机械设计方法学教案.ppt

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1、机械设计方法学机械设计方法学Mechanical Design Methodology主讲人：贾胜德二一六年春学期 你也许也曾有过这样的经历：看着眼前美观豪华的门却不知如何打开；颇具现代感的水龙头却把你弄得手忙脚乱；因为不会使用家里的组合音响而生出跟不上时代的挫折感 这些人前的尴尬、人后的沮丧，其实问题全然不在你！全怪设计者考虑不周而我们却在代为受过！优秀的设计是设计人员与用户之间的一种交流，用户的需求应当始终贯穿在整个设计过程之中。但这并不是说产品的易用性可以凌驾于其他因素之上，所有伟大的设计，都是在艺术美、可靠性、安全性、易用性、成本和性能之间寻求平衡与和谐。应该让用户一目了然地知道如何去

2、操作，应该让消费者享受乐趣而不是饱受挫折。所以，如果你是设计人员，那么在构思产品时，请在推崇外观美感、艺术风格和成本之前，首先设身处地地想像一下用户的感受，为设计的易用性而努力吧，因为这才是产品的生命力之源我们再不要用设计者的错误惩罚自我！US Donald A.Norman:The Design of Everyday Things使用问题：培训解决加工问题：修复解决设计问题：全局性，连锁反应，损失严重 产品的研究与开发是企业争得市场的重要条件，也是企业生存与发展生存与发展的关键因素。产品的设计可赋于产品“先先天天特特优优、先先天天良良好好、先先天天一一般般和和先先天天不不足足”的本质特性，

3、产品设计是产品质量的“灵魂灵魂”。据统计：n因元件、材料原因造成故障的比例为因元件、材料原因造成故障的比例为33%n因制造不良造成设备故障的比例为因制造不良造成设备故障的比例为17%n因设计造成设备故障的比例占因设计造成设备故障的比例占50%n全产品成本水平的全产品成本水平的70%-80%取决于产品的设计取决于产品的设计 因此因此,研究产品设计具有十分重要的意义。研究产品设计具有十分重要的意义。第第1章章 概概 论论1.1 设计及其特征设计及其特征 什么是设计？什么是设计？请各位同学思考 石刀、石斧、石锛河姆渡石犁河姆渡骨针 半坡遗址出土的小口尖底瓶，是当时人们的汲水用具。汲水时，将绳子穿过瓶

4、子的双耳，瓶子刚入水时，瓶口朝下，汲满水时，瓶口向上并保持平衡。该文物反映了当时半坡居民科学知识的萌芽。司母戊（后母戊）大方鼎司母戊（后母戊）大方鼎 中国国家博物馆镇馆之宝，商代晚期的青铜器。1939年于河南安阳殷墟商代晚期墓出土。因腹内壁铸有“司母戊”三字而得名。该鼎的化学成分为：铜84.77%，锡11.64%，铅2.79%，其他0.8%。是中国目前已发现的最大、最重的古代青铜器。金面罩成都金沙遗址博物馆藏成都金沙遗址博物馆藏古蜀国（商至春秋）杜宇时期古蜀国（商至春秋）杜宇时期秦 铜车马 公元132年张衡创制了世界上第一台地震仪，即候风地动仪。指南车是中国古代用来指示方向的一种机械装置。它与

5、指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。无论如何向前、向后、还是转弯，小木人的手一直指向南方。这种装置好像现代的自动定向仪。据考证是在三国时期由马钧创造的。三国三国 铜弩机（成都武侯祠博物馆藏）铜弩机（成都武侯祠博物馆藏）明代束综提花织机明代束综提花织机宋应星宋应星天工开物天工开物明代束综提花织机局部图明代束综提花织机局部图2007年年6月桂林之行水乡侗寨的纺织机月桂林之行水乡侗寨的纺织机 瓦特和他发明的蒸汽机（第一次工业革命）18世纪中叶，由于物理学对热机和热学理论的研究成果，导致了蒸汽机的发明，引起了第一次技术革命，使人类进入了机械化时代。蒸蒸汽汽

