機械設(shè)計學(xué)概論

機械設(shè)計學(xué)主講：張金中教學(xué)安排本課程共分七章第一章機械設(shè)計學(xué)概述２第二章機械創(chuàng)新設(shè)計原理與方法４第三章機械功能原理設(shè)計８第四章實用化設(shè)計及其技術(shù)方法１２第五章商品化設(shè)計８第六章評價與決策４第七章設(shè)計試驗.４第7—12周共48學(xué)時其中課堂講授42，總結(jié)復(fù)習(xí)2，機動2，考試２考試時間：07.01.05，19:00～21:00第一章機械設(shè)計學(xué)概論第一節(jié)機械產(chǎn)品設(shè)計的重要性和關(guān)鍵步驟

第一節(jié)機械產(chǎn)品設(shè)計的重要性和關(guān)鍵步驟

１.重要性

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計在整個生命周期內(nèi)占有越來越重要的位置。通常，產(chǎn)品的設(shè)計成本只占產(chǎn)品總成本的5%，而往往決定70%～80%的產(chǎn)品總成本。我們所處的二十一世紀是市場經(jīng)濟國際化、全球一體化的世紀，產(chǎn)品競爭是國際化的競爭，競爭日益加劇。為了適應(yīng)這一需要，世界各國普遍重視提高產(chǎn)品的設(shè)計水平，以增強產(chǎn)品競爭力。產(chǎn)品設(shè)計的根本目的就是要創(chuàng)新產(chǎn)品，滿足市場需求和占領(lǐng)更大市場。產(chǎn)品設(shè)計本身是創(chuàng)造性的勞動，設(shè)計的本質(zhì)是創(chuàng)新。因此，重視創(chuàng)新設(shè)計是增加機械產(chǎn)品競爭力的根本途徑。第一節(jié)機械產(chǎn)品設(shè)計的重要性和關(guān)鍵步驟2.機械產(chǎn)品設(shè)計過程的主要步驟對于機械產(chǎn)品設(shè)計過程的不同理解，從本質(zhì)上說是由于對設(shè)計的內(nèi)涵有不同的認識和對設(shè)計理論有不同的理解。設(shè)計過程的模型國內(nèi)外已有很多的論述，歸納起來主要有三種：

一是Pahl和Beitz認為：機械設(shè)計分為明確任務(wù)、概念設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工設(shè)計等四個階段[1]。

二是Koller認為：機械設(shè)計分為產(chǎn)品規(guī)劃、功能設(shè)計、定性設(shè)計和定量設(shè)計等四個階段[2]。三是鄒慧君教授提出：機械設(shè)計分為產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、詳細設(shè)計和改進設(shè)計等四個階段[3]?？傊?，產(chǎn)品設(shè)計過程中十分重視的步驟是功能設(shè)計、定性設(shè)計。第二節(jié)現(xiàn)代廣義設(shè)計觀什么叫設(shè)計？至今人們有著不同的理解和解釋。但不弄清設(shè)計的內(nèi)涵與實質(zhì)，就不可能對設(shè)計過程的特征、規(guī)律、原理原則、方法步驟等等，有一個清晰的認識，更不會將現(xiàn)代設(shè)計法作為一門多元交叉的橫斷學(xué)科去加以總結(jié)研究，從而在根本上就不可能將整個設(shè)計提到更高的水平。但首先必須建立現(xiàn)代廣義設(shè)計觀，即對設(shè)計、廣義、現(xiàn)代三個術(shù)語有一個正確的觀點。2.1設(shè)計的內(nèi)涵及種類一、設(shè)計的內(nèi)涵

英文Design(設(shè)計)，起源于拉丁語Designare。由De（記下）與Signare（符號、記號、圖形等）兩詞組成。因此，Design的最初含義為將符號、記號、圖形之類記下來的意思。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步，設(shè)計不斷向深度和廣度發(fā)展，以至人類活動的一切領(lǐng)域幾乎都離不開設(shè)計。面對種類繁多、形式多樣的設(shè)計，日本川添登在他的《什么是設(shè)計》一書中，通過對人、社會、自然三者間的相互關(guān)系分析后提出，有三類設(shè)計：傳遞表達設(shè)計（CommunicationDesign)產(chǎn)品設(shè)計(ProductDesign)環(huán)境設(shè)設(shè)計（EnvironmentalDesign)如圖1—1所示。圖1—1三類設(shè)計的相互關(guān)系人的個體，通過復(fù)雜的組織機構(gòu)加以集合，組成社會，進而構(gòu)成當今的世界。人們用語言、文字、圖形、符號等等用來構(gòu)通人們的思想。整個社會就是依靠這類信息的傳遞表達來實現(xiàn)其功能的。因此人與社會之間通過傳遞設(shè)計相聯(lián)系。自然界既是人們生活、工作、活動的場所，又為人們提供賴以生存的一切必要條件。人與自然界的關(guān)系是索取與提供的矛盾。人們通過產(chǎn)品設(shè)計不斷加強、提高自身的機能以便更好地利用、開發(fā)、改造自然，使之更好地為人類服務(wù)。社會：人的個體，通過復(fù)雜的組織機構(gòu)加以集合，進而構(gòu)成當今的世界。語言、文字、圖形、符號等等用來構(gòu)通人們的思想。整個社會就是依靠這類信息的傳遞表達來實現(xiàn)其功能的。因此人與社會之間通過傳遞設(shè)計相聯(lián)系。圖1—1三類設(shè)計的相互關(guān)系這三類設(shè)計既有差別又不能絕然分開。傳遞表達設(shè)計、環(huán)境設(shè)計中涉及到產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計中涉及到傳遞表達設(shè)計，如各種顯示裝置的設(shè)計和環(huán)境設(shè)計（如工作位置、空間環(huán)保等設(shè)計）。當代一些環(huán)境設(shè)計往往也包含有傳遞表達設(shè)計的內(nèi)容，如長江大橋橋頭堡的造型設(shè)計。2.1設(shè)計的內(nèi)涵及種類

由此可見，通過人—社會—自然三者關(guān)系，將廣義設(shè)計分為三種類型有其一定的科學(xué)道理，但是這種分類法對現(xiàn)代設(shè)計的內(nèi)涵、特點、實質(zhì)和形式以及所采用的設(shè)計方法等方面均未能清晰地表達出來。如果避開傳遞表達設(shè)計中那些較為特殊的設(shè)計，例如廣告、路標等設(shè)計，那么根據(jù)系統(tǒng)論原理，整個設(shè)計基本上可按圖1—2所示來劃分。人—機器—工作—環(huán)境組成了一個完整的總系統(tǒng)，彼此之間相互作用影響。由此可得到四種類型的設(shè)計：環(huán)境設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計和零件設(shè)計。

1.環(huán)境設(shè)計

環(huán)境設(shè)計包括區(qū)域規(guī)劃，房屋、道路、橋梁等等設(shè)計，為人們提供工作、學(xué)習(xí)、生活、活動空間。這類設(shè)計的特點是帶有“戰(zhàn)略”意義的、一次性設(shè)計施工，設(shè)計優(yōu)劣的判斷準則為對客觀情況發(fā)生變化時的適應(yīng)性如何，而這種客觀情況的變化往往事先很難詳細預(yù)料。

圖1—22.1設(shè)設(shè)計的內(nèi)涵涵及種類2.系統(tǒng)設(shè)計所所謂系統(tǒng)是指具具有特定功功能的、相相互間有著著有機聯(lián)系系的若干個個要素所所組成成的一個獨獨立整體。系統(tǒng)設(shè)計計就是指這這類整體的的設(shè)計。系系統(tǒng)可分為為兩種：一種為流系統(tǒng)，有一組輸輸入流（為為物質(zhì)流、、能量流、、信息流））通過提供供統(tǒng)一性共共同的要素素（如子系系統(tǒng)，機器器、設(shè)備或或裝置等））進行傳遞遞轉(zhuǎn)換，最最后變?yōu)橐灰唤M輸出流流。如供電電系統(tǒng)、通通信系統(tǒng)、、供水系統(tǒng)統(tǒng)，一個工工藝流程，，一條生產(chǎn)產(chǎn)流水線等等等均屬該該種流系統(tǒng)統(tǒng)。另一種為結(jié)合系統(tǒng)。它由兩組組或兩組以以上的、自自成系統(tǒng)的的要素組成成，各組要要素有各自自的輸入流流并產(chǎn)生各各自的輸出出流，通過過各要素的的有機結(jié)合合來實現(xiàn)系系統(tǒng)的總功功能。例如如一輛汽車車，有它的的傳動系統(tǒng)統(tǒng)、電路系系統(tǒng)、供油油系統(tǒng)、制制動系統(tǒng)、、冷卻系統(tǒng)統(tǒng)、潤滑系系統(tǒng)、操作作系統(tǒng)等等等，各系統(tǒng)統(tǒng)有各自的的輸入和輸輸出量，這這些系統(tǒng)的的有機結(jié)合合便組成一一輛汽車，，實現(xiàn)汽車車的總功能能。