计算机辅助机械产品设计0901-2.4

1、2.3 机械产品在其形成过程中的表征概要本概要的中心是阐述机械产品的心理、自然与电脑表征，产品特征的认知与处理即思维过程。本节还是想应用基于思维科学和信息科学的观点来谈论机械设计问题。就思维对象、信息处理对象等来论及机械产品。就思维过程和信息处理过程来探讨机械产品的形成过程（设计过程）。这样，机械产品的表征就成为一个关键问题，而表征与思维连续过程的断面选取有关，处理与信息表征的形式有关。机械产品及形成过程的表征分为两个部分，一个是机械产品的表征，一个是形成过程的表征。产品的表征涉及到信息载体、工具、特点等。过程的表征涉及到信息加工、传递、变换、表达、反馈、理解、评价、协调、信息载体与工具的选择

2、等等。笼统地说来，产品的表征可以有大脑的心理表征、脑外自然的物质实体、笔墨纸砚、模型与电脑的虚拟等。当然，还与产品各个阶段的形态有关（参见图2-5）。过程的表征主要是处理方法与技术问题。之所以称为过程，是由于有一系列的行为和连续不断的操作。这些操作要依据信息的特点、载体特点、处理工具的特点、处理目的性等进行变化。多样性与创新就发生在这个过程中，发生在各个环节上。由于信息载体、工具、特点的关系，总会存在各自的优点和不足，因此信息互补成为必然，也就是多种信息的交换、多种形式的互换成为必然。这就是设计的复杂性问题。在机械产品设计过程中，需要大量的不同表达方式的信息交换，这便涉及到表达语言，表达方式及

3、其转换等。有必要将这些问题在应用计算机运行以前全面的仔细考察，以便能系统的获得人的行为方式，以寻找计算机最适宜的工作方式。1. 机械产品的表征问题机械产品是人造物，是人类智慧的结晶，是人们思想意识的物质实现，最终表达形式是三维实体而并非语言文字。这是从人们对自然世界的理解与存在形式、处理与表达方式方面指出机械产品的属性。据此可以探讨机械产品在演变过程中的表征问题，探讨机械产品的表达语言、方式与工具（表达对象、目的、内容、方法）等。1) 概要 众所周知，机械产品是由适当的零部件按照功能要求构成的三维实体，这个三维实体是图像或图形的形式才可以表达的。在机械产品设计过程中，人们首先是在大脑中对要设计

4、的产品构思成一幅抽象的三维实体，而且这些三维实体是可以运动的，以便人们把握其行为、行为结果所达到的功能等。要将这些图像的内容进行信息交换、交付给其他人加工制造等，都要应用适当的方式进行表述方可实现。而表述方式有口头的、书面的、文字的、图形的等。这里先将这些表达形式统称为语言（或说符号系统）。然而，这种表达不是一开始就可以进行的，需要经过一个思考的过程，像图1-3、图1-5、图1-7、图1-10、图2-1、图2-2、图2-7等所示。在此期间使用的语言形式也是多样的，它代表了机械产品在不同时期的可理解形态及其恰当的语言表达。2) 自然语言 自然语言是人们最习以为常的表达思想的工具，这是人的自然天性

5、（大脑构造与工作机理）造成的。经过生来就有的环境熏陶、训练、适应（虽然是强制性的），人对用自然语言进行理解与表达就形成了一种习惯定势。自然语言有汉语、英语、法语、德语、日语等5600多种，最常用的也有100多种。无论应用哪种语言，而不用图形，是无法将机械产品及其设计过程表达清楚的，需要图形表征。纯粹的图形也不能将设计师的意图表达完全，需要文档。这里有机械产品设计及其过程特有的信息交换方式，因此需要将其转换和翻译。对机械产品的描述纯粹使用自然语言往往难以表述清楚的，往往辅以大量的图形符号、数学物理语言、工程语言等，这样可以使信息交换更充分，更简洁，效率更高，可解性更好，歧义性更少。因为机械设计的