6、机机、焦焦炭炭、铁铁和和钢钢是促成工业革命技术加速发展的四项主要因素。西门子发电机（第二次工业革命）世界上第一台电子数字式计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学研制成功，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)，是电子数值积分式计算机(Electronic Numerical Integrator And Calculator)的缩写。它使用了17468个真空电子管，耗电174千瓦，占地170平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。1964年10月16日，中国自行研制的第一颗原子弹爆炸成功（图左）。1967年6月17日，第一颗氢弹爆炸成功（图中上），1970年4月24日，第一颗人

7、造地球卫星发射成功（图中下）。1971年 9月 1 0日，第 一 枚 洲 际 火 箭 发 射 成 功（图 右）美国阿特兰蒂斯号航天飞机 从以上人类社会发展过程中的物品，我们可以得到从以上人类社会发展过程中的物品，我们可以得到以下结论：以下结论：人类创造的物质文明无不包含着设计的思维人类创造的物质文明无不包含着设计的思维人类创造的物质文明无不包含着设计的思维人类创造的物质文明无不包含着设计的思维与实践过程，换言之：与实践过程，换言之：与实践过程，换言之：与实践过程，换言之：任何物品（产品）都始于设计任何物品（产品）都始于设计怎么理解设计呢？怎么理解设计呢？怎么理解设计呢？怎么理解设计呢？（1 1

8、）需求是设计的动力和源泉。）需求是设计的动力和源泉。）需求是设计的动力和源泉。）需求是设计的动力和源泉。（2 2）设计的本质是革新和创造。）设计的本质是革新和创造。）设计的本质是革新和创造。）设计的本质是革新和创造。（3 3）设计是把技术成果转化为生产力的活动。）设计是把技术成果转化为生产力的活动。）设计是把技术成果转化为生产力的活动。）设计是把技术成果转化为生产力的活动。（4 4）设计远不仅是计算和绘图。）设计远不仅是计算和绘图。）设计远不仅是计算和绘图。）设计远不仅是计算和绘图。（5 5）设计是建立技术系统的重要环节，应是）设计是建立技术系统的重要环节，应是）设计是建立技术系统的重要环节，

9、应是）设计是建立技术系统的重要环节，应是给定条件下的给定条件下的给定条件下的给定条件下的“最优解最优解最优解最优解”，避免出现，避免出现，避免出现，避免出现“思维灾害思维灾害思维灾害思维灾害”之一：之一：设计是“面临不确定性情形，其失误代价极高的决策”。（阿西莫夫：设计导论，1962）之二：之二：设计是“一种对目标的问题求解活动”。（阿切尔：设计者运用的系统方法，1965）之三：之三：设计是“在我们对最终结果感到自信之前，对我们想要做的东西所进行的模拟”。（鲍克：工程设计教学会议论文集，1964）之四：之四：设计是“在特定情形下，向真正的总体需要提供的最佳解答”。（玛切特：创造性工作中的思维控

10、制，1968）设计定义设计定义之五：之五：设计是“从现存事实转向未来可能的一种想象跃迁”。（佩奇：给人用的建筑，1966）之六：之六：设计是“一种创造性活动创造前所未有的，新颖而有益的东西”。（李斯威克：工程设计中心简介，1965）之七：之七：设计是“使人造物产生变化的活动，这个最终定义不仅适用 于工程师、建筑师及其它专科设计人员的工作，而且适用于经济计划者、立法者、管理者、社会活动家、应用研究者、抗议者和政治家的活动，适用于从形式上和内容上从事改变产品、市场、城市、服务机构、公众舆论、法律等等，而经受压力的集团的活动”。（琼斯：设计方法人类未来的的种子，1970）之八：之八：设计是“旨在改进

