描述機(jī)械設(shè)計(jì)中的問(wèn)題和處理

描述機(jī)械設(shè)計(jì)中的問(wèn)題和過(guò)程2.1簡(jiǎn)介并行工程的一個(gè)主要特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)溝通。通信依賴于一個(gè)共同理解的術(shù)語(yǔ)。所有有關(guān)各方都必須使用相同的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述相同的對(duì)象，方法和行動(dòng)，。在本章中，我們討論的術(shù)語(yǔ)用來(lái)描述機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程。雖然并不復(fù)雜，這里定義的術(shù)語(yǔ)是本書的其余部分的基礎(chǔ)。2.2機(jī)械系統(tǒng)的分解大部分的歷史，學(xué)科機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械零件和裝配所需的知識(shí)。但早在20世紀(jì)的電器元件被引進(jìn)的機(jī)械設(shè)備。本學(xué)科自那時(shí)以來(lái)，已經(jīng)歷了一個(gè)從純機(jī)械機(jī)電產(chǎn)品的穩(wěn)步轉(zhuǎn)型。然而，無(wú)論怎樣成為“電子”設(shè)備的問(wèn)題，幾乎所有的產(chǎn)品都需要與人類的機(jī)械接口。此外，所有的產(chǎn)品都需要機(jī)械制造和裝配并用機(jī)械部件來(lái)收容。其他學(xué)科在20世紀(jì)60年代和70年代增加了機(jī)電設(shè)計(jì)，即軟件設(shè)計(jì)。現(xiàn)在有許多機(jī)電產(chǎn)品作為其控制系統(tǒng)的一部分的微處理器?？紤]，例如，照相機(jī)，辦公用復(fù)印機(jī)，和我們的許多“聰明”的玩具。這些產(chǎn)品有機(jī)械，電子和軟件組件被稱為機(jī)電一體化設(shè)備。領(lǐng)域的必要性和設(shè)計(jì)過(guò)程的知識(shí)在三個(gè)重疊但顯然并不相同的學(xué)科使得這些設(shè)備很難設(shè)計(jì)。分解產(chǎn)品為各部分對(duì)制造是重要的，但設(shè)計(jì)注重功能。作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的一個(gè)例子，考慮第柯達(dá)卡梅羅變焦相機(jī)（圖2.1）和其快門大會(huì)（圖2.2）?？扉T組件是快門系統(tǒng)，相機(jī)在許多系統(tǒng)的一部分。一個(gè)系統(tǒng)被普遍認(rèn)為是一個(gè)執(zhí)行特定功能的對(duì)象分組。在一般，功能描述，使用的表現(xiàn)動(dòng)詞和一個(gè)名詞，描述對(duì)象的行動(dòng)發(fā)生。功能是強(qiáng)調(diào)在下列句子中的引號(hào)，是第7章的主題。相機(jī)是一個(gè)子系統(tǒng)，是曝光系統(tǒng)，其中還包括光儀表，控制器，和自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的一部分。因此，我們必須分解分為三個(gè)系統(tǒng)級(jí)別的攝像頭，照相系統(tǒng)，曝光系統(tǒng)，和快門系統(tǒng)，同時(shí)仍然指的對(duì)象的功能，每個(gè)不。有許多不同的物理形式，可以實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的功能。只要進(jìn)入任何照相機(jī)商店并查看在各種型號(hào)。另一種相機(jī)是看它在相機(jī)的物理部件或形式方面大會(huì)的一個(gè)組成部分。快門大會(huì)在圖2.2所示，可以進(jìn)一步分解成各個(gè)組成部分，或部分。在這本書中的組件將被用于長(zhǎng)期，而不是一部分，有太多的其他用途的英語(yǔ)，容易混淆。