6、最终结果是具有唯一性特点的。大量的涉及计算及其概念的表达是用自然语言的，最终还是要将他们变换成机械产品的零部件参数特性等，以便构成零部件实体。所有这些都会涉及到自然语言及其转换。但是在概念设计以前的阶段，为了能把握产品的本质，需要抽象为文字形式的表达，以便进行逻辑思维而把握其实质需求。这种应用逻辑思维的方式使用言语进行是最合适的。3) 数学、物理语言 数学物理语言是机械产品设计过程中参数表达的基础语言，是普遍的模型化对象的表述语言。虽然也具有抽象性，但已经有了具体的属性、关联、范围等限制，比自然语言向具体性的方向进了一步。它主要包括专用术语、符号、公式、定义、定理等，通常是用自身学科的可理解性

7、专用语言表达的。如：物理学中的质点、加速度、惯性、弹性、约束、力、点电荷、电阻、电流、电路、光波等。数学上的自然数字、字母、运算符号（±、等）、函数关图2-8 力F 连杆、梁、轴a-b 质点m 弹簧k 刚体系、运算法则等。简约抽象的几何图形往往是研究问题本质的好工具。用以上的名词、概念等构成的公理、定理、定律等及其数学方程都存在着变换问题。参见图2-8。4) 工程语言 在机械产品设计及其过程中，机械产品制造用的设计蓝图是最基本的工程语言。在设计蓝图上，有大量的专用术语、符号(粗糙度、配合及精度、加工精度、)等。除此之外，在机械原理、机械零件、机制工艺、金属材料处理等学科中，还有大量的

8、专有名词、术语、符号等工程语言表示的信息。例如表述机械功能的原理图、产品加工的技术要求、设计说明等，这些也存在着变换问题。参见图1-3、图1-8、图2-5等。5) 计算机语言 在将机械产品设计及其过程变换为计算机的运行过程时，要将整个过程的各种描述或表达都转换为计算机（高级）语言的描述形式，而在计算机语言的描述形式之前，应该用软件模型及其流程图从逻辑层次表述清楚，以便提高成功率，减少错误。其实，也可以将软件模型及其流程图视为一种表述语言。然后再从抽象层次向形象的具体层次图式表达转换。由于书阐述计算机辅助设计，因此，详细地分析在后续章节中进行说明。6) 语言的一般形式作为语言，其一般形式是基本符

9、号及其组合，也就是说有词汇、词汇的构成规则语法等。自然语言、数学物理语言、计算机语言等都有这些特性。可以从这些一般特性来理解机械产品表述语言及其功用。另一方面，在语言表达中，指称、所指、称谓等将符号固化下来，并形成习惯性含义或定义的方式，经过了许多年的演化而具有社会性，才会被人们接受、传承。这些表达形式当然与人的理解方式密不可分。7) 图形语言图形语言是机械产品设计的艺术性特征。图形语言是符号形式中信息量最大，但自身描述、表达能力最弱的。也就是说，用图形自身来说明自身是困难的，而自然语言则要方便、强大得多。因此图形问题主要是生成与变形、变换等方式产生不同的含义来说明问题。这也就造成了极大的多样

10、性，同时也造成了思维的困难性。况且，图形一旦被表达出来，通常就具有了确定性，甚至是唯一性。绘画、雕塑甚至舞蹈等就是例证。越是复杂的事物、图形、图像、情景、环境等，自然语言描述更显自然和可理解。但是变换却要比语言描述来的困难。脑内可以快速变换，脑外的输出由于行为与载体的制约而极大不便。计算机在图形处理方面已经进步很快，但图形的随意处理与创新构造仍然难以涉及。对于语言、文字与图形之间的转换仍然困难重重。这就是由语言的抽象性和图形的具体性这对矛盾所制约的。计算机技术在参数化、特征技术等方面为图形语言的发展提供了信息的前景与发展空间。2. 机械产品设计过程的表征问题机械产品设计过程的表达问题，涉及表达

