机械设计方法-3

1第三章设计的战略进程根据前一章所分析的技术产品的特点及其可利用的一些基础知识方面的建议和提示，从而可为设计的实践活动拟订一个不依赖于具体学科而普遍适用的方法学进程。此方法学进程不仅仅只是由一种方法来支持，应当还包括在完成设计任务时及其相关工作步骤中所采用的对此设计合适且最有效的已知方法或尚待介绍的方法。该方法学进程对于一般设计过程具有强制性，并且对于具体设计阶段的处置起辅助作用。借助于此方法，可以弄清在设计的实践活动中原则上要做些什么？应该怎么做？等等。2设计工作的本质设计工作可以理解为是一种信息转换活动。每一次输出信息后，可看作为一次新的信息组合。因此，必须在这新的信息组合的基础上对正在进行的工作结果加以改进或“提高价值”，也就是说，要在更高等级的信息内容的基础上再进行一次循环，并且一直重复进行，直至获得所需要的改进程度为止。进行技术产品设计的工作方法中的一个重要部分，在于分析过程和紧接着的综合过程，它以若干个工作步骤和决断步骤进行。而且照例要从定性开始，然后逐渐具体化，向定量化方向推进。一个很有效的方法是在求解时，要在不同的观察层面和具体化阶段间来回往返，亦即通过分析一个具体的样例来促使得到一个较抽象、较不具体、但却是新的设想。3设计方法学进程的前提采用方法学进程时，必须满足下列前提：确定目标：通过明确总目标、各个分目标及其相应的重要性来达到。由此确保推动设计任务的解决，并增强自己对具体问题的洞察力。指出条件：即明确边界条件和初始条件。消除偏见：这样方能在更广泛的范围内寻求解并避免思维差错，使得设计进程普遍化。寻求变型：即寻找可能存在的更多的解，然后在其中选出最佳。进行评价：以目标和给定条件为考虑依据，对获得的解进行评价。作出决断：没有决断，便不可能有认识上的前进，但决断是建立在对接进行对比和评价的基础上。4设计的方法学的进程通常，面对每一个设计任务书，首先给设计者造成一次问题与已知的或未知的实现可能性之间的对峙，其强烈程度取决于设计者以及他对所从事领域的认知能力和经验。但任何情况下，关于相近的任务书、条件、可能的解答原理和已知的相似解答的信息，这些总是有用的，它一般能狗减轻前述的对峙程度、提高设计者找到解的勇气和自信。接着，在抽象的层面上定义问题的本质(任务的本质内容)，以此可以确定目标并描述本质性条件。如此定义而不带某个先入为主的解，也就同时开辟了可以设想的解决途径。因为通过抽象定义过程，能促使我们摆脱传统的束缚，并且有所突破和得到异乎寻常的解，这就是在一定程度上的创新过程。5接着就是进行真正的创新性阶段──创造，此时要按照各种解题方法来开发解的主意，并借助于方法学规则将其进行变异和组合。由于有了许多解的变形，就需要对它们进行评价，这是赖以进行决断和确定显得较佳的解的依据。因为思考和设计流程的结果总是要接受一个评价步骤的审查，所以评价是以所追求的目标为着眼点所进行的一种检验。通过决断，亦即选择，得到原则性的结论意见。6决断的过程7面前的结果对于所设目标已足够，无须顾虑即可进行下一步的工作(决断：是，进行计划中的下一步工作步骤)。鉴于面前的结果不能达到认定目标(决断：否，不进行计划中的下一步工作步骤)。如果重复这步工作(必要时重复好几步这样的工作)的花费（包括时间、人力、财力等方面）是许可的，并且看来可以获得满意的结果，则可在更高的信息级别上重复之(决断：是，重复工作步骤)。如果必须否定上述问题(决断：否)，则需调整开发工作。8即使某一工作步骤获得的结果不符合所面临任务的设定目标，还是可以设想：（1）说不定它对于经过修改的或另一个设定目标是很有意义的。