此外，由于可以有子系統(tǒng)，子系統(tǒng)和子組件的子組件，以緩解混亂，系統(tǒng)和裝配均采用感興趣的對(duì)象，無(wú)論身在何處跌倒在分解。前綴子僅用于顯示一個(gè)分解在一個(gè)特定的討論的水平。在一般情況下，在設(shè)計(jì)過(guò)程中首先考慮系統(tǒng)的功能和其分解。的功能后，可能已分解到最優(yōu)秀的子系統(tǒng)，組件和部件的開(kāi)發(fā)，以提供這些功能。因此，有機(jī)械分解的層次結(jié)構(gòu)，如在圖2.3上方行所示。也顯示在這一個(gè)機(jī)械物體的進(jìn)一步分解。系統(tǒng)，組件，或組件的長(zhǎng)期功能是指特定屬性的系統(tǒng)，組件，或很重要的組成部分，如尺寸，材料特性，形狀，或功能細(xì)節(jié)?？扉T系統(tǒng)的一些特點(diǎn)是開(kāi)

幕式和閉幕式的速度和光通過(guò)光圈的模式。組件稱為上部的分離器，其特點(diǎn)是它的尺寸和材料特性。我們也必須注意到，大多數(shù)相機(jī)的快門系統(tǒng)，電氣和機(jī)械部件。電氣系統(tǒng)提供能量傳輸和相機(jī)控制功能。滿足這些電氣系統(tǒng)的功能是可以分解成電氣元件的電路（電氣集會(huì)），在圖2.3所示。最后，一些控制功能，填補(bǔ)由微處理器（圖2.3底部行）。物理電路，但實(shí)際的控制功能是提供一個(gè)處理器中的軟件程序。這個(gè)方案是一個(gè)編碼個(gè)人編碼語(yǔ)句組成的模塊組裝。應(yīng)該指出的是，微處理器的功能可以通過(guò)電氣或可能甚至是純粹的機(jī)械系統(tǒng)填補(bǔ)。在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期階段，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)，是努力的重點(diǎn)，它往往是不清楚是否將會(huì)由機(jī)械組件，電路，軟件程序，或這些元素的混合滿足實(shí)際功能。2.3產(chǎn)品功能，表現(xiàn)和性能的重要性有很多字功能的同義詞。在機(jī)械工程中，我們通常使用功能，操作，和目的來(lái)描述什么設(shè)備劑量。一個(gè)常用的方法是機(jī)械設(shè)備的分類及其功能。事實(shí)上，有些設(shè)備只有一個(gè)主要功能是該函數(shù)的命名。例如，螺絲刀，使插入或刪除一個(gè)螺絲一個(gè)人的功能。驅(qū)動(dòng)器，插入，和刪除所有動(dòng)詞，告訴螺絲刀做什么。告訴螺絲刀做什么，我們有沒(méi)有螺絲刀如何實(shí)現(xiàn)其功能的指示。回答如何，我們必須有一定的信息設(shè)備的形式。長(zhǎng)期形成的，涉及到任何物理形狀，幾何尺寸，施工，材料，或大小方面。正如我們將看到的第三章里，工程師弱智指數(shù)自己的知識(shí)有關(guān)的機(jī)械世界的主要途徑之一是功能。早些時(shí)候，我們物理上分解成組件和部件把柯達(dá)相機(jī)。功能分解的往往是難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)物理分解，每個(gè)功能可以使用許多組件的一部分，每個(gè)組件可用于多種功能。考慮自行車的車把。車把是一種單組分，提供許多功能。它可以讓車手“駕馭把自行車”（“引導(dǎo)”是一個(gè)動(dòng)詞，告訴設(shè)備做什么），車把“支持騎手”（再次，機(jī)能缺失什么車把）。進(jìn)一步，它不僅“制動(dòng)桿”，還要“轉(zhuǎn)換（另一個(gè)函數(shù)）夾持力”一拉剎車線。車把的形狀，與其他組件的關(guān)系確定它如何提供所有這些不同的功能。車把，但不是唯一的組成部分，需要引導(dǎo)自行車。履行這一職能所必需的附加組件，前叉，前叉和車架之間把軸承，前輪，和雜項(xiàng)緊固件。實(shí)際上，它可以說(shuō)，自行車上的所有組件有助于轉(zhuǎn)向，因?yàn)闆](méi)有座位或后輪的自行車將很難轉(zhuǎn)向。在任何情況下，車把執(zhí)行許多不同的功能，但在履行這些職能，車把只有各級(jí)議會(huì)的一部分。