现代武器系统设计方法概要

现代武器系统设计方法概述

一、概念

现代武器系统设计的方法依赖一般化现代设计技术，是现代设计技术在武器这一领域的具体体现。现代设计技术是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是传统设计的深入、丰富和完善。随着设计实践经验的积累、设计理论的发展以及科学技术的进步，特别是计算机技术的高速发展，设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃。为区别于过去常用的传统设计理论与方法，人们把这些新兴理论与方法称为现代设计。现代设计方法就是以满足产品的质量、性能、时间、成本、价格等综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。现代设计不仅指设计方法的更新，也包含了新技术的引入和产品的创新。

二、设计的内涵

设计是把一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的活动过程，是具有高级思维能力的人的本能。人类为了适应生存环境和发展自身，出现了各种精神上和物质上的需求，为了满足这些需求，人们需要通过创造性的思维产生构思，并采取一定的技术途径实现这些构思，改造世界，创造文明，创造物质财富和精神财富，这个过程就是设计。因此，可以说从人类诞生之日，就孕育了设计的萌芽，设计活动就是人类文明的创造活动，它不论是在精神财富还是在物质财富

的创造中都起到了重要作用。人类最基础、最主要的创造活动是造物。设计便是造物活动进行预先的计划，可以把任何造物活动的计划技术和计划过程理解为设计。设

计的领域非常广阔，按照人与社会、自然之间的关系，将设计分为三类——产品设计、传播设计和环境设计。

(1)产品设计是指人与自然关系中为维持与发展自身、征服自然、改造自然过程中所需的工具、机器的设计，如发动机、汽车、机床的设计等。

(2)传播设计是实现人与社会之间信息的传递表达的设计，如广告设计、路标设计、印刷设计等。

(3)环境设计则是指处于自然界中的人类社会所必需的物质环境装备的设计，如城市规划，以及房屋、道路、桥梁的设计等上述三类设计的侧重点各不相同，但并不是完全分离的，而是有着密切的联系甚至重叠。比如服装设计是一种产品设计，但如果它着眼于文化、时尚等元素的话，则又是一种传播设计。许多建筑物的设计也同时是环境设计和传播设计。早期，人们是从自然现象中获得启示，或凭直观感觉来进行设计的。到了17世纪，人们除了依靠个人的才能和经验外，开始运用数学、力学等方面的知识来解决设计中的一些问题，进行一些基本的设计计算。随着工业革命的到来，生产方式发生了巨大变化，促使人们加强了设计基础理论和各种专业产品设计的研究，以提高设计水平；同时还加强了零件的标准化、部件的通用化以及产品的系列化研究，以进一步提高设计的速度、质量，降低设计成本。在计算机出现以前，人们就已经把各种产品设计的经验总结成有关的设计理论、设计步骤和设计手册等，这种设计通常称之为

传统设计。

三、现代设计分类

传统设计理论发展时期，由于受机械生产水平的制约、客观条件的限制以及当时计算手段的局限等一系列原因，人们的思维还未被充分开发。同时，社会对机械生产的要求不象今天这样向高速、高效、精密、轻量化、自动化方向发展武器系统和产品结构也不象今天这样日趋复杂。传统设计在进行理论分析时，基于其观念的制约和所确定的力学—数学模型的需要，常将复杂的具体问题作了一些等效处理，使理论分析的目的性和问题的本质更加明确，也使分析的过程得。传统的设计方法主要分为根据理论公式进行设计、与根据经验公式进行设计。根据理论设计是根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。根据经验公式设计是根据某类零件已有的设计方法与经验关系式，或根据设计者个人的工作经验

用类比办法所进行的设计叫经验设计。随着设计产品的技术系统越来越复杂，技术含量不断提高产品更新发展速度加快，经验类比的设计方法已不能满足市场需要。

现代设计不仅指设计方法的更新，也包含了新技术的引入和产品的创新。目前现代设计方法所指的新兴理论与方法主要包括并行设计、优化设计、可靠性设计、设计方法学、计算机辅助设计、动态设计、有限元法、工业艺术造型设计、人机工程、价值工程、逆向工程设计、模块化设计、相似性设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、摩擦学设计、绿色设计等。

并行设计是充分利用现代计算机技术、现代通信技术和现代管理技术来辅助产品设计的一种现代产品开发模式。它站在产品设计、制造全过程的高度，打破传统的部门分割、封闭的组织模式，强调多功能团队的协同工作，重视产品开发过程的重组和优化。并行设计又是一种集成产品开发全过程的系统化方法，它要求产品开发人员从设计一开始即考虑产品生命周期中的各种因素。它通过组建由多学科人员组成的产品开发队伍，改进产品开发流程，利用各种计算机辅助工具等手段，使产品开发的早期阶段能考虑产品生命周期中的各种因素，以提高产品设计、制造的一次成功率。可以缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，进而达到增强企业竞争能力的目的。

第二次世界大战期间，美国在军事上首先应用了优化技术。1967年，美国的R.L.福克斯等发表了第一篇机构最优化论文。1970年C.S.贝特勒等用几何规划解决了液体动压轴承的优化设计问题后，优化设计在机械设计中得到应用和发展。随着数学理论和电子计算机技术的进一步发展，优化设计已逐步形成为一门新兴的独立的工程学科，并在生产实践中得到了广泛的应用。通常设计方案可以用一组参数来表

示，这些参数有些已经给定，有些没有给定，需要在设计中优选，称为设计变量。如何找到一组最合适的设计变量，在允许的范围内，能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低（即技术经济指标最佳），有市场竞争能力，同时设计的时间又不要太长，这就是优化设计所要解决的问题。

可靠性设计是指保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的一种机械设计方法。包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。所谓可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。

设计方法学是研究产品设计规律、设计程序及设计中思维和工作方法的一门综合性学科。设计方法学以系统工程的观点分析设计的战略进程和设计方法、手段的战术问题。在总结设计规律、启发创造性的基础上促进研究现代设计理论、科学方法、先进手段和工具在设计中的综合运用。对开发新产品, 改造旧产品和提高产品的市场竞争能力有积极的作用。

逆向工程，是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。