11、的目的性、可理解性、阶段性、表达工具与方法等，尤其是表达语言的多样性、适应性、合理性。机械产品作为思维的产物，其思维需要一个过程。该过程是基于思维资源的，由于思维的局限性、表达（形式与符号等）具有多样性，各种表达需要与其相应的处理，从而造成阶段性。对于机械产品来说，最终的客观存在是三维实体，而体现出的内在功能实现是通过结构与抽象概念来表达的。因此，思维要有相应的表征，而相应的表征为对应的思维方式打好基础。形象思维与抽象思维及其转换是必然的、经常的。抽象思维处理以逻辑推理为主的设计问题，形象思维处理以构造为主的图形图像问题（图式结构等）。而且这两种思维是在各个层次与阶段同时发生、交互进行的，是在

12、思维需要的时候瞬间通过所指与关联实现转换的。机械产品设计过程的最终结果是三维实体，这个物理实体通常是在人的大脑中形成，经过思维过程，最终以制造蓝图的形式表达出来。在将大脑中的图形与思想变为这个蓝图的过程中，不同阶段有不同的表达方式。主要有：自然语言与简图，文字与图形，数据及其符号，构造原理与零件表达，数学物理公式，理论的、试验的、规范的图表与曲线等，而这些表达往往是综合应用的。若用思维关注点表达，也就是通过横切、纵切、斜切等方法解决机械产品的信息演变、参数确定、冲突消解、零部件特性匹配、约束与冲突的前后反馈等。1) 需求分析与表征关于需求的概念，对于不同的群体会有各自的理解，也就是需求概念的属

13、性具有多样性，或说有不同的方面。需求对象现实形式的多样性，实际上是在浩瀚的信息空间中进行信息识别、提取、归类、抽象、聚缩、转换、表达等。可以使用数据挖掘、统计分析、专项调查等等方式进行。对信息识别的对象则是客观世界存在的各种形式，图像、情景、环境、语言、文字、数据、行业表征、专业与非专业表达等等。这里说的机械产品的需求问题，可以分为市场需求、用户需求、问题需求、技术需求、专业需求、不明确需求等。市场需求是对市场产品及其特点、性能、缺失等等的调研。问题需求是对产品自身特性的适应性、竞争性等问题的调研。技术需求是对产品自身特性的优化、性能改进等问题的调研等等。详细说明可以参见相关学科与资料。市场需

14、求被限定在对未知产品、未来产品的探讨和预测方面。因此，需要对客观世界中存在的、某个领域中的各种机械产品、使用环境等影像进行收集归类，需要对与此产品相关的语言描述、文字表达等形式进行收集归类，等等。尤其是对非文字语言形式的表达，要转换为文字语言形式的表征，以便进行归类、抽象、聚类等，从而由属性的重组而形成新的概念，以便定义市场需求。用户需求是指有确定的客户提出的要求，这种要求可以是具体的图像、图形、概念、功能、性能、参数等，也可以是模糊的、信息缺失的或是准确的，也可以是产品的某个属性或说某个方面。通过再调研，用图形、图像、文字等表征的定义。而这个过程也需要将各种形式的表征都转换、归类、抽象为语言

15、文字形式，以便可以用大脑理解，集中注意力分辨用户的最本质需求，或说功能、性能的核心。问题需求则指已有产品的个别属性的新要求。这种需求的提出也可以是某个部件、某个构造、某个抽象的性能等。一般说来，需求分析的认知对象的表现形式、存在形式具有多样性，因此需求分析的核心在于对象识别、对象属性识别、特征提取、属性与特征归类、重构等以便生成新的图形图像，新的构造和概念。在这一方面，计算机的能力缺失较大，最关键的在于计算机对非语言文字信息向语言文字形式的信息表征转换问题。另一方面，在茫茫市场中，识别带有某个公有属性的特征也是难点，没有这种信息挖掘能力与方法，就得不到需求的初级概念。因此有人称之为某个人的聪明