這兩種系統(tǒng)統(tǒng)在性質(zhì)上上有所不同同。流系統(tǒng)統(tǒng)中各組成成要素間的的連接，相相對而言呈呈“柔性””連接，而而結(jié)合系統(tǒng)統(tǒng)各要素間間的連接呈呈“剛性””連接。因因此，前者者的系統(tǒng)設(shè)設(shè)計往往包包括提出流流系統(tǒng)的總總體設(shè)計要要求，各種種流的流程程綜合，各各組成要素素的位置布布置及接口口設(shè)計等等等，但不包包括各要素素的設(shè)計。。圖1—3為一典型型的流系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計示意意圖2.1設(shè)設(shè)計的內(nèi)涵涵及種類圖1－3流流系統(tǒng)設(shè)設(shè)計過程提出流系統(tǒng)功能提出流系統(tǒng)要求物質(zhì)流功能綜合—工藝流程機器位置綜合—機器流程圖能流功能綜合—能量流程圖信息流功能綜合—信息流程圖接口設(shè)計1接口設(shè)計32流系統(tǒng)設(shè)計機器設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計2.1設(shè)設(shè)計的內(nèi)涵涵及種類產(chǎn)品設(shè)計是指由許多多零部件甚甚至是分系系統(tǒng)集裝而而成的整體體以實現(xiàn)一一種或一組組功能的這這類設(shè)計，，包括結(jié)合合系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計。例如如發(fā)動機，，汽車，電電動機，泵泵。這類設(shè)設(shè)計的特點點一般較復(fù)復(fù)雜。方案案構(gòu)思，總總體設(shè)計，，零件的材材料，尺寸寸、結(jié)構(gòu)形形狀，加工工要求以及及零件間的的裝配位置置等方面的的變化往往往對產(chǎn)品的的性能，質(zhì)質(zhì)量，成本本影響很大大。因此，，設(shè)計人員員需花很大大的努力才才能得到滿滿意的設(shè)計計結(jié)果。零件設(shè)計是指不能再再分解的、、由單一材材料組成的的單元體的的設(shè)計。大大多數(shù)情況況，針對不不同的產(chǎn)品品，這類零零件需要單單獨設(shè)計。。根據(jù)整個個產(chǎn)品的設(shè)設(shè)計要求不不難確定對對這些零件件的設(shè)計要要求。此外外，常用零零件的設(shè)計計，多設(shè)計計成標準件件或通用件件，設(shè)計時時只需要注注意規(guī)格的的選擇及互互換性要求求。2.1設(shè)設(shè)計的內(nèi)涵涵及種類通過上述人人—機—環(huán)環(huán)境間的相相互關(guān)系的的分析，將將絕大多數(shù)數(shù)設(shè)計歸為為四種類型型，這樣就就比較清楚楚地揭示了了各種設(shè)計計的內(nèi)涵、、性質(zhì)、特特點、要求求及其與設(shè)設(shè)計方法之之間的關(guān)系系。在實際際中，由于于設(shè)計項目目不同，設(shè)設(shè)計類型的的側(cè)重是不不同的。有有的側(cè)重于于環(huán)境設(shè)計計，有的側(cè)側(cè)重于流系系統(tǒng)或產(chǎn)品品設(shè)計，也也有的涉及及全部設(shè)計計類型。但但不管哪類類設(shè)計，都都涉及到三三大要素：：人、機器器和環(huán)境。。這里的機機器是指廣義的機器器，包括工具具、用具、、設(shè)備、設(shè)設(shè)施等。人人、機器與與環(huán)境構(gòu)成成了完整的的系統(tǒng)。因因此設(shè)計時時應(yīng)從這種種系統(tǒng)角度度來考慮。。又由于人人與機器在在設(shè)計中所所占的側(cè)重重不同，產(chǎn)產(chǎn)生了兩種種基本設(shè)計計指導(dǎo)思想想：見圖1—4圖1—4兩兩種設(shè)計計指導(dǎo)思想想示意圖以人為中心心，逐步向向機器、環(huán)環(huán)境擴展（（見圖1——4b））。圖1—4a是以機器器為中心，，逐步向人人，環(huán)境擴擴展，這是是廣大工程程技術(shù)人員員所習(xí)用的的設(shè)計思路路；從理論上講講，只要真真正從系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計角度度來考慮，，這兩種設(shè)設(shè)計指導(dǎo)思思想均是正正確的，只只是針對不不同的矛盾盾采用不同同的思想方方法而已。。2.1設(shè)設(shè)計的內(nèi)涵涵及種類一般的設(shè)計計過程不管管大到一個個機電產(chǎn)品品（或系統(tǒng)統(tǒng)），小到到一支自動動鉛筆，整整個設(shè)計總總是在一定定的時間和和空間內(nèi)，，按自身的的規(guī)律進行行的。這個個過程如圖圖1—5所所示。圖1—5設(shè)設(shè)計一一般過程框框圖從人需求出發(fā)提出設(shè)計任務(wù)調(diào)查研究掌握信息提出明確、詳細的設(shè)計要求方案構(gòu)思初步評價方案選擇模型確定參數(shù)詳細設(shè)計信息交流制造方案硬件化批量生產(chǎn)投入使用樣機試驗設(shè)計評定沒有客觀的的需求，就就沒有設(shè)計計任務(wù)，因因此一切設(shè)設(shè)計起源于于客觀的需需求，又歸歸宿于滿足足這種需求求。設(shè)計的的過程就是是將提供的的資源轉(zhuǎn)化化為技術(shù)裝裝置以滿足足客觀需求求的過程。。在這過程程中，各個個步驟之間間存在著嚴嚴密的邏輯輯關(guān)系，既既不能顛倒倒，也不能能隨意跳越越。產(chǎn)品投投入使用后后，該產(chǎn)品品的設(shè)計暫暫告一段落落。隨著時時間的推移移，產(chǎn)品的的競爭、銷銷售地點的的不同，原原來能滿足足需求的產(chǎn)產(chǎn)品，可能能會變成不不能滿足客客觀需要，，于是對產(chǎn)產(chǎn)品又要進進行改進設(shè)設(shè)計、進行行新的循環(huán)環(huán)。產(chǎn)品就就是經(jīng)過這這種反復(fù)循循環(huán)，不斷斷改進、更更新、升級級甚至換代代，呈螺旋旋型向前發(fā)發(fā)展的。在在一次設(shè)計計過程中，，為了獲得得滿意的產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計，，在各個步步驟間也存存在著各種種循環(huán)。因因此設(shè)計又又是一種根根據(jù)各種信信息反復(fù)作作出判斷的的過程。但但圖1—5未能生動動地反映出出設(shè)計過程程如何在時時間與空間間范圍內(nèi)運運動，更未未能形象地地反映出設(shè)設(shè)計過程與與各種知識識軟件間的的關(guān)系，從從而未能進進一步揭示示設(shè)計的實實質(zhì)。2.1設(shè)設(shè)計的的內(nèi)涵及及種類所謂設(shè)計形態(tài)態(tài)是指設(shè)計計過程所所表現(xiàn)的的形式、、狀態(tài)。?？捎脠D圖1—6可以形形象地表表達出產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計與時間間的關(guān)系系。在整個設(shè)設(shè)計過程程中，““詳細設(shè)設(shè)計要求求”是后后面設(shè)計計、制造造加工、、設(shè)計鑒鑒定及用用戶是否否嘗試的的依據(jù)，，它像一一個圓筒筒一樣籠籠罩著后后面各項項工作。。這樣，，我們不不難設(shè)想想設(shè)計要要求實際際上起著著一種邊邊界的作作用，將將整個設(shè)計計“空間間”分為為內(nèi)外兩兩部分：內(nèi)部為設(shè)計應(yīng)應(yīng)遵循的的各個過過程，其其任務(wù)是是使資源源轉(zhuǎn)為““硬件””以滿足足需求，，這是設(shè)設(shè)計的最最終目的的，故稱稱這一內(nèi)內(nèi)部空間間為設(shè)計核心心；外部為支持設(shè)設(shè)計所需需的各種種“軟件件”，它它包括自自然科學(xué)學(xué)、技術(shù)術(shù)科學(xué)、、社會科科學(xué)等必必要的知知識、經(jīng)經(jīng)驗及技技能。設(shè)設(shè)計的過過程，實實際上就就是一方方面遵循循設(shè)計自自身的規(guī)規(guī)律進行行運動，，另一方方面隨時時隨地調(diào)調(diào)用外部部軟件進進行反復(fù)復(fù)信息交交流的過過程。