形式和功能之間的耦合，使機(jī)械設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的。許多常見(jiàn)的設(shè)備是編目它們的功能。例如，如果我們要指定一個(gè)軸承，我們可以搜索軸承目錄，并找到許多不同的風(fēng)格軸承（普通紙，球，圓錐滾子，例如）。每一個(gè)“風(fēng)格”有不同的幾何----一個(gè)不同的形式----雖然都有相同的主要功能，即，以減少軸和另一個(gè)對(duì)象之間的摩擦。編目是可能的，只要為主要功能是明確定義的硬件的單件，無(wú)論是單個(gè)組件或組裝的機(jī)械設(shè)計(jì)。換句話說(shuō)，形式和功能分解沿著相同的邊界。這是很多機(jī)械設(shè)備，如泵，閥，熱交換器，齒輪箱，風(fēng)扇葉片，真實(shí)的，尤其是許多電路和元件，如電阻，電容和放大器電路。其他兩個(gè)條款往往涉及功能的表現(xiàn)和性能。功能和表現(xiàn)往往是同義詞。然而，有一個(gè)細(xì)微的差別，如在圖2.4所示。在這個(gè)數(shù)字中，有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)入BOS

的箭頭代表輸入塊，系統(tǒng)的表現(xiàn)代表輸入框，并輸入系統(tǒng)的反應(yīng)框中的箭頭表示。在圖的上部框顯示功能，是從一個(gè)系統(tǒng)，是有待設(shè)計(jì)所需的輸出。當(dāng)我們開(kāi)始設(shè)計(jì)的設(shè)備，設(shè)備本身是未知，但我們想要它做的是知道。如果系統(tǒng)是已知的，在第二部分的身影，然后系統(tǒng)的表現(xiàn)可以被發(fā)現(xiàn)。表現(xiàn)的實(shí)際輸出，輸入能量或控制系統(tǒng)的物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)的響應(yīng)。因此，該表現(xiàn)可以模擬或測(cè)量，而功能只是一種愿望。性能的功能和表現(xiàn)----設(shè)備如何做什么它是專門做的措施。當(dāng)我們說(shuō)一個(gè)車把的功能是引導(dǎo)自行車，我們說(shuō)什么有關(guān)以及它為這個(gè)目的。設(shè)計(jì)一個(gè)車把之前，我們必須制定一個(gè)清楚地了解其所需的性能。例如，一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)是，車把，必須支持50公斤，車把一個(gè)可衡量的預(yù)期性能。發(fā)展明確的工作表現(xiàn)措施是第六章的重點(diǎn)。此外，后設(shè)計(jì)把車把，我們可以模擬其強(qiáng)度分析或測(cè)量原型的力量來(lái)尋找比較，所需的實(shí)際表現(xiàn)。這種比較一個(gè)第十一章的一個(gè)主要重點(diǎn)。2.4不同類型的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題傳統(tǒng)上，我們按學(xué)科來(lái)分解機(jī)械工程：液體，熱力學(xué)，力學(xué)，等。在機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題的類型分類，這門學(xué)科為導(dǎo)向的方法是不恰當(dāng)?shù)牡?。舉例來(lái)說(shuō)，考慮的設(shè)計(jì)問(wèn)題，選擇設(shè)計(jì)問(wèn)題的最簡(jiǎn)單的一種。選擇設(shè)計(jì)手段采摘一個(gè)（也許更多）項(xiàng)從列表中所選擇的項(xiàng)目，符合一定的要求。常見(jiàn)的例子是選擇正確的軸承從軸承目錄，選擇正確的鏡片的光學(xué)設(shè)備，選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)扇冷卻設(shè)備，或選擇適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器用于加熱或冷卻過(guò)程中。