16、与智慧或说灵性，其实这是长期关注的结果。也就是说，大脑中已经有了对某个问题的大量信息积累，需要的是整理，或某些信息群之间新的关联，从而构成新的结构以表达新意。信息挖掘思想、方法及技术是大有前途的，原因就在于此。2) 从需求到概念需求得到初步确认后，需要将需求表达的方式转向用机械产品专业化的表达方法（词语）描述，功能表达被认为是合适的。功能的获得是经过信息提取、聚缩、概念内涵定义，对到底客户、市场要什么等等问题的理解等来表达的。但功能只是一种期望，是个抽象的思想概念。通过功能表达而转向能实现功能的行为的构造，从文字进到图式表征，逻辑推理的思维过程转向形象思维的图形构造过程，这个过程是由指证与关联

17、完成的。抽象化处理的优势在于简洁和属性的一般化，形象思维（图形辅助）的特点在于构造表达问题概念的整体性和形象化，且因为最终的表达要求也就是信息载体要成为三维实体。这个转换过程充满着可能性。由于是从抽象概念到达行为构造，从一般概念到具体化的行为方式，使信息的释放与扩充，创新便发生了。也就是说，实现功能的构造是多样的，或说承载功能的构造作为抽象概念、对象的实例不是唯一的，机械机构的创新性、艺术性便出现了。有了构造，问题远远没有结束。构造能达到所期望功能的接近程度，也就是性能问题还没解决。性能问题与构造的细节密不可分。除过构造的几何属性以外，功能的可实现程度与构造的行为运行原理、运动过程、动力学行为

18、等密切相关。设计方案的表达通常以表达机械产品的设计思想为主，因此会使用几何简图表达机械产品的功能原理及其基本结构，附加必要的文字说明。这种表达的精确、信息含量的丰富、人类理解的直接、迅速成为一种自然选择。在从需求到概念的过程中，大脑不得不应用实例（经验中最接近的、成熟的、已被证明是可行的、成功的模式）进行初次分析，以便进行评价，从而最终确定概念产品。如：振动磨机的设计方案表达。振动磨机是应用振动原理实现其磨矿功能的，因此其方案应表达出振动原理和粉磨的基本结构，而基本结构主要包含介质、磨矿仓、动力系统与支撑。如图2-9。磨机的工作原理主要是: 工作仓内装有研磨物料的介质和被研磨的物料，电机驱动偏

19、心块使得工作仓振动，从而迫使仓中的介质运动，各介质与物料相互碰撞、冲击、剪切、挤压、研磨，达到粉磨物料的目的。振幅是由偏心块的质量、工作仓及其运动附件的总质量的比值，空气弹簧的特性及其安装方式确定的。工作仓的轨迹变化是由传动轴、滑套及其附件在支架内的上下移动调节实现的。这样做的目的是为了适应不同工艺要求下的动力学性能。方案的选择表现了机器的基本架构，而这种架构表达出主线（激振轴线）的空间设置方式造成的破磨方式的变化等。当然也可以用斜置等几何特性变换。图2-9 振动磨机的设计方案及表征又如：起重机械的设计方案表达，如图2-10。起重机械是应用古老的辘轳原理实现其搬移物体的几何位置变化功能的，其结

20、构会因环境的变化而改变。因此其方案应表达出搬移物体的几何位置变化的原理和因环境的变化而造成的基本结构特征，其基本结构主要包含行走方式、力传递与支撑。图2-10 辘轳与电梯 卷扬机 塔式起重机 汽车吊-轮式起重机各类起重机械实例这些方案中表达了卷扬机是最基本的部分，根据环境的不同采用固定式（落地式、井架式、塔式等），或移动式（轨轮、轮胎、履带、船舶等），支撑用箱式结构、桁架结构、门式结构等，从而造成起重机的用途、名称、形式的多样化。3) 从概念到方案表征转换从概念到方案，或说从概念产品到产品方案，设计者对概念的形成与概念的最终表达是两个问题。概念的形成是个过程，概念的表达是结果与手段。显然，文字

