5章

實(shí)用化設(shè)計(jì)中的

和KNOW設(shè)計(jì)和Know

How和Know

How實(shí)例第6章實(shí)用化設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程設(shè)計(jì)1.2.3.4.人機(jī)工程學(xué)概述人機(jī)系統(tǒng)適應(yīng)性問題舒適性問題人和環(huán)境的協(xié)調(diào)人在企業(yè)(或公司)環(huán)境中的創(chuàng)造性和積極性的發(fā)揮第7章商品化設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)概述工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型的設(shè)計(jì)原則工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的造型工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的美學(xué)原則黃靖遠(yuǎn)編著《優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)》第8章商品化設(shè)計(jì)中的降低成本的設(shè)計(jì)檢查功能原理和實(shí)用化設(shè)計(jì)是否合理用“價(jià)值分析”方法降低成本從采用合理的工藝方法來降低成本采用“優(yōu)秀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”(Know

How)來降低成本從生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)方式來降低成本第9章創(chuàng)造性設(shè)計(jì)創(chuàng)造性機(jī)理ligence

Quotient)創(chuàng)造性知識(shí)基礎(chǔ)情緒智商(Emotional

In創(chuàng)造性思維規(guī)律和創(chuàng)造性技法10.創(chuàng)造性參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)與決策嚴(yán)格科學(xué)的評(píng)價(jià)是產(chǎn)生正確設(shè)計(jì)決策的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)與決策工業(yè)設(shè)計(jì)所要解決的是復(fù)雜、多解的問題,解決這種多解的問題,通常的步驟是:分析—設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)—決策。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的意義在于自覺控制設(shè)計(jì)過程、把握設(shè)計(jì)方向,以科學(xué)的分析而不是的感覺來評(píng)定設(shè)計(jì)方案,為用戶提供評(píng)判設(shè)計(jì)構(gòu)思等的依據(jù),從而提高設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)與決策對(duì)于給定的設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求和約束,可以有多個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案,此時(shí)應(yīng)該選擇1

個(gè)最佳的方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),這就需要對(duì)這些方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前比較常用的有技術(shù)———經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法、價(jià)值工程方法、形態(tài)學(xué)矩陣法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等。結(jié)合建模和仿真分析介紹田口方法。評(píng)價(jià)決策的一般步驟概念設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)概念設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、不完全確定、創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)推理過程。設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)是產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它是概念設(shè)計(jì)過程決策的重要依據(jù)。概念設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)過程主要特點(diǎn)多目標(biāo)性——概念設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)中需要同時(shí)考慮多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，方案評(píng)價(jià)過程要

各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的作用及相互之間的影響。多層次性——概念設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)問題的評(píng)價(jià)指標(biāo)一般較多，而且評(píng)價(jià)指標(biāo)間往往具有一定的層次結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成概念方案評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。不確定性——概念設(shè)計(jì)過程的信息通常具有很大程度的不完全、不確定及不精確性，許多性能指標(biāo)往往不具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)或清晰的邊界，方案評(píng)價(jià)所需的知識(shí)通常具有多義性和不確定性。常規(guī)的方案評(píng)價(jià)方法模糊評(píng)價(jià)法層次分析法價(jià)值工程法綜合評(píng)價(jià)法方案評(píng)價(jià)方法之模糊評(píng)價(jià)法概念設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)信息具有很大程度的不確定性，對(duì)不確定信息的處理是概念設(shè)計(jì)階段方案評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的方案評(píng)價(jià)時(shí)，由于評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，它們往往很難用定量分析來完成，只能用“很好”、“好”、“一般”、“差”、

“很差，，等模糊概念來評(píng)價(jià)。模糊集合對(duì)

不確定性進(jìn)行建模，將評(píng)價(jià)中的模糊信息數(shù)值化，進(jìn)而進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。概念設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)的特點(diǎn)以及模糊集合理論對(duì)不確定信息的處理能力，使模糊集合在概念設(shè)計(jì)的方案評(píng)價(jià)和決策中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但使用模糊評(píng)價(jià)方法將定性指標(biāo)量化的過程仍不可避免決策者判斷的影響，降低了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性。方案評(píng)價(jià)方法之層次分析法層次分析法由

運(yùn)籌學(xué)家Saaty教授在20世紀(jì)70年代提出，是廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)工具之一。它將人的思維過程層次化、數(shù)量化，并用數(shù)學(xué)方法為分析、決策、預(yù)報(bào)或控制提供定量的依據(jù)。這種方法的特點(diǎn)是在對(duì)復(fù)雜的決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡(jiǎn)便的決策方法，尤其適合于對(duì)決策結(jié)果難于直接準(zhǔn)確計(jì)量的場(chǎng)合。層次分析法在很多領(lǐng)域的評(píng)價(jià)決策方面得到了廣泛性，但它的應(yīng)用，’其評(píng)價(jià)結(jié)果也具有一定的對(duì)問題的評(píng)價(jià)決策是建立在人的基礎(chǔ)之上的，不可避免地具有一定的經(jīng)驗(yàn)和判斷的性。方