第一讲 设计方法学
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1、信息论方法—现代设计方法的依据，如信息分析法、 技术预测法等。
2、系统论方法，现代设计方法的前提，如系统分析法、 人机工程以及面向产品生命周期中各个阶段的设计。
3、控制论方法，如动态分析法等，是现代设计的深化。 4、优化论方法—现代设计方法的目标。 5、对应论方法，如相似设计、反求工程设计等。是现 代设计的捷径 6、智能论方法—现代设计方法的核心，如CAD、CAE、 并行工程、虑拟设计、人工智能等。 7、寿命论方法，如可靠性设计、价值工程和稳定性设 计等。
总之，工业产品设计的物质功能、物质技术条件和造型艺 术三者之间是相互依存、相互制约又相互统一的辩证关系。
除了上述三个基本要素之外，还有使用环境这一重要因素。 因为任何产品都是其环境中的一个构成因素，必须考虑产品在 环境中的作用，研究其功能、造型、材料等因素是否与使用环 境协调统一。(广州大部分的空调只有制冷功能没有制热)。
❖ 由于设计方法学(Design methodology)和创造方 法学(Creation methodology)的迅速发展，机械 产品的设计工作发生了质的变化，出现了一系 列新兴学科分支，主要有：
❖ 设计方法学 ❖ 优化设计(Optimal design) ❖ 价值工程(Value engineering) ❖ 计算机辅助设计(CAD)
型设计予以体现，它通过产品的外观、材质、 工艺、色彩等因素扩展到物质功能的外延，给 使用者的心理产生某种感受，愉悦、快乐或沉 闷、压抑等。而使用功能体现了产品被使用时 的方便及舒适安全的程度，强调产品具有人一 机一环境的协调性能。
其次，产品采用不同的制造技术、材料的加工手段，决定着工业产 品具有不同的特征和相貌，这方面因素人们把它叫作“物质技术条 件”
例如：各种钟表的造 型。 只要求它们能反映和 体现出其功能，并符 合其功能要求就可以 了，所以同类的产品 在其造型上会有不同 的差异性。
2）形式有其自己的法则和规律，而这些法则并不完全受功能的 制约。造型除了实现功能的结构形式并受其功能的制约以外， 还有其独立性。但造型与功能形式不应是相互排斥，而是相互 作用，相辅相成。
不同类wk.baidu.com的产品其面貌千差万别的原因所在，就是由于其功能的差
异，导致造型的不同。但产品的造型与功能又有其统一性，对于同
一产品的功能往往与其造型有着相应的关系，可以采取多种形态相
对应。
例如：各种键鼠的造型。
只要求它们能反映和体现出其
功能，并符合其功能要求就可
以了，所以同类的产品在其造
型上会有不同的差异性。
今天的科学技术已经高度发展，创新往 往是在已有技术基础上的综合。有的新产品 是根据别人的研究实验结果而设计，有的是 博采众长，加以巧妙地组合。
（3）综合性
现代设计在设计过程中，综合考 虑、分析市场需求、设计、生产、管 理、使用、销售各方面的因素；综合 运用优化系统工程、可靠性理论、价 值工程、技术等学科的知识，探索多 种解决设计问题的科学途径。
（1）系统性
现代设计把设计对象看作一个系统， 同时考虑系统与外界的联系，用系统工程 概念进行分析和综合，通过功能分析、系 统综合等方法，力求系统整体最优，使人 机之间的功能相互协调。
（2）创造性
现代设计强调创造能力开发和充分发 挥人的创造性；重视原理方案的设计、开发 和创新产品。只有创新才能有所发明。
（4）程式性
现代设计研究设计的一般进程，包 括一般设计战略和用于设计各个具体部 分的战术方法。要求设计者从产品规划、 方案设计、技术设计、施工设计到实验、 试制，按步骤有计划进行设计。
现代设计在设计指导思想、设计对象、 设计方法和设计手段上都有着显著特点和 先进性。
其中，机械创新设计(Creative design) 是现代机械设计的核心，机械系统运动方 案设计的每一个环节，都包含有创新设计 的内容，都离不开创造性思维。
产品造型具有三方面主要特征：实用性、艺术性、科学性。
