现代设计方法概论

1、摘要什么是设计？设计在通俗中说来是把各种先进技术成果转化为生产力的一 种手段和方法。它是从给出的合理的目标参数出发，通过各种方法和手段创造 出一个所需的优化系统或结构的过程。传统的设计是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、 图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进 行设计。由于传统设计所用的计算方法和参考数据偏重于经验的概括和总结，往 往忽略了一些难解或非主要因素，因而造成设计结果的近似性较大，也难免有 不确切和失误。在信息处理、参量统计和选取、经验或状态的存储和调用等还没 有一个理想的有效方法，解算和绘图也多用于工完成，这不仅影响设计速度和 设计质

2、量的提高，也难以做到精确和优化的效果。序言现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而 在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。它是以设计产品为目标的一个 总的知识群体的统称，是为了适应市场剧烈竞争的需要，提高设计质量和缩短设 计周期，以及计算机在设计中的广泛应用，于60年代以来在设计领域相继诞生 与发展的一系列新兴学科的集成。其种类繁多，内容广泛。如我们熟悉的优化设 计、可靠性设计、计算机辅助设计、有限元法等，这些设计方法已经较为成熟， 形成了完整的设计体系。另外，工程实际中还逐渐出现了许多新的设计思想和设 计方法，如：创新设计、快速响应设计、智能设计、全寿命周期设计

3、、绿色设计 等，这些设计思想和方法都是随着社会的发展、人们思想观念的更新和科学技术 的发展而提出的，由于它们对节能、环保、改进产品性能和增加产品市场竞争能 力等方面的重要性而受到越来越多的重视。先进的现代设计方法一、创新设计技术创新是设计的本质，也是设计活动的最终指标。随着科学技术突飞猛进的发 展，大量科技成果转化为生产力，产品更新的周期大大缩短，产品的市场竞争也 日益激烈。同时，人们消费观念不断变化，一个产品的功能已不再是消费者决定 购买的最主要因素。产品的创新性、外观造型、宜人性等因素愈来愈受到重视， 在竞争中占据着突出地位。在这种形势下，创新设计是产品适应新的市场形势的 最好途径，创新产

4、品能满足甚至创造出新的需求，因而必然有较强的市场竞争力。二、快速响应设计随着市场竞争的加剧，加上现代科技的日新月异使得产品的更新换代不断加 快，市场寿命周期不断缩短。在以快交货T(Time)、高质量Q(Quality)、低成 本C(Cost)、和重环保E(Environment)去争取市场份额的市场竞争中，缩短交 货期，快速响应市场需求，已经成为竞争的第一要素。面对瞬息万变的市场环境， 更要求企业具有高度的灵敏性，能抓稍纵即逝的机遇，不断地迅速开发新产品， 以吸引顾客，变被动适应用户为主动引导市场，这样才能保证企业在竞争中立于 不败之地。在这种时代背景下，市场竞争的焦点就转移到速度上来，快速提

5、高更 高的性能/价格比产品的企业，将具有更高的竞争力。因此，实施快速响应工程、 采用快速响应设计技术以适应市场环境的变化和用户需求的转移是增强企业市 场竞争的有效途径，快速响应工程主要包括以下一些内容：建立快速捕捉市场动态需求信息的决策机制。为提高快速响应能力，企业首先应当 能迅速捕捉复杂多变的市场动态信息，并及时作出正确的预测和决策，以决定新 产品的功能特性和上市时间。实现产品的快速设计。明确了新产品的开发项目以后，采用快速响应设计技术，实现快速设计是其 非常重要的一环。在快速响应设计技术方面，人们提出了并行工程、面向制造、 装配、检验、质量、服务等的设计DFX、计算机协同工作支持环境CSC

6、W和功能 分解组合的设计思想，这将引起对现代设计方法和CAD发展的新探索。追求新产品的快速试制定型。产品开发周期中除了设计以外的后几个环节可以统称为试制定型阶段。在此 阶段加快产品的试制、试验和定型，以快速形成生产力，需要尽量利用制造自动 化的各种新技术，如FMS、快速成型RP和虚拟制造VM。推行快速响应制造的生产体系。三、智能设计智能化是设计活动的显著特点，也是走向设计自动化的重要途径。这是因为 设计的本质是创造和革新，作为一种创造性活动，设计实际上是对知识的处理和 操作。在CIMS环境下，为了提高制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅 速响应能力，设计正在向集成化、智能化、自动化方向发展

7、。要实现这一目标， 就必须大大加强设计专家与计算机工具这一人机结合的设计系统中机器的智能， 使计算机能在更大范围内，更高水平上帮助或代替人类专家处理数据、信息与知 识，做出各种设计决策，大幅度提高设计自动化的水平。智能设计就是要研究如 何提高人机系统中计算机的智能水平，使计算机更好地承担设计中各种复杂任 务，成为设计工程师得力的助于和同事。智能设计是CAD的重要组成部分，它在 CAD发展过程中的不同阶段有不同的表现形式，承担不同的作用。四、全寿命周期设计全寿命周期设计技术是现代设计技术的重要组成部分。设计产品不仅是设计 产品的功能和结构，而且要设计产品的全寿命周期，也就是要考虑产品的规划、 设

8、计、制造、经销、运行、使用、维修、保养直到回收再处置的全过程。全寿命 周期设计意味着在设计阶段就要考虑到产品生命历程的所有环节，以求产品全寿 命周期设计的综合优化。可以说，全寿命周期设计旨在时间、质量、成本和服务 方面提高企业的竞争力。全寿命周期设计依赖于各学科、各部门的设计人员相互合作、相互信任和信 息共享，通过有效的信息交流，及早考虑产品的生命周期中的所有因素，尽快发 现并解决问题，最终达到工作的协调一致。全寿命周期设计是一个系统集成的过 程，它以并行的方式设计产品及其相关过程，力求使设计人员从一开始就自觉地 考虑产品整个生命周期从概念形成到产品完全报废处理的所有因素，包括质量、 成本、进

9、度计划和用户的需求等。五、绿色产品设计技术绿色产品是指以环境和环境资源保护为核心概念而设计生产的可以拆卸并 分解的产品。其零部件经过翻新处理后，可以重新使用。绿色产品从生产到使用 乃至回收的整个过程符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，可 以利用资源再生或回收循环再用。过去判断企业的市场竞争力只需研究其生产成 本、生产周期、产品质量就足够了，而如今从可持续发展的观念看，还必须把产 品的制造技术和对环境的重视这两点与上述三点以同等重要程度来考虑，也即为 了获得市场竞争力，企业必须做到五点：生产成本低、生产周期短、产品质量高、 技术水平高、不影响生态环境，即进行绿色设计。绿色产品设计是以环境资源保护为核心概念的设计过程，它要求在产品的整 个寿命周期内把产品的基本属性和环境属性紧密结合，在进行设计决策时，除 满足产品的物理目标外，还应满足环境目标以达到优化设计要求。结论随着科学技术的发展和社会进步，人们对产品的要求会更高，现代设计方法 进一步完善，而新的设计方法也会不断出现，设计手段会进一步提高和丰富。因 此应用动态的、开放的观点来