自然辩证法-第十章技术认识与技术方法.doc

第十章 技术认识与技术方法
第一节 现代技术认识的特点
• 一、 科学研究与技术开发过程和科学、技术、工程的融合
• 1、 ①R＆D（科学研究与技术开发：研究与开发）：为增加知识的总量，以及运用这些知识去创造新的应用而进行的系统的、创造性的工作。它是科学、技术、生产一体化的核心，一般由以下三个环节构成：基础研究、应用研究和开发研究。
• ⅰ基础研究：对物质世界客观规律的探讨
• ⅱ应用研究：技术原理的提出或基于原理的技术发明，其目的是创造新技术、新工艺和新产品
• ⅲ开发研究：在科学研究的基础上，在现实中运用并发展应用研究成果，选择和寻求各种形式的技术原理、方法及工艺方案，使这些方案能在社会生产、生活和经营管理中加以运用
• 可以把以科学理论为基础、从应用科学到技术开发的过程分解为以下三个阶段：
• ⅰ在科学理论的基础上形成技术理论，即形成人工自然的理论与方法。
• ⅱ根据技术科学的理论与方法，设计制造出产品与工艺，即通过技术理论的实施制造出人工自然。
• ⅲ把新产品或新工艺应用于社会经济，即技术理论的应用。
• ★其中第一阶段为应用研究，第二阶段和第三阶段为开发研究。
2、工程
• ① 工程：人们综合运用科学的理论和技术的方法与手段（工程理论），有组织、系统化地去改造客观世界的具体实践活动，以及所取得的实际成果（工程实践）。
工程与技术的联系与区别
• ⅰ工程一般强调的是改造自然的实践活动的实施过程，尤其指有较大规模且有着复杂的组织系统的实践活动的实施过程；而技术虽然也指技术活动，但对技术活动的规模没有要求，而且往往强调的是技术活动中的手段和方法。
• ⅱ任何一项工程都包含了若干数量的技术活动，
• ⅲ技术与工程不可分离，没有不依托于工程的技术，也没有不运用技术的工程。技术是工程的支撑和基础，工程是技术的载体和应用
• ⅳ工程的发展大大扩展了技术使用的范围，推动了技术革新的步伐。
二、技术认识与科学认识的区别
• ★技术认识：它着重于对技术发明和创新的认知过程、结果及其评估的探讨和技术应用后果的哲学反思，是技术创新的认识论和方法论，工程技术的认识论和方法论，技术开发的认识论和方法论。

• 1、认识目的不同：求真与求善
• 2、认识对象不同：科学的认识的对象是天然自然包括自然物和自然过程；技术认识的对象是人工自然包括人工物和人工过程。
• 3、认识过程不同：科学认识的过程是从个别到一般从经验到理论的过程（观察与实验→假说→检验→理论→在实践中对理论的检验）；技术认识的过程则是从一般到个别的过程（以一定科学理论为基础并发挥想象力建构出技术理论→对技术理论进行小范围的试验得到构想的客体→将其与理论对照、比较）

• 4、解决的问题不同：科学认识要解决的是从科学实验到科学理论的问题，解决认识论的第一个飞跃：“是什麽”和“为什麽”的问题；技术属于认识论中从理论再回到实践的阶段，技术要解决的问题是如何实现从精神生产力向现实生产力的转化，解决认识论中第二次飞跃：“做什麽”和“怎麽做”的问题。

三、 技术认识的基本程序
• ★《科学政策概要》（世界经济合作与发展组织，1987）：技术的发展包括技术发明、技术创新和技术扩散“三种相互重叠又相互作用的要素的综合过程” 它和解决任何其它问题一样，都要经过提出问题、寻求解决的方案和方法、实现解法以及检验等各个阶段。这些阶段可以具体化为以下三个环节

• 1、 课题规划：包括通过对社会需求的调查而提出技术目的并对技术发展及其后果作出预测、评估等环节。
• 2、 方案的构思与设计
• ① 方案的构思：其任务在于寻找在既定的限制条件下满足课题要求的新方案，包括提出技术原理和解决问题的基本思路。
• ② 方案的设计：它的任务是通过概略设计、技术设计到施工图设计的从抽象到具体的发展阶段，把经由创造构思得到的设想或方案具体化，拟定出具体的可供实施的技术方案。
• 3、试验与实施：是根据技术设计提供的详细图纸和技术文件所进行的产品的研制、小批量生产、技术鉴定和正式投产等环节的工作。