产品的实用性是因为它有使用价值，表现了物质的功能特性。
说产品具有艺术性，是因为它本身的确具有艺术感染力，能满足人们的审美要求， 表现了物质的精神功能，以及产品本身特定的内容、构造和情趣，并通过自身的 外观形象，是人们在心理状态上产生某种作用。如正方形的产品给人以简洁、大 方、规整之感，而曲线造型的产品给人们流畅、典雅、优美之感等，都是通过其 外观造型对人们产生这种精神作用。但是产品的艺术造型具有双重特征，既要美 观又要实用，是建立在物质功能的基础上的。
1) 设计是将生产者 与使用者双方的需 要具体化，对成为 最终产品时的构造 及功能，而且对包 括人类一切环境在 内的全部进行恰当 设计的一种创造性 活动。
2) 设计是针对在批量生产的前提下对产品及系统加以 分析，并进行创造和发展，其目的是希望在投产前能使 产品获得一种能为广大用户所接受的最佳形式，并在一 般水准的价格和合理利润下加以生产。
工业产品造型设计是与科学技术、 材料、结构、工艺和艺术内容紧 密结合的，是通过一定的视觉艺 术形象来反映其思想内容，并通 过抽象概括的造型手段反映出产 品的时代精神和社会物质文化的 面貌，使人们对其产品在心理上 产生某种感受特征。所以，从这 个意义上讲，现代设计要不断发 展，把多专业、多方面因素协调 完善。
的专业知 识和经验
努力实践 不怕艰苦
不怕失败的性格
坚忍不拔的精神
高远的志向 不迷信权威
（一）现代机械设计简介
❖ 机械设计的历史 ❖ 现代机械设计方法 ❖ 机械产品的设计过程 ❖ 机械产品的设计原则
1、机械设计的历史
人类的设计工作大致经历了以下几个阶段：
直觉设计阶段 凭直观感觉来设计制作工具和机械，往往带有
1) 产品的使用属性 2) 产品的社会属性 3) 产品的服务属性
海尔是如何赚钱的？ 你把保险公司的产品放到哪里去了？
3 现代设计与传统设计的根本区别
1) 手工的、静态的、经验的设计，被动地分析产品的性能 2) 计算机化的、动态的、科学的设计，主动地设计产品的性能
现代设计与传统设计比较，有下列 几个特征：
8、离散论方法，如有限元和边界元方法。 9 、模糊论方法，模糊评价和决策等。是现代设 计的发展。 10、突变论方法—现代设计方法的基础，如创新 性设计等。 11、艺术论方法，如艺术造型等。
本课程重点讨论的是一些设计方法都是发展 历史较长、理论较成熟和应用较广泛的现代设计 方法，包括可靠性设计、优化设计、机械动态设 计等。
现代设计理论与方法
现代设计
定义： 从现代工程技术设计来看，设计是将 新技术成果引进产品开发，从结构、工艺、 材料入手进行的技术设计活动，从科学技术 角度去解决零件与零件、零件与部件、部件 与部件内在机械联结的关系，实现产品的使 用功能要求。
现代设计
定义：就批量生产的工业产品而言，设计是 凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而 赋予材料，结构，构造，形态，色彩，表面 加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业产 品设计。还包括了工业设计师对包装，宣传， 展示，市场开发等问题的解决付出自己的技 术知识和经验以及视觉评价能力。
一定的盲目性。
经验设计阶段 依靠个人的才能和经验，运用一些基本设计计
算理论，借助类比、模拟和试凑等设计方法进行 设计。
半理论半经验设计阶段
加强了设计基础理论、各种专业机械产品 设计机理以及关键零部件的设计研究，使设计 者能够充分利用数据、图表和手册等进行设计， 减少了设计的盲目性，增加合理性。
2、现代机械设计方法
可靠性设计(Reliability design) 工业艺术造型设计(Visual design) 模块化设计(Modular design) 反求工程(Inverse engineering) 有限元法(Finite element method) 机械动态设计(Dynamic design)等等。
