《现代设计法》讲义第二章-430.ppt

现代设计法现代设计法讲义第二章讲义第二章第一节第一节 概述概述1 1 设计方法学的涵义设计方法学的涵义 设计方法学是一门正在发展和形成的新兴设计方法学是一门正在发展和形成的新兴学科，它的含义、学科，它的含义、研究对象和范畴等当前尚研究对象和范畴等当前尚无确切的公认的认识，但近年来它的发展极无确切的公认的认识，但近年来它的发展极快，广泛受到各国及有关学者的关注快，广泛受到各国及有关学者的关注。2 2 设计方法学及研究对象设计方法学及研究对象 研究解决设计问题进程的一般理论，包研究解决设计问题进程的一般理论，包括一般设计战略及用于设计工作各个具体部括一般设计战略及用于设计工作各个具体部分的战术方法。分的战术方法。主要领域及大致结构，包括进程模式，主要领域及大致结构，包括进程模式，进程规划进程规划,进程风格，方法，方法学行动规划，进程风格，方法，方法学行动规划，工作方法，工作原则。工作方法，工作原则。设计学具体的研究对象：设计学具体的研究对象：设计对象：设计对象：一个能实现一定技术过程的技术系统。一个能实现一定技术过程的技术系统。设计进程：设计进程：设定技术过程及划定技术系统的边界，确定技设定技术过程及划定技术系统的边界，确定技术系统的总功能，包括物质功能和精神功能。术系统的总功能，包括物质功能和精神功能。设计评价：设计评价：根据一定的准则和方法对各方案作出评价。根据一定的准则和方法对各方案作出评价。设计思维：设计思维：设计是一种创新设计思维应是创造性思维。设计是一种创新设计思维应是创造性思维。设计工具：设计工具：把分散在不同学科的领域的大量信息集中起来，把分散在不同学科的领域的大量信息集中起来，按设计方法学的系统程式分类列表，建立各种设计信息库，按设计方法学的系统程式分类列表，建立各种设计信息库，通过计算机等先进的设备方便快捷查询。通过计算机等先进的设备方便快捷查询。现代设计理论及应用现代设计理论及应用：把成批涌现且不断发展的各种现代：把成批涌现且不断发展的各种现代设计理论应用到设计进程中来，使设计方法学更臻完善。设计理论应用到设计进程中来，使设计方法学更臻完善。第二节第二节 技术系统及其确定技术系统及其确定1 1 技术系统技术系统“现代机械系统是一个由若干机或电类功能单元有现代机械系统是一个由若干机或电类功能单元有序结合而成的总体，它具有特定的边界，并具有将序结合而成的总体，它具有特定的边界，并具有将输入的能量流、物料流和信息流转换为所需要的形输入的能量流、物料流和信息流转换为所需要的形式的功能。式的功能。”设计是对作业对象完成某种技术过程的技术系统设计是对作业对象完成某种技术过程的技术系统作业对象一般有三类：物料、能量和信息作业对象一般有三类：物料、能量和信息技术过程的确定步骤：技术过程的确定步骤：（1 1）根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作）根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对象及其主要转换要求业对象及其主要转换要求（2 2）分析比较，确定实现的主要转换的工作原理）分析比较，确定实现的主要转换的工作原理（3 3）明确实现技术过程的环境和约束条件）明确实现技术过程的环境和约束条件(4)(4)确定主要技术过程和其他辅助过程确定主要技术过程和其他辅助过程（5 5）根据高效、经济、可靠等原则，初步规划技术）根据高效、经济、可靠等原则，初步规划技术系统的边界即工作范围系统的边界即工作范围技术系统模型技术系统模型技术系统所具有的功能是完成技术过程的根本特性技术系统所具有的功能是完成技术过程的根本特性技术系统应具有下列能完成不同分功能的单元：技术系统应具有下列能完成不同分功能的单元：v作业单元，完成转换工作作业单元，完成转换工作v动力单元，完成能量的转换，传递和分配动力单元，完成能量的转换，传递和分配v控制单元，接收控制单元，接收 