《现代设计法》讲义第二章

第二章设计方法学第一节概述第二节技术系统及其确定第三节功能分析设计法第四节评价决策第五节商品化设计思想及方法第一节概述1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学科，它的含义、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快，广泛受到各国及有关学者的关注。2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。主要领域及大致结构，包括进程模式，进程规划,进程风格，方法，方法学行动规划，工作方法，工作原则。设计学具体的研究对象：设计对象：一个能实现一定技术过程的技术系统。设计进程：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。设计评价：根据一定的准则和方法对各方案作出评价。设计思维：设计是一种创新设计思维应是创造性思维。设计工具：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，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：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。第二节技术系统及其确定1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：（1）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（2）分析比较，确定实现的主要转换的工作原理（3）明确实现技术过程的环境和约束条件

(4)确定主要技术过程和其他辅助过程（5）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应具有下列能完成不同分功能的单元：作业单元，完成转换工作动力单元，完成能量的转换，传递和分配控制单元，接收处理和输出控制信息检测单元，检测技术系统各种功能的完成情况，反馈给控制单元结构单元，实现系统各部分的里联接与支撑技术系统的模型2信息集约信息集约由企业各部门共同完成，分工如下：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法制造部门：生产能力，工时，制造工艺，设备技术数据营销部门：国家政策，产品生命周期分析，市场调查需求经营分析，材料外购件的价格，供应情况，用户意见及维护服务公关部门：产品和企业的社会形象，同行的竞争和联合社会部门：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，升级换代的效应3调研部门

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：市场调研：用户对象用户需求产品市场定位同行外购件供应技术调研：现有产品的信息，新材料，新工艺，相关科技成果，标准法规专利情报社会环境调研：国家计划和政策产品使用环境用户的社会心理的需求企业内部的调研：开发能力生产能力供应能力营销能力4可行性报告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，经济和社会效益预算投资费用及项目进度和期限第三节功能分析设计法1功能分析和总功能分解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。功能还可以表述为：功能＝条件×属性。其含义是在不同的条件下利用不同的属性，同一物体可以实现不同的功能。坯2功能元求解选择工作原理构思功能载体3方案综合功能原理的形态学矩阵4设计工具设计目录知识库功能元功能载体aa1a2a3a4bb1b2b3b4b5b6……nn1n2n3n4n5n6n7n8第四节评价决策1评价目标树评价目标：技术目标：技术性能工艺性可靠性自动化程度经济目标：成本利润投资额回报率市场寿命社会目标：国家政策国际惯例资源节能环境污染等目标树：总目标为Z，一阶子目标为Z1、Z2，二阶子目标为Z11、Z12、……，Z21、Z22、……依此类推。目标重要度系数（加权系数）：

gi，gi∠1，∑gi＝1，一阶加权系数g1,g2,……；二阶加权系数g11,g12…,g21,g22…评价目标树建立目标树要满足：把起决定作用的设计要求和条件，作为主要目标，避免面面俱到和主次不分各目标之间必须是相互独立的，不能互相矛盾在目标树中，高一级子目标只同低一级中相关联的子目标联系2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，加权系数大，意味着重要程度高。

加权系数的确定有两种方法经验法：根据以往或他人的经验，人为地给定评价目标的加权系数gi<1,并且gi和为1，i取1,2,3,…….判别表计算法：该方法是根据评价目标的重要程度两两加以比较，并给分进行计算，目标同等重要各给2分，某一项比另外一项重要分别给3分和1分，某一项比另外一项重要的多，则分别给4分和0分，各评价目标的加权系数为：判别表计算法例：对某种产品进行评价，5个评价目标的重要程度依次是：价格，舒适性和寿命，维修性，外观，试确定各目标的加权系数。

解：按判别表法确定各评价目标的加权系数如下表：比较目标评价目标价格维修性舒适性寿命外观Ki价格－4334140.35维修性0－11350.125舒适性13－24100.25寿命132－4100.25外观0100－10.025∑Ki＝40∑gi=13简单评价法

用简单评价法可对有关方案作定性的评价和优劣排序，不反映评价目标的重要程度和方案的理想程度。3.1点评价法

各方案评价目标逐项作粗略评价，用行（＋）不行（－）信息不足（？）3种符号表示，最后做总评决策方案评价目标ABC满足功能要求成本在规定的范围内加工装配可行使用维护方便满足人机学要求＋－＋＋－＋＋？－＋＋＋＋＋＋总评＋？＋＋5＋3.2名次计分法一组专家对n个方案进行评价，每人按方案优劣排出名次，并给名次最高者n分，名次最低者1分，依次类推，最后把每个方案得到的分数相加，总分高者为佳。对评分者意见的一致性程度可用一致性系数C表达，此系数在0和1之间，一般要求C>0.7。一致性系数的计算公式如下：6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、排队后给分（最佳方案5分，最差给1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：1-2-3-4-5计算评价一致性系数C:专家数m＝6,方案数n＝5>0.7评价一致性较好。4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，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。4.1评分标准十分制0不可用1缺陷多2较差3勉强可用4可用5基本满意6良7好8很好9超目标10理想五分制0不能用1勉强可用2可用3良好4很好5理想4.2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分,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。4.3总分计分方法