（2）进行总结，在这一具体情况下可否改变任务书使之符合设定目标，或者该结果可否改作其它用途（其它设计任务书），这是至关重要和必需的工作。在设计过程的不同部位（或不同阶段），需要要累次重复进行对峙—经过创造—直到决断这样的完整流程，并且总是在求解的不同具体化等级上进行的。9产品开发和设计的一般进程图10如果将上图的这些工作步骤与必要的决断步骤和通常的具体化阶段的方案设计、技术设计和施工设计联系起来，则可得一个粗略的流程，其主要阶段为：──阐明任务书，即信息方面的确定──方案设计，即原理方面的确定──技术设计，及结构方面的确定──施工设计，即制造技术方面的确定11设计工作步骤流程框图图中各决断步骤用以发出按流程继续进行下去的指令，或当工作结果显得不满意时，促使设计工作再进行一次当前的最小循环。任何情况下，都应避免那种需要从头到底走完整个设计过程后才能确定排除某一严重缺点的境况。有时，某一开发工作已被证明不值得再往下进行，从而必须作出中断此项开发工作的决断，这在流程框图未用单独的决断步骤明示出。但应检验是否应该作此决断，因为在没有出路的情况下及早而坚决的停止，可最大限度地减少失望和耗费。12对于机械问题，大多数的解决原理以物理现象为基础（也有少数涉及化学或生物学现象），例如：摩擦现象、杠杆现象、热膨胀现象等。常常有几种不同的物理现象均可实现同一个分功能，也常有将几种物理现象结合起来才能实现一个分功能。所以选择一个分功能的解决原理时，必须考虑此物理现象是否与其周围有关分功能解的物理现象相容。物理现象发生作用的地方称之为作用地点，在此必须正确布置作用面(作用线或作用空间)、选择作用运动和设定用以实现它们的材料种类与性质，以保证相应的物理现象实现所要求的功能。13从产品设计与开发的一般进程图中可见，原理优化、结构优化和制造优化是产品设计开发三个重要环节，而且三者之间有不少重叠，故彼此之间是互相影响、互为前提的。一般而言，结构优化与制造技术优化是随着设计进程具体化的程度向前推进而显得愈来愈重要的。根据已有经验，前述将设计工作进行分步骤进程，其所花的时间与传统做法相比是减少的，而且，那些经得起时间考验和十分成功的设计案例，多数是通过选择最合适的原理，而不是通过过份强调设计的精细化才出现。14如何撰写科学论文或设计报告科学论文或设计报告应系统完整、论据充分、结论明确，其所包含的内容有：摘要：整篇文章的浓缩和高度概括，短、精、完整。概述或引言：简略介绍问题产生的背景，已有解决原理及其存在的不足，所做工作的必要性和意义等。解决思路与所用的方法：应给出基本原理和具体方法，应条理清楚、论述完整。正确性证实：可以从定量分析和试验验证两方面阐述，可能的情况下进行多方案（方法）结果对比。讨论或结论：可供他人借鉴与使用的结论，交代存在的问题，并指出今后工作的方向。参考文献：数量适当，注意文献的时效性。15如何展示和表述研究成果、进行交流在5~10分钟内展示或表述所获得的研究成果，应简捷明了，有说服力，回答问题直截了当。研究目的或意义：介绍问题产生的背景，已有解决原理及其存在的不足，所做研究的意义和必要性等。解决思路与所用的方法：应给出基本原理和具体方法。独特之处：所用方法、研究对象或所得结果的与众不同。正确性证实：定量分析和试验验证，有可能的情况下可进行多方案（方法）结果对比。讨论或结论：可供他人借鉴与使用的结论，交代存在问题，并指出今后工作的方向。16思考题结合以往减速器的设计实际，对其进行设计战略进程方面的分析，并进行以下讨论（用PPT形式表述）：（1）将减速器作为一个机械系统进行转换功能、输入和输出要素等方面的分析；（2）分析其设计进程的方法步骤，论述对峙—创造—决断的完整流程：（3）试着画出设计的一般进程框图。17谢谢大家！