圖1—６６設(shè)計計進展模模式2.1設(shè)設(shè)計的的內(nèi)涵及及種類上述設(shè)計計形態(tài)是是根據(jù)產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計過程剖剖析得出出的，對對于環(huán)境境設(shè)計，，流系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計，，零件設(shè)設(shè)計同樣樣適用，，只是設(shè)設(shè)計核心心的內(nèi)涵涵有所不不同。因因此，這這種設(shè)計計形態(tài)具具有一定定的普遍遍性?？傊?，設(shè)計的實實質(zhì)是：根據(jù)據(jù)客觀需需求，通通過人們們創(chuàng)造性性思維，，經(jīng)過反反復(fù)判斷斷，作出出決策并并用各種種設(shè)計模模型使之之定量化化，借此此將提供供的資源源（人、、物、信信息）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為技技術(shù)裝置置、設(shè)施施或系統(tǒng)統(tǒng)（包括括社會系系統(tǒng)）以以滿足人人類與社社會的功功能要求求，并取取得最滿滿意的社社會與經(jīng)經(jīng)濟效益益。一個設(shè)計計人員若若想更好好地勝任任當今的的設(shè)計工工作，不不僅要充充分了解解掌握設(shè)設(shè)計核心心部分的的內(nèi)在特特點、規(guī)規(guī)律、原原理、原原則，步步驟與方方法，了了解掌握握外部設(shè)設(shè)計軟件件的各種種知識，，并且還還必須具具備科學(xué)學(xué)思維方方法，分分析、綜綜合判斷斷各種信信息的能能力，集集各種知知識和技技能于整整個設(shè)計計中的才才能。2.2廣廣義化化是當代代科學(xué)的的重要特特征一、廣義義化是科科學(xué)綜合合性、交交叉性的的必然結(jié)結(jié)果社會科學(xué)學(xué)與技術(shù)術(shù)科學(xué)的的復(fù)雜性性，引起起綜合解解題與交交叉解題題的必然然性，這這種綜合合與交叉叉又導(dǎo)致致了科學(xué)學(xué)技術(shù)、、概念、、方法、、名詞的的廣義化化。目前前“工程程”“設(shè)設(shè)計”等等詞已擴擴大理解解為包括括社會問問題；““法”字已不不僅指方方法，還還包括法法規(guī)、規(guī)規(guī)律、途途徑、步步驟等等等；“數(shù)據(jù)”不僅指指數(shù)字，，實際上上是指一一切信息息的紀錄錄（包括括圖形、、法則、、數(shù)值、、消息等等）；““機構(gòu)”一詞現(xiàn)現(xiàn)已理解解為機械械、電氣氣、液壓壓、氣動動、小五五金部件件等；名名詞術(shù)語語的廣義義化，也也說明了了只有跨跨行業(yè)、、垮學(xué)科科才能解解決一項項工程問問題的必必然趨向向。優(yōu)化方法法過去往往往被理理解為數(shù)數(shù)學(xué)規(guī)劃劃的最優(yōu)優(yōu)化方法法，其實實，這是是一種誤誤解，實實際包括括數(shù)學(xué)方方法、計計算機方方法、試試驗方法法、方法法論、設(shè)設(shè)計觀等等都與優(yōu)優(yōu)化有關(guān)關(guān)，所以以我們從從開拓事事業(yè)出發(fā)發(fā)，為了了達到真真正的全全域優(yōu)化化，必須須提倡““廣義優(yōu)優(yōu)化”，，它是現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計計的目標標。另外，優(yōu)優(yōu)化域內(nèi)內(nèi)的優(yōu)化化與非優(yōu)優(yōu)化域內(nèi)內(nèi)的優(yōu)化化同等重重要，因因為大量量的現(xiàn)象象是在非非優(yōu)化域域內(nèi)，真真正在優(yōu)優(yōu)化城內(nèi)內(nèi)的情況況為數(shù)不不多的。。因此，，要減少少在非優(yōu)優(yōu)化域內(nèi)內(nèi)的失誤誤，盡然然找不到到最優(yōu)點點，也要要趨近于于最適宜宜的區(qū)間間。2.2廣廣義化化是當代代科學(xué)的的重要特特征二、廣義義化飛躍躍的條件件1．傳統(tǒng)統(tǒng)的事物物與系統(tǒng)統(tǒng)是非常常牢固的的穩(wěn)態(tài)閉閉式系統(tǒng)統(tǒng)，因此此，只有有首先使使這些系系統(tǒng)變成成開式的的動態(tài)系系統(tǒng)，才才有可能能廣義化化、交叉叉化；2．穩(wěn)態(tài)態(tài)閉式系系統(tǒng)具有有強大的的自回歸歸力，只只有遠離離穩(wěn)態(tài)平平衡點，，才能進進入飛躍躍能量級級最高的的邊緣點點、交叉叉點、空空白點，，從而產(chǎn)產(chǎn)生突破破；3．事物物發(fā)展呈呈非線性性動態(tài)方方程的多多種解，，即具有有多種結(jié)結(jié)果的可可能，所所以必須須抓住某某一關(guān)鍵鍵變量波波動的機機遇，獲獲得優(yōu)化化的定解解。但要要做到這這一點必必須眼觀觀六路，，正如雙雙眼視覺覺靈敏度度比單眼眼不僅高高6～10倍，，而且具具有立體體感一樣樣，我們們必須吸吸收更多多的“論論”進行行廣義化化飛躍，，肯定地地說：““三論””要比系系統(tǒng)論““一論””高明，，“十一一論”則則比“三三論”又又開闊得得多，人人們只有有歡迎更更多的““論”，，才能適適應(yīng)與解解決日新新月異的的科學(xué)進進程與社社會發(fā)展展。2.2廣廣義化化是當代代科學(xué)的的重要特特征三、廣義義化若干干范疇1．術(shù)語語革命化化：人類的的科學(xué)史史也是一一部術(shù)語語的產(chǎn)生生和演化化的歷史史，“術(shù)術(shù)語”是是人類認認識自然然與社會會的深度度與廣度度的標志志。從價價格到剩剩余價值值、從以以太到量量子、從從通訊到到信息、、從設(shè)計計方法到到現(xiàn)代設(shè)設(shè)計法學(xué)學(xué)、從語語言學(xué)到到計算語語言學(xué)等等，都深深刻地反反映了自自然與社社會革命命。趕時時髦與采采用新術(shù)術(shù)語、新新方法就就會自然然地得到到新成果果的觀點點是庸人人之見。。2．視野野擴大化化：科學(xué)革革命往往往從擴大大視野引引起，從從“膜””的作用用到滲透透、反滲滲透的膜膜技術(shù)、、筑路不不用石、、運動不不用機械械等等，，都是視視野擴大大化的結(jié)結(jié)果。3．學(xué)科科復(fù)合化化：現(xiàn)代科科學(xué)發(fā)展展與成果果許多來來自技術(shù)術(shù)復(fù)合、、房子與與環(huán)境復(fù)復(fù)合、住住舍與電電腦復(fù)合合、多種種功能復(fù)復(fù)合、硬硬件與軟軟件復(fù)合合、產(chǎn)業(yè)業(yè)之間的的復(fù)合、、技術(shù)科科學(xué)與人人文科學(xué)學(xué)復(fù)合等等等。單單一學(xué)科科的作用用愈來愈愈受到限限制，跨跨學(xué)科與與交叉學(xué)學(xué)科的貢貢獻愈來來愈大。。4．解題題全域化化：解題指指解決問問題的方方法、方方案、途途徑，這這本身反反映了廣廣義化，，不僅指指解數(shù)學(xué)學(xué)題，更更主要的的指解廣廣義題。。在現(xiàn)代代廣義設(shè)設(shè)計中，，解題僅僅僅達到到一個目目標、少少量指標標是完全全不夠的的，追求求的是全全局上的的廣義優(yōu)優(yōu)化，這這樣才能能滿足人人類的需需要。運用交叉叉化、廣廣義化的的飛躍，，就能開開創(chuàng)微觀觀與宏觀觀領(lǐng)域廣廣義設(shè)計計現(xiàn)代化化的新局局面。2.3現(xiàn)現(xiàn)代機機器的分分類、組組成與設(shè)設(shè)計特征征一、分分類通常按機機器使用用性能分分類，如如分為萬能機械械、專用機械械與專門化機機械，或分為為工作母母機、工工藝機械械、施工工機械等等。隨著著機機械械化化、、自自動動化化的的發(fā)發(fā)展展，，當當前前機機械械的的分分類類，，出出現(xiàn)現(xiàn)了了依依據(jù)據(jù)““生生物物空空間間””三三坐坐標標即即智能能度度（感感覺覺、、記記憶憶、、學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)、、判判斷斷等等））、、機能能度度（通通用用性性、、變變通通性性等等））、、物理理能能度度（力力、、速速度度、、可可靠靠性性、、均均一一性性、、連連續(xù)續(xù)工工作作能能力力等等））來來加加以以劃劃分分。。一一般般機機械械屬屬于于一一元元機機械械（（只只考考慮慮物物理理能能度度）），，機機械械手手、、自自動動機機與與數(shù)數(shù)控控機機械械等等屬屬于于二二元元機機械械，，機機器器人人則則屬屬于于三三元元機機械械。。二、、組組成成二元元機機械械有有下下列列幾幾部部分分組組成成：：1．．執(zhí)執(zhí)行行機機構(gòu)構(gòu)：：常常用用油油缸缸與與油油馬馬達達、、氣氣缸缸與與氣氣動動馬馬達達、、交交直直流流伺伺服服電電機機、、脈脈沖沖電電機機、、電電磁磁鐵鐵與與電電液液脈脈沖沖馬馬達達等等；；2．．