這些問(wèn)題的設(shè)計(jì)過(guò)程基本上是相同的，即使學(xué)科有很大的不同。本節(jié)的目的是描述不同類型的設(shè)計(jì)問(wèn)題，獨(dú)立的學(xué)科。在開(kāi)始之前，我們必須認(rèn)識(shí)到，大多數(shù)設(shè)計(jì)情況的各類問(wèn)題的混合。例如，我們可能會(huì)設(shè)計(jì)一種新型消費(fèi)產(chǎn)品將接受一個(gè)整體的生雞蛋，打破它，炒，并提供板。因?yàn)檫@是一個(gè)新的產(chǎn)品，將會(huì)有很多事情要做了原來(lái)的設(shè)計(jì)工作。然而，由于設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有必要配置的各個(gè)部分;分析油炸組件的熱傳導(dǎo)，這將需要的參數(shù)化設(shè)計(jì)，并選擇一個(gè)加熱元件和各種緊固件一起舉行的組件。進(jìn)一步，如果我們是聰明的，我們可能能夠重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有產(chǎn)品，以滿足部分或全部的要求。斜體條款，每一個(gè)都是不同類型的設(shè)計(jì)問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，純粹是一種類型是非常罕見(jiàn)的。2.4.1選擇設(shè)計(jì)如被暗示，選擇設(shè)計(jì)涉及從一個(gè)類似項(xiàng)目的列表中選擇一個(gè)項(xiàng)目（或者更多）。我們做這種類型的設(shè)計(jì)我們每次從目錄中選擇一個(gè)項(xiàng)目。這聽(tīng)起來(lái)可能很簡(jiǎn)單，但如果目錄包含超過(guò)幾個(gè)項(xiàng)目，有許多不同功能的項(xiàng)目，該決定可能會(huì)相當(dāng)復(fù)雜。要解決一個(gè)選擇的問(wèn)題，我們必須開(kāi)始有了明確的需要。目錄或選擇列表，然后有效地產(chǎn)生問(wèn)題的潛在解決方案。尊重我們的具體要求，做出正確的選擇，我們必須評(píng)估可能的解決方案。考慮下面的例子。在設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們必須選擇一個(gè)支持軸的軸承。已知的信息是在圖2.5。軸直徑為20毫米（0.787英寸）。有軸軸承上的徑向力6675N（1500磅），在2000rpm的最大旋轉(zhuǎn)軸。支持軸承的住房仍然是設(shè)計(jì)。所有我們需要做的的是選擇一個(gè)軸承，以滿足需要。軸的尺寸，最大徑向力，最高轉(zhuǎn)速軸承目錄中的信息，使我們能夠快速發(fā)展的潛

力（表2.1）名單。這是最簡(jiǎn)單的類型，我們可以設(shè)計(jì)問(wèn)題，但它仍然是不完全的定義。我們沒(méi)有足夠的信息來(lái)作出選擇的5個(gè)可能的選擇。即使名單已經(jīng)列出---最有可能的候選人是42毫米的深溝球軸承和滾針軸承24毫米，沒(méi)有更多軸承的功能知識(shí)和工程要求知識(shí)也不可能做出一個(gè)很好的決定。2.4.2配置設(shè)計(jì)一個(gè)稍微復(fù)雜的設(shè)計(jì)類型，是所謂的配置或包裝設(shè)計(jì)。在這種類型的問(wèn)題，所有的組件都被設(shè)計(jì)的問(wèn)題是如何組裝成完整的產(chǎn)品。從本質(zhì)上講，這種類型的設(shè)計(jì)是類似打豎設(shè)置或其他建筑玩具，或安排客廳家具?？紤]在一臺(tái)筆記本電腦包裝電子元件。一臺(tái)筆記本電腦鍵盤內(nèi)置的情況下，一個(gè)電源，主電路板，硬盤驅(qū)動(dòng)器，軟盤驅(qū)動(dòng)器，和兩個(gè)擴(kuò)展板的空間。每個(gè)組件是已知大小和它的位置有一定的制約。例如，擴(kuò)展插槽必須相鄰的主電路板和鍵盤必須在機(jī)器的前面。為解決設(shè)計(jì)方法上的問(wèn)題，我們?nèi)绾芜m應(yīng)在一個(gè)案件中的所有組件？我們?cè)谀睦锓攀裁矗?