11、现实的一种活动。设计过程的产物，被用作进行这种改进的模型”。（盖茨帕斯基：设计之人性观，1980）之九：之九：设计“作为一种专业活动，反映了委托人和用户所期望的东西；它是这样一个过程，通过它便决定了某种有限而称心的状态变化，以及把这些变化置于控制之中的手段”。（雅克斯：设计科学方法，“导言”，1981）之十：之十：“设计像科学那样，与其说是一门学科，不如说是以共同的学术途径、共同的语言体系和共同的程序，予以统一的一类学科。设计像科学那样，是观察世界和使世界结构化的一种方法。因此，设计可以扩展应用到我们希望以设计者身份去注意的一切现象，正像科学可以应用到我们希望给以科学研究的一切现象那样”。（阿

12、克：设计研究的本质述评，1981）之十一：之十一：设计是“一种社会文体活动。一方面，设计是创造性的、类似于艺术的活动；另一方面，它又是理性的、类似于条理性科学的活动”。（迪尔诺特：超越科学和反科学的设计哲理，1981）设设计计：在在有有限限的的时时空空范范围围内内，在在特特定定的的物物质质条条件件下下，人人们们为为了了满满足足一一定定的的需需求求而而进进行行的的一一种种创创造造性性思维活动的实践过程。思维活动的实践过程。1.1.2 设计的特征设计的特征 （1）有有限限时时空空特特征征所所有有的的设设计计活活动动都都受受到到时时间间与与空空间间的限制的限制 蒸汽机从设计到应用花费100年 自行车

13、170年 柴油机19年（18781897）电动机57年（1829 1886）电子管31年（1884 1915）汽车27年（1862 1895）雷达15年（1925 1940）电视机12年（1922 1934）晶体管5年（1948 1953）原子反应堆3年（1939 1942）激光器1年（1960）这个特征对于考古学有极为重要的意义！（2 2）物物物物性性性性特特特特征征征征所所所所有有有有的的的的设设设设计计计计活活活活动动动动都都都都是是是是在在在在特特特特定定定定的的的的物物物物质质质质条条条条件件件件约束下进行的约束下进行的约束下进行的约束下进行的 各各个个不不同同的的历历史史时时期期的

14、的物物品品，都都有有着着鲜鲜明明的的物物质质条条件件约约束的影迹。束的影迹。现现代代工工程程材材料料的的发发展展，已已经经基基本本做做到到所所需需即即有有所所供供，人人类类的设计思路进一步扩展。的设计思路进一步扩展。（3 3）需求性特征）需求性特征）需求性特征）需求性特征所有的设计活动都是为了满足某种需求所有的设计活动都是为了满足某种需求所有的设计活动都是为了满足某种需求所有的设计活动都是为了满足某种需求 设计是有目的性的。需求是设计的核心，商品是该核心的设计是有目的性的。需求是设计的核心，商品是该核心的载体，利润是设计的经济效益的表现形式。载体，利润是设计的经济效益的表现形式。（4 4）创创

15、创创造造造造性性性性特特特特征征征征所所所所有有有有的的的的设设设设计计计计活活活活动动动动都都都都是是是是为为为为了了了了取取取取得得得得创创创创造造造造性性性性成果成果成果成果 设计成果的创造性设计师的创造性 “中国的飞船不是联盟号，中国的飞船就是中国的。”（米申，莫斯科航空学院教授，俄罗斯联盟号总设计师）“CCTV感动中国”2005年度人物，中南大学黄伯云院士主持研制“高性能碳碳航空制动材料的制备技术”，获2004年国家技术发明一等奖，结束了该奖自设立连续空缺6年的历史。2006年国家最高科学技术奖、国家自然科学一等奖、国家技术发明一等奖、国家科学技术进步特等奖4大顶级奖项全部名花有主，

16、标志着我国科技创新能力迈上新台阶，其中一个重要特点就是科技原始创新能力显著提高。20062006年年年年国国国国家家家家技技技技术术术术发发发发明明明明一一一一等等等等奖奖奖奖 “超超超超精精精精密密密密特特特特种种种种形形形形状状状状测测测测量量量量技技技技术术术术与与与与装装装装置置置置”。据据据据介介介介绍绍绍绍，该该该该项项项项目目目目是是是是应应应应用用用用于于于于超超超超精精精精装装装装备备备备制制制制造造造造业业业业的的的的一一一一项项项项国国国国际际际际先先先先进进进进测测测测量量量量技技技技术术术术，直直直直接接接接关关关关系系系系到到到到超超超超精精精精装装装装备备备备制制

