設(shè)計方法學(xué)現(xiàn)代設(shè)計方法教學(xué)課件

1、第一節(jié) 設(shè)計方法學(xué)概述設(shè)計方法學(xué)的涵義設(shè)計方法學(xué)是用系統(tǒng)觀點，考慮自然科學(xué)、社會科學(xué)、經(jīng)濟(jì)科學(xué)等各種現(xiàn)代因素，為獲得質(zhì)優(yōu)價廉有創(chuàng)新的產(chǎn)品，研究產(chǎn)品的一般設(shè)計進(jìn)程、設(shè)計規(guī)律、設(shè)計思維和工作方法、設(shè)計工具的綜合性學(xué)科。設(shè)計方法學(xué)的研究對象（1）設(shè)計對象：能實現(xiàn)一定技術(shù)過程的技術(shù)系統(tǒng)。（2）設(shè)計進(jìn)程（3）設(shè)計評價（4）設(shè)計思維：即創(chuàng)造性思維，其有自身的特點和規(guī)律，通過一定的創(chuàng)造技術(shù)方法激發(fā)。（5）設(shè)計工具（6）現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的應(yīng)用第1頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計技術(shù)系統(tǒng) 完成某個特定功能或職能的各個事物的集合，簡稱為技術(shù)系統(tǒng)。技術(shù)系統(tǒng)可由子系統(tǒng)組成，也可組成超系統(tǒng)。 技術(shù)系統(tǒng)的作業(yè)對象一般分

2、為三大類：物料、能量、信息。完成同一作業(yè)對象需求的技術(shù)過程不同所對應(yīng)的技術(shù)系統(tǒng)也不同。技術(shù)過程確定需以下步驟：（1）根據(jù)信息集約和調(diào)研預(yù)測的資料，分析確定作業(yè)對象及主要轉(zhuǎn)換要求。（2）分析比較傳統(tǒng)理論、現(xiàn)代理論和實踐，確定實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的工作原理。（3）明確實現(xiàn)技術(shù)過程的環(huán)境和約束條件，環(huán)境是與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的外界的總和，約束條件包括經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)條件、技術(shù)條件和社會條件。（4）確定主要技術(shù)過程和其他輔助過程。（5）根據(jù)高效、經(jīng)濟(jì)、可靠、美觀和使用方便等原則，初步劃定技術(shù)系統(tǒng)的邊界，即工作范圍。 第2頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計技術(shù)系統(tǒng) 技術(shù)過程是在人技術(shù)系統(tǒng)環(huán)境這一大系統(tǒng)中完成。技術(shù)系統(tǒng)物料

3、輸入能量輸入信號輸入物料輸出能量輸出信號輸出振動噪聲灰塵振動噪聲灰塵確定人和技術(shù)系統(tǒng)所分別完成的功能確定環(huán)境和技術(shù)系統(tǒng)的干擾與影響第3頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計技術(shù)系統(tǒng)中的信息集約 信息集約旨在對產(chǎn)品相關(guān)信息進(jìn)行收集整理、分析加工，一般由各個部門分工完成。 （1）情報部門負(fù)責(zé)產(chǎn)品的技術(shù)資料及發(fā)展趨勢，專利情報，行業(yè)技術(shù)情報等。（2）開發(fā)部門負(fù)責(zé)產(chǎn)品性能試驗，新材料、新工藝、新技術(shù)，產(chǎn)品性能、規(guī)格、造型，各種標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、設(shè)計方法等。（3）制造部門負(fù)責(zé)提供生產(chǎn)能力、制造工藝設(shè)備、工時及其他相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)等信息。（4）營銷部門負(fù)責(zé)國家產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)品壽命周期分析，市場調(diào)查，需求預(yù)測，經(jīng)營銷售分析，材