從列表中隨機(jī)選擇一個(gè)組件和地位，使該組件上的所有約束條件的情況下。鍵盤，如果我們開(kāi)始，已被放置在前面。然后，我們選擇和放置的第二個(gè)組成部分。此過(guò)程繼續(xù)，直到我們遇到?jīng)_突或所有組件的情況下。如果發(fā)生沖突，我們備份和再試一次。使用這個(gè)邏輯，假設(shè)一個(gè)二維的世界，我們最終建立在圖.2.6所示的潛力配置。并非所有的配置問(wèn)題，以及定義為計(jì)算機(jī)的例子。一些適合大會(huì)的組件許多問(wèn)題可以在大小，形狀或功能改變，給設(shè)計(jì)師更多的緯度，以確定潛在的配置，使問(wèn)題的解決更加困難。2.4.3參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)涉及表征被研究對(duì)象的功能，尋找值。這似乎很容易，只要找到符合要求的某些值。然而，考慮一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子。我們要設(shè)計(jì)一個(gè)圓柱形的儲(chǔ)罐液體，必須持有4m3。這種坦克是參數(shù)r,它的半徑，L,它的全長(zhǎng)。因此，體積是由V=rl卷等于4m,r21=1.273我們可以看到，一個(gè)無(wú)限的半徑和長(zhǎng)度的值，將滿足該方程。什么樣的值應(yīng)該設(shè)置的參數(shù)？答案是并不明顯，也甚至完全定義所提供的資料（這個(gè)問(wèn)題將在第十一章重新著手，其中，半徑和長(zhǎng)度可制造精度將被用來(lái)幫助找到最佳值的參數(shù)。）讓我們進(jìn)一步擴(kuò)展的概念。它可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的等式，方程和規(guī)則的一整套管理設(shè)計(jì)。考慮的影印機(jī)的主要制造商不得不為每個(gè)新的復(fù)印機(jī)進(jìn)紙機(jī)制設(shè)計(jì)實(shí)例（一個(gè)紙滾筒，驅(qū)動(dòng)車輪，擋板一張紙從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)許多參數(shù)機(jī)器）。輥，他們的立場(chǎng)，擋板的形狀，和類似描述這個(gè)特定的設(shè)計(jì)問(wèn)題，但顯然有某些相似之處供紙盒，無(wú)論開(kāi)始的相對(duì)位置和數(shù)量終點(diǎn)的障礙物（在機(jī)器中的其他組件）必須被清除，紙張的大小和重量的紙張，。該公司開(kāi)發(fā)了一套方程和規(guī)則制定可行的紙張路徑，并使用該信息，以幫助設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)師可能會(huì)產(chǎn)生新產(chǎn)品的參數(shù)值。2.4.4原設(shè)計(jì)

無(wú)論何時(shí)設(shè)計(jì)問(wèn)題需要一個(gè)發(fā)展過(guò)程，裝配，或組件以前不存在;或信息不會(huì)提供給設(shè)計(jì)者，它原來(lái)的設(shè)計(jì)要求。（也可以說(shuō)，如果我們從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)一個(gè)輪子，我們的設(shè)計(jì)之一，那么我們有一個(gè)原始的設(shè)計(jì)。）盡管大多數(shù)的選擇，配置和參數(shù)問(wèn)題方程，規(guī)則，或其他一些邏輯的計(jì)劃，原設(shè)計(jì)為代表的問(wèn)題通常不能減少任何算法。每一個(gè)代表新的和獨(dú)特的東西。在許多方面的設(shè)計(jì)其他類型的問(wèn)題，選擇，配置，和參數(shù)都簡(jiǎn)單地制約了原設(shè)計(jì)的子集?？赡艿慕鉀Q方案是有限的列表，組件的安排，或相關(guān)的特征值。因此，如果我們有一個(gè)明確的方法執(zhí)行原設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該能夠解決任何一個(gè)潛在的解決方案設(shè)計(jì)一套較為有限問(wèn)題。