• ★ 需求→技术发展预测→技术目的的设定
• →技术后果评估→技术原理构想→技术方
• 案设计→技术方案评价→技术研制→技术
• 试验→技术鉴定→实施
四、技术方法的特点
• 1、 技术方法：人们在技术的研究和开发过程中所利用的各种方法、程序、规则、技巧的总称。
工程技术方法的一般程序
• 2、 技术方法与科学方法的联系
• ① 由于科学与技术的关系日益密切自然科学中的方法（观察、实验、分析、综合、归纳和比较等）被移植到技术研究中使技术方法成为了复杂的体系。
• ② 技术方法与科学方法属于同一层次的方法，它们有共性和相通的一面：以自然规律的认识为前提、应用已有的成果、以实践为基础、具有可操作性和规则性，选题的原则类似、检验的方式相同等。
3、 技术方法区别于科学方法的特点
• ① 目的性与客观性
• ⅰ技术方法与一定的目的相对应。目的性表明技术方法的应用是以达到目的为前提和归宿的。
• ⅱ技术方法具有客观性，它以与客观因果性相符为前提。
• ② 功利性与折中性：
• ⅰ技术方法具有功利性，它协助技术活达到预先设计好的主观愿望，这决定了技术方法的评价以有效和无效为目的。
• ⅱ技术方法具有折中性，人们在追求技术活动的最大效用的同时还要考虑投入产出的合理化、环境与人的智能的合理化等尽量达到近期功利与远期效益的、经济利益与社会利益的多方面调和，技术方案或措施的选择要根据具体应用条件进行适当的折中。

• ③ 多样性与专用性
• ⅰ技术方法具有多样性：人们可以用多个不同的可相互代替的方案或方法实现同一技术目的；同一性质的技术原理可以转化为多种多种类型的工艺方法或技术产品；一种技术方法使用于一种或多种技术装置，一种技术装置需要多种操作方法。
• ⅱ技术方法具有专用性：不同的技术领域或技术问题有自己特有的技术方法，技术方法的使用有时甚至会打上个人的烙印。
• ④ 社会性与综合性
• ⅰ技术本身具有自然和社会二重属性，因此技术方法中有对社会规律的适应，在技术方法的选择和应用中，必须考虑各种社会因素。
• ⅱ技术方法具有综合性：在技术研究中，必须把在科学研究中被舍弃的因素和关系恢复起来，并在技术设计和研制中，对可能出现的各种偶然因素进行综合考察。

第二节 技术的预测和评估
• 一、 技术预测
• 1、 技术预测及其基本步骤
• ① 技术预测：把预测科学应用于技术领域，对技术的未来特性、趋势或对有用的机器、过程的推测。是科学管理的重要组成部分，主要研究技术发展的变迁规律。出现于19世纪40年代（研制费用昂贵、平行作业的需要），各国政府科技管理部门和经济管理部门规划决策的依据和重要内容，是企业和科研机构内的管理人员和专业人员从事管理活动和科研活动的依据。（预测： 预报未来的某些事件和情况）
技术预测的产生与发展