控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)：：常常用用插插件件、、穿穿孔孔帶帶、、插插銷銷板板、、磁磁帶帶、、磁磁鼓鼓與與凸凸輪輪鼓鼓等等；；3．．檢檢測測與與反反饋饋系系統(tǒng)統(tǒng)：：按介介質(zhì)質(zhì)分分為為電、、氣氣、、機機與與液液壓壓等等；；按信信號號分分為為模擬擬式式、、數(shù)數(shù)字字式式與與開開關(guān)關(guān)式式等等；；按信信號號量量分分為為電壓壓、、電電流流、、壓壓力力、、位位移移與與脈脈沖沖等等。。內(nèi)部部信信息息傳傳感感器器，模模擬擬式式的的有有電電位位計計、、自自整整角角機機、、旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器與與差差動動變變壓壓器器等等；；數(shù)數(shù)字字式式的的有有脈脈沖沖發(fā)發(fā)生生器器、、編編碼碼器器與與磁磁尺尺、、霍霍爾爾元元件件等等；；開開關(guān)關(guān)式式的的有有限限位位開開關(guān)關(guān)、、接接近近開開關(guān)關(guān)與與光光電電開開關(guān)關(guān)等等。。2.3現(xiàn)現(xiàn)代代機機器器的的分分類類、、組組成成與與設(shè)設(shè)計計特特征征外部部信信息息傳傳感感器器，接接觸觸式式的的有有壓壓力力傳傳感感器器、、集集電電器器、、微微型型多多點點開開關(guān)關(guān)等等；；無無觸觸點點式式的的有有電電磁磁接接近近開開關(guān)關(guān)、、光光學(xué)學(xué)開開關(guān)關(guān)、、超超聲聲開開關(guān)關(guān)與與流流體體開開關(guān)關(guān)等等；；最最新新型型的的為為圖圖像像識識別別（（可可用用鏡鏡子子反反射射電電子子按按收收與與多多應(yīng)應(yīng)變變片片多多通通道道接接觸觸反反映映等等））。。機械械手手與與數(shù)數(shù)控控機機械械主主要要以以電電子子部部分分為為中中心心，，液液壓壓部部分分主主要要是是執(zhí)執(zhí)行行的的手手足足。。其其液液壓壓系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要對對液液壓壓源源的的要要求求（（過過濾濾、、溫溫度度控控制制與與配配置置等等））較較高高。。機械手手的液液壓系系統(tǒng)特特點如如下：1．力力減輕輕手臂臂的重重量，，活塞塞桿中中間常常為流流道，，以便便防止止管道道密布布；2．液液壓源源可單單獨自自成體體系或或借助助整機機的油油壓源源；3．失失電時時應(yīng)為為卡緊緊與上上升位位置；；4．一一般不不要求求調(diào)速速，所所以泵泵的流流量要要選擇擇恰當當；5．壓壓力多多取3MPa左左右，，不大大于6MPa；；6．緩緩沖是是很重重要的的，因因為有有定位位要求求。數(shù)控機機械的的液壓壓系統(tǒng)統(tǒng)主要是是高要要求的的液壓壓源與與電液液脈沖沖馬達達的結(jié)結(jié)合，，沒有有多少少中間間元件件，因因為變變速、、換向向都是是由步步進電電機的的電信信號控控制，，機械械部件件往往往只作作支撐撐與連連接元元件。。2.3現(xiàn)現(xiàn)代機機器的的分類類、組組成與與設(shè)計計特征征根據(jù)對對現(xiàn)有有機械械的分分析，，現(xiàn)代機機械的的設(shè)計計具有有下列列四大大要求求：1．三三性統(tǒng)統(tǒng)籌：即可可靠性性、適適用性性（包包括先先進性性）與與經(jīng)濟濟性加加以統(tǒng)統(tǒng)一的的辯證證的考考慮，，而以以可靠靠地滿滿足工工作性性能為為基準準，反反對不不切實實際地地強調(diào)調(diào)先進進，反反對不不講求求經(jīng)濟濟效益益；2．人人機配配合：即一一定要要把人人的因因素考考慮進進來，，為用用戶服服務(wù)，，為使使用者者著想想；3．四四位一一體：即四四種傳傳動（（機械械、電電氣、、液壓壓、氣氣動））要有有機地地匹配配，各各得其其所，，發(fā)揮揮專長長；廣廣義的的“機機”包包括氣氣、液液、光光電系系統(tǒng)，，可簡簡稱為為“機機電一一體化化”；；4．多多方兼兼顧：即設(shè)設(shè)計、、制造造、管管理、、使用用、維維修、、保養(yǎng)養(yǎng)要全全面地地綜合合分析析，貫貫穿到到一臺臺產(chǎn)品品中去去。要滿足足這些些要求求，參參數(shù)變變量可可以說說是成成百的的，甚甚至更更多，，所以以現(xiàn)有有常規(guī)規(guī)設(shè)計計法（（或稱稱古典典法、、經(jīng)典典法、、慣用用法））已不不能滿滿足具具體的的發(fā)展展需要要。常常規(guī)統(tǒng)統(tǒng)計的的經(jīng)驗驗公式式法、、近似似系數(shù)數(shù)法、、類比比歸納納法、、規(guī)范范手冊冊法等等雖然然簡單單，但但顯示示其保保守與與不符符實際際動態(tài)態(tài)情況況，在在光怪怪陸離離的多多變參參數(shù)面面前，，它完完全無無能為為力。?，F(xiàn)代設(shè)設(shè)計與與分析析方法法在這這種新新形勢勢下必必然發(fā)發(fā)展起起來。。2.3現(xiàn)現(xiàn)代機機器的的分類類、組組成與與設(shè)計計特征征在生產(chǎn)產(chǎn)實踐踐中，，工程程設(shè)計計的類類型是是很多多的，，據(jù)統(tǒng)統(tǒng)計，，機械械工業(yè)業(yè)中只只有40％％的機械械是已已經(jīng)設(shè)設(shè)計過過的，，它們們具備備一定定的設(shè)設(shè)計資資料，，而另另有60％％的機械械還未未曾設(shè)設(shè)計過過，沒沒有設(shè)設(shè)計資資料，，許多多老的的機械械則大大量的的需要要更新新?lián)Q代代。由由于重重新設(shè)設(shè)計參參照的的原始始條件件不同同，所所以進進行設(shè)設(shè)計時時常會會遇到到下列列三種種不同同類型型：1．開開發(fā)性性設(shè)計計：是在在不知知道設(shè)設(shè)計方方案、、設(shè)計計原理理的情情況下下，從從對產(chǎn)產(chǎn)品的的抽象象要求求出發(fā)發(fā)設(shè)計計出質(zhì)質(zhì)和量量方面面都能能滿足足要求求的產(chǎn)產(chǎn)品。。最初初蒸汽汽機的的設(shè)計計就屬屬于開開發(fā)性性設(shè)計計。2．適適應(yīng)性性設(shè)計計：在在總總的的方方案案原原理理基基本本保保持持不不變變的的情情況況下下對對已已有有產(chǎn)產(chǎn)品品進進行行局局部部變變更更，，使使它它適適應(yīng)應(yīng)于于在在質(zhì)質(zhì)和和量量方方面面的的某某種種附附加加要要求求。。這這里里，，局局部部方方案案原原理理是是有有所所變變化化的的，，如如在在汽汽油油發(fā)發(fā)動動機機中中設(shè)設(shè)計計汽汽油油噴噴射射裝裝置置代代替替?zhèn)鱾鹘y(tǒng)統(tǒng)的的汽汽化化器器，，以以滿滿足足節(jié)節(jié)約約燃燃料料的的設(shè)設(shè)計計就就屬屬于于適適應(yīng)應(yīng)性性設(shè)設(shè)計計。。3．變異性性設(shè)計：在方案原原理和功能能結(jié)構(gòu)都不不變的情況況下，改變變現(xiàn)有產(chǎn)品品的結(jié)構(gòu)配配置和尺寸寸，使之適適應(yīng)于量的的方面有所所變更的要要求，比如如由于傳遞遞扭矩或速速比發(fā)生變變化而重新新設(shè)計減速速器的傳動動系統(tǒng)和尺尺寸的設(shè)計計就屬于變變異性設(shè)計計。在其他科學(xué)學(xué)領(lǐng)域的設(shè)設(shè)計也不外外乎這三種種類型，這這樣多變的的設(shè)計類型型，要求我我們在現(xiàn)代代設(shè)計中摸摸索一套普普遍的規(guī)律律，以便遵遵循這種理理性化的法法則，較好好的達到最最終的設(shè)計計目的。2.4現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計與與傳統(tǒng)設(shè)計計什么是現(xiàn)代代設(shè)計？現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計有有什么基本本特征？這這是工程設(shè)設(shè)計界所關(guān)關(guān)心的一個個議題。由由于機械工工程是工程程系統(tǒng)中比比較典型而而又具代表表性，所以以我們以機機械工程設(shè)設(shè)計領(lǐng)域為為剖析對象象探索一下下現(xiàn)代設(shè)計計的一般特特征。序號比較內(nèi)容傳統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計１設(shè)計性質(zhì)面向問題偏重于技術(shù)面向功能目標，將技術(shù)、經(jīng)濟和社會環(huán)境因素結(jié)合在一起統(tǒng)籌考慮，具有工程性，雖重視設(shè)計內(nèi)容亦強調(diào)設(shè)計進程管理。