2.4.5重新設(shè)計(jì)大多數(shù)設(shè)計(jì)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題是現(xiàn)有產(chǎn)品的重新設(shè)計(jì)。假設(shè)液壓缸制造商的產(chǎn)品，是長(zhǎng)期0.25米的。如果客戶需要一個(gè)圓柱體0.3米長(zhǎng)，制造商可能會(huì)延長(zhǎng)，以滿足這種特殊需要外筒和活塞桿。這些變化可能只需要參數(shù)的變化，或者他們可能需要更廣泛的內(nèi)容。如果不提供所需要的長(zhǎng)度，或汽缸的填充時(shí)間的材料就顯得過(guò)于緩慢增加的長(zhǎng)度？然后，重新設(shè)計(jì)工作可能需要比參數(shù)的變化。不管的變化，這是一個(gè)重新設(shè)計(jì)，修改現(xiàn)有的產(chǎn)品，以滿足新的要求。許多重新設(shè)計(jì)問(wèn)題，更是家常便飯;設(shè)計(jì)領(lǐng)域是如此的了解，所采用的方法可以一本手冊(cè)，作為一個(gè)系列的公式或規(guī)則。例如液壓缸參數(shù)的變化可能是常規(guī)的制造商。液壓缸也可以被用來(lái)作為一個(gè)成熟的設(shè)計(jì)，例如，它多年來(lái)一直大致維持不變。有許多成熟的設(shè)計(jì)我們的日常生活中的例子：卷筆刀，孔拳，和訂書機(jī)平均辦公桌上發(fā)現(xiàn)了一些。對(duì)于這些產(chǎn)品，設(shè)計(jì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)是高（圖1.11）。很少有更多的了解。但是，考慮自行車。自行車基本配置的兩個(gè)張拉，輪輻車輪直徑相等，菱形的框架，和鏈驅(qū)動(dòng)，在19世紀(jì)后期已經(jīng)非常完善了。而1890年亨伯如圖.2.7所示看起來(lái)很像一個(gè)現(xiàn)代的自行車，并非所有這個(gè)時(shí)代的自行車，這種配置。奧托自行車，如圖。2.8,有兩個(gè)輻條車輪和鏈;停止和轉(zhuǎn)向這臺(tái)機(jī)器必須已經(jīng)是一個(gè)挑戰(zhàn)。事實(shí)上，自行車設(shè)計(jì)的技術(shù)如此發(fā)達(dá)，由十九世紀(jì)末，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，自行車，三輪車的主要的書：一個(gè)基本的論文，他們的設(shè)計(jì)和施工上，于1896年出版的。自行車設(shè)計(jì)，只有在重大的改變，因?yàn)檫@本書的出版是在20世紀(jì)30年代引進(jìn)的變速器。然而，在20世紀(jì)80年代，傳統(tǒng)的自行車設(shè)計(jì)開(kāi)始再次發(fā)生變化。例如，概念自行車在圖.2.9不再有鉆石幀，幀中有沒(méi)有鋼，甚至騎手是在不同的位置。這個(gè)實(shí)驗(yàn)自行車沒(méi)有區(qū)別，在這本書的序言中所示的自行車生產(chǎn)。為什么一個(gè)成熟的設(shè)計(jì)就像是一輛自行車，又開(kāi)始不斷變化的？第一，客戶一直在尋找提高性能。更舒適，更有趣，比傳統(tǒng)的自行車騎自行車圖2.9在序言中所示的樣式。第二，提高了人體舒適性，人體工程學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)的理解。第三，這種風(fēng)格的自行車制造大量簡(jiǎn)單。第四，客戶一直在尋找一些新的和令人興奮的表現(xiàn)，即使是性能沒(méi)有很大的改善。