• 20世纪30年代，技术预测首先出现于开美国出现。第二次世界大战期间技术预测得到了广泛应用，尤其是空军和海军已经利用技术预测来制定科技计划。
• 兴于美国的技术发展趋势预测很快为其他发达国家所运用，经历了“始于美国→日本改进→欧洲跟进→世界各国开始加入”的发展历程。
• 日本科技厅于1971年开始，每5年进行一次大规模技术预测调查，目前正在进行第七次调查。其宗旨是从长远观点出发，对未来30年的技术发展进行预测，从众多有希望的技术发展成长点中，比较科学地捕捉重点。其预测结果不仅广泛应用于政府制定科技发展战略和计划之中，而且为企业、高校和研究机构提供了未来技术发展的全面信息。
• 德国首次进行的德尔菲调查是1992年与日本联合开展的，目的是与日本进行结果比较。第2次技术预测调查于1998年完成，共有2000多位来自企业、服务业、管理层、高校和研究机构的专家和专业技术人员参加了调查，涉及12个领域的1000多项技术。
• 英国于1994年首次开始国家级技术预测，对16个行业未来10～20年内的发展趋势进行了全面评价和分析，其重点放在技术发展和市场需求的结合上。1999年英国开始新一轮技术预测，这次预测主要强调竞争力优势，生活质量提高和可持续发展三个方面，其主要参与者除学者和行业人员外，还有政府和社会风险投资者。
• 法国工业部在1994～1995年实施了第一次技术预测调查，专家组根据市场、战略、科学、技术和工业等方面的综合指标，确定了今后研究开发的136项关键技术。
技术预测的定义与作用
• 技术预测定义
• 技术预测这一概念的提出应当归功于美国的林茨（R. Lenz）。1959年，他在一篇关于技术进步定量测量的论文中，首次提出了技术预测的概念。
• 技术预测的定义包含如下含义：
• (1)  必须对未来科学和技术进行系统研究
• (2)  预测的时间跨度应该是长期的，可能为5～30年，通常为10～15年
• (3)  预测是研究者、用户和政策制定者之间相互咨询和相互影响的过程，而非单纯的技术研究
• (4)  预测的目的之一是及时确定对经济和社会的许多方面带来巨大好处的新的技术群，这些技术目前仍然处于前期研究阶段，通过投入可以得到快速发展
• (5)  预测的另一目的在于战略研究，如特定的基础研究可以为解决目前乃至将来所遇到的实际问题提供坚实的知识基础
• (6)  必须考虑新技术对社会的影响（好的或不好的），而不仅限于对工业和经济的作用
技术预测的作用
• ①为政府职能部门制定国家科技政策和发展战略，选择优先发展领域，确定研发资金投入等方面提供依据
• ②为产业技术升级和企业制定发展战略提供技术信息
• ③指导本国的研究开发活动，广泛吸引社会各方面的人力和资金，加大对有潜在前途技术项目的研发力度
• ④大大促进社会各方面的合作与交流，加强政府、研究机构、企业和高校之间的沟通能力，从而形成充满活力的技术创新网络
技术预测的方法、程序与原则
– 技术预测的分类与方法
– 按照不同的标准，从不同的角度，可以将技术预测分为不同的类型
– （1 ）定性预测和定量预测
• 定性预测主要指研究和探讨技术预测对象在未来所具有的质的规定性，如技术系统发展的总体趋势；技术发明和应用的各种可能性及其造成的影响等等
• 定量预测指研究预测对象的量的规定性，如技术未来发展的规模、速度、水平等
• （2）短期、中期、长期预测。
– 在实际的技术预测过程中，考虑技术发展变化的复杂性及预测的精度
– 一般预测期限在5 年以内的为短期技术预测
– 5—15 年为中期技术预测
– 15 年以上为长期技术预测
• （3）规范性预测和探测性预测
– 规范性预测指预先确定某一技术的发展目标，并以此为规范预测能够达到这个目标，达到目标所需的时间以及达到目标所需的条件和过程
– 探测性预测则指通过预测对象的有关历史和现状的分析得到预测对象从过去到现在的发展趋势，然后以一定的方法延长到未来，以探测技术未来发展的可能性及发展变化情况
预测方法分类
• （1）类比性预测方法
• 类比性预测方法有称类推法，是利用两个技术系统具有相同或相似的特征，已知其中一个的发展变化过程（先导技术），根据类推原则，用来类推另一种技术系统的发展趋势（类推预测）
• 。
预测方法分类
• （2）归纳性预测方法
• 归纳性预测方法是利用若干个别的预测判断和陈述，概括出关于未来的普遍的判断和陈述。
• 由于技术预测的归纳性，预测往往属于不完全归纳推理，特别是作为归纳基础的个别判断和陈述本身也是一种预测，因此由归纳推理得到的结论也具有或然性。
• 特尔菲法或称专家集体预测法，就是一种典型的归纳推理预测法。为了使归纳预测法取得正确的预测结果，需要有限度地增加征询和收集专家意见的轮次，并认真筛选被征询的对象，以增加材料的全面性和可靠性。
• （3）演绎性预测方法
– 演绎性预测方法是根据有关预测对象的历史和现状资料，选取一个恰当的数学模型，运用数学方法求解所选预测模型的待定系数，从而得到一条表示预测对象发展趋势的曲线，据此进行外推就可以得到预测对象发展趋势未来发展的技术特征
– 常用的演绎推测法有趋势外推法、计算机模拟法等。这类方法都是根据一定的规则、原理或数理逻辑而进行的演绎推理过程。为了使演绎推理预测法能取得正确的结果，首先要选定的前提正确；其次还要注意外调的边界。超过边界极限，就会使预测失掉可靠性
• ② 技术预测的基本步骤：
– ⅰ 提出课题和任务
– ⅱ 调查、搜集和整理资料
– ⅲ 建立预测模型：
– ⅳ 确定预测方法
– ⅴ 评定预测结果
– ⅵ 将预测结果交付决策
技术预测的基本原则
• 无论自然界或社会的现象和事物都存在着内在的联系，它们的产生和发展都按照一定的规律进行着。为了对技术发展的未来做出科学预测，人们在进行技术预测的实践过程中，根据技术发展的规律，认识到需要遵循以下几个原则：
• （1）惯性原则
• 趋势外推法、回归分析法等预测方法，都是建立在惯性原则基础上的。
• （2）类推原则
• （3）相关原则
• （4）概率推断原则
HDD发展趋势
二、技术评估