相似性设计(Similarity design) 系统化设计(Systematization design) 并行设计(Concurrent design) 人机工程学(Man-machine engineering， ergonomics) 模态设计(Modal design)等等。
现代机械设计与传统设计及其范畴
物质技术条件是产品得以成为现实的物质基础，功能的实现要靠正确地选择 构成产品的材料。赋予材料以特定的造型乃至功能的，则是各种制造技术、 工艺和设备，称之为“物质技术条件”。
最后，工业产品是由形态、色彩、 材质诸元素构成的，具有实现其功 能的形象，称之为“造型艺术”。
造型就是指产品表现出的形式，是产品为 了实现其所要达到的目的所采取的结构形 式，既具备了特定功能的产品实体形态， 又反映了产品的思想内容。就是说形式反 映内容，内容决定形式；功能决定造型， 造型服务于功能，造型反映功能。所以， 功能与造型的关系是统一的。
首先，产品应能够满足人们的需求，称为“物质功能”；
产品的功能是指产品所具有的某种特定功效和性能。工业产品都包含 着物质功能、精神功能与使用功能。其中物质功能是产品的基本方面，并 通过产品的技术含量作为保证，对产品的结构和造型起着主导性的作用， 也是造型的出发点。精神功能则是物质功能的重要补充，并通过产品的造
3）物质技术条件是实现产品功能与造型的根本条件，也是构成产品功 能与造型的中介要素。材料和结构之间存在着比较确定的关系，而结构 与功能之间却是一种不确定的关系，所以材料与功能之间也具有不确定 关系。因此，为了实现同一功能，人们可以选择多种材料，而每一种材 料都可以形成合理结构，并实现所要达到的功能相应产生的造型形式。 例如，用不同的木材、金属等材料制成的产品椅子，虽然它们的材料、 结构和造型不同，但都可以实现同样的“坐”的功能。正是这种功能、 造型和材料之间的不确定关系，形成了形态各异的椅子造型。然而不同 的材料有着不同的特性和结构特征，必须通过各种加工手段来完成实现 产品造型，所以，物质技术同样制约着产品的功能与形态。
学习现代设计方法的是主要任务
学习现代设计方法的最主要任务 是：掌握现代设计的理论与原理，了 解其作用与局限性，并学会用客观存 在解决工程实际问题。
做一名优秀的设计师
智能 intelligence
创造潜能Creation potential（包括好奇心 和兴趣，要有细致的观
察和深入的思考）
各种相关
要有人一机一环境和谐的整体观念，才能使现代设计变为 创造人类更美好生活的一种活动，使工业产品真正地满足人们 的物质需求和精神需求。
现代设计理论与方法是以研究产品设计 为对象的科学。发展至今，现代设计理论和 方法的内容多而丰富，它们是由既相对独立 又有机联系的“十一论”方法学构成。
现代设计方法的主要内容
一 传统设计与现代设计
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
现代机械设计与传统设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
2 产品属性变化对设计的要求（传统产品与现代产品）
3) 设计追求的是公众审美意识， 而不同于单件艺术品的追求，其标 准受经济法则、自然法则和人—— 机（产品）——环境因素制约，是 追求精神功能和物质功能并存的实 用且美的产品。
现代设计的要素
基本要素包括哪些？
要求具体化 批量生产 公众审美
物质功能 物质技术条件 造型艺术
现代产品设计的要素一般是指物质功能、物质技术条 件和造型艺术，三方面因素构成了产品设计的对象， 即批量生产的工业产品。
各要素（物质功能、物质技术条件和造型艺术三者）之间的关 系为何？
1）物质功能（使用功能、技术功能和精神功能）是产品的基础因素， 造型是产品功能的形式，是对物质功能的体现与反映，所以功能决定着 产品的形态，决定着产品的造型手段。
产品的物质功能包括：使用功能、技术功能和精神功能三个主要 方面。