重點(diǎn)是，即使成熟的設(shè)計(jì)改變，以滿足新的需求，吸引新客戶，或采取新材料的優(yōu)勢(shì)。像所示在圖.2.9一個(gè)新的自行車設(shè)計(jì)的一部分是常規(guī)的，部分是原來(lái)的。此外，還有許多子參數(shù)的問(wèn)題，選擇問(wèn)題，配置問(wèn)題。因此，可能需要重新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，甚至一個(gè)成熟的，廣泛的設(shè)計(jì)活動(dòng)。2.5機(jī)械設(shè)計(jì)的語(yǔ)言有許和實(shí)際硬件組件的詳細(xì)的圖紙之間的區(qū)別。繪圖和硬件都代表相同的對(duì)象，然而，他們代表不同的語(yǔ)言。進(jìn)一步延長(zhǎng)這個(gè)例子，如果我們正在討論的組成部分，是一個(gè)螺栓，然后字螺栓是一個(gè)文本（語(yǔ)義或字）的組件的描述。此外，螺栓可通過(guò)方程描述其功能和可能的形式表示。例如，螺栓的能力“進(jìn)行剪應(yīng)力”-一個(gè)功能-描述由方程T=F/A，剪應(yīng)力t等于應(yīng)力區(qū)的A除以螺栓的剪切力F螺栓。在此基礎(chǔ)上，我們可以用四個(gè)不同的表述來(lái)形容螺栓。這些相同的陳述可以用來(lái)描述任何機(jī)械對(duì)象：語(yǔ)義?？陬^或文字表述對(duì)象的詞螺栓，或句子，例如，“剪應(yīng)力等于應(yīng)力區(qū)分為螺栓的剪切力。”圖形。繪制的對(duì)象-例如，規(guī)模交涉，如正交素描，速寫，或藝術(shù)渲染。分析。代表對(duì)象，例如，t=F/A的形式或功能的公式，規(guī)則或程序，物理。硬件或一個(gè)對(duì)象的物理模型。在大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題的初步需要的是一個(gè)書面的規(guī)范，或由客戶或上司的口頭請(qǐng)求的語(yǔ)義語(yǔ)言表達(dá)。設(shè)計(jì)過(guò)程的最終結(jié)果是實(shí)物產(chǎn)品。雖然設(shè)計(jì)師產(chǎn)生了產(chǎn)品的圖形表示，而不是硬件本身，所有的語(yǔ)言將被用來(lái)作為其初始的，抽象的的語(yǔ)義表示，其最終的實(shí)物形式精制而成的產(chǎn)品。2.6約束，目標(biāo)和設(shè)計(jì)決策從最初的需要（設(shè)計(jì)問(wèn)題）到最終產(chǎn)品的進(jìn)展是在中間穿插設(shè)計(jì)決策的遞增。每一個(gè)設(shè)計(jì)決定改變?cè)O(shè)計(jì)狀態(tài)，這就好比在任何給定的時(shí)間的設(shè)計(jì)，在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)品的所有已知信息的快照。在開(kāi)始設(shè)計(jì)狀態(tài)只是問(wèn)題的聲明。在這個(gè)過(guò)程中設(shè)計(jì)狀態(tài)是所有的知識(shí)，圖紙，模型，分析，迄今產(chǎn)生的集合。設(shè)計(jì)過(guò)程中的進(jìn)展如何從一個(gè)設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)入下一個(gè)，可以采取兩種不同的看法。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，產(chǎn)品的發(fā)展之間的設(shè)計(jì)狀態(tài)和目標(biāo)，那就是，問(wèn)題陳述產(chǎn)品的要求不斷比較。這一理念意味著所有的要求都在開(kāi)始設(shè)計(jì)問(wèn)題，并可以很容易地發(fā)現(xiàn)，它們之間的差異和當(dāng)前的設(shè)計(jì)狀態(tài)。正是這種差異，控制過(guò)程。這一理念是第六章方法的基礎(chǔ)。他設(shè)計(jì)過(guò)程中另一個(gè)看法是，當(dāng)開(kāi)始一個(gè)新的問(wèn)題是，設(shè)計(jì)要求有效地限制可能的解決方案，以所有可能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一個(gè)。