21、表达与图式表达效果差异很大。文字表达需要听众获得一个还原的情景，这种还原能力与说者的表达能力、听者的知识储备量、理解能力等相关。尤其是说者与听者对由串行语言文字描述的构造问题的重构能力。图式虽然也具有抽象性（简图或原理图等），但可以明确直观的表达构造问题。对抽象化的功能的理解，往往是由构造（结构性）形式表征的，由构造的行为结果表明的，而结构问题是用串行的言语文字难以表达准确的。据此，概念产品与产品方案成为了两种表达的转换点。参见图1-5、图2-1所示。由于抽象与形象、一般与特殊、概念与实例等问题，使得这种转换具有极大的创造性，也就与个人的经验、智慧、灵感、思维处理能力等密不可分。实际上就是需要

22、大量的知识储备，尤其是需要大量的转换训练，以获得实质性的方法与技巧。方法是一般规律，技巧是特殊处理（有时称为感觉、直觉）。表征之间转换的困难是显而易见的。结合图1-1、图1-3、图1-5、图1-7、图1-11、图1-13、图2-1、图2-2、图2-4、图2-7、图2-9、图2-10等可见，一般情况下，人的认知理解是从具体的实例开始，从视觉感官开始，并应用其它感官（听觉、触觉、内知觉等）经过大量的样本感知而获得属性抽象，经过属性重组获得高层的更抽象概念。在向上抽象时，会舍弃一些不具有共性的属性或特征。也就是高层概念会遗弃一些低层、非共性属性。而当反过来求解时，从高层到底层，这些属性的再恢复会带来

23、多样性、不确定性等。就像数学中函数的解析解那样具有一般性，而特解则需要新的附加条件来确认。况且，在机械产品从概念向方案的转换中，还存在着从抽象的文字到具体形象的图形（尤其是图形构造）的转换。这就是基于实例的设计方法、逆向设计方法等的思想出发点。利用所指或指称、关联、对应等思想来解决这个问题，不失为一可行之策。或者用大量的数据库（文字、属性、特征、图式等）作基础，经过推理评判来解决之。4) 从方案到施工如前所述，方案确定之后，也就是概念转换为图式的形式之后，功能得到其可预期的承载构造以后，主要的工作就成了性能的分析与处理问题，也就是预期功能可实现的程度问题。包括技术可行性、加工可行性、约束（技术

24、、材料、）与冲突消解等。从方案到施工的过程，最本质的工作是对确定方案的约束处理与冲突消解，也就是确定特解的条件及在给定约束下的求解问题。在约束处理与冲突消解中发现的、不能解决的问题，需要返回到需求与方案阶段进行调解。如是由于方案的问题，则会从根本上进行调解。一般这种情况应较少出现，其原因在于进行方案确认时，人们往往采用案例或实例进行变革的方法对方案进行评价确认。这一点从图2-1、图2-6、图2-7等所示的设计过程中的斜切思维关注点可以说明。也就是说，人们的概念产生与方案生成中，会含有对概念中涉及到的关键属性（技术层、施工层才进行的工作）的成功经验的自然（习惯性、天然的）运用。例如：图2-10所

25、示的电梯的方案设计，依据吨位和高度，自然会涉及到提升索与主轴的问题，而这一点在设计者的思维中是有个基本判断的，这就是人们常说的经验。这个过程涉及到的表征的多样性与机械工程专业设置的科目个个相关。如：机械制图、数学、物理、工程力学、机制工艺学、热处理、机械零件、机械原理等等。熟悉他们的符号体系及其变换的重要性不言而喻。4.1) 技术处理技术处理被单独列出，原因在它对涉及到产品功能可达到程度的关联度太大。也就是说，它对性能的影响是致命的。首先是最直接表达总功能的构造的几何与运动性能，它是构造的行为体现，是所定义功能在行为层面所达到程度的度量。有许多构造的几何与结合尺寸的微小变化，都会带来行为的极大

26、波动，也就是功能的达到程度的极大不同。对于哪些由总功能分解为若干子功能的复杂机械来说，情况更是如此。这个环节通常使用称之为模型（如图2-9、图2-10等）的图式来表征构造，用图式、符号等来表征哪些难于可视化的性能属性。如：速度、加速度、强度、刚度、稳定性、硬度、韧性、运动干涉等等。传统的以言语和平面载体（纸张、笔墨、黑板等）来表达受到限制，实体模型甚至实物模型被用来检验技术处理的结果就非常普遍。时间、人力、资金成本等的花费则显而易见。图2-11 磨机技术处理中的表达形式技术处理的知识基础是力学、数学（代数学、几何学等）等古典知识体系，其知识的成熟度、系统性、可理解性、可表征性等特点。尤其是表征

