一、机械设计程序.docVIP

機械設計程序 最近更新：徐業良(2004-08-18)﹔推薦：徐業良(2003-09-10)。 附註：本文為元智大學機械系大三機械設計課程教材。 第一章 機械設計程序 1. “設計”是什麼？ “設計”是什麼？ 每一個人，每一種不同的行業，對設計一詞可能都有自己的定義。Shigley[1983] 認為 設 計 是 為 滿足人 類 需求的 一 種具有 創 造性的 決 策過程 (decision-making process)，設計的最終目的是產品，此產品能夠行使某些功能，以達成某些特定的要 求。Spotts[1985]則認為機械設計是為規劃、創新或改良機械產品，以達到特定 用途的一門藝術，他強調從事機械設計的工程師不但要有充分的技術訓練，還須具 備正確的判斷和廣泛的經驗，這些能力須仰賴長期從事專業性設計工作中獲得。另外 設計也常被視為解決問題的過程(“Design is a problem solving process.”)，或是一 個搜尋問題解答的過程。 非常廣義來說，設計是一種程序，我們經由設計的程序來創造世界和世界上許許 多多的東西，包括各種產品、包裝、服飾、建築物、景觀、通訊、交通、甚至整個城 市。設計在回應人們不斷改變的需求、不斷創新的科技、以及我們週遭的環境。 那麼設計這個程序經過了哪些步驟呢？ 這裡可以用一個我們所熟悉的產品─電話，來說明設計的程序。1946 年時，美 國的貝爾電話實驗室(Bell Telephone Lab, ATT)要求著名的工業設計師亨利堆法斯 (Henry Dreyfuss)，想辦法改進數以百萬計的美國家庭、辦公室所使用的電話。亨利堆 法斯和他的設計小組採用了以下的程序來面對這項挑戰。 1 .tw/ 機械設計程序 設計的起始是一個待解決的問題(Design starts with a problem to be solved) 設計小組所面臨的問題是，電話有哪些需要改進的地方？ 步驟一 思考問題 設計小組第一個工作，是要去定義他們的問題。他們研究電話有哪些不同的 外型？電話是如何製作的？人們平常又是如何使用電話？ 當時所使用的電話最主要的兩種機型是所謂“蠟燭台式(candlestick)”電 話，和“300 系列(Series 300)”電話，經過這些研究之後，圖 1 是設計小組指出 的 1946 年的電話需要重新設計、改進的許多問題。  難看的大 小及外觀 聽筒易從 掛鉤脫落 易傾倒 太重  無法持話筒於 耳朵及肩膀間 話筒須更 適合拿取 撥號時無 法看數字  需用雙手  材質易破碎  圖 1. “蠟燭台式”電話和“300 系列”電話 瞭解設計問題之後，設計小組開始腦力激盪，發揮他們的想像力，對於新型 電話的設計提出所有可能性：是不是可能改變電話的形狀？是不是可以把電話生 硬的線條都改成平滑的圓角？電話是不是可以不是單調的黑色，而是鮮豔的彩 色？ 步驟二 畫出想法 這些新型電話設計的想法，現在看起來似乎是稀鬆平常，然而在半個多世紀 之前，卻都是非常創新的想法。接下來設計者便用如圖 2 所示手繪的草圖，加上 一些簡單的註解，甚至製作一些粗略的模型，來快速表達他們創新的想法，進一 步釐清這些想法，或者發展出新的點子。 2 .tw/ 機械設計程序 圖 2. 設計者以手繪的草圖來快速表達他們在設計上的想法 步驟三 製作模型 在思考新型電話設計時，可能有非常多創新的想法，而許多想法在草圖繪製 的階段可能就已經被否定掉了，被保留下來的設計概念逐漸發展完整後，設計師 們便進一步以木頭、油土、或石膏，將這些設計概念製作成實體的模型，包括電 話的聽筒、基座、撥號轉盤（如圖 3）。這些實體模型能讓設計師更具體感受到 其設計，同時也被用來展示給他們的顧客 ATT 公司看，討論是否能滿足他們 顧客的要求。 圖 3. 電話設計的實體模型 3 .tw/ 機械設計程序 步驟四 評估設計 根據這些電話的實體模型，設計師和他們的顧客可以仔細評估新型設計是否 順手好用？是否能配合使用者的臉型和耳朵？他們規劃了一系列的設計原型的 分析測試，來評估新型電話設計的各種性能，並且不斷作細部修改，終於他們敲 定了最後的設計。 步驟五 製造產品 設計師們建議使用一種新型的塑膠來製造最終的電話產品，因為這種塑膠可 以用模具射出成形，製造上比較有效率，成本也較低，同時這種塑膠質地輕、壽 命長、而且可以有許多種不同的顏色