• 1、 技术评估及其特点
• ★ 技术评估：采用科学方法预先从各个方面系统地对相关技术的利弊得失进行综合评价的活动。其主要的目的为：系统地确定技术在开发、引进、扩散、转移、改造和社会应用等一系列过程中可能对社会的各个方面产生的影响，并对这些影响及后果进行客观、公正的评价，为决策部门提供咨询和建议，以便技术朝着趋利弊害的方向发展。
• ★ 技术评估是一种与技术有关的社会宏观决策活动和政策研究形式，它以社会总体利益最佳化为目标，着眼于人与技术的关系，着眼于长期的、重大的、全局性的问题。

• 技术评估的特点：
• ① 评估内容的系统性：评估内容全面系统
• ② 评估主体的多学科性：需要多种学科领域的通力合作，要求变多学科的研究模式为跨学科的研究模式。
• ③ 评估对象的广泛性：对象包括：自然技术、社会技术、有关法规的制定、社会制度的理想状态、技术规划、技术政策等。
• ④ 评估方案的可操作性：从多方面进行审定和可行性分析，提供适合于实践的具体方案、策略和规划，具有较强的可行性。
• ⑤ 评估过程的动态性：技术评估经常要随着研究工作的进展而对研究内容进行相应调整；同时，逐渐从预警性评估转向建构性评估。
• ⑥ 评估视野的开阔性：技术评估不仅对技术作用的效果进行预测分析，而且直接作用于技术开发、创新、应用的全过程；不仅关系到技术的直接的经济效益，而且关注技术的间接的、潜在的、重大的全局性问题。对目标的评估是客观的描述性和主观的规范性、兼顾近期利益和长远利益的有机统一
2、 技术评估的程序
• ① 调查研究：收集评估对象的资料、背景资料等，确定评估报告的限定的评估范围是否合理。
• ② 寻找影响：寻找影响，明确影响的因果关系。
• ③ 影响分析：对影响的性质、程度、内容、真实性、规模等进行分析，进一步明确因果关系。

• ④ 排除非容忍性影响：对各评价项目进行逐个判断、按其程度的不同从总体上逐个归纳，最后按它们恶劣程度、相关程度、频度和范围等因素进行判断，排除非容忍性影响。
• ⑤ 制定改良方案：根据以上分析采取对策，特别是对消除非容忍性影响的对策。
• ⑥ 综合评价，明确被选方案：在此前工作的基础上进行综合归纳，作出总体评价，权衡利弊对技术作出合理原则。
3、 技术评估的常用方法
• ① 矩阵技术法 ：从系统的整体观念出发，站在事物普遍联系的高度，对事物进行全面认识和合理评价，分析事物与各种因素之间的相互关联性。可分为：相关矩阵法和交叉影响矩阵法。
• ② 效果分析法：其评估重点是技术的未来效果。常用的方法是：效果费用分析法和模糊综合分析法。
3、 技术评估的常用方法
• ③ 多目标评估法：主要有折中评价法、化多目标为单目标法、功效系数法。其主要思想为：综合考虑技术的多种相互矛盾的目标（质量少、成本低、产量高、污染少等）
• ④ 技术再评估法：在技术开发之后进行再评价的一种方法，评估对象为已开发的或需要推广的技术。
案例与思考1：绿色设计的评估指标体系
案例和思考2：阿斯旺水坝告诉我们什么？
• 在人类的生产活动中，对生态环境的影响最为巨大和深远的当数大型水利工程，它不但改变了当地的水文地貌，而且还改变了局部的气候小环境。它的影响带来的生态变化是长期缓慢的，而且很多是隐形不易察觉的。
• 在实际的水利工程设计时，我们总是根据已有的知识对即将建设的水利工程可能产生的生态负面影响进行预测与评估，同时采取各种相应的措施来进行补救，但是当水利工程建设完成并投入运行后的漫长时间里，我们总会发现许多生态负面影响是我们在设计时没有考虑完善甚至是根本没有考虑到的。这种情形在一些超大型水利工程中表现尤为明显，埃及的阿斯旺大坝，其是水利史上生态负面影响的代表。
• 历史上，尼罗河的定期泛滥给埃及社会发展的影响是极其深远的，在与其斗争的漫长岁月里，埃及人发明了先进的测量方法，然而洪水的定期泛滥带来的居民的搬迁以及洪水对基础设施的破坏，这些在人力物力上的损耗是巨大的，这在现代文明的发展中尤显突出。如何一劳永逸地解决尼罗河泛滥问题？
• 于是产生了修建一座大坝来调节洪水的提案
对阿斯旺大坝工程的预评估
• 大坝的建成将带来如下益处：
– 1 、解决洪水泛滥问题，在洪水期大坝把上游来的洪水拦蓄水库内，而在枯水期，又可以开闸放水，这样可以使得尼罗河的水流基本保持稳定，免除了下游洪水泛滥之苦；
– 2 、大坝的建成在上游形成了巨大的水库，不但大大提高了尼罗河的通航里程和航运质量，而且可以开发丰富的旅游资源；
– 3、利用水力发电能提供巨大的国民生产发展所急需的廉价的动力资源；
– 4、极大地提高农田的灌溉面积，大力促进了农业生产。