使用功能和技术功能是产品的主要方面，但不同的产品功能也需 要有不同的产品形态与之适应。所以产品不同的形态就产生了不 同的精神功能——审美功能、象征功能、社会功能。
2、系统论方法，现代设计方法的前提，如系统分析法、 人机工程以及面向产品生命周期中各个阶段的设计。
3、控制论方法，如动态分析法等，是现代设计的深化。 4、优化论方法—现代设计方法的目标。 5、对应论方法，如相似设计、反求工程设计等。是现 代设计的捷径 6、智能论方法—现代设计方法的核心，如CAD、CAE、 并行工程、虑拟设计、人工智能等。 7、寿命论方法，如可靠性设计、价值工程和稳定性设 计等。
总之，工业产品设计的物质功能、物质技术条件和造型艺 术三者之间是相互依存、相互制约又相互统一的辩证关系。
除了上述三个基本要素之外，还有使用环境这一重要因素。 因为任何产品都是其环境中的一个构成因素，必须考虑产品在 环境中的作用，研究其功能、造型、材料等因素是否与使用环 境协调统一。(广州大部分的空调只有制冷功能没有制热)。
❖ 由于设计方法学(Design methodology)和创造方 法学(Creation methodology)的迅速发展，机械 产品的设计工作发生了质的变化，出现了一系 列新兴学科分支，主要有：
❖ 设计方法学 ❖ 优化设计(Optimal design) ❖ 价值工程(Value engineering) ❖ 计算机辅助设计(CAD)
型设计予以体现，它通过产品的外观、材质、 工艺、色彩等因素扩展到物质功能的外延，给 使用者的心理产生某种感受，愉悦、快乐或沉 闷、压抑等。而使用功能体现了产品被使用时 的方便及舒适安全的程度，强调产品具有人一 机一环境的协调性能。
其次，产品采用不同的制造技术、材料的加工手段，决定着工业产 品具有不同的特征和相貌，这方面因素人们把它叫作“物质技术条 件”
例如：各种钟表的造 型。 只要求它们能反映和 体现出其功能，并符 合其功能要求就可以 了，所以同类的产品 在其造型上会有不同 的差异性。
2）形式有其自己的法则和规律，而这些法则并不完全受功能的 制约。造型除了实现功能的结构形式并受其功能的制约以外， 还有其独立性。但造型与功能形式不应是相互排斥，而是相互 作用，相辅相成。
不同类wk.baidu.com的产品其面貌千差万别的原因所在，就是由于其功能的差
异，导致造型的不同。但产品的造型与功能又有其统一性，对于同
一产品的功能往往与其造型有着相应的关系，可以采取多种形态相
对应。
例如：各种键鼠的造型。
只要求它们能反映和体现出其
功能，并符合其功能要求就可
以了，所以同类的产品在其造
型上会有不同的差异性。
今天的科学技术已经高度发展，创新往 往是在已有技术基础上的综合。有的新产品 是根据别人的研究实验结果而设计，有的是 博采众长，加以巧妙地组合。
（3）综合性
现代设计在设计过程中，综合考 虑、分析市场需求、设计、生产、管 理、使用、销售各方面的因素；综合 运用优化系统工程、可靠性理论、价 值工程、技术等学科的知识，探索多 种解决设计问题的科学途径。
（1）系统性
现代设计把设计对象看作一个系统， 同时考虑系统与外界的联系，用系统工程 概念进行分析和综合，通过功能分析、系 统综合等方法，力求系统整体最优，使人 机之间的功能相互协调。
（2）创造性
现代设计强调创造能力开发和充分发 挥人的创造性；重视原理方案的设计、开发 和创新产品。只有创新才能有所发明。
（4）程式性
现代设计研究设计的一般进程，包 括一般设计战略和用于设计各个具体部 分的战术方法。要求设计者从产品规划、 方案设计、技术设计、施工设计到实验、 试制，按步骤有计划进行设计。
现代设计在设计指导思想、设计对象、 设计方法和设计手段上都有着显著特点和 先进性。
其中，机械创新设计(Creative design) 是现代机械设计的核心，机械系统运动方 案设计的每一个环节，都包含有创新设计 的内容，都离不开创造性思维。
产品造型具有三方面主要特征：实用性、艺术性、科学性。
产品的实用性是因为它有使用价值，表现了物质的功能特性。