处理和输出控制信息处理和输出控制信息v检测单元检测单元 ，检测技术系统各种功能的完成情况，检测技术系统各种功能的完成情况，反馈给控制单元反馈给控制单元v结构单元，实现系统各部分的里联接与支撑结构单元，实现系统各部分的里联接与支撑 技术系统的模型2 2 信息集约信息集约信息集约由企业各部门共同完成，分工如下：信息集约由企业各部门共同完成，分工如下：u情报部门：产品的技术资料及发展趋势，专业情情报部门：产品的技术资料及发展趋势，专业情报，专业技术情报等报，专业技术情报等u开发部门：性能测试，新材料，新工艺，新技术，开发部门：性能测试，新材料，新工艺，新技术，产品性能，规格，造型，各种标准法规和设计方产品性能，规格，造型，各种标准法规和设计方法法u制造部门：生产能力，工时，制造工艺，设备技制造部门：生产能力，工时，制造工艺，设备技术数据术数据u营销部门：国家政策，产品生命周期分析，市场营销部门：国家政策，产品生命周期分析，市场调查调查 需求需求 经营分析，材料外购件的价格，供应经营分析，材料外购件的价格，供应情况，用户意见及维护服务情况，用户意见及维护服务u公关部门：产品和企业的社会形象，同行的竞争公关部门：产品和企业的社会形象，同行的竞争和联合和联合u社会部门：产品和环境污染，节能，资源，动力社会部门：产品和环境污染，节能，资源，动力供应等的关系，产品进入和退出社会，报废消失，供应等的关系，产品进入和退出社会，报废消失，升级换代的效应升级换代的效应3 3 调研部门调研部门 调研预测一般从市场，技术，社会环境及企业内部调研预测一般从市场，技术，社会环境及企业内部四个方面进行：四个方面进行：u市场调研：用户对象市场调研：用户对象 用户需求用户需求 产品市场定位产品市场定位 同同行行 外购件供应外购件供应u技术调研：现有产品的信息，新材料，新工艺，技术调研：现有产品的信息，新材料，新工艺，相关科技成果，标准相关科技成果，标准 法规法规 专利专利 情报情报u社会环境调研：国家计划和政策社会环境调研：国家计划和政策 产品使用环境产品使用环境 用户的社会心理的需求用户的社会心理的需求u企业内部的调研：开发能力企业内部的调研：开发能力 生产能力生产能力 供应能力供应能力营销能力营销能力4 4 可行性报告可行性报告可行性报告包含以下主要内容：可行性报告包含以下主要内容：产品开发的必要性和可能性产品开发的必要性和可能性该产品目前国内外的现状和水平该产品目前国内外的现状和水平确定产品的技术规格，性能参数和约束条件确定产品的技术规格，性能参数和约束条件提出该产品的技术关键和解决途径提出该产品的技术关键和解决途径预期达到的技术，经济和社会效益预期达到的技术，经济和社会效益预算投资费用及项目进度和期限预算投资费用及项目进度和期限第三节第三节 功能分析设计法功能分析设计法1 功能分析和总功能分解功能分析和总功能分解 功能是对技术系统中输入和输功能是对技术系统中输入和输出的转换所作出的抽象化描述。出的转换所作出的抽象化描述。功能还可以表述为：功能还可以表述为：功能条件功能条件属性。属性。其含义是在不同的条件下利用其含义是在不同的条件下利用不同的属性，同一物体可以实不同的属性，同一物体可以实现不同的功能。现不同的功能。坯2 功能元求解功能元求解v选择工作原理选择工作原理v构思功能载体构思功能载体3 方案综合方案综合功能原理的形态学矩阵功能原理的形态学矩阵4 设计工具设计工具v设计目录设计目录v知识库知识库功能元功能元功能载体功能载体aa1a2a3a4bb1b2b3b4b5b6nn1n2n3n4n5n6n7n8第四节第四节 评价决策评价决策1 评价目标树评价目标树评价目标：评价目标：v技术目标：技术性能技术目标：技术性能 工艺性工艺性 可靠性可靠性 自动化程度自动化程度v经济目标：成本经济目标：成本 利润利润 投资额投资额 回报率回报率 市场寿命市场寿命v社会目标：国家政策社会目标：国家政策 国际惯例国际惯例 资源资源 节能节能 环境污染等环境污染等目标树：目标树：总目标为总目标为Z，一阶子目标为，一阶子目标为Z1、Z2，二阶子目标为，二阶子目标为Z11、Z12、，Z21、Z22、依此类推。