２設(shè)計進程戰(zhàn)略進程和戰(zhàn)術(shù)步序上有隨意性強調(diào)設(shè)計進程及其步序的模式化（層次、條理和邏輯性）。３設(shè)計手段電算器（過去為算尺）、圖板加手冊，個體手工作業(yè)充分利用電子計算機進行計算、自動繪圖和數(shù)據(jù)庫管理，集團分工協(xié)作。４設(shè)計方式以經(jīng)驗總結(jié)、規(guī)范依據(jù)為主強調(diào)預(yù)測與信號分析及創(chuàng)造性的相互配合。５設(shè)計部署只限于從方案到工作圖這個階段除常規(guī)的設(shè)計外，還要考慮從用戶需求（市場預(yù)測）到設(shè)計評價（可行性研究）及制造階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性修改以及試運轉(zhuǎn)和使用維修經(jīng)驗的反饋。６設(shè)計思維面向結(jié)構(gòu)方案的“收斂性思維”面向整機總功能目標的“發(fā)散性思維”７設(shè)計方法采用少數(shù)的驗證性分析以滿足限定的約束條件多元性方法直接綜合使其在各種條件下實現(xiàn)方案與全域優(yōu)化目標。８設(shè)計對象局限在元件和結(jié)構(gòu)更注重機械系統(tǒng)的全局構(gòu)成，包括造型藝術(shù)９設(shè)計工況避開復(fù)雜問題只按確定工況與靜態(tài)考慮研究動態(tài)的隨機工況、模糊性與其他一系列設(shè)計中復(fù)雜問題的深化細解１０設(shè)計評價采用單項與人為的準則（如強度、剛度、成本等）采用科學(xué)的模糊綜合評價2.4現(xiàn)代設(shè)計與與傳統(tǒng)設(shè)計計總之，現(xiàn)代代設(shè)計是指指：1．二十世世紀九十年年代前后初初步成熟且且在今后一一個相當長長時期內(nèi)繼繼續(xù)發(fā)展與與研究的設(shè)設(shè)計與分析析方法學(xué)（（時域特征）；2.在盲目目的、經(jīng)驗驗的、感性性的、類比比的基礎(chǔ)上上，上升到到自覺的、、科學(xué)的、、理性的、、邏輯的設(shè)設(shè)計與分析析方法學(xué)（（哲理特征）；3．能大幅幅度地提高高設(shè)計的穩(wěn)穩(wěn)定性、準準確性與快快速性的設(shè)設(shè)計與分析析方法學(xué)（（質(zhì)量特征）；4．在穩(wěn)態(tài)態(tài)分析基礎(chǔ)礎(chǔ)上考慮多多變量動態(tài)態(tài)特性以廣廣義優(yōu)化為為實現(xiàn)目標標且運用自自動設(shè)計工工具的設(shè)計計與分析方方法學(xué)（目標與手段段特征）。第三節(jié)現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)的產(chǎn)產(chǎn)生與范疇疇3.1設(shè)設(shè)計發(fā)展簡簡史由于機械設(shè)設(shè)計方法學(xué)學(xué)是在機械械設(shè)計的基基礎(chǔ)上發(fā)展展起來的，，因此其早早期的歷史史實際上就就是機械設(shè)設(shè)計的歷史史。自從有有了人類，，便伴隨有有設(shè)計。在在漫長的歷歷史長河中中，設(shè)計工工作大致經(jīng)經(jīng)歷了三個個階段：一、直覺設(shè)設(shè)計階段大量的出土土文物和歷歷史記載表表明，我們們的祖先最最早利用自自然材料制制作石器、、棍棒，建建造房屋，，興修水利利。為了有有效地進行行生產(chǎn)以及及防御野獸獸的侵襲和和他部落的的掠奪，人人們進一步步學(xué)會了制制作弓、箭箭、杠桿、、轆轤、輪輪車、風(fēng)車車、水力機機械、畜力力機械等等等。當時人人們或是從從自然現(xiàn)象象中直接得得到啟示，，或是全憑憑直觀感覺覺來設(shè)計制制作工具、、機械。最最初只知道道這些工具具能省力，，提高工效效，但不知知其所以然然。這就驅(qū)驅(qū)使一些人人去分析研研究各種現(xiàn)現(xiàn)有工具和和裝置的工工作機理，，并將其與與數(shù)學(xué)結(jié)合合起來，逐逐步產(chǎn)生了了力學(xué)和機機械學(xué)。這這就為改進進設(shè)計方法法提供了必必要的理論論基礎(chǔ)。二、經(jīng)驗驗設(shè)計階段段自十七世紀紀數(shù)學(xué)與力力學(xué)結(jié)合后后，人們開開始運用經(jīng)經(jīng)驗數(shù)學(xué)公公式來解決決設(shè)計中的的一些問題題，如材料料、結(jié)構(gòu)件件的應(yīng)力和和強度計算算，機器功功率及成本本計算等等等。十八世世紀工業(yè)革革命后，當當時的創(chuàng)造造發(fā)明像雨雨后春筍般般不斷涌現(xiàn)現(xiàn)。十九世世紀是科技技發(fā)展史上上一個重要要時期。但但是，當時時還不可能能提供更多多的設(shè)計理理論與方法法來指導(dǎo)人人們的設(shè)計計，借助圖圖紙來設(shè)計計是到二十十世紀初才才出現(xiàn)的。。這一階段段設(shè)計的特特點是主要要依靠個人人的才能和和經(jīng)驗，運運用一些基基本設(shè)計計計算理論借借助類比、、模擬和試試湊等設(shè)計計方法來進進行的。一一般而言，，經(jīng)驗設(shè)計計只能滿足足基本的功功能要求，，在成本，，性能，質(zhì)質(zhì)量諸方面面都有很大大局限性。。它的完善善周期長，，一個產(chǎn)品品從發(fā)明到到實際應(yīng)用用往往需要要幾十年甚甚至上百年年的演變過過程。三、半理理論半經(jīng)驗驗設(shè)計階段段一、半理論論半經(jīng)驗設(shè)設(shè)計階段的的進展與特特點二十世紀來來，圖紙設(shè)設(shè)計法替代代了試湊法法，大大提提高了設(shè)計計的效率和和質(zhì)量，減減少了設(shè)計計中的浪費費。隨著科科技的進步步，實驗手手段的加強強，在進一一步提高設(shè)設(shè)計水平方方面，取得得了如下進進展。1．.加強強設(shè)計基礎(chǔ)礎(chǔ)理論和各各種專業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計機機理的研究究，如材料應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變，，摩擦磨損損理論，零零件失效與與壽命的研研究，內(nèi)燃燃機原理與與設(shè)計，機機床、刀具具設(shè)計等等等，從而為為設(shè)計提供供了大量信信息，如設(shè)設(shè)計數(shù)據(jù)、、圖表、圖圖冊、設(shè)計計手冊等等等。2．加強關(guān)關(guān)鍵零部件件的設(shè)計研研究。整機設(shè)計計成功與否否往往決定定于關(guān)鍵零零部件。根根據(jù)船舶、、飛機設(shè)計計所采用的的模型風(fēng)浪浪試驗、風(fēng)風(fēng)洞試驗的的成功試驗驗，五十年年代后期，，人們開始始加強了關(guān)關(guān)鍵零部件件的模擬試試驗，大大大提高了設(shè)設(shè)計速度和和成功率。。3．加強了了“三化””研究，即零件標標準化，部部件通用化化，產(chǎn)品系系列化。后后來又提出出設(shè)計組合合化。這便便進一步提提高了設(shè)計計的速度、、質(zhì)量，降降低了產(chǎn)品品的成本。。由于加強了了設(shè)計理論論和方法的的研究，與與經(jīng)驗設(shè)計計相比，其其特點是大大大減少了了設(shè)計的盲盲目性，有有效地提高高了設(shè)計效效率和質(zhì)量量并降低了了設(shè)計成本本。至今，，這種設(shè)計計方法仍被被廣泛采用用。三、半理理論半經(jīng)驗驗設(shè)計階段段二、半理論論半經(jīng)驗設(shè)設(shè)計法的局局限性（1）從理論上講講，這些設(shè)計計理論主要要集中在揭揭示具體設(shè)設(shè)計對象的的內(nèi)在機理理上，而未未能將“設(shè)設(shè)計”本身身作為一門門學(xué)科來加加以研究。。（2）從設(shè)計方法法論講，這階段設(shè)設(shè)計方法未未能將局部部與系統(tǒng)、、定性與定定量、靜態(tài)態(tài)與動態(tài)、、量變與質(zhì)質(zhì)變、技術(shù)術(shù)與經(jīng)濟、、技術(shù)與美美學(xué)、設(shè)計計與銷售、、硬科學(xué)與與軟科學(xué)等等關(guān)系辯證證地加以統(tǒng)統(tǒng)一起來，，融會貫通通于整個設(shè)設(shè)計中，因因而在設(shè)計計方法上還還仍有較大大的局限性性。（3）從設(shè)計本質(zhì)質(zhì)講，任何設(shè)計計都應(yīng)包含含有創(chuàng)造性性思維的過過程。