说产品具有艺术性，是因为它本身的确具有艺术感染力，能满足人们的审美要求， 表现了物质的精神功能，以及产品本身特定的内容、构造和情趣，并通过自身的 外观形象，是人们在心理状态上产生某种作用。如正方形的产品给人以简洁、大 方、规整之感，而曲线造型的产品给人们流畅、典雅、优美之感等，都是通过其 外观造型对人们产生这种精神作用。但是产品的艺术造型具有双重特征，既要美 观又要实用，是建立在物质功能的基础上的。
1) 设计是将生产者 与使用者双方的需 要具体化，对成为 最终产品时的构造 及功能，而且对包 括人类一切环境在 内的全部进行恰当 设计的一种创造性 活动。
2) 设计是针对在批量生产的前提下对产品及系统加以 分析，并进行创造和发展，其目的是希望在投产前能使 产品获得一种能为广大用户所接受的最佳形式，并在一 般水准的价格和合理利润下加以生产。
工业产品造型设计是与科学技术、 材料、结构、工艺和艺术内容紧 密结合的，是通过一定的视觉艺 术形象来反映其思想内容，并通 过抽象概括的造型手段反映出产 品的时代精神和社会物质文化的 面貌，使人们对其产品在心理上 产生某种感受特征。所以，从这 个意义上讲，现代设计要不断发 展，把多专业、多方面因素协调 完善。
的专业知 识和经验
努力实践 不怕艰苦
不怕失败的性格
坚忍不拔的精神
高远的志向 不迷信权威
（一）现代机械设计简介
❖ 机械设计的历史 ❖ 现代机械设计方法 ❖ 机械产品的设计过程 ❖ 机械产品的设计原则
1、机械设计的历史
人类的设计工作大致经历了以下几个阶段：
直觉设计阶段 凭直观感觉来设计制作工具和机械，往往带有
1) 产品的使用属性 2) 产品的社会属性 3) 产品的服务属性
海尔是如何赚钱的？ 你把保险公司的产品放到哪里去了？
3 现代设计与传统设计的根本区别
1) 手工的、静态的、经验的设计，被动地分析产品的性能 2) 计算机化的、动态的、科学的设计，主动地设计产品的性能
现代设计与传统设计比较，有下列 几个特征：
8、离散论方法，如有限元和边界元方法。 9 、模糊论方法，模糊评价和决策等。是现代设 计的发展。 10、突变论方法—现代设计方法的基础，如创新 性设计等。 11、艺术论方法，如艺术造型等。
本课程重点讨论的是一些设计方法都是发展 历史较长、理论较成熟和应用较广泛的现代设计 方法，包括可靠性设计、优化设计、机械动态设 计等。
现代设计理论与方法
现代设计
定义： 从现代工程技术设计来看，设计是将 新技术成果引进产品开发，从结构、工艺、 材料入手进行的技术设计活动，从科学技术 角度去解决零件与零件、零件与部件、部件 与部件内在机械联结的关系，实现产品的使 用功能要求。
现代设计
定义：就批量生产的工业产品而言，设计是 凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而 赋予材料，结构，构造，形态，色彩，表面 加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业产 品设计。还包括了工业设计师对包装，宣传， 展示，市场开发等问题的解决付出自己的技 术知识和经验以及视觉评价能力。
一定的盲目性。
经验设计阶段 依靠个人的才能和经验，运用一些基本设计计
算理论，借助类比、模拟和试凑等设计方法进行 设计。
半理论半经验设计阶段
加强了设计基础理论、各种专业机械产品 设计机理以及关键零部件的设计研究，使设计 者能够充分利用数据、图表和手册等进行设计， 减少了设计的盲目性，增加合理性。
2、现代机械设计方法
可靠性设计(Reliability design) 工业艺术造型设计(Visual design) 模块化设计(Modular design) 反求工程(Inverse engineering) 有限元法(Finite element method) 机械动态设计(Dynamic design)等等。