4、料和外購件價格與供應(yīng)情況，質(zhì)量和供貨能力，老產(chǎn)品用戶意見分析，事故與維修情況分析。（5）公關(guān)部門負(fù)責(zé)產(chǎn)品和企業(yè)的社會形象，與同行的競爭與聯(lián)合情況分析。（6）社會部門負(fù)責(zé)產(chǎn)品與環(huán)境污染、節(jié)能、資源、動力供應(yīng)等地關(guān)系，產(chǎn)品進(jìn)入社會和退出社會、報廢、升級換代等的效應(yīng)分析。 第4頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計技術(shù)系統(tǒng)中的調(diào)研預(yù)測 調(diào)研預(yù)測一般從市場、技術(shù)、社會環(huán)境及企業(yè)環(huán)境四個方面進(jìn)行。可行性報告 （1）產(chǎn)品開發(fā)的必要性和可能性。（2）目前國內(nèi)外該產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展水平。（3）確定產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能參數(shù)和約束條件。（4）提出該產(chǎn)品的技術(shù)關(guān)鍵和解決途徑。（5）預(yù)期達(dá)到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會效益。（6）預(yù)算

5、投資費用及項目進(jìn)度、期限。 第5頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計方案的系統(tǒng)化設(shè)計 方案的系統(tǒng)化設(shè)計是把設(shè)計對象看做一個完整的技術(shù)系統(tǒng)，然后用系統(tǒng)工程的方法對系統(tǒng)各要素進(jìn)行分析和綜合，使系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)一致，并使系統(tǒng)與環(huán)境協(xié)調(diào)，以獲得整體最優(yōu)設(shè)計方案。 功能分析設(shè)計法是系統(tǒng)化設(shè)計中探尋功能原理方案的主要方法，具體的原理方案設(shè)計步驟為： 第6頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計設(shè)計任務(wù)求總功能總功能分解為功能元功能元求解元理解組合評價與決策最佳原理方案設(shè)計要求表黑箱法功能樹、功能結(jié)構(gòu)圖創(chuàng)造性方法、目錄法、調(diào)查分析法形態(tài)學(xué)矩陣法各種評價方法分析綜合評價決策第7頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計功能分析 技術(shù)系

6、統(tǒng)由構(gòu)造體系和功能體系構(gòu)成，建立構(gòu)造體系是為了實現(xiàn)功能。功能分析階段的目標(biāo)是通過分析，建立對象系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，通過局部功能的聯(lián)系，實現(xiàn)系統(tǒng)的總功能。 功能是對技術(shù)系統(tǒng)中輸入和輸出的轉(zhuǎn)換所作的抽象化描述。用抽象的概念來表述系統(tǒng)的功能，才能深入識別需求的本質(zhì)，辨明主題，發(fā)散思維，啟發(fā)創(chuàng)新。 總功能逐步分解為比較簡單的分功能，一直分解到能直接找到解法的功能元，形成功能樹。第8頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計功能原理設(shè)計 將總功能分解成一系列功能元之后，即可按以下程序確定原理方案：1.選用或創(chuàng)造不同的技術(shù)過程實現(xiàn)同一功能；2.選用不同的運(yùn)動規(guī)律對應(yīng)不同的功能；3.選用不同的工作原理、不同的機(jī)構(gòu)滿足同一

7、功能要求。4.選用或創(chuàng)造不同的機(jī)構(gòu)及組合實現(xiàn)同一工作原理；5.將求得的功能元的元理解按照功能結(jié)構(gòu)合成總功能原理解；6.從多個可行總功能原理解中選出最佳原理方案。第9頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計功能元求解方法 功能求解是方案設(shè)計中重要的“發(fā)散”、“搜索”階段，主要解法有：1.參考有關(guān)資料、專利或相似產(chǎn)品求解；2.利用各種創(chuàng)造性方法開闊思路探尋解法；3.利用設(shè)計目錄求解。第10頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計功能元求解 功能元的求解過程是選擇實用的科技工作原理，構(gòu)思實現(xiàn)工作原理的技術(shù)結(jié)構(gòu)即功能載體。1、選擇工作原理：采用發(fā)散思維，機(jī)械設(shè)備的設(shè)計部應(yīng)局限于機(jī)械學(xué)的范圍，電子學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、

8、仿生學(xué)均可用于解決機(jī)械設(shè)計的原理問題。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用能設(shè)計出新一代的創(chuàng)新產(chǎn)品。2、構(gòu)思功能載體：一般采用以下方法構(gòu)思完成某個功能元的功能載體：檢索：在各種設(shè)計目錄、信息庫、手冊等設(shè)計工具中進(jìn)行檢索，尋求最優(yōu)載體。集成：把不同的特性、功能、技法等綜合集成，產(chǎn)生新功能載體?？s放：例如縮小的微型機(jī)器人。變換：電動機(jī)的部分矽鋼片變換為永磁材料，產(chǎn)生了相應(yīng)特性大大提高的控制電動機(jī)。第11頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計方案綜合功能原理方案綜合常用形態(tài)學(xué)矩陣。功能元功能載體aa1a2akbb1b2bkblnn1n2nknlnm 形態(tài)學(xué)矩陣反映出解決問題的方案有很多，必須應(yīng)用創(chuàng)新的先進(jìn)技術(shù)篩選出1-2