17、制制造造造造业业业业的的的的水水水水平平平平和和和和能能能能力力力力。经经经经过过过过1818年年年年攻攻攻攻关关关关，哈哈哈哈尔尔尔尔滨滨滨滨工工工工业业业业大大大大学学学学教教教教授授授授谭谭谭谭久久久久彬彬彬彬带带带带领领领领研研研研究究究究团团团团队队队队解解解解决决决决了了了了这这这这一一一一测测测测量量量量难难难难题题题题，使使使使国国国国家家家家走走走走出出出出了了了了长长长长期期期期以以以以来来来来不不不不掌掌掌掌握握握握核核核核心心心心单单单单元元元元技技技技术术术术、无无无无能能能能力力力力自自自自行行行行研研研研制制制制大大大大型型型型高高高高端端端端仪仪仪仪器器器器的的

18、的的困困困困境境境境。这这这这一一一一技技技技术术术术将将将将广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于大大大大型型型型先先先先进进进进装装装装备备备备制制制制造造造造领领领领域域域域，对对对对我我我我国国国国特特特特殊殊殊殊军军军军用用用用、军军军军民民民民两两两两用用用用大大大大型型型型超超超超精精精精密密密密仪仪仪仪器器器器、大大大大型型型型超超超超精精精精密密密密加加加加工工工工装装装装备备备备和和和和超超超超精精精精密密密密工工工工作作作作母母母母机机机机等等等等大大大大型型型型高高高高端端端端装装装装备备备备整整整整体体体体技技技技术术术术水水水水平平平平的的的的跨跨跨跨越越越越式式

19、式式提提提提升升升升将将将将起到直接推动作用。起到直接推动作用。起到直接推动作用。起到直接推动作用。“SDSD凹凹印印对对印印技技术术”项目获2010年度国家技术发明奖一等奖。它率世界之先，攻克了雕刻凹印两面对印的技术难题，不仅标志着我国钞票核心防伪印刷技术进入世界强国之林，也将使人民币印制向“公众易于识别、造假者难以伪造”的目标更近一步。2011年度国家技术发明二等奖项目：列列车车结结构构塑塑变变吸吸能能技技术术及及装装置置（原名称：列车碰撞可控变形吸能技术及装置）“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”（十六大报告十六大报告）“自主创新基础能力建设是国家创新体系建设的重

20、要组成部分，是保障和促进全社会创新活动、培养和凝聚高层次人才、建设创新型国家的必要物质技术基础，是国家基础设施建设的重要内容，是由国家重大科技基础设施、实验室体系、工程中心、企业技术中心等构成的国家自主创新支撑体系。”（发发展展改改革革委委 科科技技部部 教教育育部部：国国家家自自主主创创新新基基础能力建设础能力建设“十一五十一五”规划规划）“提高自主创新能力，建设创新型国家。这是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。”（十十七七大大报报告告）“实践永无止境，创新永无止境。”（十七大报告十七大报告）（5 5）过程性特征）过程性特征）过程性特征）过程性特征所有的设计活动都不是一蹴而就的所有的

21、设计活动都不是一蹴而就的所有的设计活动都不是一蹴而就的所有的设计活动都不是一蹴而就的 设设计计过过程程是是一一个个实实践践性性很很强强的的过过程程，不不同同于于纯纯粹粹的的理理论研究过程。论研究过程。中国载人航天工程发展历程中国载人航天工程发展历程（1）“863”计划中纳入载人航天工程。（2）1992年党中央审时度势，确定实现载人航天工程的战略决策（921工程，）。（3）1999年11月 神舟一号（无人）2001年1月 神舟二号（无人）2002年3月 神舟三号（无人）2002年12月 神舟四号（无人）2003年10月 神舟五号（一人一天）2005年10月 神舟六号（多人多天）2008年9月 神