• 在如此大的社会经济效益下，修建大坝的提案获得通过

阿斯旺大坝工程的益处
• 1960年，阿斯旺大坝工程破土动工，历时10年，耗资10亿美元，于1970年完工。修成后阿斯旺大坝它高111米，库容1690亿立方米，可灌溉约77万平方千米农田，装机容量210亿千瓦，如保证并扩大了农田的灌溉面积，它确实如人们所期望的那样带来了巨大的效益，例如它为工农业生产提供了巨大的动力资源，有效地防止了旱涝灾害，改善了尼罗河的航运条件等等。
阿斯旺大坝工程的负面效应
• 但是，随着时间的推移，工程的负面影响逐渐地显露出来。尼罗河定期泛滥把泥沙淤积在下游两岸使土地肥沃，但是大坝建成后，泥沙淤积于库内，使得下游土地逐渐变得贫瘠，人们开始使用化肥、除莠剂、杀虫剂等等，但单产还是减少，而且加剧了尼罗河的污染。
阿斯旺大坝工程的负面效应
• 大坝建成后由于泥沙基本淤积在库内，尼罗河口淤积与海岸侵蚀之间的平衡被打破，海岸线迅速后退，岸边许多村庄被淹没，同时河口生态链被打破，鱼类丧失了主要的食物来源，一些鱼类慢慢地在这里绝迹。
阿斯旺大坝工程的负面效应
• 大坝建成后，水文状况发生变化，往昔流动不息地尼罗河如今变成静止的湖泊，为钉螺和疟疾等病原体中间宿主和直接媒介物的大量繁殖提供了良好的条件。据统计，水库一带居民吸血病的发病率约为80％，部分三角洲地带几乎高达100％。对当地居民的健康造成严重的威胁。
• 阿斯旺高坝的建成给埃及带来了巨大的社会经济效益，但是阿斯旺高坝对尼罗河的生态负面影响在高坝建成后几年甚至十年以后也慢慢地凸显出来，埃及政府为此投入了相当大的人力物力进行相应的补救。但是，对于一个已经打破平衡的生态系统，无论怎样是无法再回到其原来的平衡状态的。
• 阿斯旺高坝的得失到底如何？它所得到的社会经济效益和付出的生态环境代价相比是否合算？值得我们深思。
案例与思考3：关于三峡工程论证中的若干问题
• 我们以清华大学水利系张仁教授在《来自科学技术前沿的报告》的文章“三峡工程论证中的若干问题”为主：
– 长江三峡工程规模巨大，影响深远，它的建设受到国内外各界人士的关注和重视。
• 论证主要集中在：
– 三峡工程的水库是否有可能因泥沙淤塞而报废？运用“蓄清排浑”技术方式解决。
– 修建三峡工程可否造成洪水搬家，淹没四川盆地？经过计算不会造成这样的问题。
– 三峡工程移民数量（72万）很多，环境容量不够的问题如何解决？
– 三峡工程如果遭受战争破坏，可否造成长江中下游的毁灭性灾害？水量为长江年径流的5%。在有核战争期，可以迅速放空水库。
• 三峡工程对生态和环境究竟如何？有利有弊。如可以减少洪水灾害对长江中下游生态与环境的破坏；增加长江枯水径流；减缓洞庭湖的泥沙淤积；水库移民和城镇搬迁；部分古迹淹没；自然景观和水生生物生活条件有所改变；