9、個可行的功能原理方案作為技術(shù)設(shè)計方案。第12頁，共40頁。第二節(jié) 系統(tǒng)化設(shè)計設(shè)計工具1.設(shè)計目錄：提供與設(shè)計進(jìn)程有關(guān)的信息，如物理效應(yīng)。作用原理、構(gòu)型方法等，一般有分類、主體、檢索三部分組成。根據(jù)內(nèi)容不同，設(shè)計目錄可分為：（1）對象目錄-提供有關(guān)物理、幾何、材料、工藝等設(shè)計對象的知識和信息。（2）作業(yè)信息-提供各種單項設(shè)計工作步驟和工作過程及使用條件和判斷準(zhǔn)則。（3）解法目錄-列入特定功能、任務(wù)或附帶一定的邊界條件。2.知識庫（1）數(shù)據(jù)庫-各種物理效應(yīng)、功能載體、技術(shù)參數(shù)等以數(shù)據(jù)庫的形式存入計算機(jī)供檢索。（2）設(shè)計詞典-按某種設(shè)計要求編詞典。（3）手冊-各種設(shè)計手冊。第13頁，共40頁。第三節(jié)

10、 評價決策評價目標(biāo)樹 工程設(shè)計的各個階段，對多種方案都要進(jìn)行評價決策，逐步優(yōu)化。評價目標(biāo)一般有三個方面：技術(shù)目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、社會目標(biāo)。每階目標(biāo)均對應(yīng)相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，且子目標(biāo)加權(quán)系數(shù)之和等于上一級目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)。q1b1b2bq2q11b11q12b12q21b21q22b22b23q23總目標(biāo)一級子目標(biāo)二級子目標(biāo)第14頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價目標(biāo)樹 對目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行評價時，最末一級子目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)滿足： 確定加權(quán)系數(shù)的方法有兩種：經(jīng)驗法和計算法。第15頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 （1）評分法：用分值作為衡量方案優(yōu)劣的尺度，如有多個評價目標(biāo)，則先分別對各目標(biāo)進(jìn)行評分

11、，經(jīng)過處理后再求得方案的總分。一般用10分制或5分制，以0-5分或0-10分表示，對應(yīng)的中間值可用直線插入法求得。10分制012345678910不能用缺陷多較差勉強(qiáng)可用可用基本滿意良好很好超目標(biāo)理想5分制012345不能用勉強(qiáng)可用可用良好很好理想第16頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 性能電池0.80.5壽命電壓0.3以電池為例從成本、電壓、壽面三方面進(jìn)行評價成本0.2評價目標(biāo)成本電壓壽命理想值1.69.1120優(yōu)等值2.08.9100及格值3.28.685加權(quán)系數(shù)0.20.30.5實際值A(chǔ) B C2.49.01002.28.61101.68.990第17頁，共40頁。第三節(jié)

12、 評價決策評價決策的具體方法 153.21.6根據(jù)左圖可得出A、B、C三種電池的成本的評價分成本評分同樣可以依據(jù)相似的圖得到電壓和壽命的評價分，在依據(jù)相應(yīng)的總分計算規(guī)則得到A、B、C三種電池的評價分。第18頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 例：用加權(quán)計分法對某種手表的三種設(shè)計方案進(jìn)行評價。解（1）根據(jù)設(shè)計要求建立評價目標(biāo)樹1 1手表0.2 0.2外觀0.2 0.2成本0.6 0.6性能0.5 0.3計時0.17 0.1防水0.08 0.05防磁0.17 0.1防震0.08 0.05夜光第19頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策解（2）評分及計算總分 確定評價目標(biāo)，建立評價目標(biāo)矩陣：