依此类推。目标重要度系数（加权系数）：目标重要度系数（加权系数）：gi，gi1，gi1，一阶加权系数一阶加权系数g1,g2,；二阶加权系数；二阶加权系数g11,g12,g21,g22 评价目标树建立目标树要满足：建立目标树要满足：v把起决定作用的设计要求和条件，作为主要目标，把起决定作用的设计要求和条件，作为主要目标，避免面面俱到和避免面面俱到和 主次不分主次不分v各目标之间必须是相互独立的，不能互相矛盾各目标之间必须是相互独立的，不能互相矛盾v在目标树中，高一级子目标只同低一级中相关联在目标树中，高一级子目标只同低一级中相关联的子目标联系的子目标联系2 2 目标重要度系数（加权系数）目标重要度系数（加权系数）加权系数是反映评价目标重要性程度的量化系数，加权系数是反映评价目标重要性程度的量化系数，加权系数大，意味着重要程度高。加权系数大，意味着重要程度高。加权系数的确定有两种方法加权系数的确定有两种方法v经验法：根据以往或他人的经验，人为地给定评经验法：根据以往或他人的经验，人为地给定评价目标的加权系数价目标的加权系数g gi i1,0.7。一致性。一致性系数的计算公式如下：系数的计算公式如下：6个专家对某型汽车的个专家对某型汽车的5种造型方案按名次计分法进行评价、种造型方案按名次计分法进行评价、排队后给分（最佳方案排队后给分（最佳方案5分，最差给分，最差给1分），如表示：分），如表示：评分评价目标专家代号总分 Xi ABCDEF12345543215423154132453215423153412292415148由表看出：方案优劣排序为：由表看出：方案优劣排序为：1-2-3-4-5计算评价一致性系数计算评价一致性系数C:专家数专家数m6,方案数方案数n50.7评价一致性较好。评价一致性较好。4 评分法评分法 评分法根据规定的标准用分值作为衡量方案优劣的尺度，评分法根据规定的标准用分值作为衡量方案优劣的尺度，对方案进行定量评价。如有多个评价目标，则先对各目对方案进行定量评价。如有多个评价目标，则先对各目标评分，再经处理求得总分。标评分，再经处理求得总分。4.1评分标准评分标准十分十分制制0不可不可用用1缺陷缺陷多多2较差较差3勉强勉强可用可用4可用可用5基本基本满意满意6良良7好好8很好很好9超目超目标标10理想理想五分五分制制0不能用不能用1勉强可用勉强可用2可用可用3良好良好4很好很好5理想理想4.2 评分方法评分方法采用集体评分法，由几个评分者以评价目标为序对各方案评采用集体评分法，由几个评分者以评价目标为序对各方案评分分,取平均值或去除最大，最小值后的平均值作为分值，以取平均值或去除最大，最小值后的平均值作为分值，以减少个人主观因素对评分的影响。减少个人主观因素对评分的影响。4.3总分计分方法总分计分方法 分值相加法，分值连乘法，均值法，相对值法或有效分值相加法，分值连乘法，均值法，相对值法或有效值法等。值法等。方方 法法公公 式式特特 点点分值相加法分值相加法计算简单直观计算简单直观分值连乘法分值连乘法分值相差较大便于比分值相差较大便于比较较均值法均值法简单直观简单直观相对值法相对值法能看出与理想的差距能看出与理想的差距有效值法有效值法考虑了各评价目标之考虑了各评价目标之间的重要程度间的重要程度某厂开发一电池产品，技术目标某厂开发一电池产品，技术目标2项，即：额定电压，有效寿命；项，即：额定电压，有效寿命；经济指标一项，即经济指标一项，即:电池生产成本。下表列出这三项指标的理想值、电池生产成本。下表列出这三项指标的理想值、优等值和及格值，并分别给出这三项目标的加权系数。