第三节 技术方案的构思和设计
• 一、 技术方案的构思方法
• ★ 技术方案的构思：寻找在既定条件下满足课题需要的新方案，包括提出技术原理和解决问题的基本思路。

• ①原理推演法：从科学发现的普遍规律和基本原理出发，推演技术科学和工程科学的特殊规律，形成技术原理。
• ②实验提升法：直接通过科学观察和实验所发现的自然现象，作出理性思维的加工与提升，产生新的概念或原理的方法。（电磁感应实验与电机技术原理）

• ③智力激励法（智囊团法；头脑风暴法）：召集有目标明确的议题的十人以下的小型会议，引起和强化创造性思维的共振效应，从而构想出各种可能的发明设想和技术方案。
• 原则：
– ⅰ提倡每个成员自由思考，大胆创新
– ⅱ讨论时对见解不做结论、不批评不反驳
– ⅲ方案越多越好
– ⅳ提倡将已提出的方案有机地结合地成新方案。

• ④移植综合法：将在某个技术领域中已经发现的技术原理移植应用到其它技术领域中并进行综合，形成新的技术和方法。
• ⑤检验表法（设问法；校核目录法）：列出一系列问题，然后逐一核对讨论，从中获得解决问题的方法和创造发明的设想。
二、技术方案的设计及其方法
• ★技术设计：产品投产或工程实施之前，提供产品制造和工程施工的全部图纸和技术文件，是技术创造的链条中观念建构的最后一步。它的任务是通过概略设计、技术设计到施工图设计的从抽象到具体的发展阶段，把经由创造构思得到的设想或方案具体化，拟定出具体的可供实施的技术方案。
1、技术方案设计的分类

• ① 工程设计：运用科学技术知识和实践经验，根据预定项目的需要以及环境限制条件，创造技术开发的构思图纸和说明书的有目的的活动。
• ② 工业设计：其对象是工业社会中一切人造物以及人的作用面和感知面，包括：人机界面、人物界面、各种用品的使用表面以及对人的感官和思维产生作用的 表面。工业设计不仅能塑造产品外形，更主要的是表现出设计道德伦理和解决一系列问题；使用界面的可用性、工业大生产的工艺过程、成本价格、文化可接受性、生态原则等。
• ③ 环境设计：以一种创新的方式去规划人类生产和生活的空间与未来，主要解决创造空间问题，涉及城市设计、城市规划、建筑设计和市内设计等。它创造着与人的生活密切相关的大部分人工环境。
工程设计的三个主要特征
• 约束性。工程设计由于要满足社会需要和技术目标所规定的条件，所以，设计的选择要受到多种因素的限制和约束。
• 多解性。设计既然要受到自然、科学、技术、生产、社会、经济等多种因素的制约、这些因素又经常处于不断变化的过程之中。随着时间的推移，科学技术的发展，经济的和劳动力市场的以及社会需要的变化，本质上相同的问题往往要采取不同的解决方法。
• 相对性。这是指任何一个设计的结论都是相对准确的，而不是绝对完备的。设计的相对性是从认识论的角度讨论设计结论的精确性。从方法论的角度看，设计的相对性正是它的实用性的基础。设计正是通过相对性方法降低了解决问题的难度，使自己成为把技术原理物化为技术实体的桥梁。
工程设计的特点
– 有目标的——指设计者头脑中有明确目标；
– 有多种形态的——指任何一个问题的可能解在数量上没有限制，工程师的职责就是在其中选择一个；
– 受约束的——指现实中选择的自由受到许多条件的制约，如规律的限制，经济条件的限制，人的需求，法律的制约，等等；
– 发展演化的——指设计者不断追求完美，以及条件和情形变化对设计产生的影响；
– 或然性的——指设计者所用资料和计算常常带有不确定性因素；
– 进行价值比较的——指设计者在设计中必须考虑设计方案的相对价值和成本；
– 综合的——指设计者必须尽可能进行以上因素综合考虑。
工业设计发展中的流派和组织
有机现代主义的设计作品
以建筑为例看设计思想变迁
想像力
你能想象出这样的建筑吗？