13、確定各評價目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)： 確定計分標(biāo)準(zhǔn)并寫出評價目標(biāo)評分值矩陣：第20頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策解（2）評分及計算總分 求加權(quán)分值矩陣，計算各方案分值： 評選最佳方案： R1分值最高，即為最佳方案。第21頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 （2）技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評價法：先評出方案的技術(shù)價Wt和經(jīng)濟(jì)價Ww，然后用相對價W和Wt 、Ww構(gòu)成平面坐標(biāo)系作出優(yōu)度圖，對方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評價。00.80.60.40.21.00.20.40.60.81.0技術(shù)價Wt經(jīng)濟(jì)價Ww123第22頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 （2）技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評價法技術(shù)評價分值根據(jù)目標(biāo)樹計算確定各

14、目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行計算：第23頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 （2）技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評價法經(jīng)濟(jì)評價分值根據(jù)理想的制造成本和實際制造成本求得：理想制造成本設(shè)計任務(wù)書允許制造成本實際制造成本第24頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 （2）技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評價法計算得到技術(shù)分值和經(jīng)濟(jì)分值后，根據(jù)直線法或拋物線法求得技術(shù)經(jīng)濟(jì)總分值：直線法：拋物線法：第25頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策評價決策的具體方法 （3）模糊評價法：利用集合論和模糊數(shù)學(xué)將模糊信息數(shù)值化后進(jìn)行定量評價。具體步驟為：（a）根據(jù)評價目標(biāo)及其加權(quán)系數(shù)建立評價目標(biāo)集和加權(quán)系數(shù)集；（b）根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)建立評價集；（c）求出

15、各方案評價目標(biāo)對于不同評價標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度，建立個方案的模糊評價矩陣；（d）按一定模型合成模糊矩陣，求出考慮加權(quán)的綜合模糊評價，折算為按百分比表示的隸屬度；（e）用最大隸屬度原則評價方案優(yōu)略順序，決策采用何種方案。第26頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策例：用模糊評價法對洗衣機(jī)的三種設(shè)計方案進(jìn)行評價。解（1）根據(jù)設(shè)計要求建立評價目標(biāo)樹洗衣機(jī)0.3性能0.2社會性0.5經(jīng)濟(jì)性0.7 0.2洗凈度0.3 0.1損衣度0.6 0.3價格0.4 0.2運(yùn)行費用0.5 0.1外觀0.5 0.1噪聲0.5 0.1耗水量0.5 0.1耗電量第27頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策解（2）對三種洗衣機(jī)進(jìn)行模糊評價 確定評

16、價目標(biāo)集： 確定各評價目標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)集： 確定三種洗衣機(jī)的模糊評價矩陣：第28頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策 確定三種洗衣機(jī)的模糊評價矩陣：第29頁，共40頁。第三節(jié) 評價決策加權(quán)系數(shù)矩陣：加權(quán)綜合模糊評價：解（3）決策：方案L、J總評為良，方案T總評為中，排序為L，J，T。第30頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧創(chuàng)造力開發(fā) 創(chuàng)造力的構(gòu)成：工程技術(shù)人員的創(chuàng)造力是多種能力、個性和心理特征的綜合表現(xiàn)，包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達(dá)能力、自我控制能力、文化素質(zhì)、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。其中想象能力和思維能力是創(chuàng)造力的核心，是將觀察、記憶所得信息有控制地進(jìn)行加工變換，創(chuàng)

17、造表達(dá)出新成果的整個創(chuàng)造活動的中心。這些能力和素質(zhì)經(jīng)過學(xué)習(xí)鍛煉都是可以改善提高的。 創(chuàng)造力的開發(fā)：每個人都有一定的創(chuàng)造力，積極進(jìn)行創(chuàng)造實踐，必能不斷提高自己的創(chuàng)造能力；樹立創(chuàng)新意識，保持創(chuàng)造熱情，在正確的思想基礎(chǔ)上加強(qiáng)創(chuàng)新思維的鍛煉，掌握必要的創(chuàng)新技法，必然產(chǎn)出創(chuàng)新成果。 創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造技法是創(chuàng)造的核心第31頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧創(chuàng)造思維 常規(guī)思維的主要特點常規(guī)性即習(xí)慣性、通常性單向性即只向常規(guī)的習(xí)慣方向思考單一性即只考慮一種方案、一種思路邏輯性即通常的邏輯思維范疇等創(chuàng)造性思維的主要特點獨特性即與眾不同 多向發(fā)散性即立體性思維、多答案 非邏輯性即出人意料 連動性即由此及彼性綜合