作為設(shè)計(jì)過(guò)程中繼續(xù)，其他的限制，以進(jìn)一步減少潛在解決問(wèn)題的辦法，不斷消除潛在的解決方案，直到只有一個(gè)最終的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)，換句話說(shuō)直到只有一個(gè)獨(dú)特的產(chǎn)品仍然是連續(xù)發(fā)展和應(yīng)用約束。這種模式最能代表大多數(shù)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。超越原來(lái)的問(wèn)題規(guī)范的約束，約束過(guò)程中添加的設(shè)計(jì)過(guò)程中有兩個(gè)來(lái)源。首先是從設(shè)計(jì)師的機(jī)械設(shè)備和正在解決的具體問(wèn)題知識(shí)。如果一個(gè)設(shè)計(jì)師說(shuō)，“我知道螺栓連接緊固在一起鈑金，”這片知識(shí)的限制螺栓連接解決。因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)師都有不同的知識(shí)，到設(shè)計(jì)過(guò)程引入的約束使每個(gè)設(shè)計(jì)師給定問(wèn)題獨(dú)特的解決方案。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中添加約束第二種類型是設(shè)計(jì)決策結(jié)果。如果一個(gè)設(shè)計(jì)師說(shuō)，“我會(huì)使用1厘米直徑螺栓固定鈑金這兩件在一起，”解決的辦法是限制到1厘米直徑螺栓，一個(gè)約束，可能會(huì)影響許多其他決定清理工具擰螺栓，所用材料的厚度，諸如此類。在設(shè)計(jì)過(guò)程中大多數(shù)的約束的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)決策的結(jié)果。因此，個(gè)別設(shè)計(jì)師的能力，使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中消息靈通決定是至關(guān)重要的。決策技術(shù)會(huì)在第八章強(qiáng)調(diào)。2.7信息的價(jià)值我們生活在信息時(shí)代。本聲明有任何對(duì)我們的使用，重要的是為我們了解信息的價(jià)值，特別是工程信息?？紤]圖.2.10。圖中顯示了4個(gè)級(jí)別的信息。信息的最簡(jiǎn)單的形式是原始數(shù)據(jù)-參數(shù)或變量的值。如果我們能開(kāi)發(fā)這些數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，那么我們的模型。這些關(guān)系可以得出方程，開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的關(guān)系，或只是定性模型。這些模型只有靜態(tài)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。獲取知識(shí)，我們必須理解或解釋模型的行為。最后，充分理解知識(shí)時(shí)，我們可以使用的知識(shí)為基礎(chǔ)的判斷作出決定。在我們的教育過(guò)程中，我們解決了許多問(wèn)題，數(shù)據(jù)模型。解決這些問(wèn)題，我們獲得的知識(shí)用于決策。好的決策，需要良好的知識(shí)，這就要求所涉及的變量的模型?？磮D.2.11的齒輪圖紙。在圖紙上的線條和尺寸數(shù)據(jù)。行之間的關(guān)系作出的形狀，如果你了解形狀的行為，你會(huì)認(rèn)識(shí)到作為一個(gè)齒輪組。然而，這方面的知識(shí)，齒輪什么樣子是有用的，只有當(dāng)您可以使用在電力傳輸或其他系統(tǒng)。的判斷是正確使用齒輪決策所必需的。這個(gè)例子包括說(shuō)服你圖.2.10模型是可用的方式來(lái)顯示信息的類之間的關(guān)系，并表明，理解圖紙要求的數(shù)據(jù)所表示的模型和該模型的解釋。2.8完善的抽象表示設(shè)計(jì)考慮三個(gè)圖紙為一個(gè)單一的產(chǎn)品，在圖.2.12.圖2.12a是一個(gè)粗略的草圖，只