這正正是設(shè)計工工作有別于于其他工作作的一個根根本特征。。然而，這階階段的設(shè)計計未能將創(chuàng)創(chuàng)造性設(shè)計計提到應(yīng)有有高度來認認識和研究究。綜上所述，，如果把這這階段設(shè)計計稱為傳統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計法的的話，那么么從這種設(shè)設(shè)計法的不不足不難看看到“一個個新世界””正在孕育育誕生。3.2現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)的產(chǎn)產(chǎn)生二十世紀五五十年代后后期到六十十年代初，，生產(chǎn)和科科學(xué)技術(shù)的的飛速發(fā)展展出現(xiàn)了新新情況和新新需求：1．物質(zhì)生生產(chǎn)趕不上上人們的需需求，產(chǎn)品品競爭日趨趨加劇。這對產(chǎn)品品設(shè)計提出出了更高的的要求：不不僅要求““三性”統(tǒng)統(tǒng)一，即可可靠性，適適應(yīng)性（包包括性能質(zhì)質(zhì)量指標））與經(jīng)濟性性多方兼顧顧，如設(shè)計計、制造，，組織管理理，市場銷銷售，使用用維修服務(wù)務(wù)以及技術(shù)術(shù)美學(xué)等；；及時地改改進、更新新、升級、、換代。盡盡管一個產(chǎn)產(chǎn)品在市場場上的生命命期是不同同的，但對對產(chǎn)品設(shè)計計的這種要要求的趨向向愈來愈明明顯。2．許多大大企業(yè)、大大經(jīng)濟實體體、綜合性性大工程不不斷出現(xiàn)。它們不僅僅規(guī)模大，，結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜，并且情情況多變，，影響因素素眾多。要要有效地組組織現(xiàn)代化化企業(yè)的經(jīng)經(jīng)營、大工工程的建設(shè)設(shè)，不僅要要有許多新新的硬科學(xué)學(xué)的支持，，還需要一一系列軟科科學(xué)來進行行預(yù)測、規(guī)規(guī)劃、決策策、組織管管理、經(jīng)營營和監(jiān)督。。3.2現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)的產(chǎn)產(chǎn)生3．客觀的的需要，反反過來又促促進了科技技的發(fā)展。。近五十年來來，科技發(fā)發(fā)展的特點點是：新興興科學(xué)技術(shù)術(shù)不斷涌現(xiàn)現(xiàn)，據(jù)英國國科學(xué)家詹詹姆馬丁推推測，二十十世紀初大大約每隔三三十年知識識增加一倍倍，而近五五十年來，，大約每隔隔十年知識識就翻一翻翻。這就是是所謂的““知識爆炸炸”。其次次，新技術(shù)術(shù)的出現(xiàn)到到轉(zhuǎn)化為生生產(chǎn)力的周周期愈來愈愈短。如蒸蒸汽機從研研制到實際際使用花了了100年年左右，電電動機花了了57年，，汽車用了了27年，，電視機用用了12年年，晶體管管用了5年年，激光器器僅用了一一年。近二二十多年來來，微電子子技術(shù)得到到了飛速的的發(fā)展和廣廣泛的應(yīng)用用，計算機機已滲透各各個領(lǐng)域，，遍及了千千家萬戶。。這種新技技術(shù)迅速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)產(chǎn)力，大大大促進了社社會物質(zhì)、、精神文明明建設(shè)，并并引起社會會生活新的的變化。第第三，科學(xué)學(xué)經(jīng)過細化化發(fā)展后，，現(xiàn)在又朝朝向多元交交叉的大科科學(xué)方向發(fā)發(fā)展。例如如最初出現(xiàn)現(xiàn)的如生物物化學(xué)，物物理化學(xué)，，人類工程程學(xué)，生物物機械學(xué)等等等的邊緣緣科學(xué)，進進而出現(xiàn)了了像環(huán)境科科學(xué)、生態(tài)態(tài)科學(xué)、能能源科學(xué)、、海洋學(xué)、、空間科學(xué)學(xué)等等這些些綜合性科科學(xué)，現(xiàn)在在又出現(xiàn)橫橫向交叉科科學(xué)，它是是通過自然然科學(xué)與社社會科學(xué)匯匯流而成，，如技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟，技術(shù)術(shù)美學(xué)，系系統(tǒng)論，信信息論、控控制論（簡簡稱SIC）以及最最近發(fā)展起起來的突變變論，離散散結(jié)構(gòu)論及及協(xié)同論（（簡稱CDS）。這這些科技發(fā)發(fā)展的新成成就不斷豐豐富、充實實、提供了了新的設(shè)計計思想、理理論、方法法和手段，，促進了傳傳統(tǒng)設(shè)計法法的變革。。3.2現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)的產(chǎn)產(chǎn)生近五十年來來生產(chǎn)和科科技的飛速速發(fā)展，孕孕育了傳統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計法的的變革，在在這種形勢勢下，一門門新興的多多元交叉學(xué)學(xué)科——現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)于二二十世紀六六十年代初初開始孕育育。各國研究的的設(shè)計方法法在內(nèi)容上上各有側(cè)重重，但共同同的特點都都是總結(jié)設(shè)設(shè)計規(guī)律，，啟發(fā)創(chuàng)造造性，采用用現(xiàn)代化的的先進技術(shù)術(shù)和理論方方法，使設(shè)設(shè)計過程更更加自動化化、合理化化。例如：：英美等西西方國家偏偏重分析創(chuàng)創(chuàng)造性開發(fā)發(fā)和計算機機在設(shè)計中中的應(yīng)用。。德國的專專家和工程程技術(shù)人員員著重研究究設(shè)計進程程、步驟和和規(guī)律及進進行系統(tǒng)化化邏輯分析析，并將成成熟的設(shè)計計模式、解解法等編成成規(guī)范的資資料供設(shè)計計人員參考考。日本則則充分利用用國內(nèi)電子子技術(shù)和計計算機優(yōu)勢勢，在創(chuàng)造造工程學(xué)、、自動設(shè)計計及價值工工程方面取取得了一定定成果。俄俄羅斯等國國也在宏觀觀設(shè)計的基基礎(chǔ)上提出出了“新設(shè)設(shè)計方法””等等。總總之，其目目的都是為為了設(shè)計出出更多質(zhì)高高價廉的工工程技術(shù)產(chǎn)產(chǎn)品，以滿滿足人民的的需求，適適應(yīng)日趨激激烈的市場場競爭。綜上所述，，在研究設(shè)設(shè)計方法的的基礎(chǔ)上最最終誕生了了“設(shè)計方法學(xué)學(xué)”（DesignMethodology））。簡言之之“設(shè)計方方法學(xué)”是是研究產(chǎn)品設(shè)設(shè)計的程序序、規(guī)律及及設(shè)計中思思維和工作作方法的一一門新型綜綜合性學(xué)科科。3.3現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的內(nèi)容現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)是現(xiàn)現(xiàn)代廣義設(shè)設(shè)計和分析析科學(xué)方法法學(xué)的簡稱稱，她是一一門多元綜綜合而成的的新興交叉叉學(xué)科，見見圖1—7。它形象地說說明了現(xiàn)代代設(shè)計法與與相關(guān)科學(xué)學(xué)技術(shù)的關(guān)關(guān)系，其任任務(wù)是通過過對現(xiàn)代設(shè)設(shè)計內(nèi)涵、、規(guī)律、進進程、原理理原則、策策略決策、、途徑步驟驟、方法及及手段的研研究，以探探索出符合合國情的、、實現(xiàn)高效效優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟濟地設(shè)計所所需要遵循循的規(guī)律和和一套科學(xué)學(xué)的設(shè)計方方法。圖1—7工工程設(shè)計計與相關(guān)學(xué)學(xué)科技術(shù)的的關(guān)系3.3現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的內(nèi)容從廣義設(shè)計計角度看，，現(xiàn)代設(shè)計計方法學(xué)的的研究內(nèi)容容，在現(xiàn)代代哲學(xué)與現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)學(xué)理理論指導(dǎo)下下，具體地地講，涉及及二個主要要方面：（一）設(shè)計計學(xué)原理1．