相似性设计(Similarity design) 系统化设计(Systematization design) 并行设计(Concurrent design) 人机工程学(Man-machine engineering， ergonomics) 模态设计(Modal design)等等。
现代机械设计与传统设计及其范畴
物质技术条件是产品得以成为现实的物质基础，功能的实现要靠正确地选择 构成产品的材料。赋予材料以特定的造型乃至功能的，则是各种制造技术、 工艺和设备，称之为“物质技术条件”。
最后，工业产品是由形态、色彩、 材质诸元素构成的，具有实现其功 能的形象，称之为“造型艺术”。
造型就是指产品表现出的形式，是产品为 了实现其所要达到的目的所采取的结构形 式，既具备了特定功能的产品实体形态， 又反映了产品的思想内容。就是说形式反 映内容，内容决定形式；功能决定造型， 造型服务于功能，造型反映功能。所以， 功能与造型的关系是统一的。
首先，产品应能够满足人们的需求，称为“物质功能”；
产品的功能是指产品所具有的某种特定功效和性能。工业产品都包含 着物质功能、精神功能与使用功能。其中物质功能是产品的基本方面，并 通过产品的技术含量作为保证，对产品的结构和造型起着主导性的作用， 也是造型的出发点。精神功能则是物质功能的重要补充，并通过产品的造
3）物质技术条件是实现产品功能与造型的根本条件，也是构成产品功 能与造型的中介要素。材料和结构之间存在着比较确定的关系，而结构 与功能之间却是一种不确定的关系，所以材料与功能之间也具有不确定 关系。因此，为了实现同一功能，人们可以选择多种材料，而每一种材 料都可以形成合理结构，并实现所要达到的功能相应产生的造型形式。 例如，用不同的木材、金属等材料制成的产品椅子，虽然它们的材料、 结构和造型不同，但都可以实现同样的“坐”的功能。正是这种功能、 造型和材料之间的不确定关系，形成了形态各异的椅子造型。然而不同 的材料有着不同的特性和结构特征，必须通过各种加工手段来完成实现 产品造型，所以，物质技术同样制约着产品的功能与形态。
学习现代设计方法的是主要任务
学习现代设计方法的最主要任务 是：掌握现代设计的理论与原理，了 解其作用与局限性，并学会用客观存 在解决工程实际问题。
做一名优秀的设计师
智能 intelligence
创造潜能Creation potential（包括好奇心 和兴趣，要有细致的观
察和深入的思考）
各种相关
要有人一机一环境和谐的整体观念，才能使现代设计变为 创造人类更美好生活的一种活动，使工业产品真正地满足人们 的物质需求和精神需求。
现代设计理论与方法是以研究产品设计 为对象的科学。发展至今，现代设计理论和 方法的内容多而丰富，它们是由既相对独立 又有机联系的“十一论”方法学构成。
现代设计方法的主要内容
一 传统设计与现代设计
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
现代机械设计与传统设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
2 产品属性变化对设计的要求（传统产品与现代产品）
3) 设计追求的是公众审美意识， 而不同于单件艺术品的追求，其标 准受经济法则、自然法则和人—— 机（产品）——环境因素制约，是 追求精神功能和物质功能并存的实 用且美的产品。
现代设计的要素
基本要素包括哪些？
要求具体化 批量生产 公众审美
物质功能 物质技术条件 造型艺术
现代产品设计的要素一般是指物质功能、物质技术条 件和造型艺术，三方面因素构成了产品设计的对象， 即批量生产的工业产品。
各要素（物质功能、物质技术条件和造型艺术三者）之间的关 系为何？
1）物质功能（使用功能、技术功能和精神功能）是产品的基础因素， 造型是产品功能的形式，是对物质功能的体现与反映，所以功能决定着 产品的形态，决定着产品的造型手段。
产品的物质功能包括：使用功能、技术功能和精神功能三个主要 方面。
使用功能和技术功能是产品的主要方面，但不同的产品功能也需 要有不同的产品形态与之适应。所以产品不同的形态就产生了不 同的精神功能——审美功能、象征功能、社会功能。