27、符号体系的成熟度与完备性，使得该阶段的信息处理内容、方法、工具、手段等庞杂而应用广泛。如图2-11所示。在技术与施工设计过程中的表征是非常之多的。也就是技术设计的内容极其丰富，涉及到的理论、技术、计算、判断、选择等具有多样性。这些都可以用文字、符号、图形、公式、数表、规范、标准等等表达方法进行归类。从而使技术设计中机械产品的设计计算、零部件几何结构、整机构造功能与力学性能、运行状态等按照统一的格式来表达机械产品的功能原理及其基本结构。这些表达方法的逻辑关系、先后顺序的连接是技术设计阶段中表达方法分析的核心问题。力学性能是技术设计的核心与主调，它涉及到力学和数学着一对双胞胎学科。如轴的问题，表现

28、为理想的均匀连续体使用的材料力学；带孔与尖角的非理想形状的均匀连续体使用的弹性力学；高速运转的非刚性（柔性）体的动力学；带孔、尖角及其缺陷的非理想均匀连续体使用的断裂力学等等。它们的力学模型、数学模型、计算与结果表达方式等各自不同。参见图2-11，这种表达方式显然比用公式法表达要更利于大脑理解。如：对于轴来说，最简单的方式是需要确定危险荷载M，P，N；危险界面Mmax，危险点上的和的综合作用xd。当前工科院校的知识传授还集中在这个阶段；当前参考文献与杂志的知识探讨也多集中在这个技术处理阶段，设计部门与生产单位的人力需求也主要的集中在这个阶段。4.2) 施工处理加工技术前面说到，技术处理处在模型

29、层（后边解释），一种接近实际的抽象层。施工处理则转向更接近客观实在的处理层面，尤其是材料特性、几何形体的加工等带来的问题。在概念层及其以前，人的思维实际上已习惯性的默认了材料的选择，虽然只是大类（如：金属、塑料等），但不会产生对当时注意力（设计）的影响。而在技术与施工处理阶段，却要认真、仔细、具体的确认材料的属性，确定构造的制造加工可能性等。施工设计表达通常以图形、加工与装配关系为主，辅以必要文字说明和数据及其符号。文字的作用（技术要求、设计说明）主要是传递用图形不能表达的设计思想。而使用图形是由于它直接面对的就是图形，要表达构造问题。其重点不在图形形态，而在图形所表达的实际客观实体的精确程度

30、及其达到该精度的方法。在于实际安装时的精确定位与运行的可靠性等。尤其是空间问题，大脑思维是弱项，通常必须通过实体模型及其长期的拆装经历，才能在思维中建立形象思维的大量精准图式及其变换方法。人对长度的感觉精度是最差的，这是由人眼球的形状及其成像原理造成的。参见图2-12，三图2-12 施工表达与结果维表达有助于理解装配关系及其干涉等，要替代工程图，显然存在内部细节、精确性等问题。3. 模型种种模型的作用是用形象的形式表达抽象的事物、属性，用简单的形式表达复杂的事物及其关键属性构成的构造等，用直接的视觉感知代替复杂冗长的语言文字表述。一般说来，模型是为特定目的，将原型的部分信息简化归纳、简约抽象、

31、简缩提炼而构成的原型替代物。它表达了原型的本质属性及其属性结构（关联与关联方式）。现实物的本质特征是概念的内涵，属性及其关联是结构，替代物是个简图，它便于理解，由于具有一定的抽象性而代表了一些普遍原理，具有了应用的普遍性。实物模型、物理模型、数学模型、原理模型、符号模型、软件模型等等被广为应用。模型的建立可以遵循一些模式（事物的规律及其标准形式）来进行。如力学模型的建立，需要获得其基本元素及其表达。参见图2-8、图2-9等。再通过物理学原理与规律建立各元素之间的关联。如：F=M关联了力、质量与加速度三个元素之间的关系。这个关系的存在的条件是力与加速度同向同直线（矢量要求），力作用在质量上，加速