廣義設(shè)設(shè)計的內(nèi)涵涵分類，形形態(tài)，規(guī)律律及實質(zhì)的的研究。2．符合設(shè)設(shè)計規(guī)律的的一般進程程模式的研研究包括設(shè)設(shè)計階段的的合理劃分分，每階段段的設(shè)計任任務(wù)及其完完成任務(wù)的的步驟及方方法的研究究。3．設(shè)計要要求明細表表的擬訂及及判定合理理設(shè)計要求求的方法研研究。4．實現(xiàn)需需求與技術(shù)術(shù)系統(tǒng)設(shè)計計間的轉(zhuǎn)換換的方式方方法，原理理原則，策策略技巧等等方面的研研究。5．方案構(gòu)構(gòu)思中的思思維規(guī)律，，科學(xué)方法法及工作條條理化方面面的研究，，包括方案案的合理評評價。6．對實用用高效、優(yōu)優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟濟地設(shè)計的的總體設(shè)計計思想，戰(zhàn)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，，策略決策策，方法及及手段的研研究。3.3現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的內(nèi)容（二）現(xiàn)代代設(shè)計科學(xué)學(xué)方法學(xué)1．突變論論方法學(xué)；；2．智能論論方法學(xué)；；3．系統(tǒng)論論方法學(xué)；；4．離散論論方法學(xué)；；5．信息論論方法學(xué)；；6．對應(yīng)論論方法學(xué)，，7．優(yōu)化論論方法學(xué)，，8．控制論論方法學(xué)，，9．功能論論方法學(xué)；；10．模糊糊論方法學(xué)學(xué)；11．藝術(shù)術(shù)論方法學(xué)學(xué)。3.3現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的內(nèi)容具體地講，，現(xiàn)代設(shè)計計方法學(xué)的的研究內(nèi)容容包括以下下幾個方面面：（l）設(shè)計計階段研究設(shè)計的的各個階段段，如原理理方案、結(jié)結(jié)構(gòu)和總體體設(shè)計，并并把各個階階段及其工工作步驟連連成一個設(shè)設(shè)計程序，，并使之規(guī)規(guī)范化、模模式化。闡闡述每個步步驟的具體體處理方法法，設(shè)計進進程模式應(yīng)應(yīng)能使設(shè)計計過程合理理化、科學(xué)學(xué)化。(2)設(shè)計計原理、規(guī)規(guī)律和準則則從系統(tǒng)觀點點出發(fā)探討討機械產(chǎn)品品設(shè)計的基基本原理，，將產(chǎn)品設(shè)設(shè)計看作由由輸入、輸輸出、轉(zhuǎn)換換三要素組組成的系統(tǒng)統(tǒng)；研究各各種設(shè)計的的設(shè)計準則則、原理和和原則等。。(3)設(shè)計計方案方案設(shè)計的的優(yōu)劣直接接影響產(chǎn)品品設(shè)計質(zhì)量量。而設(shè)計計方法學(xué)恰恰恰是主要要研究方案案構(gòu)思中的的思維規(guī)律律和科學(xué)方方法，以及及實現(xiàn)需求求與技術(shù)系系統(tǒng)設(shè)計間間的轉(zhuǎn)換方方式、方法法、原理、、原則和策策略技巧等等，例如建建立“設(shè)計計目錄”，，可便于設(shè)設(shè)計師檢索索求。(4)各類類設(shè)計及應(yīng)應(yīng)用研究各種類類型設(shè)計，，如開發(fā)型型設(shè)計、變變型設(shè)計、、反求設(shè)計計等的特點點以及系統(tǒng)統(tǒng)、創(chuàng)造、、價值、優(yōu)優(yōu)化、可靠靠性、相似似和人機等等工程及工工業(yè)美學(xué)等等現(xiàn)代設(shè)計計理論與方方法在設(shè)計計中的應(yīng)用用。3.3現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的內(nèi)容(5)設(shè)計計信息庫研究設(shè)計信信息庫的建建立和應(yīng)用用，如各種種知識、科科學(xué)技術(shù)原原理、技術(shù)術(shù)成果和專專利等信息息的表達與與儲存即知知識庫。各各種操作、、程序、技技法和方法法的合理表表達與儲存存即方法庫庫等。(6)設(shè)計計自動化研究設(shè)計步步驟、理論論和方法如如何結(jié)合計計算機等先先進工具的的運用，以以促進設(shè)計計自動化的的實現(xiàn)。（7）綜合合評價工程設(shè)計往往往是多方方案選擇評評優(yōu)的過程程，在實際際二E作中中，很難找找到一個各各項指標都都是最優(yōu)的的方案。這這涉及到評評價指標體體系的建立立、價值工工程和多目目標優(yōu)化設(shè)設(shè)計的有關(guān)關(guān)問題，以以便以此對對各方案進進行合理的的綜合評價價。設(shè)計方法學(xué)學(xué)所研究的的內(nèi)容必將將隨著科技技的發(fā)展和和設(shè)計實踐踐的積累而而越來越豐豐富。3.4現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的概況早在二十世世紀三、四四十年代，，人們已開開始對新的的設(shè)計思路路、設(shè)計方方法及創(chuàng)造造性設(shè)計進進行了探索索研究，例例如人機工工程學(xué)、價價值分析、、智能法等等等。但到到五十年代代中期，尤尤其是六十十年代初，，對現(xiàn)代設(shè)設(shè)計法的研研究才引起起普遍的重重視。近十十多年來，，現(xiàn)代設(shè)計計法的研究究出現(xiàn)了高高潮。由于于現(xiàn)代設(shè)計計法涉及的的面很廣，，各國學(xué)者者的研究側(cè)側(cè)重點不盡盡一致，就就連名稱也也不統(tǒng)一，，例如設(shè)計計方法學(xué)，，工程新設(shè)設(shè)計法，工工程設(shè)計原原理，工程程設(shè)計學(xué)等等等，這樣樣便形成了了幾種學(xué)派派。在美國，現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計法法的研究開開展較早，，到六十年年代初期陸陸續(xù)發(fā)表了了一些專著著。其中較較有代表性性的為T.T.Moodson著的的“工程設(shè)設(shè)計概論””，較全面面系統(tǒng)地論論述了工程程設(shè)計中的的各種問題題。他歸納納了人們對對工程設(shè)計計的各種理理解，提出出“工程設(shè)設(shè)計是一種種反復(fù)作出出判斷的活活動以便制制訂計劃，，借此將資資料更運宜宜地轉(zhuǎn)化為為裝置或系系統(tǒng)以滿足足人們的需需要”。威威斯康辛大大學(xué)A.Seireg教授認認為：設(shè)計計由三種基基本活動組組成—創(chuàng)造造性、分析析和決策。。創(chuàng)造性發(fā)發(fā)展基本原原理；分析析產(chǎn)生一個個預(yù)定的、、模擬所設(shè)設(shè)計系統(tǒng)的的模型；決決策則用來來評選最優(yōu)優(yōu)方案和確確定最優(yōu)設(shè)設(shè)計參數(shù)。。G.C.Beakley教教授認為：：工程是一一種創(chuàng)造性性的職業(yè)，，其基本目目的在于研研制技術(shù)裝裝置或系統(tǒng)統(tǒng)以滿足人人們的需要要，而工程程設(shè)計在某某種意義上上講就像跨跨越在“未未知”上的的一座橋梁梁，將所提提供的資源源與人們的的需要連接接起來。3.4現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的概況由上述文獻獻可見，美美國在研究究現(xiàn)代設(shè)計計法方面不不強調(diào)設(shè)計計進程模式式的嚴格程程式，而重重點放在滿滿足人們的的需求和創(chuàng)創(chuàng)造性設(shè)計計方面。到到二十世紀紀七十年代代，在美國國國家科學(xué)學(xué)基金會的的資助下，，先后在麻麻省理工學(xué)學(xué)院，卡納納吉—梅隆隆大學(xué)，俄俄勒岡大學(xué)學(xué)及猶太大大學(xué)分別建建立了四個個創(chuàng)新中心心，從事創(chuàng)創(chuàng)新設(shè)計的的研究和教教育。英國于1962年在在帝國理工工學(xué)院召開開第一次會會議，專門門研究設(shè)計計方法問題題。接著于于1964年又召開開了專門會會議，會后后編輯了一一本“設(shè)計計方法”。。