通过对优等值和及格值，并分别给出这三项目标的加权系数。通过对3种种方案样品的实际考核，得出表中的实际值。相应的评价目标树如图。方案样品的实际考核，得出表中的实际值。相应的评价目标树如图。电池评分线图电池评分线图（a）成本评分线图成本评分线图1233.5451.04.03.23.02.42.22.01.6成本成本/元元成本成本评分评分（c）寿命评分线图）寿命评分线图1 2 3 4 4.5 59.19.08.98.6评分评分（b）电压评分线图）电压评分线图电压电压U/V 1 2 3 4 4.5 51201101009085寿命寿命/小时小时评价结果：方案评价结果：方案A最佳最佳评价目标评价目标成本成本电压电压寿命寿命总总 分分加权系数加权系数0.20.30.5分值分值相加相加分值分值连乘连乘加权加权分值分值相加相加方案评分方案评分A34.5411.5543.95B3.514.5915.753.25C54211403.2表表2-4-7 电池评分表电池评分表5 5 技术经济评价法技术经济评价法 技术经济评价法的依据是相对价。其中包括方案的技技术经济评价法的依据是相对价。其中包括方案的技术价和经济价。术价和经济价。5.1 技术评价技术评价：技术评价通过求方案的技术价技术评价通过求方案的技术价wt进行：进行：Pi第第i个技术评价指标的评分值个技术评价指标的评分值 gi-第第i个技术评价指标的加权系数个技术评价指标的加权系数Pmax最高分值（十分制为最高分值（十分制为10分，五分制为分，五分制为5分）分）wt0.6表示方案在技术上不合格，必须改进表示方案在技术上不合格，必须改进.5.2 经济评价经济评价n经济评价的目的是求方案的经济价：经济评价的目的是求方案的经济价：weHI/HH 实际制造成本，实际制造成本，HI理想制造成本理想制造成本一般一般we0.7意味着实际生产成本高于允许生产成本，意味着实际生产成本高于允许生产成本，在经济上不合格在经济上不合格5.3 技术经济综合评价技术经济综合评价（1）总价值）总价值(相对价）相对价）w 直线法直线法:抛物线法：抛物线法：一般取一般取w0.65(2)优度图（优度图（S图）图）许用区许用区wtS10.90.80.70.60.50.40.30.20.100.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1s2s3s4s5s6s1we开开 发发 线线例题：例题：0.1相对价相对价w10.676 w20.632w3 0.605方案1在允许区域内wewt6.模糊评价法模糊评价法根据评价目标根据评价目标X及加权系数及加权系数g建立评价目标集建立评价目标集XX1,X2,Xn和加权系数集和加权系数集G=g1,g2,gn，根据评价标准，根据评价标准P建立评价集建立评价集P=P1,P2,Pm。求出各方案评价目标对。求出各方案评价目标对于不同评价标准的于不同评价标准的隶属度隶属度，建立各方案的模糊，建立各方案的模糊评价矩阵。按一定的模型合成模糊矩阵，求出评价矩阵。按一定的模型合成模糊矩阵，求出考虑加权的综合模糊评价，折算为按百分比表考虑加权的综合模糊评价，折算为按百分比表示的隶属度。用最大隶属度原则评价方案优劣示的隶属度。用最大隶属度原则评价方案优劣顺序，决策采用何种方案。顺序，决策采用何种方案。例题：例题：n今确定以计算机管理系今确定以计算机管理系统为优化对象，提出了统为优化对象，提出了购买专用软件，购买通购买专用软件，购买通用软件，或自行开发用软件，或自行开发3种种方案，投资必须方案，投资必须 控制在控制在30 万元以内。万元以内。15万元为中，低于万元为中，低于 5万元为优，同时建立性万元为优，同时建立性能和周期等评价目标，能和周期等评价目标，以及相应的加权系数。以及相应的加权系数。利用模糊评价方法利用模糊评价方法评价三种方案。评价三种方案。