18、性創(chuàng)造是多種思維方式的綜合 , 在綜合中創(chuàng)新第32頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧創(chuàng)造思維 創(chuàng)新思維是多種成對的辯證思維類型的綜合，常見的思維類型有：抽象思維使用反映事物本質(zhì)屬性的概念和推理，由左腦進(jìn)行。形象思維使用反映同類事物一般外部特征的形象，由右腦進(jìn)行。兩種思維通過左右腦的互相作用，相互滲透，二者結(jié)合能產(chǎn)生更多的創(chuàng)新成果。較嚴(yán)密，通過邏輯推理產(chǎn)生創(chuàng)新構(gòu)思。較活躍，能激發(fā)聯(lián)想、類比、幻想等，產(chǎn)生創(chuàng)新構(gòu)思。形象思維和抽象思維概念特點第33頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧創(chuàng)造思維 收斂思維將多方面的信息和知識指向同一問題，通過分析綜合，邏輯推理，引出答案。發(fā)散思維根據(jù)問題的信息，沿著非

19、常規(guī)的不同的正向、逆向、全方位和多角度尋求可能的解答。兩種思維通過左右腦的互相作用，相互滲透，二者結(jié)合能產(chǎn)生更多的創(chuàng)新成果。分析比較各種信息的優(yōu)缺點，推理綜合，引出最優(yōu)答案。流暢，反映敏捷，在較短時間內(nèi)能想出多種方案；磷火，觸類旁通，隨即應(yīng)變，不受心理定勢影響；獨特，所提的方案有特色。發(fā)散思維和收斂思維熟悉多方面的科技文化領(lǐng)域，知識面廣博。具有細(xì)致的分析能力和嚴(yán)密的邏輯推理能力概念特點要求第34頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧創(chuàng)造思維 非邏輯思維不嚴(yán)格遵循邏輯程式，靈活茲有，突破常規(guī)，引發(fā)事物的潛性質(zhì)和特殊功能。邏輯思維注意事物的顯性質(zhì)和常規(guī)功能，應(yīng)用抽象概念，把復(fù)雜問題簡化，找出主要因素

20、。由一事物引發(fā)，運(yùn)用聯(lián)想力加工改造原有形象，產(chǎn)生新形象。由潛意識進(jìn)入顯意識，爆發(fā)出創(chuàng)新火花的靈感。邏輯思維和非邏輯思維善于分解事物，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合、歸納、演繹、推理。概念特點第35頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧創(chuàng)造思維 旁通思維通過細(xì)致分析，把問題轉(zhuǎn)化成另一領(lǐng)域的等價問題。直達(dá)思維解決問題時始終不脫離問題的情景和要求。兩種思維往往先使用直達(dá)思維無效，才改用旁通思維，但又回歸到直達(dá)思維，對問題提出創(chuàng)新方案。抓住問題的本質(zhì)，通過類比、置換、模擬等方法創(chuàng)新構(gòu)思新方案。解決簡單的問題特別有效。直達(dá)思維和旁通思維概念特點第36頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧創(chuàng)新技法 創(chuàng)新技法：是以創(chuàng)新思維為基礎(chǔ)，通過實踐總結(jié)出一些創(chuàng)造發(fā)明的技巧和方法。 基本原則是：克服思維定勢，營造環(huán)境條件，給以啟發(fā)激勵，按照一定步驟方法去做，促成出現(xiàn)新成果。（1）激智會法：以會議的形式，將所討論的復(fù)雜問題化解為多個單一議題分別討論。會議規(guī)則是自由發(fā)言，禁止評論，互相啟發(fā)，發(fā)散思維，各述奇想。會后對各種設(shè)想進(jìn)行整理評價，評出最優(yōu)設(shè)想付諸實施。 優(yōu)點：信息直接傳遞，相互激勵的強(qiáng)度大，具有創(chuàng)造的環(huán)境。缺點：會議易受外向人員控制，內(nèi)向人員不宜發(fā)揮，主持人應(yīng)適當(dāng)引導(dǎo)。第37頁，共40頁。第四節(jié) 創(chuàng)新思維與技巧（3）635法：6各人，在5分鐘內(nèi)，寫3各設(shè)想方案在卡片上，然后互相交流