從一般情情況看，英英國在現(xiàn)代代設(shè)計法的的研究方面面與美國相相仿，雖然然L.B.Archer研制制了一套系系統(tǒng)設(shè)計方方法并列出出了產(chǎn)品設(shè)設(shè)計的詳細細設(shè)計目錄錄，但一般般認為只要要遵循設(shè)計計中的一般般步驟，不不必把每一一步序的具具體工作規(guī)規(guī)定得過分分程式化，，且強調(diào)創(chuàng)創(chuàng)新設(shè)計及及市場的需需求。德國于1963年在在慕尼黑舉舉行了全國國性討論會會，認為薄薄弱環(huán)節(jié)在在于設(shè)計。。并將一些些較成熟的的設(shè)計進程程模式列入入德國工程程師協(xié)會的的技術(shù)準則則中如VDI2221，VDI222，VDI2225。較著名名的教授如如G．Pahl，W．Beitz，R．Koller，，K．Roth,W．Rodenacker，K．Ehrlenspiel等發(fā)發(fā)表了很多多文章和著著作。從一一些文獻看看，西德學(xué)學(xué)者研究設(shè)設(shè)計的特點點是以機械械總體設(shè)計計為基礎(chǔ)，，著重研究究設(shè)計一般般進程模式式及工作條條理化。在在總體設(shè)計計步驟、程程式，原則則、技巧以以及需求與與技術(shù)系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計之間間轉(zhuǎn)換的方方法方面做做了大量的的工作。3.4現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計方方法學(xué)研究究的概況瑞典、丹麥麥等國在開開展現(xiàn)代設(shè)設(shè)計研究方方面也很活活躍；其研研究兼有英英美和德國國的特色，，既強調(diào)設(shè)設(shè)計進程程程模式、設(shè)設(shè)計工作條條理化，也也強調(diào)設(shè)計計是滿足市市場的需求求和創(chuàng)新。。日本在二次次大戰(zhàn)后，，設(shè)計人才才奇缺，產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計以以仿制歐美美為主：曾曾被稱為““猴子學(xué)人人”。到二二十世紀六六十年代，，日本經(jīng)濟濟開始騰飛飛，要適應(yīng)應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展展的需要，，必須加強強設(shè)計人才才的培養(yǎng)。。從此日本本加強了現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計的的研究，并并于七十年年代陸續(xù)出出版了一套套“工程設(shè)設(shè)計學(xué)叢書書”。在該該書前言中中提到“工工程設(shè)計學(xué)學(xué)”是“為為了找出高高效率完成成高質(zhì)量設(shè)設(shè)計的方法法而對工程程設(shè)計的本本質(zhì)進行研研究的學(xué)問問”。日本本研究現(xiàn)代代設(shè)計的特特點是既研研究設(shè)計中中的理論與與原理，又又研究設(shè)計計方法，創(chuàng)創(chuàng)造性設(shè)計計，并且憑憑借在計算算機技術(shù)方方面的優(yōu)勢勢，將現(xiàn)代代設(shè)計與計計算機緊密密聯(lián)系起來來，從而使使設(shè)計走向向自動化。。現(xiàn)在，現(xiàn)代代設(shè)計的研研究已成為為國際性的的學(xué)術(shù)活動動。由瑞士士V.Hudka博博士，丹麥麥M.M.Andreascn博士和和加拿大W．E．Eder教教授聯(lián)合發(fā)發(fā)起組織了了工程設(shè)計計方法研究究組織WDK(WorkshopDesign--Konstruktion））。每兩年年組織一次次國際學(xué)術(shù)術(shù)活動并編編輯出版有有關(guān)設(shè)計方方法研究的的WDK叢叢書。3.4現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計方方法學(xué)學(xué)研究究的概概況我國在在這方方面的的研究究雖然然起步步較晚晚，但但在開開放政政策指指引下下，很很快注注意到到國外外在現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計方方面的的新功功態(tài)，，中國國機械械工程程學(xué)會會于1983年年5月月召開開了““第一一次機機械設(shè)設(shè)計方方法學(xué)學(xué)討論論會””。接接著，，于1983年年8月月在戚戚昌滋滋等一一些有有識之之士的的發(fā)起起下成成立了了跨學(xué)學(xué)科、、跨行行業(yè)的的“中中國現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計法法研究究會””，并并得到到了國國家許許多部部委領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)的的積極極支持持，在在全國國范圍圍內(nèi)引引起了了很大大的反反響。。經(jīng)過過幾年年的努努力，，我國國在現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計法法研究究方面面已只只得了了可喜喜的成成績。。在““現(xiàn)代代設(shè)計計法叢叢書””《現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計法法》一一書中中從哲哲學(xué)角角度分分析了了當今今科學(xué)學(xué)發(fā)展展的新新趨勢勢、現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計的的內(nèi)涵涵和規(guī)規(guī)律，，清辟辟地指指出：：現(xiàn)代設(shè)設(shè)計法法是現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計和和分析析方法法的總總稱，，她是是一門門多元元交叉叉的橫橫斷學(xué)學(xué)科。研究究對象象是現(xiàn)代設(shè)設(shè)計的的規(guī)律律、進進程、、途徑徑、方方法與與法規(guī)規(guī)，以以求得得現(xiàn)代代模式式與系系統(tǒng)。而現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計方方法只只是現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計法法中的的一個個重要要范疇疇而不不是全全部內(nèi)內(nèi)容。。這便便明確確地指指出了了現(xiàn)代代設(shè)計計法的的性質(zhì)質(zhì)和研研究范范疇，，形成成了具具有我我國特特色的的現(xiàn)代代設(shè)計計法研研究學(xué)學(xué)派。。1994浙江江大學(xué)學(xué)與中中國機機械工工程學(xué)學(xué)會共共同創(chuàng)創(chuàng)辦了了《工工程設(shè)設(shè)計學(xué)學(xué)報》》。當今，，擺在在我們們面前前的任任務(wù)是是如何何總結(jié)結(jié)過去去的設(shè)設(shè)計經(jīng)經(jīng)驗，，吸收收國外外先進進的學(xué)學(xué)術(shù)思思想和和科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)，加加強對對現(xiàn)代代設(shè)計計法的的研究究和應(yīng)應(yīng)用以以便總總結(jié)出出符合合國情情的、、高效效優(yōu)質(zhì)質(zhì)經(jīng)濟濟地進進行設(shè)設(shè)計的的一套套規(guī)律律和方方法，，為加加速我我國的的現(xiàn)代代化建建設(shè)作作出應(yīng)應(yīng)有的的貢獻獻。3.5現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)設(shè)計方方法學(xué)學(xué)與系系統(tǒng)工工程自從1948年年幾乎乎同時時形成成了系系統(tǒng)論論、控控制論論、信信息論論以后后，為為了轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為生產(chǎn)產(chǎn)力，，相應(yīng)應(yīng)產(chǎn)生生了系系統(tǒng)工工程、、控制制工程程、信信息工工程，，二十十世紀紀六十十年代代末，，耗資資300億億美元元，有有42萬人人、120所大大學(xué)及及研究究所、、2萬萬家企企業(yè)參參加的的阿波波羅登登月計計劃的的成功功，可可謂系系統(tǒng)工工程的的杰作作，它它制作作了近近300萬萬個零零部件件，動動