32、度是该质量的加速度等。有关模型的作用、功能、构建方法等的详细描述稍后专门探讨。4. 机械产品设计过程中表征的变换机械产品设计过程中表征的变换是由表征的内容、形式、理解等大脑思维信息处理方式决定的。最根本的还是理解的需要、处理方式的需要。除过前述的概念产品与产品方案的表征转换以外（由于其至关重要的地位而单独列出阐述），在设计的整个过程中，参在着大量的变换，只是由于人大脑思维的习惯定势成为自然而被人们忽略。因此，机械产品设计过程中表征的变换，要解决可理解性与信息处理方法、工具的特性冲突问题等。这里，机械产品设计过程中的表达转换，主要指机械产品在形成过程中各种“语言”之间的转换。目的是通过各个阶段的

33、表达方式及表达连接，达到信息的一致性和思维的连续性，同时保证转换后所采用表达的思维理解的有效性。转换方法是将数学、物理、自然与工程语言中的术语和符号表达，通过所指、替代、关联等来完成。这种转换的探讨，对计算机辅助设计思想、方法、技术等问题的研究非常有用。对于设计思想、概念等可用草图、模型、公式、数据与形状等表达，以达到对质的理解、表述。转换的关键是对机械产品设计及其过程中基本概念、基本原理、基本关系的深刻理解，对表达方式的含意的理解。理解就是得到以事实知识为依据的基本要素的确认。这里的事实性知识，可以是最基础的事实性知识（类似于几何学的公理）。也可以是由最基础的事实性知识（这是桌子、哪叫轴等）

34、构成的抽象层知识（类似于几何学的引理、定理、推论等）或者案例，通过多层的信息聚集，获得更抽象的概念，以提高思维效率和对更复杂产品的理解、评判与决策。例如：机械产品设计过程中的整机与零部件确定时涉及到的数量抽象、关系分析与表达，质点与刚体的抽象与现实表达，由圆周运动的动力源到实现直线运动的工作机构之间的连接表达转换等等均在转换之列。各种表达方式的转换可以用语言翻译来理解其本质。如：等截面直杆、bar、轴、axis、梁、beam等。5. 机械产品设计过程中的创新创新是机械产品设计的根本追求，创新发生在机械产品形成的整个思维过程中。从设计表征来看，机械产品的表征、设计过程的表征、各种表征的转换等，都

35、会产生创新。从设计思维来看，创新的基础是思维的操作，思维在相应的心理表征上的操作，在不同心理表征之间的变换，其间的巧思妙想（构思）等为创新提供了广阔的环节与方法。机械产品的产生经历了从模仿自然物的外表，而不具备被模仿自然物的某一方面或许多方面的本质特征，到如今的人的因素深入参与某些本质特征，而获得了自然物的一些本质特征的过程。这些都源于人对客观世界的认知与理解、新的构思与创造等。任何一个事物都有其许多方面概念外延，也可以说每个事物都是由其属性的方方面面构成的。在问题的处理过程中，或说在机械系统设计的某个具体问题上，或说在某个具体的思维关注点上（参见图2-6、图2-7），都有其许多方面的因素要考虑。鉴于机械产品的特点，或说关注点及其关联，则会特别关注某个方面。而将这些方面可设计成实现某个关注点的模块单元，可避免某方面的考虑不全，想不到、没想到、没发现的问题。将若干的思维关注点应用关联方法（信息融合技术等）而获得一个结构。关注点的数量、特点与属性、关联方式等都会使其表达的整体目的、功能、产品、系统等随之改变，这便是其灵活性。由于使用了点及其构造，便于进行概念或属性的参数化、计算机化表征与处理，也为创造于创新带来便利。通过纵切、横切、斜切、各个切面的比较关联等发现问题而消除冲突、产生创新。从设计管理的角