n专家按优、中、差对各指标评价专家按优、中、差对各指标评价按照模糊评价的法则，依次进行如下工作：按照模糊评价的法则，依次进行如下工作：（1）建立评价目标集）建立评价目标集 B=b1,b2,b3,bn （n=评价目标数）评价目标数）本例中为本例中为 B=投资投资,性能性能,周期周期（2）建立加权系数集）建立加权系数集 Q=(q1,q2,q3,qn)（n=评价目标数）评价目标数）本例中为本例中为 Q=0.2，0.55，0.25（3）建立模糊评价集）建立模糊评价集 P=p1,p2,pm本例中本例中 P=优，中，差优，中，差 （m=评价目标数）评价目标数）（4）进行模糊评判）进行模糊评判 请一组专家，对评价目标集中每一请一组专家，对评价目标集中每一目标目标bii=1，2，,n按照评价集中的评价打勾（按照评价集中的评价打勾（）这项工作针对每一项方案进行，对于某一项评价目标这项工作针对每一项方案进行，对于某一项评价目标bi，有，有z个评判结果：个评判结果：Ri=11,21,m1 Ri=12,22,m2 Ri=13,23,m3 Rzi=1z,2z,mz Z=方案数方案数其中某一元素其中某一元素mz表示在第表示在第Z方案中，对评价目标方案中，对评价目标bi,持持Pm评价的专家占总数的百分比。评价的专家占总数的百分比。在本例中，评价目标数在本例中，评价目标数n=3,评价数评价数m=3,方案数方案数z=3.作出模糊评价，模糊评价矩阵虽然反映了评价的全貌，但没有反映作出模糊评价，模糊评价矩阵虽然反映了评价的全貌，但没有反映加权系数，将模糊评价矩阵与加权系数集合成，建立模糊评价（归加权系数，将模糊评价矩阵与加权系数集合成，建立模糊评价（归一化处理），一化处理），Z=Q*R得得Z=0.788.0.066,0.146,Z=0.1375,0.73,0.1325,Z=0.26,0.235,0.505显然方案显然方案为最佳为最佳第五节第五节 商品化设计思想及方法商品化设计思想及方法1 产品与商品产品与商品v产品：为满足人们需求而设计的具有一定用途的产品：为满足人们需求而设计的具有一定用途的物质产品和非物质形态服务的总和。物质产品和非物质形态服务的总和。v商品：通过市场交换的产品。商品：通过市场交换的产品。2 商品化的思想商品化的思想 在新产品的开发过程中，始终贯穿工业设计思想，在新产品的开发过程中，始终贯穿工业设计思想，以企业内部因素（财务，制造）和外部因素（设以企业内部因素（财务，制造）和外部因素（设计开发，销售）为出发点，探讨在产品设计上如计开发，销售）为出发点，探讨在产品设计上如何使之良好配合。何使之良好配合。3 设计与营销策略设计与营销策略4 设计与产品定位设计与产品定位5 设计与生产计划设计与生产计划影响设计与生产计划的因素影响设计与生产计划的因素v设计品质设计品质v材料选择材料选择v设计标准化设计标准化v产品的可靠性产品的可靠性v模块化的设计模块化的设计v制造流程制造流程6 设计与研究开发设计与研究开发设计开发所遵循的原则：设计开发所遵循的原则：简洁设计原则简洁设计原则 切实性设计原则切实性设计原则 功能性设计原则功能性设计原则 经济性设经济性设计原则计原则美观性设计原则美观性设计原则 安全性设计原则安全性设计原则 传达行设计原则传达行设计原则要求要求 数值数值重要性重要性必达条件必达条件涂胶均匀准确涂胶均匀准确钢壳不得划伤损坏钢壳不得划伤损坏机器工作可靠，运转平稳机器工作可靠，运转平稳机器生产率机器生产率允许制造费用允许制造费用40.60只只/min2万元万元最低要求最低要求操作高度操作高度3m距离内噪声强度距离内噪声强度大修周期大修周期自动控制胶体温度自动控制胶体温度850900mm70dB10000工作小时工作小时希望希望占地面积小占地面积小安装、操作、维修简单安装、操作、维修简单运转费用低运转费用低设备造价低设备造价低采用机械传动与控制采用机械传动与控制自动涂胶机设计要求自动涂胶机设计要求方案数N26244功能元功能元功能元解功能元解1 