设计师的意念与作品
澳大利亚悉尼歌剧院，1957-1973，建筑师John Uzon在同时满足剧院机能和造型与薄壳结构系统下，隐喻式地塑造出停泊于港湾的“帆船”意象。
孩子的想象
2、技术方案设计的主要方法

• ① 系统设计法
• ★把系统工程的基本原理应用于工程设计，通过系统分析和系统综合等一系列步骤，以寻求整体优化的合理设计方案。其基本原则为：
• ⅰ整体性原则：将对象作为一个有机整体加以对待，从整体与部分、整体与环境的相互制约、相互依赖的关系中考察对象。
• ⅱ综合性原则：要求设计者综合地运用各种技术知识、经济社会知识以及创造技巧，全面协调和处理它们之间的关系，以便实现由综合而创造。
• ⅲ最优化原则：系统思考的基本原则，系统设计的每一步骤都力求经济有效地去保证整体功能的实现，力求优化整体功能。
② 可靠性设计法（概率设计法）
• ★ 可靠性设计法：以可靠性技术为基础的设计方法。可靠性设计，运用数理统计工具处理含有不确定性因素的设计数据，避免了传统凭经验处理不确定性数据时的弊端和选用安全系数时出现的危险和保守性。
• ★ 可靠性技术：为制造尽可能少发生故障的产品所采用的一切方法，以及在运行过程中为避免故障的发生所采取的一切方法。
• 可靠性设计法的基本要求：
• ⅰ以安全可靠性设计代替功能设计，包括：部件可靠性、功能可靠性、运行安全、环境安全和劳动安全等。
• ⅱ在设计中分析并避免工业环境中的各种危险来源和危险操作。
• ⅲ保护技术应当运行可靠并且在必要的情况下具有强制作用。
③ 最优化设计法
• ★ 最优化设计法：对实际存在的各种因素加以分析，经过概括和提炼，保留客观对象生产过程和系统的本质和特点的内容，扬弃无关紧要而又易于混淆的部分内容，建立起代表这一客体模型的过程，包括：直觉优化法、试验优化法和进化优化法。
• ★ 最优化设计法的优点：
• ⅰ可按最化计算方法对较多的参数进行反复调整（其次数不限）
• ⅱ最优化设计以理论分析为主，辅之以实际试验，可大大缩短设计周期，减少人力消耗。
• ⅲ最优化设计在数学上表现为求极大值和极小值的问题，因此可以运用先进的计算机技术解决复杂的巨系统设计中的问题。

举例：廊香教堂
• 法国廊香,1951～53年,建筑师，科布西耶
廊香教堂
廊香教堂内部
• 建筑师运用不同类型的窗洞，营造了迷幻的境界。
廊香教堂的意念：一个被认为最具隐喻意义的建筑

第四节 技术方案的试验和实施
• ★技术方案的试验和实施：技术开发过程中的第三个阶段，是技术方案通过模型、试验、研制向实践转化的阶段。
一、技术试验的特点与类型
• 1、技术试验
• 技术试验：在技术开发和设计、实施过程中为了提高技术成果的功能效果和技术经济水平，利用科学仪器设备人为地控制条件、变革对象，进而对技术对象进行分析和考察的实践活动和研究方法。
一、技术试验的特点与类型
• ② 技术试验与科学实验的联系（技术试验的特点）
• ★ 技术试验与科学实验有着众多共同之处：ⅰ属于认识的实践环节。ⅱ使用科学仪器、设备等物质手段作用于研究对象或在简化各种条件的情况下研究事物的经验方法。
一、技术试验的特点与类型
• ★ 技术试验与科学实验的区别
• ⅰ活动目的不同：揭示客观规律与直接为生产服务
• ⅱ认识过程不同：实验属于变革自然创立科学理论的过程，其最终成果是关于自然界规律性的认识；技术试验属于从科学知识到人工物品的创造过程。
• ⅲ认识对象的范围不同：科学实验主要研究自然物；技术试验主要研究人造物，围绕新技术、新产品、新工艺进行
• ⅳ成功率不同：科学实验的成功率低；技术试验的成功率高。
2、 技术试验的类型