22、舟七号（太空行走）2011年9月 天宫一号目标飞行器（空间站）2011年11月 神舟八号与天宫一号对接 2012年6月 神舟九号与天宫一号对接（首位女航天员）1.2.1 对设计方法的探讨对设计方法的探讨 “方法”就是为了达到某种目的所运用的手段、工作程序以及可以被人们总结出来的规律性的东西。不同的学科门类（如基础科学、技术科学、工程科学等）存在与之相应的不同的方法（如科学方法、技术方法、工程方法等）。“设计”过程就是要找到满足功能的最优方案，它涉及自然科学、社会科学等诸多学科领域，解决这一问题必然存在诸多的选择，换言之，设设计计方方法法的的存存在在是是必必然然的的，并并且且方方法法不不止止一个

23、。一个。1.2 设计方法与设计方法学设计方法与设计方法学 在不同的历史发展阶段，科学与技术的现状不同，设计方法也不相同，它是历史的产物，具有鲜明的历史时代特征。历次技术革命的大量创造发明与发现总是伴随着方法论的变革，并反馈促进了科学向更高阶段发展。对于设计方法的发展历程，通常有以下两种划分方法：方法一：方法一：（1）第一阶段第一阶段 原始设计方法原始设计方法 这一阶段的特点是：简单思维、时间长、水平低。简单思维、时间长、水平低。前文所示石刀、石斧、骨针等，即是这一阶段设计的产物。虽然这一阶段的设计方法是原始的，但也是有意识、有目的、有计划的活动，它不同于其他动物的本能活动。（2）第二阶段第二阶

24、段 传统设计方法传统设计方法 这一阶段的特点是：复杂思维计算模型试验复杂思维计算模型试验。传统设计方法从人类社会的分工开始，到近代，甚至于现在的某些国家、部门仍在使用。这种设计方法为我国19501960年代的机械化带来了许多积极的作用，使我国与发达国家在机械化水平上的差距得到快速缩小。但随着社会的发展，这种设计方法的缺陷也逐渐暴露：思维禁锢 不注重除设计以外的信息反馈 设计周期长 信息存储与检索不方便（特别是在计算机应用前）难以实现最优化 （3）第三阶段第三阶段 计算机集成设计方法计算机集成设计方法 该阶段也就是现代设计阶段，这一阶段由于信息的快速交换与集成，使得设计成为优化的、动态的、科学的

25、、计算机化的的活动。主要特点有：程程序序性性、创创造造性性、系系统统性性、优优化化性、综合性、性、综合性、CAD。方法二：方法二：（1）第一阶段 17世纪以前的“直觉设计阶段”（2）第二阶段 17世纪以后的“经验设计阶段”及其以后形成的“传统设计阶段”（3）第三阶段 目前的“现代设计阶段”传统设计与现代设计的对比传统设计与现代设计的对比 在在目目前前的的“现现代代设设计计阶阶段段”，由由于于科科学学技技术术的的迅迅速速发发展展和和计计算算机机的的广广泛泛应应用用，使使得得设设计计方方法法在在处处理理“需需求求”与与“条条件件”的的关关系系时时往往往往不不能能很很简简单单地地做做出出决决策策。由

26、由此此，促促使使我我们们对对设设计计方方法法本本身身进进行行更更深深入入的的探探讨讨，以以寻寻求求其其基基本本规规律律，这这便便是是“设设计计方方法学法学”的产生背景。的产生背景。现现代代设设计计方方法法是是以以设设计计产产品品为为目目标标的的一一个个知知识识群体群体的总称的总称u采用系统工程的方法和动态分析法采用系统工程的方法和动态分析法u实行实行“人人机机环境环境”一体化设计的设计思想一体化设计的设计思想 设计进程和设计组织更加合理化、现代化设计进程和设计组织更加合理化、现代化问题分析动态化问题分析动态化设计进程、战略、方案和数据选择的广义优化设计进程、战略、方案和数据选择的广义优化计算、