23A钢壳贮存供送钢壳贮存供送B传送钢壳传送钢壳C涂胶方式涂胶方式D取胶方式取胶方式E胶体加热胶体加热F传动方式传动方式G动力源动力源H控制方式控制方式I钢壳旋转钢壳旋转J钢壳输出钢壳输出料斗拨轮料斗拨轮双曲柄平动双曲柄平动涂胶轮涂胶轮柱塞泵柱塞泵电加热电加热机械机械电动机电动机计算机计算机带摩擦带摩擦拨爪拨爪料斗传送带料斗传送带间歇转盘间歇转盘涂胶嘴涂胶嘴胶轮胶轮蒸汽热蒸汽热液压液压液动机液动机单片机单片机橡胶轮橡胶轮顶杆顶杆人工摆放人工摆放顶杆顶杆毛刷毛刷气动气动伺服电机伺服电机运动分配轴运动分配轴绳摩擦绳摩擦轨道轨道涂胶机解的形态学矩阵涂胶机解的形态学矩阵评价评价目标目标比较目标比较目标涂涂胶胶质质量量供供料料通通畅畅性性结结构构简简单单可可靠靠加加工工维维修修生生产产率率价价格格寿寿命命占占地地面面积积自自动动化化噪噪声声ki涂胶质量涂胶质量供料通畅性供料通畅性结构简单可靠结构简单可靠加工维修加工维修生产率生产率价格价格寿命寿命占地面积占地面积自动化自动化噪声噪声11011101031111101033232222143232222133111212133223222133222212144223233133222221144333333330271615211618121871800.1670.150.0890.0830.1170.0890.100.0670.100.0391加权系数判别计算表加权系数判别计算表0.81530.65220.6301Wt经济指标经济指标方方 案案生产成本生产成本H（%）理想成本理想成本H1（%）110801158010080经济价经济价We=H1/H0.7270.6960.8自动涂胶机方案经济评价自动涂胶机方案经济评价We1We2We3Wen作业：作业：n1顾客对衣服欢迎程度的模糊综合评价顾客对衣服欢迎程度的模糊综合评价 某服装厂生产了一种衣服，想了解顾客对这种衣服某服装厂生产了一种衣服，想了解顾客对这种衣服的欢迎程度。因为影响顾客欢迎程度的因素较多，的欢迎程度。因为影响顾客欢迎程度的因素较多，所以采用模糊综合评价来进行评定。影响对衣服评所以采用模糊综合评价来进行评定。影响对衣服评价的因素，主要有服装的花色、样式、价格、耐用价的因素，主要有服装的花色、样式、价格、耐用度、舒适度即评价目标集为度、舒适度即评价目标集为A=花色，样式，价格，花色，样式，价格，耐用废，舒适度耐用废，舒适度)相应权重集相应权重集W(0.I，0.1，0.15，0.3，0.35)评价集评价集K=很欢迎，欢迎，一般，不欢迎很欢迎，欢迎，一般，不欢迎n对花色这一属性得出单因素评价结果是：很欢迎对花色这一属性得出单因素评价结果是：很欢迎的占的占20，欢迎的占，欢迎的占50一般的占一般的占30不欢迎的不欢迎的占占0。n相应的样式属性为相应的样式属性为10%，30%，50%，10%n相应的价格属性为相应的价格属性为0%，10%，60%，30%n相应的耐用度属性为相应的耐用度属性为0%，40%，50%，10%n相应的舒适度属性为相应的舒适度属性为50%，30%，20%，10%n 结构设计中，查得某构件的安全系数结构设计中，查得某构件的安全系数k应在应在1.53.0之间取值，并知道与此构件相关的：设计水平之间取值，并知道与此构件相关的：设计水平较高，制造水平一般，构件材料较好，构件非常较高，制造水平一般，构件材料较好，构件非常重要。试用模糊评价法确定此构件的安全系数取重要。试用模糊评价法确定此构件的安全系数取何值为好。何值为好。提示：影响安全系数的属性集提示：影响安全系数的属性集A=设计水平，制造设计水平，制造水平，构件材料，构件重要程度水平，构件材料，构件重要程度 各属性权重为各属性权重为W=0.26，0.20，0.24，0.30 评价集评价集K=1.5，1.8，2.1，2.4，2.7，3.0单因素评价集为：单因素评价集为：