• ① 析因试验：根据技术开发过程中已经出现的结果（主要是偏离预定的结 果），通过试验来分析和确定产生这一结果的原因。
• ② 对照试验（对比实验）：为确定两种或多种研究对象的优劣异同所安排的试验。有两种基本形式：ⅰ在相同条件下比较不同技术对象的异同ⅱ在不同条件下比较同一技术对象。

• ③ 模拟试验（模型试验）：以相似性原则构成模型，通过对模型的研究来间接地原型中的规律性。包括：物理模拟、数学模拟和功能模拟。
• ⅰ物理模拟：以模型和原型之间的物理相似为基础的模型试验的方法。
• ⅱ数学模拟：以模型和原型之间的数学形式相似为基础的模型试验方法。
• ⅲ功能模拟：以功能和行为的相似为基础，模拟具有控制和通讯系统的行为，以创造出功能新颖、系统先进的技术系统。模型本身就是研究目的。

• ④ 中间试验：为了使科技成果转化为实际应用、使实验室内取得的研究成果得以放大或推广为工业规模化生产而进行的实
技术试验的三种类型
（1）实验室试验
• 在科研阶段为了检验技术原理的科学性和可行性，而对原理性样机所进行的试验。
• 科研阶段的主要任务是确定研制目标方案，构思技术原理。要完成这一任务，除了充分调动和发挥技术主体的创造性以外，还需要实验室试验作为必要的手段。技术方案是否可行，技术原理是否科学，只有在实验室试验中才能予以验证和确定。
（2）中间试验
• 科研阶段的成果是原理性样机，还必须通过实验室试验；确定它的科学性和可行性
• 但是，生产中的许多实际间题，如工艺问题、材料问题、社会经济效益问题等都不可能通过实验试验来解决。要使实验室中取得的成果变成实用化的商品，中间必须做大量的“转化”工作
• 中间试验就是为了实现这种转化而进行的一种技术试验。与实验室试验不同，中间试验不是单机试验，而是小批量的实地扩大试验
• 因此，它需要更多的人力、物力和财力，而且其时间周期也较实验室试验长
（3）生产试验
• 在一般情况下，一项技术成果通过中间试验就可直接应用到生产中去。但是，对于那些技术上复杂，生产规模大的全新工艺发展过程，在完成中间试验后，还必须经过以生产为主而又带有试验性的生产试验，才能最后定型。
• 与前两类试验不同，生产试验的重点是放在工艺研究上，它的目的是要使产品具有良好的工艺性。
二、 实施技术方案的程序与方法
• ★技术方案的实施阶段是技术方案经试验确证后，根据设计阶段提供的生产或施工图纸试制新产品或建造技术系统，以获取技术研究与开发成果的过程。包括：在判定实施计划、样机研制、小批量试制、鉴定、试销、正式投产及质量管理等实施阶段。
• 1、 技术方案的实施方法
• ① 特殊实施法：用于解决生产或施工过程中的某些特定的技术问题的方法，仅适用于某个工程技术领域的某个实施阶段。
• ② 一般实施法：解决各个工程技术领域的实施阶段的共性问题，包括：在判定实施计划、样机研制、小批量试制、鉴定、试销、正式投产及质量管理等实施阶段中所利用的一般方法
2、 技术方案的实施程序

• ① 设计者与生产制造和管理人员进行交流与协作，修改设计，完成小批量试制工作。
• ② 进行生产设计：制造工程师结合本企业制造条件，对方案进行必要的变动与改进，以便于更好地加工制造。
• ③ 制定生产作业计划：确定每个零部件的详细制造阶段和工序、规定合适的机器、估算每个制造阶段和工序所用的时间、完成每个制造阶段详细生产图纸的制备等，其核心是选择加工工艺、设备和拟订制造程序。
• ④ 进行生产控制和质量管理：企业资源计划系统技术、产品数据管理技术
3、 技术实施阶段在技术活动中有着重要作用：
• ① 只有在实施阶段通过各种实施方法，在技术方案的设计阶段设计出的图纸才能成为现实的存在物，才能检验设计意图和要求的合理程度。
• ② 只有通过实施阶段运用各种实施方法，才能协调技术开发的五大要素（5M：人、方法、材料、机械和资金）之间的关系，以发挥它们的最佳效果。
• ③ 通过新的技术方案的实施过程，可以相应地对规章制度、生产流程等进一步优化，达到“以建促改”的目的。
• ★ 企业制度的改革
• ★ R＆D的5个目标（5R）：合格的产品、优良的质量、需求的数量、合适的工期和合理的价格