27、绘图的计算机化计算、绘图的计算机化1.2.1 设计方法学概述设计方法学概述 设设计计方方法法学学是是研研究究产产品品设设计计规规律律、设设计计程程序序及及设设计计思思维维和和工作方法工作方法的一门综合性学科。的一门综合性学科。它它涉涉及及的的知知识识面面很很广广，如如物物理理、化化学学、材材料料力力学学、理理论论力力学学、金金属属材材料料学学、机机械械原原理理、机机械械设设计计、系系统统工工程程、计计算算机机、价价值值工工程程、人人机机工工程程学学、设设计计美美学学等等，可可以以说说它它所所涉涉及及的学科几乎涵盖所有的学科领域。的学科几乎涵盖所有的学科领域。设设计计方方法法学学以以系系统统工工

28、程程的的观观点点分分析析设设计计的的战战略略进进程程和和设设计计方方法法、手手段段的的战战术术问问题题。在在总总结结设设计计规规律律、启启发发设设计计创创造造性性的的基基础础上上促促进进研研究究现现代代设设计计理理论论、方方法法、先先进进手手段段和和工工具具在设计中的综合应用。在设计中的综合应用。设设计计方方法法学学通通过过寻寻求求保保证证设设计计质质量量、加加快快设设计计速速度度、减减少少和和避避免免设设计计失失误误的的方方法法和和举举措措，以以适适应应科科学学技技术术发发展展的的要要求求。它它的的发发展展将将大大大大提提高高产产品品的的设设计计水水平平和和生生产产率率，提提高高产产品品的的

29、市市场竞争能力。场竞争能力。因此，我们可以将设计方法学理解为：因此，我们可以将设计方法学理解为：研研究究设设计计中中的的一一般般过过程程及及解解决决具具体体设设计计问问题题的的方方法和手段。法和手段。（“设计的设计设计的设计”）设设计计方方法法学学不不能能单单凭凭直直觉觉和和经经验验来来设设计计，而而应应按按设设计计规规律律制制订订的的进进程程、方方法法和和步步骤骤来来设设计计。但但这这并并不不意意味味着着忽忽略略设设计计人人员员直直觉觉和和经经验验的的作作用用，换换言言之之，我我们们不不能能忽忽略略、限限制制他他们们的的聪聪明才智，相反，应使其得以充分发挥。明才智，相反，应使其得以充分发挥。

30、设设计计方方法法学学是是一一门门实实践践性性很很强强的的学学科科，也也只只有有在在设设计计实实践践的应用中，才能真正显示出它的生命力和发展前景。的应用中，才能真正显示出它的生命力和发展前景。设计方法学作为设计方法学作为方法论方法论方法论方法论，应满足如下的要求：，应满足如下的要求：（1）适适用用于于任任何何工工程程设设计计和和产产品品设设计计，而而不不局局限限于于某某种行业。种行业。（2）能能促促进进发发明明创创造造和和认认识识能能力力的的提提高高，使使之之较较容容易易找到最佳的解。找到最佳的解。（3）可与其他学科的概念、方法和认识相协调。）可与其他学科的概念、方法和认识相协调。（4）所所获获

31、得得的的解解并并不不是是特特异异的的，应应较较容容易易转转用用到到其其他他产品的设计。产品的设计。1.3.1 设计方法学的研究内容设计方法学的研究内容 关于设计方法学的研究内容，主要有以下两种观点。关于设计方法学的研究内容，主要有以下两种观点。观点一：观点一：（1）分分析析设设计计过过程程及及各各设设计计阶阶段段的的任任务务，寻寻求求符符合合科科学学规规律律的设计程序；的设计程序；设计规划、方案设计、技术设计、施工设计设计规划、方案设计、技术设计、施工设计（2）研究解决设计问题的逻辑步骤和应遵循的工作原则；）研究解决设计问题的逻辑步骤和应遵循的工作原则；分析、综合、评价、决策分析、综合、评价、

