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第二章__现代设计方法学
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ξ2.1 设计方法学概述
ξ2.2 技术系统及其确定
ξ 2.3 系统化设计
第二章 现代设计方法学
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ξ2.1 设计方法学概述
一、设计方法学的含义
用系统的观点,考虑自然科学、社会科学、经济科学等各种现代因素,为获得质优价廉有创新的产品,研究产品的一般设计进程、设计思维和工作方法、设计工具的综合性学科。
没有正确的方法,犹如在黑暗中摸索前进。
好的方法将为人们展开更广阔的前景,使人们认识更深层次的规律,从而更有效地改造世界。
——培根
——巴普洛夫
第二章 现代设计方法学
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设计方法学 design methodology
设计中各种方法的研究
实质
二、设计方法学的研究对象
设计对象是一个能实现一定技术过程的技术系统。
对于一定的生产或生活需要来说,能满足这个需要的技术过程不是唯一的,能实现某个一定的技术过程的技术系统也不是唯一的。影响技术过程和技术系统的因素很多,要全面系统地考虑,研究确定最优技术系统即设计对象。
第二章 现代设计方法学
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研究设定技术过程及划定技术系统的边界,就确定了技术系统的总功能,包括物质功能和精神功能。
总功能可分解为不同层次的分功能。分功能继续分解到不宜再分时,就构成功能元。
总功能
分功能 1
分功能 2
……
分功能N
解 1
解 M
N×M个整体方案
第二章 现代设计方法学
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功能元求解即寻求实现某功能元的多种实体结构即功能载体。
N个分功能中,若解数最多的有M个解,以NⅹM形态矩阵来组合分功能解,可得NⅹM个整体方案,从中寻求最优整体方案。
优先多个设计方案的方法是:先根据一定的准则和方法对各方案作出评价,然后按正确的原则和步骤进行决策,逐步求得最优方案。
设计是一种创新,设计思维应是创造性思维。创造性思维有其本身的特点和规律,并可通过一定的创造技术方法来激发人们的创造性思维。
第二章 现代设计方法学
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把分散在不同学科领域的大量设计信息集中起来,按设计方法学的系统程式分类列表,建立各种设计信息库,通过计算机等先进设备方便快速地调用参考。
把成批涌现且不断发展的各种现代设计理论与方法应用到设计进程中来,使设计方法学更臻完善。
第二章 现代设计方法学
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冲床
第二章 现代设计方法学
坯料是作业对象,加工中心是技术系统,
所完成的加工过程是技术过程。
设计的目的是为满足一定的需求。
例如,为得到某种复杂形状的金属零件,可通过编程在加工中心上对坯料进行加工。
设计是为对作业对象完成某种技术过程,产品就是人造技术系统。
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作业对象可分三大类:物料、能量和信息。
例如:加工过程中的坯料,发电过程中的电量、控制过程中的电子信号等。
只有在技术过程中转换了状态,满足了需求,才是作业对象。
满足一定需求的技术过程不是唯一的,因而相对应的技术系统也是不同的。
例如:某种形状的金属零件可以用切削、铸造、锻造、轧制、激光成型等不同的技术过程来完成,相对应的技术有切削机床、精密铸机、精密锻机、冷轧机、激光成型机等。
第二章 现代设计方法学
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第二章 现代设计方法学
技术过程的确定
技术过程的确定,对设计技术系统是非常重要的。确定的一般步骤如下:
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 分析比较传统的和现代的理论和实践,确定实现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。环境是与技术系统发生联系的外界的总和,包括经济条件、生产条件、技术条件、社会条件等;
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、美观、使用方便等原则,初步划定技术系统的边界即工作范围。
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第二章 现代设计方法学
技术过程是在人----技术系统----环境这一大系统中完成的。
划定技术系统与人这一方的边界,主要确定哪些功能由人完成,哪些功能由技术系统完成。
划定技术系统与环境这一方的边界,主要确定环境对技术系统有哪些干扰,技术系统对环境有哪些影响。
这样划定了技术系统的两方边界,就确定了技术系统应实现的功能。
技术系统所具有的功能,是完成技术过程的根本特性。从功能的角度分析,技术系统应具有下列能完成不同分功能的单元:
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第二章 现代设计方法学
① 作业单元,完成转换工作;
② 动力单元,完成能量的转换、传递与分配;
③ 控制单元,接受、处理和输出控制信息;
④ 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;
⑤ 结构单元,实现系统各部分的联接与支承。
下图为切削加工中心的功能构成。
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第二章 现代设计方法学
加工中心的功能构成
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作业对象坯料(物料)与机床、刀具、夹具组成工艺系统,完成作业功能,生产出合格的工件。
电源电器对外部能量进
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