分值相加法，分值连乘法，均值法，相对值法或有效值法等。方法公式特点分值相加法计算简单直观分值连乘法分值相差较大便于比较均值法简单直观相对值法能看出与理想的差距有效值法考虑了各评价目标之间的重要程度某厂开发一电池产品，技术目标2项，即：额定电压，有效寿命；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、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种方案样品的实际考核，得出表中的实际值。相应的评价目标数如图。电池评分线图

（a）成本评分线图1233.5451.04.03.23.02.42.22.01.6成本/元成本评分（c）寿命评分线图12344.559.19.08.98.6评分（b）电压评分线图电压U/V

12344.551201101009085寿命/小时评价结果：方案A最佳评价目标成本电压寿命总分加权系数0.20.30.5分值相加分值连乘加权分值相加方案评分A34.5411.5543.95B3.514.5915.753.25C54211403.2表2-4-7电池评分表5技术－经济评价法技术－经济评价法的依据是相对价。其中包括方案的技术价和经济价。5.1技术评价：技术评价通过求方案的技术价wt进行：

Pi－第i个技术评价指标的评分值gi---第i个技术评价指标的加权系数Pmax－最高分值（十分制为10分，五分制为5分）wt∠0.6表示方案在技术上不合格，必须改进.5.2经济评价经济评价的目的是求方案的经济价：we＝HI/HH

—实际制造成本，

HI—理想制造成本一般we≤0.7意味着实际生产成本高于允许生产成本，在经济上不合格5.3技术－经济综合评价（1）总价值(相对价）w

①直线法②抛物线法：一般取w≥0.65(2)优度图（S图）许用区wtS△10.90.80.70.60.50.40.30.20.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91s2s3s4s5s6s1we开发线例题：相对价w1＝0.676w2＝0.632w3

＝0.605方案1在允许区域内wewt6.模糊评价法

根据评价目标X及加权系数g建立评价目标集X＝｛X1,X2,…,Xn｝和加权系数集G=｛g1,g2…,gn｝，根据评价标准P建立评价集P=｛P1,P2…,Pm｝。求出各方案评价目标对于不同评价标准的隶属度，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顺序，决策采用何种方案。例题：今确定以计算机管理系统为优化对象，提出了购买专用软件，购买通用软件，或自行开发3种方案，投资必须控制在30万元以内。

15万元为中，低于

5万元为优，同时建立性能和周期等评价目标，以及相应的加权系数。利用模糊评价方法评价三种方案。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：（1）建立评价目标集

B={b1,b2,b3,…,bn}（n=评价目标数）本例中为B={投资,性能,周期}（2）建立加权系数集

Q=(q1,q2,q3,…,qn)（n=评价目标数）本例中为

Q={0.2，0.55，0.25}（3）建立模糊评价集

P={p1,p2,…,pm}本例中

P={优，中，差}（m=评价目标数）（4）进行模糊评判请一组专家，对评价目标集中每一目标bi{i=1，2，…,n}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bi，有z个评判结果：

RⅠi={γ11,γ21,…,γm1}

RⅡi={γ12,γ22,…,γm2}

RⅢi={γ13,γ23,…,γm3}…

Rzi={γ1z,γ2z,…,γmz}Z=方案数其中某一元素γmz表示在第Z方案中，对评价目标bi,持Pm评价的专家占总数的百分比。在本例中，评价目标数n=3,评价数m=3,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），Z=Q*R得ZⅠ=[0.788.0.066,0.146],ZⅡ=[0.1375,0.73,0.1325],ZⅢ=[0.26,0.235,0.505]显然方案Ⅰ为最佳第五节商品化设计思想及方法1产品与商品产品：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。商品：通过市场交换的产品。2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，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何使之良好配合。3设计与营销策略4设计与产品定位5设计与生产计划影响设计与生产计划的因素设计品质材料选择设计标准化产品的可靠性模块化的设计制造流程6设计与研究开发设计开发所遵循的原则：简洁设计原则切实性设计原则功能性设计原则经济性设计原则美观性设计原则安全性设计原则传达行设计原则要求数值重要性必达条件涂胶均匀准确钢壳不得划伤损坏机器工作可靠，运转平稳机器生产率允许制造费用40.60只/min<2万元Ⅰ最低要求操作高度3m距离内噪声强度大修周期自动控制胶体温度850~900mm≤70dB10000工作小时ⅡⅢⅣⅣ希望占地面积小安装、操作、维修简单运转费用低设备造价低采用机械传动与控制自动涂胶机设计要求方案数N＝26244功能元功能元解123A钢壳贮存供送B传送钢壳C涂胶方式D取胶方式E胶体加热F传动方式G动力源H控制方式I钢壳旋转J钢壳输出料斗拨轮双曲柄平动涂胶轮柱塞泵电加热机械电动机计算机带摩擦拨爪料斗传送带间歇转盘涂胶嘴胶轮蒸汽热液压液动机单片机橡胶轮顶杆人工摆放顶杆毛刷气动伺服电机运动分配轴绳摩擦轨道涂胶机解的形态学矩阵评价目标比较目标涂胶质量供料通畅性结构简单可靠加工维修生产率价格寿命占地面积自动化噪声ki涂胶质量供料通畅性结构简单可靠加工维修生产率价格寿命占地面积自动化噪声∑—1101110103—1111101033—2322221432—3222213311—1212133223—2221332222—1214422323—3133222221—1443333333—30271615211618121871800.1670.150.089