32、决策（3）分分析析创创新新思思维维规规律律，研研究究并并促促进进各各种种创创新新技技法法在在设设计计中中的运用，激发设计人员的创新能力；的运用，激发设计人员的创新能力；1.3 设计方法学的发展及基本特点设计方法学的发展及基本特点（4）分析各种现代设计理论和方法在设计中的应用，实现产）分析各种现代设计理论和方法在设计中的应用，实现产品的科学合理设计，提高产品的竞争能力；品的科学合理设计，提高产品的竞争能力；系统工程、价值工程、优化设计、相似设计、人机工程、系统工程、价值工程、优化设计、相似设计、人机工程、工业美学工业美学（5）深入分析各种类型设计的特点，以便按规律更有针对性）深入分析各种类型设计

33、的特点，以便按规律更有针对性地进行设计；地进行设计；开发型、扩展型、变参数、反求开发型、扩展型、变参数、反求（6）研究设计信息库的建立；）研究设计信息库的建立；设计信息规律加以分类、排序、储存，以便查找、调用，设计信息规律加以分类、排序、储存，以便查找、调用，便于便于CAD的应用的应用（7）研究产品的）研究产品的CAD 实现设计自动化实现设计自动化观点二：观点二：（1）设计阶段；）设计阶段；研究设计的各个阶段，如原理方案、结构和总体设计；研究设计的各个阶段，如原理方案、结构和总体设计；各个阶段及其工作步骤组成设计程序；规范化、模式化、合各个阶段及其工作步骤组成设计程序；规范化、模式化、合理化、

34、科学化理化、科学化（2）设计原理、规律和准则；）设计原理、规律和准则；以系统观点研究设计的准则、原理以系统观点研究设计的准则、原理（3）设计方案；）设计方案；如何实现从如何实现从“实现需求实现需求”到到“技术系统设计技术系统设计”的转换的转换（4）各类设计及应用；）各类设计及应用；开发型、扩展型、变参数、反求开发型、扩展型、变参数、反求 系统工程、价值工程、优化设计、相似设计、人机工系统工程、价值工程、优化设计、相似设计、人机工程、工业美学程、工业美学（5）设计信息库；）设计信息库；知识库：各种知识、科技原理、技术成果、专利的表知识库：各种知识、科技原理、技术成果、专利的表达与存储达与存储 方

35、法库：各种操作、程序、技法、方法的表达与存储方法库：各种操作、程序、技法、方法的表达与存储（6）设计自动化；）设计自动化；设计步骤、理论、方法和计算机的结合设计步骤、理论、方法和计算机的结合（7）综合评价。）综合评价。评价指标体系评价指标体系 多方案的选择、评优多方案的选择、评优 设计方法学的内容是动态的，它必将随着科技的发展设计方法学的内容是动态的，它必将随着科技的发展和设计实践的积累而不断丰富。和设计实践的积累而不断丰富。1.3.2 设计方法学的理论基础设计方法学的理论基础（1）方法论基础）方法论基础系统工程系统工程 设计方法学的方法论基础，是最主要的理论基础。运用设计方法学的方法论基础，

36、是最主要的理论基础。运用系统工程的观点，将产品设计理解为一项系统工程，进行分系统工程的观点，将产品设计理解为一项系统工程，进行分析、综合、评价和决策。析、综合、评价和决策。（2）自然科学理论基础）自然科学理论基础 数学、力学、机械原理、机械设计、材料学、优化计算、数学、力学、机械原理、机械设计、材料学、优化计算、信息论、模糊论、相似论信息论、模糊论、相似论（3）社会科学理论基础）社会科学理论基础 工业经济学、价值工程学、决策论、人机工程学、心理工业经济学、价值工程学、决策论、人机工程学、心理学、民族学学、民族学（4）技术手段）技术手段 计算机计算机1.3.3 设计方法学的特点设计方法学的特点（

37、1）从战略高度，用大视角审视设计对象）从战略高度，用大视角审视设计对象 零部件水平零部件水平产品水平产品水平系统水平系统水平社会水平社会水平（2）方法论，应用学科，交叉学科）方法论，应用学科，交叉学科 多学科互相渗透、交叉，形成新概念、新规则、新方法；多学科互相渗透、交叉，形成新概念、新规则、新方法；必将随着其他学科的发展而在动态中不断完善。必将随着其他学科的发展而在动态中不断完善。（3）鲜明的系统性）鲜明的系统性 第二章要讲有关技术系统的概念。第二章要讲有关技术系统的概念。（4）对设计师提出更高的标准）对设计师提出更高的标准 思想活跃、勇于创新思想活跃、勇于创新（5）追求最优化的设计结果）追

38、求最优化的设计结果 不仅仅是某一方面性能的最优化，而是整体的最优化不仅仅是某一方面性能的最优化，而是整体的最优化 (6)设计方法学是设计领域的指导思想设计方法学是设计领域的指导思想 1.3.4 设计方法学的发展历程设计方法学的发展历程（1）1870年年代代，德德国国人人F.Reuleaux在在理理论论运运动动学学一一书书中中提出了提出了“进程规划的模型进程规划的模型”，被称为设计方法学的奠基人；，被称为设计方法学的奠基人；（2）1940年年代代，Kutzbach等等人人在在程程式式化化设设计计、设设计计评评价价、功功能能原原理理及及其其在在设设计计中中的的应应用用等等方方面面展展开开研研究究，

39、使使得得设设计计方方法法学得到初步发展；学得到初步发展；（3）1960年年代代，市市场场竞竞争争的的需需要要使使得得设设计计方方法法学学的的研研究究飞飞速速发发展展，Munchen大大学学W.Rodenacker教教授授成成为为第第一一个个被被任任命命为为从从事事设设计计方方法法学学研研究究的的正正教教授授，他他被被称称为为“设设计计方方法法学学之之父父”；（4）1970年年代代末末WDK(Workshop Design Konstruktion)成成立立，标志设计方法学的基本定型；标志设计方法学的基本定型；（5）1980年代末，国内开始进行设计方法学的研究。年代末，国内开始进行设计方法学的研

40、究。1.3.4 设计方法学的发展历程设计方法学的发展历程在设计方法学的发展历程中，以下学者做了大量的工作：在设计方法学的发展历程中，以下学者做了大量的工作：F.Reuleaux “进程规划的模型进程规划的模型”洛特（洛特（K.Roth）设计目录设计目录Kutzbach 程式化设计、设计评价、功能原理程式化设计、设计评价、功能原理罗登纳克（罗登纳克（W.Rodenacker）逻辑功能、物理功能）逻辑功能、物理功能埃尔伦斯皮尔（埃尔伦斯皮尔（K.Ehrlenspiel）降低成本降低成本帕尔（帕尔（G.Pahl）和拜茨（）和拜茨（W.Beitz）合著）合著设计方法学设计方法学柯勒（柯勒（R.Koll

41、er）著）著设计方法学设计方法学瑞士瑞士 德布卡（德布卡（V.Hubka）丹麦丹麦 安德森（安德森（M.M.Andreasen）加拿大加拿大 艾德（艾德（W.E.Eder)合作发起成立合作发起成立WDK国内辽宁工程技术大学（阜新矿业学院）、清华大学、浙江国内辽宁工程技术大学（阜新矿业学院）、清华大学、浙江大学、华中科技大学（原华中理工大学）等学校大学、华中科技大学（原华中理工大学）等学校思考题研究设计方法的必要性以身边典型产品为对象，试分析其技术系统的构成参考书目日日原原研研哉哉著著：设设计计中中的的设设计计(Designing Design)，广西师范大学出版社，广西师范大学出版社，2010.9美美Karl T.Ulrich,Steven D.Eppinger著著：产产品品设设计计与与开开发发(Product Design and Development)，高高等等教教育出版社，育出版社，2008.12美美Donald A.Norman:设设计计心心理理学学(The Design of Everyday Things)，中信出版社，中信出版社，2006.11